一种基于专家系统的群液压支架位置获得方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于专家系统的群液压支架位置获得方法，通过建立基于液压支架在煤层上推移刮板输送机时，液压支架与刮板输送机浮动连接机构的运动参数、液压支架与刮板输送机的相对位置、液压支架在煤层上位置的专家系统；在煤矿井下获得推移油缸伸长长度和液压支架底座在煤层上的倾角，进入知识库查询解析后，通过推理机推理，得到液压支架在虚拟环境下对应的液压支架位置；对推理后获得的液压支架位置进行数据处理后，使其与真实煤矿井下的位置对应，最终将获得的液压支架的位置输出至用户界面。通过本发明专利技术，能够避免使用大量设备进行液压支架的位姿检测，节省成本，且操作简单方便。

【技术实现步骤摘要】
一种基于专家系统的群液压支架位置获得方法
本专利技术涉及矿井仿真
，具体为一种基于专家系统的群液压支架位置获得方法。
技术介绍
为了减少煤矿事故率、提高开采效益和开采竞争力，精准开采、透明开采成为了当前煤矿行业追求的目标。液压支架是综采工作面的重要设备之一，主要通过液体压力产生的支撑力并实现自动移设来进行顶板支护和管理。但是由于综采工作面持续推进，加上液压支架数目多，使得液压支架位置动态变化，实时获得液压支架位置是实现综采工作面智能化、无人化的重要基础之一。在获取液压支架位置这一问题上，采煤机的位姿可以通过在采煤机机身上安装捷联惯导系统获得，由于采煤机以刮板输送机为轨道进行运行割煤，因而可通过采煤机轨迹反演刮板输送机姿态以此获得刮板输送机的位置，但是由于煤矿井下环境复杂、光线暗淡、空间狭窄以及各种不安全因素的存在，加上连接刮板输送机与液压支架的浮动连接机构运动的复杂性，使得在井下测量液压支架的具体位置变得极为困难。现有技术中，申请号为CN201910306404.6公开了一种刮板输送机在井下复杂地况的推溜过程模拟实验装置，所述实验装置中推移机构是连接刮板输送机和液压支架底座的关键部分通过该推移机构可以模拟推溜工作对刮板输送机进行推溜。但是为获得推移机构各结构的推移角度、刮板输送机的推移距离以及它们连接处的位移时需要安装轴编码器，倾角传感器，红外测距传感器，相机等电子元件和电子仪器。申请号为CN201710944083.3公开了一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置及方法，该装置包括传感器组、数据处理器和靶标，所述传感器组包括第一基准光电跟踪器、第二基准光电跟踪器、局部光电跟踪器和双轴水平仪，在液压支架上安装有一系列的靶标机构，通过无线数据处理器，获取液压支架绝对位置和姿态。上述方法中，存在的缺陷在于：需要安装大量传感器、相机等电子元器件，在井下狭窄、昏暗、嘈杂、以及电磁干扰无线信号等情况的存在下，加上液压支架数目比较多，在综采工作面“三机”工作时，有的结构运动信息无法用传感器采集，采用电子元器件获得推移机构的角度、推移距离、液压支架的位置具有一定的难度并且价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对由于综采工作面推进过程中，液压支架位置和姿态会发生变化，提供一种获取液压支架位置和姿态的方法，本方法能实时获得液压支架在煤层上的位置，为综采工作面调直、液压支架纠斜等奠定了基础，为实现综采工作面实现智能化、无人化奠定了基础。本专利技术提供的技术方案为一种基于专家系统的群液压支架位置获得方法，包括步骤：建立基于液压支架在煤层上推移刮板输送机时，液压支架与刮板输送机浮动连接机构的运动参数、液压支架与刮板输送机的相对位置、液压支架在煤层上位置的专家系统；在煤矿井下获得推移油缸伸长长度和液压支架底座在煤层上的倾角，输入液压支架位置专家系统，通过数据处理后生成机器可识别的xml文件；调用知识库查询解析生成的xml文件，将解析后的数据通过推理机推理，得到液压支架在虚拟环境下对应的液压支架位置；对推理后获得的液压支架位置进行数据处理后，使其与真实煤矿井下的位置对应，最终将获得的液压支架的位置输出至用户界面。其中，在建立专家系统的步骤中，液压支架与刮板输送机浮动连接机构的运动参数是将刮板输送机推移一定距离后，对液压支架与刮板输送机浮动连接机构进行解析，以连接头作为末端执行器建立机械手模型，通过逆向运动学进行解析获得的液压支架与刮板输送机浮动连接机构的各结构的运动参数，以及以活塞杆为假想的末端执行器建立机械手模型，对前者获得的运动参数进行数据处理，通过正向运动学获得的液压支架相对于刮板输送机中部槽的位置和姿态角。其中，液压支架位置专家系统是由液压支架位置专家系统人机交互界面、知识获取单元、推理机、解释器、知识库、综合数据库组成，通过对输入的液压支架推移油缸伸长量及液压支架底座相对于煤层的倾角进行推理，得到液压支架在煤矿井下最终位置的人工智能计算机程序。其中，液压支架位置专家系统人机交互界面是指用户通过选择专家系统工作模式，决定输入信号输入方式及输出信号显示方式，其中输入信号为推移油缸伸长量、底座倾角及对应的液压支架序号，若为手动模式，自主选择指定的液压支架序号并能实时显示输入信号及输出信号；若为自动模式，按照从机头至机尾的方向，需要依次输入液压支架的推移油缸伸长量、底座倾角、对应的液压支架序号，并实时显输出信号。其中，知识获取单元用于在构建知识库的时候，将各液压支架相对于刮板输送机中部槽的位置和姿态角、通过逆向运动学获得的液压支架与浮动连接机构的运动参数、以及液压支架相对于煤层的坐标等信息转换为计算机可用的xml格式送入知识库中。推理机用于按照液压支架位置与专家系统知识库中液压支架位置一一对应的原则，将获得的液压支架液压油缸伸长量经过数据处理转化为机器可识别的格式输入专家系统，调用知识库中的文件进行反复推理，得到满足该液压支架推移油缸伸长量的一系列液压支架位置，根据输入的底座倾角，在得到的一系列液压支架位置对应的倾角中筛选对比，最终得到液压支架的位置。解释器用于在推理过程忽略具体的液压支架位置是怎么得到的，按照因果关系对最后推理得到液压支架位置的过程进行解释；综合数据库用于存放液压支架位置专家系统中反映当前状态的实时数据，在推理液压支架位置时产生的中间数据，建立D-H矩阵及用逆向运动学求其各运动参数时的解题步骤；知识库用于存储在液压支架的位置范围内分别推移刮板输送机时，将各液压支架相对于刮板输送机中部槽的位置和姿态角、通过逆向运动学获得的虚拟液压支架与虚拟刮板输送机的虚拟浮动连接机构的运动参数、以及液压支架相对于虚拟煤层的坐标以xml形式输出后的数据。其中液压支架的位置范围是当刮板输送机在虚拟煤层上弯曲时，根据中部槽弯曲角度最大时与液压支架的位置关系，此时两曲线之间的距离最大与及煤层数据，由于液压油缸相对于底座静止，选取液压油缸位置代表液压支架位置，根据液压支架与刮板输送机浮动连接机构中连接头、推移杆的极限位置，即当连接头位于推移耳座上方或下方，推移杆偏航角最大或最小、俯仰角最大或最小时，得到推移机构长度的极限值，所划定的液压支架在煤层上范围最大的位置区域。其中，虚拟煤层是将获得的煤层数据经过处理后导入虚拟仿真引擎Unity3D中，并加上碰撞体等物理引擎，得到与真实煤矿井下相等价的虚拟煤层。其中，虚拟液压支架是与实际液压支架相等价的虚拟模型，通过识别采煤机与刮板输送机的运行信息进行推溜、收互帮、降柱、移架、升柱动作；虚拟刮板输送机是与实际刮板输送机相等价的、可以自适应铺设在虚拟底板上的虚拟刮板输送机；虚拟浮动连接机构是与实际液压支架与刮板输送机浮动连接机构相等价的虚拟浮动连接机构；液压支架与刮板输送机的浮动连接机构为由液压油缸、活塞杆、推移杆、连接头组成的具有四自由度的将刮板输送机与液压支架相连接的空间连杆机构。其中，推移油缸伸长长度是通过液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于专家系统的群液压支架位置获得方法，其特征在于，包括步骤：/n建立基于液压支架在煤层上推移刮板输送机时，液压支架与刮板输送机浮动连接机构的运动参数、液压支架与刮板输送机的相对位置、液压支架在煤层上位置的专家系统；/n在煤矿井下获得推移油缸伸长长度和液压支架底座在煤层上的倾角，输入液压支架位置专家系统，通过数据处理后生成机器可识别的xml文件；/n调用知识库查询解析生成的xml文件，将解析后的数据通过推理机推理，得到液压支架在虚拟环境下对应的液压支架位置；/n对推理后获得的液压支架位置进行数据处理后，使其与真实煤矿井下的位置对应，最终将获得的液压支架的位置输出至用户界面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于专家系统的群液压支架位置获得方法，其特征在于，包括步骤：
建立基于液压支架在煤层上推移刮板输送机时，液压支架与刮板输送机浮动连接机构的运动参数、液压支架与刮板输送机的相对位置、液压支架在煤层上位置的专家系统；
在煤矿井下获得推移油缸伸长长度和液压支架底座在煤层上的倾角，输入液压支架位置专家系统，通过数据处理后生成机器可识别的xml文件；
调用知识库查询解析生成的xml文件，将解析后的数据通过推理机推理，得到液压支架在虚拟环境下对应的液压支架位置；
对推理后获得的液压支架位置进行数据处理后，使其与真实煤矿井下的位置对应，最终将获得的液压支架的位置输出至用户界面。


2.根据权利要求1所述的基于专家系统的群液压支架位置获得方法，其特征在于，在建立专家系统的步骤中，液压支架与刮板输送机浮动连接机构的运动参数是将刮板输送机推移一定距离后，对液压支架与刮板输送机浮动连接机构进行解析，以连接头作为末端执行器建立机械手模型，通过逆向运动学进行解析获得的液压支架与刮板输送机浮动连接机构的各结构的运动参数，以及以活塞杆为假想的末端执行器建立机械手模型，对前者获得的运动参数进行数据处理，通过正向运动学获得的液压支架相对于刮板输送机中部槽的位置和姿态角。


3.根据权利要求1所述的基于专家系统的群液压支架位置获得方法，其特征在于，所述液压支架位置专家系统是由液压支架位置专家系统人机交互界面、知识获取单元、推理机、解释器、知识库、综合数据库组成，通过对输入的液压支架推移油缸伸长量及液压支架底座相对于煤层的倾角进行推理，得到液压支架在煤矿井下的最终位置的人工智能计算机程序。


4.根据权利要求3所述的基于专家系统的群液压支架位置获得方法，其特征在于，液压支架位置专家系统人机交互界面是指用户通过选择专家系统工作模式，决定输入信号输入方式及输出信号显示方式，其中输入信号为推移油缸伸长量、底座倾角及对应的液压支架序号，若为手动模式，自主选择指定的液压支架序号并能实时显示输入信号及输出信号；若为自动模式，按照从机头至机尾的方向，需要依次输入液压支架的推移油缸伸长量、底座倾角、对应的液压支架序号，并实时显输出信号。


5.根据权利要求3所述的基于专家系统的群液压支架位置获得方法，其特征在于，知识获取单元用于在构建知识库的时候，将各液压支架相对于刮板输送机中部槽的位置和姿态角、通过逆向运动学获得的液压支架与浮动连接机构的运动参数、以及液压支架相对于煤层的坐标等信息转换为计算机可用的xml格式送入知识库中；
推理机用于按照液压支架位置与专家系统知识库...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢嘉成，王学文，李素华，李娟莉，李梦辉，孙梦帧，张鑫，姜硕，崔涛，沈宏达，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14