一种液压支架与刮板输送机的推移机构运动规划方法技术

本发明专利技术提供了一种液压支架与刮板输送机的推移机构运动规划方法，在液压支架上内嵌相关传感器获得的实时信息，采煤机截割过后，应用路径分割技术后利用笛卡尔路径规划方法对推移机构各结构的运动进行规划，得到基于各结构关键点的三维坐标关于时间维的运动规律，利用高斯滤波修正方法进行处理，得到最终修正轨迹。将获得的运动规律应用于Unity3D创建的煤层与虚拟煤机装备联合仿真系统中，将实时传感信息通过Unity3D中预留的接口接入虚拟环境进行联合规划，最终得到推移机构的规划后的运动。通过本发明专利技术，能够对推移机构各结构的运动进行规划，建立虚拟环境下液压支架与刮板输送机的协同推进与真实井下环境下的映射关系。机的协同推进与真实井下环境下的映射关系。机的协同推进与真实井下环境下的映射关系。

【技术实现步骤摘要】
一种液压支架与刮板输送机的推移机构运动规划方法


[0001]本专利技术涉及路径规划
，具体为一种液压支架与刮板输送机的推移机构运动规划方法。

技术介绍

[0002]智能化开采是现代煤矿开采的目标，虚拟开采是实现开采智能化的关键之一。液压支架与刮板输送机的浮动连接机构具有多个自由度的空间运动，其运动对虚拟综采工作面协同推进具有重要作用，因而需要在虚拟环境下对液压支架与刮板输送机的浮动连接机构的运动进行规划。
[0003]申请号为CN202010102529.X公开了一种液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，将推移机构转换为工业机器人模型，基于工业机器人逆向运动学的解析方法确定浮动连接机构的各运动参数关系式，由于逆向运动学的多解性，根据得到运动规律对机械手模型运动的实现度，根据逐级渐进筛选法，选择最优解，确定了浮动连接机构各结构的运动规律。
[0004]申请号为CN201811509303.0公开了一种综采面液压支架推移推杆位姿感知装置、综采面液压支架推移推杆机构及方法，在每个推移推杆的左、右两侧分别设有用于实时感知所述推移推杆位姿的左侧位姿感应单元和右侧位姿感应单元，中央信号处理单元根据左侧位姿感应单元所反馈的位移和根据右侧位姿感应单元所反馈的位移来感知推移推杆的偏移程度，并通过执行机构进行调整。
[0005]申请号为CN201910306404.6公开了一种在井下复杂地况的推溜过程模拟实验装置，液压支架底座模型与刮板输送机模型是通过推移机构模型连接构成，并通过推移路线结构模型实现刮板输送机推溜过程，推移机构前端通过连接头与输送机相连,它与液压支架底座通过推移千斤顶活塞杆前端相连接，而推移千斤顶的缸体与之铰接，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，并检测出刮板输送机的轨迹线,进行轨迹修正。
[0006]上述方法中，在获得推移机构各结构的运动参数时，需要安装传感器、相机等若干电子元器件，考虑到井下空间、光线限制、以及电磁干扰无线信号等影响因素，以及液压支架数目的限制，采用电子元器件获得推移机构的角度、推移距离具有一定的难度且未考虑到在真实情况下推移机构的运动特点，并且在进行理论分析时需要进行冗杂的计算，浮动连接机构最优解确定过程复杂。目前在液压支架与刮板输送机协同推进问题上，当液压支架推移刮板输送机时，推移机构存在多自由运动，阻碍了虚拟综采工作面的协同推进，因而需要对推移机构各结构的运动进行规划，建立虚拟环境下液压支架与刮板输送机的协同推进与真实井下环境下的映射关系。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术将推移机构转换为机械手模型，在液压支架底座上
内嵌相关传感器，通过虚实结合对推移机构各结构的运动进行规划，获得液压支架与刮板输送机浮动连接机构的运动。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种液压支架与刮板输送机的推移机构运动规划方法，包括：
[0009]液压支架与刮板输送机的推移机构开始推移时，采用销耳间隙补偿法消除液压支架与刮板输送机之间的销耳间隙，并获取液压支架上内嵌传感器的实时感应信息；其中，内嵌传感器至少包括安装在液压支架底座上的红外测距仪、内嵌于底座两侧的倾角传感器、以及内嵌于推移杆内的陀螺仪；
[0010]采煤机截割过后，液压支架及时将刮板输送机推移一定距离，应用路径分割技术进行分割，并利用笛卡尔路径规划方法对推移机构各结构的运动进行规划，得到基于结构关键点的三维坐标关于时间维的运动规律；
[0011]利用高斯滤波修正方法进行处理，得到最终修正轨迹；
[0012]将获得的运动规律应用于Unity3D创建的煤层与虚拟煤机装备联合仿真系统中，将实时传感信息通过Unity3D中预留的接口接入虚拟环境进行联合规划，最终得到推移机构的规划后的运动。
[0013]其中，销耳间隙补偿法是利用红外测距仪测量液压支架与刮板输送机的相对位置，测量未推移时连接头的位置的与刚推移时的连接头的位置；当红外测距结果不变时，作为推移时的初始标志，当红外测距结果开始变化时，表示推移开始，液压支架推移既定距离，由此实现对销耳间隙的补偿。
[0014]其中，路径分割技术是在已知液压支架与刮板输送机之间的连接头的初始位置与最终位置时，通过将整个路径分割成多个片段，使用一系列的低次多项式进行拼接后得到整个的运动轨迹公式；
[0015]一个n次多项式的路径为q(t)＝a0+a1t+a2t2+
…
+a
n
t
n
，求解该方程共需要n+1个条件，通过已知的点和位置、速度、加速度、加加速度方程的有限次求导进行方程求解与路径平滑，整个运动轨迹要考虑到以下边界条件：q(t0)＝q0，q(t1)＝q1，q(t2)＝q2，q(t3)＝q3， q(t4)＝q4，将路径分割成四个片段：q1(t)、q2(t)、 q3(t)和q4(t)进行分析。
[0016]其中，笛卡尔路径规划方法是机械手在一定的时间内，从点运动到点根据获得的X有关时间变化的函数表达式，建立P1和P2点之间的线性关系，得到坐标y、z关于时间变量的函数表达式运动到点得到坐标y、z关于时间变量的函数表达式，表示为：
[0017][0018][0019]其中，推移机构是由液压油缸、活塞杆、推移杆、连接头组成，用来连接液压支架与刮板输送机的一个浮动连接机构；
[0020]浮动连接系统的运动具有4个自由度：在推移过程中活塞杆沿着其轴线方向发生伸缩运动，推移杆绕着连接销轴的轴线方向发生俯仰运动，推移杆绕着连接销轴产生偏航角，连接头绕着销轴轴线方向产生偏航角。
[0021]其中，由于浮动连接机构运动的不确定性和液压支架与刮板输送机的位置限制，使得利用笛卡尔路径规划确定的推移机构的运动轨迹在合理的范围内波动，且与液压支架推移机构实际运动轨迹之间存在的误差，利用高斯滤波修正方法进行处理：高斯滤波修正方法是一种线性滤波，通过筛选高概率发生区的数据进行加权平均后以其算术平均值作为滤波输出，对服从正态分布的噪声进行有效抑制。
[0022]其中，煤层与虚拟煤机装备联合仿真系统是在Unity3D虚拟环境下创建的虚拟仿真系统，由虚拟截割煤层底板模型、虚拟液压支架群和虚拟刮板输送机组成，通过对虚拟煤机装备与煤层安装相关物理引擎，实现虚拟煤机装备自适应铺设与推进；
[0023]其中，虚拟截割煤层底板是在虚拟环境下根据采煤机截割信息建立的虚拟截割煤层底板模型；
[0024]虚拟液压支架是在虚拟环境下建立的与实际液压支架相等价的、可以在虚拟煤层底板上自适应铺设与推进，并且可模拟真实液压支架运动的虚拟液压支架；
[0025]虚拟刮板输送机是与实际刮板输送机相等价的、自适应铺设在虚拟底板上，并且模拟真实刮板输送机运动的虚拟刮板输送机。
[0026]本专利技术所提供的一种液压支架与刮板输送机的推移机构运动规划方法，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
[0027](1)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液压支架与刮板输送机的推移机构运动规划方法，其特征在于，包括：液压支架与刮板输送机的推移机构开始推移时，采用销耳间隙补偿法消除液压支架与刮板输送机之间的销耳间隙，并获取液压支架上内嵌传感器的实时感应信息；其中，所述内嵌传感器至少包括安装在液压支架底座上的红外测距仪、内嵌于底座两侧的倾角传感器、以及内嵌于推移杆内的陀螺仪；采煤机截割过后，液压支架及时将刮板输送机推移一定距离，应用路径分割技术进行分割，并利用笛卡尔路径规划方法对推移机构各结构的运动进行规划，得到基于结构关键点的三维坐标关于时间维的运动规律；利用高斯滤波修正方法进行处理，得到最终修正轨迹；将获得的运动规律应用于Unity3D创建的煤层与虚拟煤机装备联合仿真系统中，将实时传感信息通过Unity3D中预留的接口接入虚拟环境进行联合规划，最终得到推移机构的规划后的运动。2.根据权利要求1所述的液压支架与刮板输送机的推移机构运动规划方法，其特征在于，所述销耳间隙补偿法是利用红外测距仪测量液压支架与刮板输送机的相对位置，测量未推移时连接头的位置的与刚推移时的连接头的位置；当红外测距结果不变时，作为推移时的初始标志，当红外测距结果开始变化时，表示推移开始，液压支架推移既定距离，由此实现对销耳间隙的补偿。3.根据权利要求1所述的液压支架与刮板输送机的推移机构运动规划方法，其特征在于，所述路径分割技术是在已知液压支架与刮板输送机之间的连接头的初始位置与最终位置时，通过将整个路径分割成多个片段，使用一系列的低次多项式进行拼接后得到整个的运动轨迹公式；一个n次多项式的路径为q(t)＝a0+a1t+a2t2+...+a
n
t
n
，求解该方程共需要n+1个条件，通过已知的点和位置、速度、加速度、加加速度方程的有限次求导进行方程求解与路径平滑，整个运动轨迹要考虑到以下边界条件：q(t0)＝q0，q(t1)＝q1，q(t2)＝q2，q(t3)＝q3，q(t4)＝q4，将路径分割成四个片段：q1(t)、q2(t)、q3(t)和q4(t)进行分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢嘉成，李素华，王学文，任芳，崔涛，焦秀波，蔡宁，童梦瑶，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：