一种采煤机与液压支架相对位置测量系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种采煤机与液压支架相对位置测量系统及方法，包括同处于综采工作面环网中的主动式声发射装置、机载控制器、安装在液压支架上的声音传感器阵列、计算处理装置。其中声发射装置主动发出固定波形与频段的声音信号；机载控制器隔一段时间给声发射装置一个指令，控制其发出指定声音。声音传感器阵列包括3个空间分布的声音传感器；每个液压支架上安装有一套声音传感器阵列和计算处理装置。通过盲源分离算法分离出声发射装置发出的信号，根据每个传感器接收到的信号的时间差计算出声发射装置的位置，从而获取采煤机空间位置与液压支架相对位置。本发明专利技术定位精度高，结构简单，功耗低，成本低，易于安装布置与维护。

【技术实现步骤摘要】
一种采煤机与液压支架相对位置测量系统及其方法
本专利技术属于煤矿综采工作面采煤机定位测量
，涉及一种采煤机与液压支架相对位置测量系统及其方法。
技术介绍
随着我国煤炭开采技术的发展，现代化矿井的自动化和智能化程度有了很大的提升，推动了煤炭“无人化”或“少人化”开采的进程。作为综合机械化采煤工作面的重要设备，采煤机主要完成采煤和落煤，液压支架为综采工作面中的设备和人员安全的作业空间，采煤机和液压支架的高效协同工作是综采工作面智能化的重要保障。为了实现采煤过程的自动化，液压支架需要根据采煤机的位置完成相应的动作，即跟机自动控制模式。其中位于采煤机前进方向前部一定距离的液压支架应收起护帮板，使得采煤机顺利完成割煤。若液压支架提前动作，会影响综采工作面的支护效果；反之可能导致采煤机滚筒截割到护帮板，引发安全事故和设备损坏。位于采煤机前进方向后部的液压支架，应在采煤机完成割煤后迅速完成“降-移-升”动作，使得工作面顶板得到及时支护。后部的液压支架若提前动作，可能导致采煤机后滚筒截割到其它设备，引发安全事故和设备损坏；反之，则会影响综采工作面的支护效果。上述采煤机与液压支架自动化工作流程过程中，如何实现采煤机与液压支架之间相对空间位置的精确测量或感知，是保证上述动作顺利完成的关键。中国专利201410815250.0提出了一种利用液压支架推溜曲线实现采煤机相对定位的方法，通过在液压支架中安装推溜位移曲线传感器，获取离散序列构建推溜曲线。然而液压支架推移液压缸与刮板输送机采用铰接方式连接，推溜与移架过程中推移液压缸与刮板输送机接触点存在一定的相对移动，以推溜位移传感器为依据的位置判断存在不可避免的误差，且误差难以消除。中国专利申请201910695933.X、中国专利201710040418.9，均是利用图像方式实现采煤机与液压支架相对定位，然而综采工作面光照条件差、能见度低、粉尘及水雾等因素对图像采集影响较大，导致相关技术在实际使用过程中难度较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种采煤机与液压支架相对位置测量系统其方法，通过安装在采煤机机身上的主动式声发射装置所发出的指定声音信号，到达安装在液压支架上的信号接收装置的时间差的不同，实现采煤机与液压支架空间相对位置的精确计算；其定位过程中不存在累计误差的问题，功耗低，定位精度高，适用于各种地质条件，易于推广使用。为了解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案。本专利技术的一种采煤机与液压支架相对位置测量系统，包括采煤机、采煤机机载控制器、主动式声发射装置、液压支架、声音传感器阵列(9)、计算处理装置(10)；所述的主动式声发射装置安装在采煤机机身上或安装在采煤机内部隔爆腔体内；所述的声发射装置与采煤机机载控制器相连，并接入到综采工作面环网中；机载控制器每隔一段时间给声发射装置一个指令，控制其发出指定波形的声音信号；所述的液压支架包括液压支架底梁(1)、液压支架顶梁(2)、液压支架立柱(3)、液压支架铰接梁(4)、液压支架前梁(6)、液压支架后梁(7)、液压支架铰接点(8)；沿所述的采煤机前进方向上布置有若干台所述的液压支架，依次编号为支架1，支架2，支架3，…支架N，支架N+1，支架N+2，支架N+3，支架N+4…；在每个所述的液压支架顶梁(2)的中间正下方处，均设置有所述的声音传感器阵列(9)和计算处理装置(10)，相邻固定安装到液压支架顶梁(2)上并通过信号线连接以实现相互间信号传输；所述声音传感器阵列(9)包括3个呈空间分布的声音传感器，用于接收声发射装置所发出的声音信号、其他设备运行声音信号和噪声信号；所述的3个呈空间分布的声音传感器不在同一个平面内，设置于计算处理装置(10)周边；所述的计算处理装置(10)用于实现采煤机与液压支架相对位置精确定位算法，包括用于数据在线分析计算的核心处理器，用于数据归档与参数储存的数据存储器，用于同步3个声音传感器时钟的同步时钟电路，用于和综采工作面环网通讯的通讯模块，用于采集并转换3路声音传感器信号的信号采集模块，电源电路；所述的计算处理装置(10)工作状态与采煤机位置保持同步，只有在感知到采煤机位置接近对应液压支架位置时，计算处理装置(10)才开始工作本专利技术的一种采煤机与液压支架相对位置测量方法，采用一种采煤机与液压支架相对位置测量系统，包括采煤机、采煤机机载控制器、主动式声发射装置、液压支架、声音传感器阵列(9)、计算处理装置(10)；沿所述的采煤机前进方向上布置有若干台所述的液压支架，依次编号为支架1，支架2，支架3，…支架N，支架N+1，支架N+2，支架N+3，支架N+4,…；在每个所述的液压支架顶梁(2)的中间正下方处，均设置有所述的声音传感器阵列(9)和计算处理装置(10)，相邻固定安装到液压支架顶梁(2)上并通过信号线连接和实现相互间信号传输；所述的计算处理装置工作状态与采煤机位置保持同步，只有在感知到采煤机机位置接近对应支架位置时，计算处理装置才开始工作；所述的计算处理装置是否工作以及工作顺序，按照以下规则确定：1)当采煤机位于综采工作面起始工作位置即端头时，此时位置校正清零并定义为零点初始位置；此时，每台液压支架上安装的计算处理装置处于静默待机状态；2)当采煤机机载控制器向采煤机发出前进指令后，采煤机机身长度即采煤机前进方向上对应的所有支架上的计算处理装置均开始工作，并计算采煤机的实时位置；设采煤机机身长度为L，每台支架的宽度为l，则采煤机长度方向对应的支架数量为N＝Roundup(L/l)，其中Roundup为向上取整函数；采煤机启动的瞬间，其前进相反方向无支架，机身沿长度方向上对应的N台支架对应的计算处理装置全部激活工作，同时位于第N台支架右侧的4台支架也激活工作；3)所有激活工作的计算处理装置均计算采煤机的实时位置，分别记为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3),…(xn,yn,zn),(xn+1,yn+1,zn+1)(xn+2,yn+2,zn+2),(xn+3,yn+3,zn+3),(xn+4,yn+4,zn+4)；4)采煤机实时位置记为x＝(x1+x2+x3+…+xn+4)/(n+4),y＝(y1+y2+y3+…+yn+4)/(n+4),z＝(z1+z2+z3+…+zn+4)/(n+4)；5)随着采煤机不断前进，当计算出来的位置表示采煤机越过左侧第一台液压支架后，则激活的计算处理装置为采煤机机身长度对应的支架上的计算处理装置及其前方的4台支架，即标号为2,3,4,5，…N+1,N+2,N+3,N+4,N+5；6)以此类推，按顺序激活对应的计算处理装置，直至采煤机运动到工作面另一端头；当采煤机反方向运动时，其方法相同；7)采煤机位置由所有被激活的计算处理装置计算出的三维坐标取平均值确定。所述的一种采煤机与液压支架相对位置测量方法，包括以下步骤：步骤1.定义空间坐标系：坐标原点为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采煤机与液压支架相对位置测量系统，包括采煤机、采煤机机载控制器、主动式声发射装置、液压支架、声音传感器阵列(9)、计算处理装置(10)；/n所述的主动式声发射装置安装在采煤机机身上或安装在采煤机内部隔爆腔体内；/n所述的声发射装置与采煤机机载控制器相连，并接入到综采工作面环网中；机载控制器每隔一段时间给声发射装置一个指令，控制其发出指定波形的声音信号；/n所述的液压支架包括液压支架底梁(1)、液压支架顶梁(2)、液压支架立柱(3)、液压支架铰接梁(4)、液压支架前梁(6)、液压支架后梁(7)、液压支架铰接点(8)；/n其特征在于：/n沿所述的采煤机前进方向上布置有若干台所述的液压支架，依次编号为支架1，支架2，支架3，…支架N，支架N+1，支架N+2，支架N+3，支架N+4…；/n在每个所述的液压支架顶梁(2)的中间正下方处，均设置有所述的声音传感器阵列(9)和计算处理装置(10)，相邻固定安装到液压支架顶梁(2)上并通过信号线连接以实现相互间信号传输；/n所述声音传感器阵列(9)包括3个呈空间分布的声音传感器，用于接收声发射装置所发出的声音信号、其他设备运行声音信号和噪声信号；所述的3个呈空间分布的声音传感器不在同一个平面内，设置于计算处理装置(10)周边；/n所述的计算处理装置(10)用于实现采煤机与液压支架相对位置精确定位算法，包括用于数据在线分析计算的核心处理器，用于数据归档与参数储存的数据存储器，用于同步3个声音传感器时钟的同步时钟电路，用于和综采工作面环网通讯的通讯模块，用于采集并转换3路声音传感器信号的信号采集模块，电源电路；/n所述的计算处理装置(10)工作状态与采煤机位置保持同步，只有在感知到采煤机位置接近对应液压支架位置时，计算处理装置(10)才开始工作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种采煤机与液压支架相对位置测量系统，包括采煤机、采煤机机载控制器、主动式声发射装置、液压支架、声音传感器阵列(9)、计算处理装置(10)；
所述的主动式声发射装置安装在采煤机机身上或安装在采煤机内部隔爆腔体内；
所述的声发射装置与采煤机机载控制器相连，并接入到综采工作面环网中；机载控制器每隔一段时间给声发射装置一个指令，控制其发出指定波形的声音信号；
所述的液压支架包括液压支架底梁(1)、液压支架顶梁(2)、液压支架立柱(3)、液压支架铰接梁(4)、液压支架前梁(6)、液压支架后梁(7)、液压支架铰接点(8)；
其特征在于：
沿所述的采煤机前进方向上布置有若干台所述的液压支架，依次编号为支架1，支架2，支架3，…支架N，支架N+1，支架N+2，支架N+3，支架N+4…；
在每个所述的液压支架顶梁(2)的中间正下方处，均设置有所述的声音传感器阵列(9)和计算处理装置(10)，相邻固定安装到液压支架顶梁(2)上并通过信号线连接以实现相互间信号传输；
所述声音传感器阵列(9)包括3个呈空间分布的声音传感器，用于接收声发射装置所发出的声音信号、其他设备运行声音信号和噪声信号；所述的3个呈空间分布的声音传感器不在同一个平面内，设置于计算处理装置(10)周边；
所述的计算处理装置(10)用于实现采煤机与液压支架相对位置精确定位算法，包括用于数据在线分析计算的核心处理器，用于数据归档与参数储存的数据存储器，用于同步3个声音传感器时钟的同步时钟电路，用于和综采工作面环网通讯的通讯模块，用于采集并转换3路声音传感器信号的信号采集模块，电源电路；
所述的计算处理装置(10)工作状态与采煤机位置保持同步，只有在感知到采煤机位置接近对应液压支架位置时，计算处理装置(10)才开始工作。


2.一种采用权利要求1所述系统实现的采煤机与液压支架相对位置测量方法，所述的系统包括采煤机、采煤机机载控制器、主动式声发射装置、液压支架、声音传感器阵列(9)、计算处理装置(10)，其特征在于：
沿所述的采煤机前进方向上布置有若干台所述的液压支架，依次编号为支架1，支架2，支架3，…支架N，支架N+1，支架N+2，支架N+3，支架N+4,…；
在每个所述的液压支架顶梁(2)的中间正下方处，均设置有所述的声音传感器阵列(9)和计算处理装置(10)，相邻固定安装到液压支架顶梁(2)上并通过信号线连接和实现相互间信号传输；
所述的计算处理装置工作状态与采煤机位置保持同步，只有在感知到采煤机机位置接近对应支架位置时，计算处理装置才开始工作；所述的计算处理装置是否工作以及工作顺序，按照以下规则确定：
1)当采煤机位于综采工作面起始工作位置即端头时，此时位置校正清零并定义为零点初始位置；此时，每台液压支架上安装的计算处理装置处于静默待机状态；
2)当采煤机机载控制器向采煤机发出前进指令后，采煤机机身长度即采煤机前进方向上对应的所有支架上的计算处理装置均开始工作，并计算采煤机的实时位置；设采煤机机身长度为L，每台支架的宽度为l，则采煤机长度方向对应的支架数量为N＝Roundup(L/l)，其中Roundup为向上取整函数；采煤机启动的瞬间，其前进相反方向无支架，机身沿长度方向上对应的N台支架对应的计算处理装置全部激活工作，同时位于第N台支架右侧的4台支架也激活工作；
3)所有激活工作的计算处理装置均计算采煤机的实时位置，分别记为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3),…(xn,yn,zn),(xn+1...

【专利技术属性】
技术研发人员：许静，许杰，张忠宇，赵新旭，杨寅威，王忠宾，吴百公，苏贞，李小虎，
申请(专利权)人：江苏科技大学，中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32