一种液压支架位姿的实时检测方法技术

本发明专利技术公开一种液压支架位姿的实时检测方法，尤其涉及一种基于三轴加速度传感器和三轴陀螺仪检测液压支架位姿的方法。随着工作面的推进，支架需要不断移动，支护位置不是固定不变的，在支架移架过程中主要的主动动作包括：降架、拉架、升架。液压支架顶梁直接与顶板接触，是用于支护的主要部件，同时也是主要的运动部件，本发明专利技术使用三轴加速度传感器和三轴陀螺仪实时测量支架顶梁位置、倾角的变化量，通过积分的方式获得液压支架任意时刻的位姿。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开，尤其涉及一种基于三轴加速度传感器和三轴陀螺仪检测液压支架位姿的方法。随着工作面的推进，支架需要不断移动，支护位置不是固定不变的，在支架移架过程中主要的主动动作包括：降架、拉架、升架。液压支架顶梁直接与顶板接触，是用于支护的主要部件，同时也是主要的运动部件，本专利技术使用三轴加速度传感器和三轴陀螺仪实时测量支架顶梁位置、倾角的变化量，通过积分的方式获得液压支架任意时刻的位姿。【专利说明】
本专利技术涉及，尤其涉及一种基于三轴加速度传感器和三轴陀螺仪测量液压支架位姿的方法。
技术介绍
煤矿开采环境恶劣，工人工作劳动强度高、健康危害大，有时还会危及生命。随着煤矿行业科技投入，自动化程度逐渐提高，工人工作条件得到了一定程度的改善，但工作面开采时工作环境恶劣的情况，始终无法得到改善，煤尘、水雾以及岩层冲击无时无刻不危害着工人的身体健康。实现工作面无人、少人化开采可以有效的避免上述危害。在综采工作面中，液压支架负责支撑顶板，以及对顶板进行有效的控制，保证顶板的稳定性。随着工作面的推进，液压支架需要不断移架，然而在移架过程中，支架顶梁脱离顶板的高度、时间均会影响顶板的稳定性。在实现无人、少人工作面的进程中，液压支架姿态的实时检测是无法回避的问题。根据液压支架机械机构，只要测得支架主动油缸的实时长度便可以获得支架姿态，但是在井下的恶劣环境下以及条件限制，无法通过传感器直接测得主动油缸的长度。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术提供一种通过测量支架顶梁运动情况，来获得液压位姿的实时检测方法，尤其涉及一种基于三轴加速度传感器和三轴陀螺仪测量液压支架位姿的方法。本专利技术为了解决其技术问题所采用的技术方案是:，其基于三轴加速度传感器以及三轴陀螺仪测量液压支架移架过程中支架顶梁运动的具体实现过程，所述移架过程包括降架、拉架和升架三个过程，在降架和升架过程中支架只有顶梁位姿发生变化，即获得顶梁位姿变化情况便可获得支架姿态；在拉架过程中支架本身姿态不发生变化，顶梁的位姿变化情况就是支架整体位姿的变化情况；三轴加速传感器和三轴陀螺仪测量轴重合，在初始状态时两个传感器测量坐标系与参考坐标系OXYZ重合，经过1-1次移架过程后，测量坐标系变更为OXiYiZi，将坐标系OXiYiZi看作由坐标系OXYZ经坐标变换后得到，其变换方法如下:由坐标系OXYZ绕Z轴旋转α角，得到0Χ’ Y’ Ζ’ ；由坐标系OX，Y，V绕X’轴旋转β角，得至IJ 0Χ”Υ”Ζ” ；由坐标系0Χ” V, V,绕Ζ”轴旋转Y角，得到OXiYiZi ； 坐标变换矩阵为T ( α，β，Υ )，且:【权利要求】1.，其特征在于:基于三轴加速度传感器以及三轴陀螺仪测量液压支架移架过程中支架顶梁运动的具体实现过程，所述移架过程包括降架、拉架和升架三个过程，在降架和升架过程中支架只有顶梁位姿发生变化，即获得顶梁位姿变化情况便可获得支架姿态；在拉架过程中支架本身姿态不发生变化，顶梁的位姿变化情况就是支架整体位姿的变化情况； 三轴加速传感器和三轴陀螺仪测量轴重合，在初始状态时两个传感器测量坐标系与参考坐标系OXYZ重合，经过1-Ι次移架过程后，测量坐标系变更为OXiYiZi，将坐标系OXiYiZi看作由坐标系OXYZ经坐标变换后得到，其变换方法如下: 由坐标系OXYZ绕Z轴旋转α角，得到0Χ’ Y’ V ； 由坐标系OX，Y，V绕X’轴旋转β角，得到 0Χ，，Υ，，Ζ”; 由坐标系0Χ”Υ”Ζ”绕Ζ”轴旋转Y角，得到OXiYiZi ； 坐标变换矩阵为T ( α，β，Y )，且: 【文档编号】G01C23/00GK103968856SQ201410137452【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日 【专利技术者】谭超, 王秋实, 闫海峰, 王忠宾, 周晓谋, 姚新港, 刘新华, 刘继东 申请人:中国矿业大学, 苏州福德保瑞科技发展有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液压支架位姿的实时检测方法，其特征在于：基于三轴加速度传感器以及三轴陀螺仪测量液压支架移架过程中支架顶梁运动的具体实现过程，所述移架过程包括降架、拉架和升架三个过程，在降架和升架过程中支架只有顶梁位姿发生变化，即获得顶梁位姿变化情况便可获得支架姿态；在拉架过程中支架本身姿态不发生变化，顶梁的位姿变化情况就是支架整体位姿的变化情况；三轴加速传感器和三轴陀螺仪测量轴重合，在初始状态时两个传感器测量坐标系与参考坐标系OXYZ重合，经过i‑1次移架过程后，测量坐标系变更为OXiYiZi，将坐标系OXiYiZi看作由坐标系OXYZ经坐标变换后得到，其变换方法如下：由坐标系OXYZ绕Z轴旋转α角，得到OX’Y’Z’；由坐标系OX’Y’Z’绕X’轴旋转β角，得到OX”Y”Z”；由坐标系OX”Y”Z”绕Z”轴旋转γ角，得到OXiYiZi；坐标变换矩阵为T(α,β,γ)，且：T=cosαcosβcosβsinα-sinβsinγsinβcosα-cosγsinαsinγsinβsinα+cosγcosαsinγcosβcosγsinβcosβ+sinγsinαcosγsinβsinα-sinγcosαcosγcosβ]]>下面通过三个步骤，即：降架、拉架和升架来分别对移架过程中顶梁位姿的变化来进行测量获得：（1）降架，在降架开始△t1后，顶梁测量坐标系变为OXi1Yi1Zi1：a、通过三轴陀螺仪测得顶梁在降架过程中绕Xi1、Yi1、Zi1轴的瞬时角速率b、根据之前设定的坐标变换流程可以获得到与之间的关系：α·β·γ·=-sinγsinβcosγ0sinβ01cosγcosβsinγ0-1ωxi1ωyi1ωzi1;]]>c、降架过程中顶梁只有俯仰角α和翻滚角β发生变化，通过上式积分便可求出降架开始经过任意时间△t后，顶梁转动情况，即俯仰角和翻滚角变化了Δα、Δβ，Δγ=0，变化后：α’=α+Δα、β’=β+Δβ、γ’=γ；d、更新坐标变换矩阵T(α,β,γ)，新坐标变换矩阵为T’(α’,β’,γ’)；e、通过三轴加速度传感器测得顶梁在降架时Xi1、Yi1、Zi1轴方向的瞬时加速度f、利用坐标变换矩阵将加速度变换到参考坐标系OXYZ，求得X、Y、Z轴方向的瞬时加速度ax、ay、az，axayaz=T,-1axi1ayi1azi1;]]>g、滤掉重力加速度g，axayaz=T,-1axi1ayi1azi1-00g;]]>h、在△t1时间内，顶梁在X、Y、Z方向的位移可以用二重积分的方法求得△sx1、△sy1、△sz1，Δsx1=∫∫ax1dt、Δsy1=∫∫ay1dt、Δsz1=∫∫az1dt；经过上述运算可以求得顶梁在降架结束后，俯仰角变化值α1、翻滚角变化值β1、X方向位移sx1、Y方向位移sy1、Z方向位移sz1；（2）拉架，在拉架开始△t2后，顶梁测量坐标系变为OXi2Yi2Zi2：a、通过三轴陀螺仪测得顶梁在降架过程中绕Xi2、Yi2、Zi2轴的瞬时角速率b、根据之前设定的坐标变换流程可以获得到与之间的关系：α·β·γ·=-sinγsinβcosγ0sinβ01cosγcosβsinγ0-1ωxi2ωyi2ωzi2;]]>c、拉架过程中顶梁可能俯仰角α、翻滚角β和导航角γ同时发生变化，通上式积分便可求出降架开始经过任意时间△t后，顶梁转动情况，即俯仰角和翻滚角变化了Δα、Δβ，变化后：α’=α+Δα、β’=β+Δβ、γ’=γ+Δγ；d、更新坐标变换矩阵T(α,β,γ)，新坐标变换矩阵为T’(α’,β’,γ’)e、通过三轴加速度传感器测得顶梁在拉架时Xi2、Yi2、Zi2轴方向的瞬时加速度f、利用坐标变换矩阵将加速度变换到参考坐标系OXYZ，求得X、Y、Z轴方向的瞬时加速度ax、ay、az，axayaz=T,-1axi2ayi2azi2;]]>g、滤掉重力加速度g，axayaz=T,-1axi2ayi2azi...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭超，王秋实，闫海峰，王忠宾，周晓谋，姚新港，刘新华，刘继东，
申请(专利权)人：中国矿业大学，苏州福德保瑞科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32