一种采煤机与护帮板协同动作控制方法技术

本发明专利技术涉及煤矿综采设备领域，尤其是一种采煤机与护帮板协同动作控制方法，其包括采煤机到达排头支架位置时，识别二号支架顶梁的位置；计算排头支架护帮板有限域；识别采煤机主体、前滚筒及后滚筒的位置信息；识别采煤机实际空间，和采煤机预测空间，形成采煤机有限域；读取护帮板有限域及采煤机有限域的位置信息，判断护帮板有限域及采煤机有限域是否发生干涉。本发明专利技术创造空间内有限域的概念，优化了判断护帮板与采煤机是否干涉的监测算法，实现采煤机行进过程中的快速反应；通过检测护帮板曲折度、定位采煤机空间位置、监测护帮板液压缸位移、采煤机摇臂实时角度，实现了直接定位顶梁从而确定护帮板空间参数。梁从而确定护帮板空间参数。梁从而确定护帮板空间参数。

【技术实现步骤摘要】
一种采煤机与护帮板协同动作控制方法


[0001]本专利技术涉及煤矿综采设备领域，尤其是一种采煤机与护帮板协同动作控制方法。

技术介绍

[0002]现阶段综采工作面智能化和自动化的程度仍有不足，生产过程中仍然存在采煤机与液压支架护帮板的干涉问题。目前开采
‑
支护装备作业干涉检测存在着两大问题：一是部分综采工作面依靠采煤机司机工人和液压支架工人的作业经验判断采煤机滚筒和液压支架护帮板的相互位置关系，进而判断两者是否干涉，不仅干涉判断效果差，并且大大增加了工人的劳动强度和劳动时间，降低了工作效率；二是护帮板与采煤机即将发生干涉时，由于工人反应时间慢等原因，不能及时关停采煤机或收回护帮板，从而造成干涉事故，轻者造成采煤机滚筒和液压支架护帮板的损坏，重者则会造成严重的生产安全事故。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在解决上述问题，提供了一种采煤机与护帮板协同动作控制方法，其采用的技术方案如下：
[0004]一种采煤机与护帮板协同动作控制方法，定义采煤机所在位置处的液压支架为排头支架，排头支架沿采煤机行进方向下游的支架依次定义为二号支架及三号支架，定义X方向为液压支架宽度方向，Y方向为液压支架长度方向，Z方向为液压支架工作高度方向；
[0005]液压支架顶梁下侧设置顶部图像采集装置，底座上方设置底部图像采集装置；下游的液压支架朝向上游液压支架一侧的侧护板上设置支架标定点；采煤机朝向液压支架一侧设置采煤机标定点，其中主体上设置不少于3个且不位于同一直线上的采煤机标定点，前滚筒及后滚筒的圆心位置分别设置采煤机标定点；
[0006]采煤机与护帮板协同动作控制方法包括以下步骤：
[0007]S1.采煤机到达排头支架位置时，排头支架的顶部图像采集装置识别二号支架侧护板处的支架标定点，从而识别二号支架顶梁的位置；
[0008]S2.结合二号支架的护帮板位移传感器判定护帮板液压缸的伸出距离l1，计算二号支架护帮板的位置，以护帮板端点为基准，将端点内垂直空间作为护帮板有限域；
[0009]S3.排头支架底部图像采集装置识别采煤机的采煤机标定点，结合前摇臂处液压缸伸长距离l2、前摇臂偏转角α1、后摇臂处液压缸的伸长距离l3及后摇臂偏转角β1，识别采煤机主体、前滚筒及后滚筒的位置信息；
[0010]S4.以采煤机外轮廓的各端点为基准，端点内的垂直空间作为采煤机实际空间，将所述采煤机实际空间沿采煤机行进方向延伸预定长度，形成采煤机预测空间，结合采煤机实际空间与采煤机预测空间，形成采煤机有限域；
[0011]S5.读取护帮板有限域及采煤机有限域的位置信息，判断护帮板有限域及采煤机有限域是否发生干涉；
[0012]S6
‑
1.若护帮板有限域及采煤机有限域不发生干涉，采煤机继续行进至二号支架
位置处，重复步骤S1
‑
S5；
[0013]S6
‑
2.若护帮板有限域及采煤机有限域发生干涉，将二号支架护帮板液压缸能回收最短行程输入上位机，重新计算护帮板有限域；
[0014]S6
‑2‑
1.若该情形下护帮板有限域及采煤机有限域不发生干涉，则将护帮板液压缸回收至最短行程，采煤机继续行进至二号支架位置处，重复步骤S1
‑
S5；
[0015]S6
‑2‑
2.若该情形下护帮板有限域及采煤机有限域仍发生干涉，则将护帮板液压缸回收至最短行程，将采煤机摇臂下降的预定角度输入上位机，重新计算采煤机有限域，直至护帮板有限域及采煤机有限域不发生干涉，此时将采煤机摇臂下降预定角度，重复步骤S1
‑
S5。
[0016]在上述方案的基础上，液压支架的底座上还设置测距传感器；
[0017]步骤S1中，首先通过排头支架的测距传感器测量顶部图像采集装置的位置信息，以识别排头支架的顶梁位置。
[0018]在上述方案的基础上，所述测距传感器包括传感器底座、第一基座及第二基座，所述传感器底座固定连接在底座上，第一基座铰接在传感器底座上并绕x轴转动，第二基座铰接在第一基座一端并绕y轴转动，所述第一基座及第二基座上侧设置红外线发射器；所述传感器底座与第一基座之间、第一基座与第二基座之间分别设置角位移传感器。
[0019]优选地，所述顶部图像采集装置上设置用以接收红外线的接收器。
[0020]优选地，步骤6
‑2‑
2中，第一次输入前摇臂和后摇臂处于最低位置的偏转角α和β，若该情形下护帮板有限域及采煤机有限域不发生干涉，将各偏转角分别增加5
°
再次输入，进行干涉判断，直至第k次输入前摇臂偏转角α+(k
‑
1)5、后摇臂偏转角β+(k
‑
1)5时，护帮板有限域及采煤机有限域发生干涉，则将采煤机的前摇臂调整至偏转角为α+(k
‑
2)5、后摇臂调整至偏转角为β+(k
‑
2)5的位置，重复步骤S1
‑
S5。
[0021]优选地，所述顶部图像采集装置的数量为2个，且沿y轴方向设置，所述底部图像采集装置的数量为2个，且沿x方向设置。
[0022]优选地，所述支架标定点的数量为5个，且沿上下两行设置，第一行的支架标定点的数量为3个，第二行的支架标定点的数量为2个，且设置在第一行的相邻支架标定点之间的空隙下方，所述5个支架标定点共定位9个平面；
[0023]步骤S1中，排头支架的顶部图像采集装置识别二号支架侧护板处的支架标定点后，计算各平面之间最大偏移角w，并判断最大偏移角w是否在预先设定的系统允许误差
±
Δw范围内，若最大偏移角w超出系统允许误差
±
Δw，则向上位机报警，且采煤机停止运行。
[0024]优选地，采煤机的主体上的采煤机标定点的数量为4个，且呈矩形分布。
[0025]优选地，支架标定点与采煤机标定点的结构相同，均采用1个定位点与6个辅助点组合而成，所述6个辅助点沿定位点周向均布。
[0026]优选地，所述顶部图像采集装置与底部图像采集装置结构相同，所述顶部图像采集装置包括相机基座、水平转向座及相机镜头，所述相机基座固定安装在顶梁下侧，水平转向座与相机基座连接并相对相机基座在水平方向内转动，相机镜头铰接在相机基座上，并绕x轴或y轴转动；相机基座与水平转向座之间、水平转向座与相机镜头之间分别设置角位移传感器。
[0027]本专利技术的有益效果为：创造空间内有限域的概念，优化了判断护帮板与采煤机是
否干涉的监测算法，实现采煤机行进过程中的快速反应，识别准确、响应快速，满足实际综采工作面的生产需求；通过检测护帮板曲折度、定位采煤机空间位置、监测护帮板液压缸位移、采煤机摇臂实时角度，实现了直接定位顶梁从而确定护帮板空间参数，避免了过多的求解过程产生的误差，求解结果精确；方案安装使用方便，所占空间小，可移植性强，可用于各种类型液压支架，具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采煤机与护帮板协同动作控制方法，其特征在于，定义采煤机(50)所在位置处的液压支架(10)为排头支架，排头支架沿采煤机(50)行进方向下游的支架依次定义为二号支架及三号支架，定义X方向为液压支架(10)宽度方向，Y方向为液压支架(10)长度方向，Z方向为液压支架(10)工作高度方向；液压支架(10)顶梁(13)下侧设置顶部图像采集装置(21)，底座(11)上方设置底部图像采集装置(22)；下游的液压支架(10)朝向上游液压支架(10)一侧的侧护板(12)上设置支架标定点(40)；采煤机(50)朝向液压支架(10)一侧设置采煤机标定点(60)，其中主体(51)上设置不少于3个且不位于同一直线上的采煤机标定点(60)，前滚筒(53)及后滚筒(55)的圆心位置分别设置采煤机标定点(60)；采煤机与护帮板协同动作控制方法包括以下步骤：S1.采煤机(50)到达排头支架位置时，排头支架的顶部图像采集装置(21)识别二号支架侧护板(12)处的支架标定点(40)，从而识别二号支架顶梁(13)的位置；S2.结合二号支架的护帮板位移传感器判定护帮板液压缸的伸出距离l1，计算二号支架护帮板(14)的位置，以护帮板(14)端点为基准，将端点内垂直空间作为护帮板有限域(81)；S3.排头支架底部图像采集装置(22)识别采煤机(50)的采煤机标定点(60)，结合前摇臂(52)处液压缸伸长距离l2、前摇臂(52)偏转角α1、后摇臂(54)处液压缸的伸长距离l3及后摇臂(54)偏转角β1，识别采煤机(50)主体(51)、前滚筒(53)及后滚筒(55)的位置信息；S4.以采煤机(50)外轮廓的各端点为基准，端点内的垂直空间作为采煤机实际空间(71)，将所述采煤机实际空间(71)沿采煤机(50)行进方向延伸预定长度，形成采煤机预测空间(72)，结合采煤机实际空间(71)与采煤机预测空间(72)，形成采煤机有限域(82)；S5.读取护帮板有限域(81)及采煤机有限域(82)的位置信息，判断护帮板有限域(81)及采煤机有限域(82)是否发生干涉；S6
‑
1.若护帮板有限域(81)及采煤机有限域(82)不发生干涉，采煤机(50)继续行进至二号支架位置处，重复步骤S1
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S5；S6
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2.若护帮板有限域(81)及采煤机有限域(82)发生干涉，将二号支架护帮板液压缸能回收最短行程输入上位机，重新计算护帮板有限域(81)；S6
‑2‑
1.若该情形下护帮板有限域(81)及采煤机有限域(82)不发生干涉，则将护帮板液压缸回收至最短行程，采煤机(50)继续行进至二号支架位置处，重复步骤S1
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S5；S6
‑2‑
2.若该情形下护帮板有限域(81)及采煤机有限域(82)仍发生干涉，则将护帮板液压缸回收至最短行程，将采煤机(50)摇臂下降的预定角度输入上位机，重新计算采煤机有限域(82)，直至护帮板有限域(81)及采煤机有限域(82)不发生干涉，此时将采煤机(50)摇臂下降预定角度，重复步骤S1
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S5。2.根据权利要求1所述的一种采煤机与护帮板协同动作控制方法，其特征在于，液压支架(10)的底座(11)上还设置测距传感器(30)；步骤S1中，首先通过排头支架的测距传感器(30)测量顶部图像采集装置(21)的位置信息，以识别排头支架的顶梁(13)位置。3.根据权利要求2所述的一种采煤机与护帮板协同动作控制方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟昭胜，曾庆良，徐鹏辉，高魁东，张鑫，李青海，黄万朋，江东海，赵金海，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：