一种液压支架位姿检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种液压支架位姿检测装置和方法，仅利用液压支架底座上特征轮廓的三个点就可以对液压支架的六个自由度位姿进行检测，方便、快捷、简单、精度较高。该方法也可对其它领域的物体位姿检测提供借鉴。

A Detection Device and Method for Position and Posture of Hydraulic Support

【技术实现步骤摘要】
一种液压支架位姿检测装置和方法
本专利技术涉及智能开采
，特别是涉及一种利用激光雷达对液压支架位姿进行检测的装置和方法。
技术介绍
煤矿开采的自动化、智能化和无人化已成大势所趋，但工作面液压支架的直线度和位姿检测及控制问题极大地困扰着国内无人工作面的无人化进程。综采工作面中液压支架和刮板输送机互为支点，通过电液控制系统控制推拉油缸的伸缩，实现对二者的相互推拉，交替前进，从而完成工作面连续平稳推进。其中，每个液压支架位姿和整体支架群直线度是衡量工作面质量的一个重要指标，只有液压支架整体直线度符合要求，才能保证把刮板输送机推直，从而把煤壁切直，实现工作面的“三直”。因为支架群的直线度是由所有单个液压支架位姿所决定，而单个液压支架空间六自由度位姿除了反映了自身的位姿信息外，还部分反映顶地板的地质信息、其与刮板输送机受力信息及推拉油缸的精度信息等，所以检测液压支架的空间六自由度位姿一直以来都是学者们研究的对象，大家利用各种方法和装置，均取得了一定的成果。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决上述现有技术的不足之处而提供一种液压支架位姿检测装置和方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种液压支架位姿检测装置，包括：控制显示部分和扫描执行部分；所述扫描显示部分设置于所述控制显示部分的上部；其中，所述扫描执行部分包括42步进电机，联轴器，滚珠丝杆固定座，滚珠螺母和滑轨连接器，滚珠螺母，滚珠丝杆，滑轨，滑块，滑轨和激光雷达连接装置，激光雷达，防爆外壳；两个滚珠丝杆固定座安装在防爆外壳上面并支撑着滚珠丝杆，滚珠螺母套在滚珠丝杆上，通过滚珠螺母和滑轨连接器与滑轨的一端固定，滑块固定在防爆外壳上，滑轨穿过滑块后通过滑轨雷达连接器与激光雷达连接；当滚珠丝杆由电机驱动正反转旋转时，滑轨受滑块约束只能沿一条直线运动，从而带动激光雷达前后运动；控制显示部分包括液晶显示器，第一行程开关，电机驱动，控制器及电源和第二行程开关；在防爆外壳内，通过电源进行供电，控制器由arduino作为控制核心，其通过A4988芯片来控制42步进电机的正反转和速度，通过第一行程开关和第二行程开关控制激光雷达的起始位置和最大位移，通过读取激光雷达对液压支架特征点的角度和距离数据，并结合42步进电机速度和运行时间，经过计算，得到液压支架相对检测装置的六自由度位姿，然后把计算出的位姿信息通过防爆外壳外液晶显示器进行显示输出。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种液压支架位姿检测方法，利用如前述技术方案所述的位姿检测装置进行检测，包括以下步骤：利用机器人携带位姿检测装置行走在液压支架人工行走平台上，当其行走到支架上四个立柱的中心位置时，启动装置对液压支架相对机器人的位姿进行检测；同步启动42步进电机和激光雷达，从t＝0开始计时，设定滑轨的直线运动速度为v，检测三个待测角度点A、B、C的坐标，以求解液压支架相对机器人及检测装置的位姿；在液压显示器上显示解液压支架相对机器人及检测装置的六个位姿参数值。其中，求解液压支架相对机器人及检测装置的位姿的步骤包括：检测出A、B、C点坐标RA＝(Ax，Ay，Az)，RB＝(Bx，By，Bz)，RC＝(Cx，Cy，Cz)；求解AC直线的方程，再根据过点B的直线BOS与直线AC垂直条件，求出垂足OS的坐标，ROs＝(Osx，Osy，Osz)；设定待测支架相对检测装置的位姿为L(S，R)＝(δ，ε，ζ，d，e，f)，OS在{R}系的坐标表示为ROs＝(Osx，Osy，Osz)，其坐标值即为其在{R}系的位置，即d＝Osxe＝Osyf＝Osz；根据得到的OS，A，B三点的坐标，{S}系中两坐标轴YS，ZS在{R}系中用向量表示为：OSYS＝OSA＝(Ax-Osx)i+(Ay-Osy)j+(Az-Osz)k＝(a2i+b2j+c2k)m1OSZS＝OSB＝(Bx-Osx)i+(By-Osy)j+(Bz-Osz)k＝(a3i+b3j+c3k)m2设定{S}坐标系为右手坐标系，则XS轴在{R}系向量为：OSXS＝OSA×OSB＝[(Ay-Osy)(Bz-Osz)-(By-Osy)(Az-Osz)]i+[(Az-Osz)(Bx-Osx)-(Bz-Osz)(Ax-Osx)]j+[(Ax-Osx)(By-Osy)-(Bx-Osx)(Ay-Osy)]k＝(a1i+b1j+c1k)m3其中，m1，m2，m3为比例系数。a1，b1，c1，a2，b2，c2，a3，b3，c3为OSXS，OSYS，OSZS三个坐标轴单位向量在XR，YR，ZR轴的分量；根据单位向量的值求出{S}系各坐标轴相对{R}系各坐标轴方向余弦:XS轴相对于XR，YR，ZR三轴的余弦为：YS轴相对于XR，YR，ZR三轴的余弦为：ZS轴相对于XR，YR，ZR三轴的余弦为：则从{R}系到{S}系的变换矩阵为：根据RPY角反解公式得：其中，ζ，ε，δ三个角度值都在[-90°，90°]区间内。区别于现有技术，本专利技术的液压支架位姿检测装置和方法利用液压支架底座上特征轮廓的三个点就可以对液压支架的六个自由度位姿进行检测，方便、快捷、简单、精度较高。该方法也可对其它领域的物体位姿检测提供借鉴。附图说明图1是本专利技术提供的一种液压支架位姿检测装置的结构示意图。图2是本专利技术提供的一种液压支架位姿检测装置的内部结构控制关系示意图。图3本专利技术提供的一种液压支架位姿检测装置的检测作业方法示意图。图4是本专利技术提供的一种液压支架位姿检测方法中对特征点A的坐标进行检测的程序控制流程图。其中，1-42步进电机，2-联轴器，3-滚珠丝杆固定座，4-滚珠螺母和滑轨连接器，5-滚珠螺母，6-滚珠丝杆，7-滑轨，8-滑块，9-滑轨和激光雷达连接装置，10-激光雷达，11-防爆外壳，12-液晶显示器，13-第二行程开关，14-电机驱动，15-控制器及电源，16-第一行程开关，21-液压支架，22-位姿检测装置，23-机器人。具体实施方式在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。其次，本专利技术利用示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，示意图只是实例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。如图1所示，为本专利技术装置示意图，包括控制显示部分和扫描执行部分；所述扫描显示部分设置于所述控制显示部分的上部；其中，所述扫描执行部分包括42步进电机1，联轴器2，滚珠丝杆固定座3，滚珠螺母和滑轨连接器4，滚珠螺母5，滚珠丝杆6，滑轨7，滑块8，滑轨和激光雷达连接装置9，激光雷达10，防爆外壳11；两个滚珠丝杆固定座3安装在防爆外壳11上面并支撑着滚珠丝杆6，滚珠螺母5套在滚珠丝杆6上，通过滚珠螺母和滑轨连接器4与滑轨7的一端固定，滑块8固定在防爆外壳上，滑轨7穿过滑块8后通过滑轨雷达连接器9与激光雷达10连接；当滚珠丝杆6由电机驱动正反转旋转时，滑轨7受滑块8约束只能沿一条直线运动，从而带动激光雷达9前后运动；控制显示部分包括液晶显示器12，第一行程开关13，电机驱动14，控制器及电源15和第二行程开关16；在防爆外壳11内，通过电源15本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液压支架位姿检测装置，其特征在于，包括控制显示部分和扫描执行部分；所述扫描显示部分设置于所述控制显示部分的上部；其中，所述扫描执行部分包括42步进电机(1)，联轴器(2)，滚珠丝杆固定座(3)，滚珠螺母和滑轨连接器(4)，滚珠螺母(5)，滚珠丝杆(6)，滑轨(7)，滑块(8)，滑轨和激光雷达连接装置(9)，激光雷达(10)，防爆外壳(11)；两个滚珠丝杆固定座(3)安装在防爆外壳(11)上面并支撑着滚珠丝杆(6)，滚珠螺母(5)套在滚珠丝杆(6)上，通过滚珠螺母和滑轨连接器(4)与滑轨(7)的一端固定，滑块(8)固定在防爆外壳上，滑轨(7)穿过滑块(8)后通过滑轨雷达连接器(9)与激光雷达(10)连接；当滚珠丝杆(6)由电机驱动正反转旋转时，滑轨(7)受滑块(8)约束只能沿一条直线运动，从而带动激光雷达(9)前后运动；控制显示部分包括液晶显示器(12)，第一行程开关(13)，电机驱动(14)，控制器及电源(15)和第二行程开关(16)；在防爆外壳(11)内，通过电源(15)进行供电，控制器由arduino作为控制核心，其通过A4988芯片来控制42步进电机(1)的正反转和速度，通过第一行程开关(13)和第二行程开关(16)控制激光雷达(9)的起始位置和最大位移，通过读取激光雷达(9)对液压支架特征点的角度和距离数据，并结合42步进电机(1)速度和运行时间，经过计算，得到液压支架相对检测装置的六自由度位姿，然后把计算出的位姿信息通过防爆外壳(11)外液晶显示器(12)进行显示输出。...

【技术特征摘要】
1.一种液压支架位姿检测装置，其特征在于，包括控制显示部分和扫描执行部分；所述扫描显示部分设置于所述控制显示部分的上部；其中，所述扫描执行部分包括42步进电机(1)，联轴器(2)，滚珠丝杆固定座(3)，滚珠螺母和滑轨连接器(4)，滚珠螺母(5)，滚珠丝杆(6)，滑轨(7)，滑块(8)，滑轨和激光雷达连接装置(9)，激光雷达(10)，防爆外壳(11)；两个滚珠丝杆固定座(3)安装在防爆外壳(11)上面并支撑着滚珠丝杆(6)，滚珠螺母(5)套在滚珠丝杆(6)上，通过滚珠螺母和滑轨连接器(4)与滑轨(7)的一端固定，滑块(8)固定在防爆外壳上，滑轨(7)穿过滑块(8)后通过滑轨雷达连接器(9)与激光雷达(10)连接；当滚珠丝杆(6)由电机驱动正反转旋转时，滑轨(7)受滑块(8)约束只能沿一条直线运动，从而带动激光雷达(9)前后运动；控制显示部分包括液晶显示器(12)，第一行程开关(13)，电机驱动(14)，控制器及电源(15)和第二行程开关(16)；在防爆外壳(11)内，通过电源(15)进行供电，控制器由arduino作为控制核心，其通过A4988芯片来控制42步进电机(1)的正反转和速度，通过第一行程开关(13)和第二行程开关(16)控制激光雷达(9)的起始位置和最大位移，通过读取激光雷达(9)对液压支架特征点的角度和距离数据，并结合42步进电机(1)速度和运行时间，经过计算，得到液压支架相对检测装置的六自由度位姿，然后把计算出的位姿信息通过防爆外壳(11)外液晶显示器(12)进行显示输出。2.一种液压支架位姿检测方法，利用如权利要求1所述的位姿检测装置进行检测，其特征在于，包括以下步骤：利用机器人携带位姿检测装置行走在液压支架人工行走平台上，当其行走到支架上四个立柱的中心位置时，启动装置对液压支架相对机器人的位姿进行检测；同步启动42步进电机(2)和激光雷达(9)，从t＝0开始计时，设定滑轨(7)的直线运动速度为v，检测三个待测角度点A、B、C的坐标，以求解液压支架相对机器人及检测装置的位...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨学军，王然风，王怀法，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14