一种基于全数字姿态传感器的采煤高度测量装置及方法与流程

1.本发明涉及一种采煤高度测量技术，尤其涉及一种基于全数字姿态传感器的采煤高度测量装置及方法。


背景技术：

2.目前，研发并生产制造新型全数字化智能化液压支架控制元器件成为趋势，要建设智能工作面，就必须获取采煤高度；要实现液压支架的自动移架、自动跟机，就必须提供采煤高度为降柱提供数据支撑。
3.现有技术中：
4.液压支架高度测量系统，在综采工作面智能化控制系统中是重要的一环，最初使用人工读数记录的方法获取支架高度信息，不仅影响生产效率也带来安全隐患。
5.目前部分矿井工作面采用压力测高、激光测高等方案，压力测高利用连通器原理，将压强换算成高度，但管道漏液和堵塞问题直接影响测量精度；激光测高在液压支架运动过程中难以保证激光束准确打到目标靶，其光学镜头也容易被切割煤过程中产生的煤炭粉尘遮挡，导致传感器失效；模拟姿态传感器存在寿命短、互换性差、容易受干扰、噪声积累等问题，数据传输时效性差、多源异构数据融合困难，还有部分矿井采用的依然是模拟姿态传感器，存在抗干扰能力弱、积累噪声、传输差错不可控，不便于处理、变换、存储，且很难实现不同信源的信号综合到一起传输等问题，无法真正实现综采工作面智能化控制。
6.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供了一种基于全数字姿态传感器的采煤高度测量装置及方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
8.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
9.本发明的基于全数字姿态传感器的采煤高度测量装置，液压支架的顶梁、掩护梁、连杆以及底座设有全数字姿态传感器，所述全数字姿态传感器与单片机连接，所述单片机通过can总线与液压支架控制器连接，所述液压支架控制器设有液压支架的采煤高度建模计算单元。
10.本发明的基于全数字姿态传感器的采煤高度测量方法，通过单片机将全数字姿态传感器采集到的顶梁、掩护梁、连杆以及底座的倾角信息通过can总线传输到液压支架控制器进行建模计算，并最终得到液压支架的采煤高度。
11.与现有技术相比，本发明所提供的基于全数字姿态传感器的采煤高度测量装置及方法，能实时获取采煤高度，为降柱提供数据支撑，实现液压支架的自动移架、自动跟机，进一步实现智能工作面的建设。
附图说明
12.图1为本发明实施例支架水平状态建模示意图；
13.图2为本发明实施例支架严x轴倾斜建模示意图；
14.图3为本发明实施例支架沿y轴倾斜建模示意图；
15.图4为本发明实施例模型右视图；
16.图5为本发明实施例模型主视图。
具体实施方式
17.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
18.首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
19.术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，x和/或y表示既包括“x”或“y”的情况也包括“x和y”的三种情况。
20.术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
21.术语“由
……
组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
22.除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
23.术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。
24.本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
25.本发明的基于全数字姿态传感器的采煤高度测量装置，液压支架的顶梁、掩护梁、
连杆以及底座设有全数字姿态传感器，所述全数字姿态传感器与单片机连接，所述单片机通过can总线与液压支架控制器连接，所述液压支架控制器设有液压支架的采煤高度建模计算单元。
26.本发明的基于全数字姿态传感器的采煤高度测量方法，通过单片机将全数字姿态传感器采集到的顶梁、掩护梁、连杆以及底座的倾角信息通过can总线传输到液压支架控制器进行建模计算，并最终得到液压支架的采煤高度。
27.包括以下任一种或多种情况进行建模：
28.1)支架水平状态建模：h＝h1+l1*sinθ1+l2*sinθ2+l3*sinθ3；
29.式中，h为测量高度，h1为基座高度、l1为连杆、l2为掩护梁、l3为顶梁，θ1为连杆与水平面的夹角、θ2为掩护梁与水平面的夹角、θ3为顶梁与平面的夹角；
30.用于在x轴、y轴方向都没有角度时建模；
31.2)支架与水平面有角度建模：h＝h1+l1*sin(θ
1-r)+l2*sin(θ
2-r)+l3*sin(θ
3-r)；
32.式中，h为测量高度，h1为基座高度、l1为连杆、l2为掩护梁、l3为顶梁，θ1为连杆与水平面的夹角、θ2为掩护梁与水平面的夹角、θ3为顶梁与平面的夹角、r为支架与水平面的夹角。
33.用于在x轴方向有角度、y轴方向没有角度时建模；
34.3)支架延y轴与地面倾斜建模：∠mdn＝γ，∠mdc＝β，∠nmc＝α；
[0035][0036][0037][0038]
γ＝arcsin(cosα*sinβ)
[0039]
h＝h1+l1*sin(θ
1-arcsin(cosα*sinβ))+l2*sin(θ
2-arcsin(cosα*sinβ))+l3*sin(θ
3-arcsin(cosα*sinβ))；
[0040]
h为测量高度，m为连杆定点，d为连杆延长线与底座平面的交点，n为m点到基座平面的垂点，c为m点到水平面的垂点；
[0041]
β为连杆沿x轴方向倾斜的角度、α为连杆沿y轴方向倾斜的角度，γ为支架在y轴有角度时归算到支架在新姿态下连杆沿x轴方向倾斜角度的有效计算值；
[0042]
用于在x轴方向有角度、y轴方向有角度时建模。
[0043]
综上可见，本发明实施例的采煤高度的测量算法，该算法基于全数字姿态传感器，通过单片机将全数字姿态传感器采集到的支架顶梁、掩护梁、连杆以及底座的倾角信息通过can总线传输到液压支架控制器进行建模计算，并最终得到液压支架的采煤高度。
[0044]
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的进行详细描述。
[0045]
实施例1
[0046]
本发明所述基于全数字姿态传感器的采煤高度测量装置及方法将液压支架分为三种情况进行建模：
[0047]
第一种情况：支架水平状态建模如图1所示，其中h为测量高度，h1为基座高度、l1 为连杆、l2为掩护梁、l3为顶梁，θ1为连杆与水平面的夹角、θ2为掩护梁与水平面的夹角、θ3为顶梁与平面的夹角。h的计算公式为：h＝h1+l1*sinθ1+l2*sinθ2+l3*sinθ3[0048]
第二种情况：支架与水平面有角度建模如图2所示，h为测量高度，h1为基座高度、l1为连杆、l2为掩护梁、l3为顶梁，θ1为连杆与水平面的夹角、θ2为掩护梁与水平面的夹角、θ3为顶梁与平面的夹角、r为支架与水平面的夹角。h的计算公式为：
[0049]
h＝h1+l1*sin(θ
1-r)+l2*sin(θ
2-r)+l3*sin(θ
3-r)
[0050]
第三种情况，支架延y轴与地面倾斜建模如图3、4、5所示：h为测量高度，m为连杆定点，d为连杆延长线与底座平面的交点，n为m点到基座平面的垂点，c为m点到水平面的垂点。∠mdn＝γ，∠mdc＝β，∠nmc＝α。
[0051][0052][0053][0054]
γ＝arcsin(cosα*sinβ)如果在x轴、y轴方向都没有角度，直接用第1种建模公式计算；如果在x轴方向有角度、y轴方向没有角度用第2种建模；β为连杆沿x轴方向倾斜的角度、α为连杆沿y轴方向倾斜的角度，γ为支架在y轴有角度时，归算到支架在新姿态下 x轴方向的有效计算值。
[0055]
本发明的技术关键点：
[0056]
1.整体结构：姿态传感器数量及安装位置；
[0057]
2.三种模型：关于支架三种情况建立的模型；
[0058]
3.计算方法：针对三种模型提出的支架采煤高度计算方法。
[0059]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。