一种刮板输送机姿态智能感知装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及煤矿开采技术领域，是一种煤矿井下刮板输送机的姿态智能感知装置及方法。感知装置由主惯导、三维姿态传感器、数据转换器和姿态分析主机组成，主惯导固定在刮板输送机机头，刮板输送机每节中部槽都安装三维姿态传感器，主惯导和所有的中部槽三维姿态传感器通过现场总线连接至数据转换器，姿态分析主机通过数据转换器实时采集主惯导和所有三维姿态传感器的数据。姿态分析主机依据刮板输送机的运动数学模型形成刮板输送机三维姿态动态模型。本发明专利技术能实时感知刮板输送机姿态，能自动判断采煤过程中刮板输送机的水平弯曲、垂直弯曲和俯仰度，能自动检测工作面直线度，为工作面调直提供依据，为刮板输送机安全运行提供有力保障。

An attitude intelligent perception device and method for scraper conveyor

【技术实现步骤摘要】
一种刮板输送机姿态智能感知装置及方法
：本专利技术涉及煤矿井下开采
，具体地说是一种刮板输送机姿态智能感知装置及方法。
技术介绍
：煤矿井下煤层开采时，刮板输送机与采煤机、支架配合实现工作面落煤、装煤、运煤及推移等采煤工序。由于工作面地质条件和人员操作的原因，刮板输送机往往会产生垂直弯曲、水平弯曲或俯仰角度过大的现象，导致刮板输送机中部连接哑铃、端头损坏，推溜、拉架过程中工作面的直线度得不到保证等问题，影响了采煤效率。为了能够实时了解刮板输送机的弯曲状况，解决刮板输送机调直的问题，提升采煤效率，专利技术了一种刮板输送机姿态智能感知装置及方法。
技术实现思路
：本专利技术的目的是设计一种能实时检测刮板输送机在空间坐标内的三维姿态的装置及方法，能检测刮板输送机在三维空间内各个方向上的弯曲程度，并反应出刮板输送机当前直线度。本专利技术的目的是通过如下技术方案来实现的：刮板输送机上安装中部槽三维姿态传感器1和主惯导2，中部槽三维姿态传感器1固定在刮板输送机每一节中部槽靠近采空侧电缆架中间的位置，布置数量和刮板输送机中部槽个数相同，主惯导2固定在刮板输送机机头处。三维姿态传感器1用于检测与之相连的中部槽的水平弯曲角度、垂直弯曲角度和俯仰角度，主惯导2用于检测刮板输送机机头的水平弯曲角度、垂直弯曲角度和俯仰角度，并把机头作为刮板输送机的姿态检测的基准。中部槽三维姿态传感器1和主惯导2通过现场总线把检测的水平弯曲角度、垂直弯曲角度、俯仰角度上传到数据转换器3，数据转换器3接收所有数据后，进行数据编码、转换、压缩和缓存，等待姿态分析主机4调取数据。姿态分析主机4调取数据转换器3的数据包后，进行实时数据分析，通过解析数据包定位每节中部槽的水平弯曲角度、垂直弯曲角度和俯仰角度，并把解析出的角度数据输入到三维姿态动态计算模型中进行姿态计算，最后形成刮板输送机在三维空间内的姿态模型表示。本专利技术的有益效果主要表现在：本专利技术设计合理，实现便捷，能够实时了解刮板输送机的实际姿态，为工作面调直提供依据，为刮板输送机安全运行提供有力保障，能大幅度提升综采工作面开采效率。附图说明：构成本专利技术的附图用于提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术的原理图。1中部槽姿态传感器，2主惯导，3数据转换器，4姿态分析主机。图2是中部槽姿态传感器1的安装图。图3是工作面现场布置图。1中部槽姿态传感器，2主惯导，3数据转换器，4姿态分析主机。图4是刮板输送机三维姿态模型计算流程图。具体实施方式：下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行完整、清晰地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而非全部。如图1可知，一种刮板输送机姿态智能感知装置及方法包括中部槽三维姿态传感器1、主惯导2、数据转换器3和姿态分析主机4。主惯导2用于感知刮板输送机机头的水平弯曲角度、垂直弯曲角度和俯仰角度，三维姿态传感器1用于感知与之相连接的中部槽的水平弯曲角度、垂直弯曲角度和俯仰角度。数据转换器3、主惯导2和三维姿态传感器1通过现场总线连接。姿态分析主机4通过分析数据转换器3的数据，并依据刮板输送机运动数学模型，以主惯导所在位置为坐标零点，形成以刮板输送机机头为基准的刮板输送机三维姿态动态模型。姿态分析主机4可以向综采工作面其他设备提供刮板输送机姿态数据，为其他设备调直刮板输送机提供依据。如图2、图3可知，主惯导2固定在刮板输送机机头，中部槽三维姿态传感器1固定在刮板输送机每一节中部槽靠近采空侧电缆架中间的位置。数据转换器3和姿态分析主机4放置在工作面设备列车控制室内。中部槽三维姿态传感器1和主惯导2连接至工作面现场总线，并通过现场总线把数据传输至数据转换器3。姿态分析主机4与数据转换器3连接，并读取数据转换器3的数据加以分析。刮板输送机三维姿态模型分析计算方法：1)坐标系确定通过以主惯导为零点建立三维坐标系，以指向机尾方向为X轴，以面向煤壁方向为Y轴，以垂直于水平面向上方向为Z轴。刮板输送机共n+1节中部槽，以机头所在位置为基准，测得每节中部槽的水平弯曲角度为H0-Hn、垂直弯曲角度为F0-Fn、俯仰角度为G0-Gn。水平弯曲角以俯视视角下顺时针运动为正，反向为负，垂直弯曲角从电缆槽方向看顺时针运动为正，俯仰角以从机头方向看逆时针运动为正。2)计算每节中部槽相对零点的弯曲角度和俯仰角度。第n节中部槽的相对机头的水平弯曲角度如下：上式中H为第n节中部槽相对基准的水平弯曲角度，Hk为中部槽的水平弯曲角的测量值。第n节中部槽的相对机头的垂直弯曲角度如下：上式中F为第n节中部槽相对基准的垂直弯曲角度，Fk为中部槽的垂直弯曲角的测量值。第n节中部槽的相对机头的俯仰角度如下：上式中G为第n节中部槽相对基准的俯仰角度，Gk为中部槽的俯仰角的测量值。通过分别确定每节中部槽相对于基准的水平弯曲角度、垂直弯曲角度和俯仰角度，可得出每节中部槽相对于基准在三个轴向的角度偏移。3)计算每节中部槽相对零点的位移和方向第n节中部槽相对前一节中部槽的旋转变换矩阵：上式中Rn为中部槽相对上节中部槽的旋转矩阵，Fn为中部槽的垂直弯曲角度，Gn为俯仰角度，Hn为水平弯曲角度。第n节中部槽相对前一节中部槽的旋转位移：上式中SRn为中部槽旋转后位移，Rn为旋转变换矩阵，L为中部槽长度，Fn为中部槽的垂直弯曲角度，Hn为水平弯曲角度。第n节中部槽相对前一节中部槽的平移位移：上式中Spn为中部槽的平移位移，L为中部槽长度，Fn-1上一节中部槽垂直弯曲角度，Hn-1为上一节中部槽水平弯曲角度。第n节中部槽相对前一节中部槽的空间位移：Sn＝SRn+Spn刮板输送机第n节中部槽相对于基准的空间位移：上式中S为第n节中部槽相对于基准的位移，Sk为第k节中部槽相对前一节的的空间位移。通过计算每节中部槽相对于基准的位移，可以得出中部槽相对于基准的偏移距离和偏移方向。4)合成每节中部槽的空间姿态并输出姿态模型在得出每节中部槽相对于基准的角度偏移量和位移偏移量及偏移方向后，即可得知每节中部槽在三维坐标系内的绝对位置及自身姿态。以机头为起点，在确定的三维坐标系内，依次输出每节中部槽姿态和位置信息，即可形成刮板输送机三维姿态模型。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刮板输送机姿态智能感知装置及方法，其特征在于：感知装置包括主惯导、三维姿态传感器、数据转换器和姿态分析主机。主惯导固定在刮板输送机机头，每节中部槽都安装三维姿态传感器，主惯导和所有的中部槽三维姿态传感器通过现场总线连接至数据转换器，姿态分析主机通过数据转换器实时采集主惯导和所有三维姿态传感器的数据；主惯导实时检测刮板输送机机头的三维姿态，并作为刮板输送机三维动态模型的基准；中部槽三维姿态传感器实时检测每节中部槽的三维姿态；姿态分析主机依据刮板输送机运动数学模型以及主惯导、每节中部槽三维姿态传感器的数据，形成以刮板输送机机头为基准的刮板输送机三维姿态动态模型。

【技术特征摘要】
1.一种刮板输送机姿态智能感知装置及方法，其特征在于：感知装置包括主惯导、三维姿态传感器、数据转换器和姿态分析主机。主惯导固定在刮板输送机机头，每节中部槽都安装三维姿态传感器，主惯导和所有的中部槽三维姿态传感器通过现场总线连接至数据转换器，姿态分析主机通过数据转换器实时采集主惯导和所有三维姿态传感器的数据；主惯导实时检测刮板输送机机头的三维姿态，并作为刮板输送机三维动态模型的基准；中部槽三维姿态传感器实时检测每节中部槽的三维姿态；姿态分析主机依据刮板输送机运动数学模型以及主惯导、每节中部槽三维姿态传感器的数据，形成以刮板输送机机头为基准的刮板输送机三维姿态动态模型。2.根据权利要求1所述的一种刮板输送机姿态智能感知装置及方法，其特征在于：刮板输送机三维姿态动态模型计算方法：刮板输送机共n+1节中部槽，以机头所在位置为基准，测得每节中部槽的水平弯曲角度为H0-Hn、垂直弯曲角度为F0-Fn、俯仰角度为G0-Gn，水平弯曲角以俯视视角下顺时针运动为正，反向为负，垂直弯曲角从电缆槽方向看顺时针运动为正，俯仰角以从机头方向看逆时针运动为正；第n节中部槽的相对机头的水平弯曲角度如下：上式中H为第n节中部槽相对基准的水平弯曲角度，Hk为中部槽的水平弯曲角的测量值；第n节中部槽的相对机头的垂直弯曲角度如下：上式中F为第n节中部槽相对基准的垂直弯曲角度，Fk为中部槽的垂直弯曲角的测量值；第n节中部槽的...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆润青，王会枝，宋冰清，吴宗泽，范宝冬，陈伟，曹琰，李榕，
申请(专利权)人：中煤张家口煤矿机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北,13