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专利号: 2022111075843
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法,其特征在于,液压支架底座(11)上设置拍摄装置,所述拍摄装置包括朝向相邻的液压支架的摄像头(24);

工作面液压支架底座群状态感知描述方法包括以下步骤:

S1.以端部液压支架为总基准,后序液压支架相对前序相邻液压支架作为目标支架,前序液压支架相对后序相邻液压支架作为基准支架;定义X方向为基准支架宽度方向,Y方向为基准支架长度方向,Z方向为基准支架工作高度方向;

S2.液压支架底座(11)朝向前序相邻液压支架的摄像头(24)的一侧设置3个监测点D1、D2及D3,所述D1、D2及D3不共线且不能形成等腰三角形,且D1D2连线平行于底座(11)的边缘线;

S3.摄像头(24)拍摄后序相邻液压支架的监测点,并将拍摄图像传输至处理器;

S4.处理器解析各监测点的坐标,进而得到目标液压支架底座空间状态;

所述步骤S4中解析各监测点的过程包括:

S4‑1.假定D01(D01x, D01y, D01z),D02(D02x, D02y, D02z),D03(D03x, D03y, D03z)为基准支架D1, D2, D3三点在基准支架坐标系X0的坐标,D11(D11x, D11y, D11z),D12(D12x, D12y, D12z),D13(D13x, D13y, D13z)为目标支架上D1, D2, D3三点在X0下的坐标,构建向量D01D02,D02D03在基准支架坐标系X0下的法向量n0,则n0= D01D02×D02D03,构建向量D11D12,D12D13在基准支架坐标系X0下的法向量n1,则n1=D11D12×D12D13;

S4‑2.过D01以n0为向量方向构建D4点,则在基准支架坐标系X0下向量D04= n0+ D01,过D11以n1为向量方向构建D4’点,则在基准支架坐标系X0下向量D14= n1+ D11;

S4‑3.定义基准支架D1, D2, D3, D4点可先旋转,旋转矩阵R1,旋转轴依据用户选择自定义,则R1为3×3矩阵,包涵9个未知量,后平移,平移矩阵S1,则S1为3×1矩阵,包涵3个未知量,变换至目标支架对应点,依据基准支架D1, D2, D3, D4点和目标支架D1, D2, D3, D4’点坐标建立矩阵P0和P1:, (1)

S4‑4.令

P1=T P(0 2)

其中T为四阶矩阵,如式(3)所示:

(3)

则目标支架上任一点坐标D0m可通过转换矩阵T得到其在基准支架下的坐标D1m,(4)S4‑5.依次对后序各目标支架的底座状态进行感知,设第n台支架上D0p点,其在第一台支架的映射坐标D (n‑1)p为:(5)。

2.根据权利要求1所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法,其特征在于,还包括S5.以端部液压支架作为描述基准,以端部液压支架底座(11)重心Dg1为中心、以工作面需求Ly和Lz为边长,在YOZ平面内绘制描述平面,将后序各目标支架的坐标根据式(5)向描述平面映射,形成液压支架底座空间描述空间,观察各液压支架Y向、Z向整齐度。

3.根据权利要求1所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法,其特征在于,摄像头(24)在Y方向的拍摄范围涵盖目标支架推移步距Lp,并包括Y方向活动阈值±Δy;摄像头(24)在X方向的拍摄范围涵盖X方向活动阈值‑Δx1和+Δx2;摄像头(24)在Z方向的拍摄范围涵盖Z方向活动阈值±Δz。

4.根据权利要求1所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法,其特征在于,摄像头(24)背面设置标记点(25),基准支架的摄像头(24)拍摄目标支架的标记点(25)后,分析标记点(25)坐标,再分析监测点坐标。

5.根据权利要求1所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法,其特征在于,底座(11)上设置激光发射装置及激光接收装置,所述激光发射装置包括朝向目标支架设置的激光发射器(34),所述激光发射器(34)圆心位置设置中心强光源(341),中心强光源(341)外侧沿周向均布环形弱光源(342),所述中心强光源(341)的半径为r1,环形弱光源(342)外缘包络线的包络半径为r2;激光接收装置包括朝向基准支架设置的第一激光接收器(51),所述第一激光接收器(51)圆心位置设置中心接收区(511),第一激光接收器(51)其余区域由激光接收模块(512)填充,所述中心接收区(511)的半径为r3,第一激光接收器(51)半径为r4;接收中心强光源(341)的激光时,被照射的中心接收区(511)和/或激光接收模块(512)发出高水平电平信号,接收环形弱光源(342)的激光时,被照射的中心接收区(511)和/或激光接收模块(512)发出低水平电平信号,无激光照射时,中心接收区(511)和激光接收模块(512)无电平信号。

6.根据权利要求5所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法,其特征在于,得到目标支架空间状态后,对目标支架姿态检测精度进行误差水平分类,包括以下步骤:S6‑1.定义对目标支架的位置检测误差Δ,L1水平阈值δ1(δ1=r1+r3),L2水平阈值δ2(δ

2=r1+r4),L3水平阈值δ3(δ3=r2+r4);

S6‑2.(1)连续多台目标支架间Δ≤δ1,认定检测结果为L1水平;

(2)目标支架δ1<Δ≤δ2,认定检测结果为L2水平;

(3)目标支架δ2<Δ≤δ3,认定检测结果为L3水平;

(4)目标支架Δ>δ3,认定检测结果为L4水平。

7.根据权利要求6所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法,其特征在于,所述激光发射装置还包括支撑座(31)、第一电机(32)、支撑台(33)、激光发射器(34)及第二电机(35),所述支撑座(31)固定连接在底座(11)上,第一电机(32)沿竖直方向设置在支撑座(31)上,支撑台(33)连接在第一电机(32)上方,且能够在第一电机(32)的驱动下在水平方向内转动,激光发射器(34)可转动地设置在支撑台(33)上,第二电机(35)沿水平方向安装在支撑台(33)上,且第二电机(35)驱动激光发射器(34)转动;还包括累积误差校验装置,其包括第三电机(41)、伸出轴(42)及第二激光接收器(43),所述第三电机(41)沿水平方向设置在底座(11)上并驱动伸出轴(42)转动,第二激光接收器(43)固定连接在伸出轴(42)上,所述第二激光接收器(43)与第一激光接收器(51)结构相同。

8.根据权利要求7所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法,其特征在于,对误差水平分类后,进行累积误差校验,其步骤为:S7.定义第二激光接收器(43)中心坐标为D1j(D1jx, D1jy, D1jz),则(6)

式(6)解得的2个结果中,排除一个明显脱离目标支架底座(11)的坐标,即得到第二激光接收器(43)中心坐标为D1j(D1jx, D1jy, D1jz);定义激光发射器(34)在基准支架坐标系中的坐标D0c(D0cx, D0cy, D0cz),第二激光接收器(43)的中心强光源对准中心接收区(511)时需要第一电机(32)和第二电机(35)旋转的角度分别为A1和A2,则(7)。

9.根据权利要求8所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法,其特征在于,定义最大允许误差Δ1,Δ1值预先设定,(1)针对L1水平误差结果,认定检测结果足够精确,无需进行误差校验;

(2)针对L2水平误差结果,认定检测结果相对精确,每间隔X1台液压支架进行累计误差校验,X1=[Δ1/δ2];

(3)针对L3水平误差结果,认定检测结果比较粗糙,每间隔X2台液压支架进行累计误差校验,X2=[Δ1/δ3];

(4)针对L4水平误差结果,认定检测故障,处理器发出故障信号引导操作人员人工修复。