一种液压支架随动自补偿放煤量激光扫描装置的制作方法

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本实用新型涉及一种放煤量激光扫描装置，尤其是一种煤矿井下使用的液压支架随动自补偿放煤量激光扫描装置，属于煤矿综放工作面智能化开采技术领域。


背景技术：

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在煤矿综放开采过程中，亟待解决的难题之一是如何正确判断放煤口最佳开闭时间，是目前急待解决的与智能化综放开采相配套的技术问题。目前，对于放煤口的开闭时间主要有两种方法，其一是由放煤工人通过视觉和听觉，以及经验积累来确定放煤口的开闭，这种方式会带来过放或者欠放情况发生，造成大量丢煤或矸石混入现象发生使得资源浪费和增加后期洗选成本，同时放煤过程会产生大量的粉尘和瓦斯，对放煤操作工人的生命健康造成巨大威胁。二是应用电液控制系统来实现放煤口的开闭，基本方法是在电液控制系统中嵌入预先设定的放煤程序,按照预先设定好的放煤动作及放煤时间实现放煤口的开闭。由于煤层厚度等因素的变化,如若放煤口开闭时间一成不变,就必然导致放煤过程中出现过放或者欠放情况,使煤质下降或者资源遭受损失。因此，在智能化放煤过程中，放煤量的在线监测是精准放煤的关键技术，放煤口煤流的动态参数是放煤机构动作和控制的重要依据。井下综放工作面放煤量实时监测的关键是获得落在刮板运输机上部煤流的运动特征信息，通过煤流特征信息推算堆煤量和放煤量大小。由于刮板机上部刮板运煤，煤流相对支架作直线运动，可以采用激光扫描的方法获得堆煤的截面轮廓高度信息，通过对不同时刻的煤流表面轮廓进行激光扫描采样，形成一段时间内的堆煤截面高度参量序列，结合刮板机速度可以计算获得一段时间内的运煤量，而运煤量和放煤支架放煤口的放煤量具有一一对应的关系，即可获得工作面放煤量信息。
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基于激光扫描的方法获取放煤量的监测装置一般安置在液压支架上，当液压支架的升起、推移以及尾梁的收放都会使得激光扫描装置与刮板机的相对位置发生变化，甚至由于相对角度的变化，以至于激光扫描装置无法扫描到刮板机上的煤流轮廓。因此，液压支架的位姿是激光扫描装置运行的重要参数，掌握液压支架的位姿并对激光扫描装置进行自适应的补偿调整，有利于激光扫描装置的操作控制以及不间断扫描，是实现真正意义上智能化放煤的关键技术。


技术实现要素：

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实用新型目的：针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方便，自动化程度高，能够实现综放工作面放煤量实时监测以及液压支架位姿变换对放煤量检测装置进行自补偿，能够根据液压支架位姿进行自适应位姿补偿，能够降低放煤工人劳动强度的液压支架随动自补偿放煤量激光扫描装置。
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技术方案：为实现上述技术目的，本实用新型液压支架随动自补偿放煤量激光扫描装置，其特征在于：它包括倾角传感器a、电源箱、激光扫描装置、工控机、显示器，工控机分别与显示器、与激光扫描装置和倾角传感器a线路连接，
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激光扫描装置包括防爆壳，防爆壳内分别设有激光雷达、步进电机驱动器以及倾角传感器b，防爆壳上设有辅助激光扫描装置调整倾角的步进电机，步进电机与步进电机驱动器连接，激光扫描装置壳体端盖处设有视窗，激光扫描装置的视窗对准后刮板运输机安装在液压支架后连杆上并跟随液压支架后连杆摆动，激光扫描装置通过控制其内部步进电机调整相对于液压支架后连杆的相对角度；激光雷达、步进电机驱动器以及倾角传感器b通过线路分别与工控机连接；倾角传感器a设置在液压支架后连杆上，倾角传感器a设置在液压支架后连杆的中段并与液压支架底座转动中心间隔一端距离，倾角传感器a用于实时感知液压支架后连杆的位姿变化，倾角传感器b用于实时感知激光雷达扫描装置的位姿变化。
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使用时工作面上每个液压支架都设置有本申请的液压支架随动自补偿放煤量激光扫描装置，所有的液压支架随动自补偿放煤量激光扫描装置均通过线路与顺槽主控计算机连接。
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工控机利用激光雷达发送并接受的激光点云数据并进行数据预处理和计算，然后将处理计算结果发送给显示器显示；接收并分析倾角传感器a、倾角传感器b发送的位姿变化数据，然后控制控制步进电机调节激光雷达扫描装置的倾角实现位姿补偿。
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电源箱分别通过电源线与倾角传感器a、激光扫描装置、工控机、显示器连接并供电，电源箱为127v转换24v电源，
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所述的激光雷型号为lms111，倾角传感器a和倾角传感器b的型号为sst300防爆型倾角传感器。有益效果：与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益的技术效果：
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本装置利用激光雷达对刮板运输机煤量进行扫描，从采集到的激光点云数据中获取煤量特征，结合刮板运输机速度，计算可得到煤流体积，为放煤口关闭提供数据支持,同时基于液压支架的位姿变换特性，根据液压支架后连杆的角度变化，对激光扫描装置进行自补偿调整，达到不用人工干预的不间断精确化煤量测量目的。对复杂井下环境适应性更强，精确度更高，能有效、精确地获取煤量特征并控制放煤量；将扫描数据拟合处理后，将刮板运输机上的煤流特征实时显示在显示器上，显示直观便于工人观察。本实用新型可靠实用，能够真正实现自动化煤流检测，并可以基于液压支架位姿变化对激光扫描装置进行自适应调整，有效提高了自动化程度和放煤效率，降低了工人劳动强度。
附图说明
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图1是本实用新型液压支架随动自补偿放煤量激光扫描装置安装示意图；
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图2是本实用新型液压支架随动自补偿放煤量激光扫描装置的连接示意图；
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图中：1-显示器；2-工控机；3-电源箱；4-液压支架后连杆；5-激光扫描装置；6-刮板运输机；7-倾角传感器a；501-lms111激光雷达；502-步进电机驱动器；503-步进电机；504-倾角传感器b；
具体实施方式
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下面结合附图中的实施例对本实用新型作进一步的说明。
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如图1所示，本实用新型的液压支架随动自补偿放煤量激光扫描装置，工作面上每个液压支架都设置有本申请的液压支架随动自补偿放煤量激光扫描装置，所有的液压支架
随动自补偿放煤量激光扫描装置均通过线路与顺槽主控计算机连接；其包括倾角传感器a7、电源箱3、激光扫描装置5、工控机2、显示器1，工控机2分别与显示器1、与激光扫描装置5和倾角传感器a7线路连接；电源箱3分别通过电源线与倾角传感器a7、激光扫描装置5、工控机2、显示器1连接并供电，电源箱3为127v转换24v电源；
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如图2所示，激光扫描装置5包括防爆壳，防爆壳内分别设有激光雷达501、步进电机驱动器502以及倾角传感器b504，防爆壳上设有辅助激光扫描装置5调整倾角的步进电机503，步进电机503与步进电机驱动器502连接，激光扫描装置5壳体端盖处设有视窗，激光扫描装置5的视窗对准后刮板运输机6安装在液压支架后连杆4上并跟随后连杆4摆动，激光扫描装置5通过控制其内部步进电机503调整相对于液压支架后连杆4的相对角度；激光雷达501用以向刮板运输机发射红外激光并接受反射回来的激光点云，将收到的激光点云数据通过网口传输给工控机2处理，激光雷达501、步进电机驱动器502以及倾角传感器b504通过线路分别与工控机2连接；
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倾角传感器a7设置在液压支架后连杆4上距离液压支架后连杆相对液压支架底座转动中心一定距离，倾角传感器a7用于实时感知液压支架后连杆4的位姿变化，倾角传感器b504用于实时感知激光雷达扫描装置的位姿变化。
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工控机2利用激光雷达501发送并接受的激光点云数据并进行数据预处理和计算，然后将处理计算结果发送给显示器1显示；接收并分析倾角传感器a7、倾角传感器b504发送的位姿变化数据，然后控制控制步进电机503调节激光雷达扫描装置5的倾角实现位姿补偿。激光雷501型号为lms111，倾角传感器a7和倾角传感器b504的型号为sst300防爆型倾角传感器。