一种刮板输送机直线度监测方法与流程

本发明涉及矿井下综采工作面中刮板输送机的直线度监测领域，尤其一种刮板输送机直线度监测方法。

背景技术：

目前我国煤矿开采要走出安全高效自动化开采的困境，必须大力推进煤矿工作面智能化、无人化进程，因此，采用少人、无人的自动化采矿成为了采矿界研究的热点，而刮板输送机直线度感知技术作为其中的关键技术，引起了国内外研究人员的关注。现有技术中，用于刮板输送机直线度感知的技术包括：人工调直、基于钢丝绳传感器的刮板输送机直线度感知技术、基于超声波传感器的刮板输送机直线度感知技术、基于液压支架电液控制的刮板输送会直线度感知技术和基于惯导技术的刮板输送机直线度感知技术。但上述方法普遍存在容易产生积累误差效应、精度低、可靠性差，检测不方便等缺点。

技术实现要素：

本发明目的在于解决上述现有技术存在的问题，提供一种刮板输送机直线度监测方法，该方法误差小，监测精度高，可靠性好，检测方便。

为了实现上述目的，本发明提供一种刮板输送机直线度监测方法，包括如下步骤：

s10：在工作面刮板输送机的电缆槽内铺设光纤光栅三维曲率传感器，使光纤光栅三维曲率传感器弯曲形态跟刮板输送机弯曲形态一致，且使光纤光栅三维曲率传感器靠近工作面运输顺槽一侧固定，靠近回风顺槽一侧处于自由状态；

s20：获取光纤光栅三维曲率传感器两个正交平面上的曲率信息，并使用线性插值进行算法推导，进行刮板输送机三维弯曲形态拟合重建；

其中，使用线性插值进行算法推导包括：

s201：基于电缆槽，沿煤矿综采工作面刮板输送机布置方向建立初始坐标系为oxyz，其中，以刮板输送机机头为坐标o点，沿工作面延伸方向为x轴，沿工作面推进方向为y轴，垂直方向上为z轴，设电缆槽的起始位置坐标为(x0，y0，z0)；

s202：通过光纤光栅三维曲率传感器监测电缆槽的两个正交方向曲率监测值分别定义为和

s203：采用等间距离散点的曲率信息来进行刮板输送机三维形状算法重建，假设起始点的两传感器的曲率监测值分别为和根据曲率合成法则，得起始点的曲率向量为由于曲率半径向量方向与曲率向量方向相同，数值上成倒数关系，即该点的曲率半径为根据微分原理，对于空间曲线，当时，曲线弧oq1近似等于直线段oq1，给定一个δl0，δl0→0，有oq1＝δl0，如果对于第i个δli-1，有qi-1qi＝δli-1，能求出对应的向量将这些向量段连起来，便形成了整个空间三维曲线；

其中，第一个δl对应的向量的求解方法如下：在δops中，∠pos为直角，由于切向量以及则有：然后在在δopq1中，可以得出：由此，根据起始位置坐标经向量转换，便可求得q1点的位置坐标；

对于第2个δl，和分别是与和所对应的向量，也就是和随旋转了θ角后变成的向量，即在第2个δl下的曲率的2个垂直分量方向；过p点作平面opq1的垂线pm，并使与向量同向，由于pm⊥平面opq1，因此平面opq1上的所有直线均与pm垂直；同时容易求出：以及在δopm中，由于∠opm是直角，因此有：在δq1pm中，由于则在δq1nr中，至此，第二个δl的和求出来了，假设第二个δl处的曲率插值数据分别为a2和b2，那么第二个δl的再将两个垂直分向量合成，然后按照上述求的方法求出

同理，可以求出向量将所有的向量连起来便完成了光纤光栅三维曲率传感器的三维弯曲形态重建，根据光纤光栅三维曲率传感器与刮板输送机轨道的空间位置关系，经基本的空间位置转换完成刮板输送机三维弯曲形态拟合重建；

其中，和分别为起始两个正交方向上的曲率向量；θ为第一段圆弧所对应的圆心角；δl为相邻两个监测点的连线长度，近似等于弧长；和分别为第2个δl下的曲率的2个垂直分量方向。

本发明的有益效果如下：本发明在智能工作面刮板输送机电缆槽内铺设光纤光栅三维曲率传感器，通过测量光纤光栅三维曲率传感器的两个正交平面上的曲率信息，结合微分几何的思想进行刮板输送机三维弯曲形态算法推导，进行刮板输送机三维弯曲形态拟合重建；其方法思路简单，误差小，监测精度高，可靠性好，检测方便，能实现正交方向的曲率监测，比平面监测更直观，对于实现智能工作面直线度精准控制、推动煤矿智能化和无人化进程、促进煤矿安全高效开采具有重要意义，对构建综采智能工作面具有推进作用。

附图说明

图1为智能工作面刮板输送机光纤光栅三维曲率传感器整体布置图；

图2为光纤光栅三维曲率传感器平面示意图；

图3为三维曲率传感器横截面示意图；

图4为刮板输送机三维弯曲形态推算模型图。

图中:1、电缆槽；2、光纤光栅三维曲率传感器；3、光纤光栅串；4、刮板输送机；5、回风顺槽；6、运输顺槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的一种刮板输送机直线度监测方法，如图1～图4所示，包括如下步骤：

s10：在工作面刮板输送机4的电缆槽1内铺设光纤光栅三维曲率传感器2，使光纤光栅三维曲率传感器2弯曲形态跟刮板输送机4弯曲形态一致，且使光纤光栅三维曲率传感器2靠近工作面运输顺槽6一侧固定，靠近回风顺槽5一侧处于自由状态；具体地，光纤光栅三维曲率传感器包括：柔性基材21，沿着所述电缆槽1的延伸方向布置，柔性基材21能够伴随着电缆槽1的形变而变形，从而同刮板机同步变形；至少两个光纤光栅串3，所述至少两个光纤光栅串3与所述柔性基材21相连接，并沿着所述柔性基材21的延伸方向延伸，其中，所述至少两个光纤光栅串3中相邻的两个光纤光栅串3呈90度夹角。

s20：获取光纤光栅三维曲率传感器2两个正交平面上的曲率信息，并使用线性插值进行算法推导，进行刮板输送机4三维弯曲形态拟合重建；

其中，所述使用线性插值进行算法推导包括：

s201：基于电缆槽1，沿煤矿综采工作面刮板输送机4布置方向建立初始坐标系为oxyz，其中，以刮板输送机4机头为坐标o点，沿工作面延伸方向为x轴，沿工作面推进方向为y轴，垂直向上为z轴，设电缆槽1的起始位置坐标为(x0，y0，z0)；

s202：通过光纤光栅三维曲率传感器2监测电缆槽1的两个正交方向曲率监测值分别定义为和

s203：采用等间距离散点的曲率信息来进行刮板输送机(4)三维形状算法重建，假设起始点的两传感器的曲率监测值分别为和根据曲率合成法则，得起始点的曲率向量为由于曲率半径向量方向与曲率向量方向相同，数值上成倒数关系，即该点的曲率半径为根据微分原理，对于空间曲线，当时，曲线弧oq1近似等于直线段oq1，给定一个δl0，δl0→0，有oq1＝δl0，如果对于第i个δli-1，有qi-1qi＝δli-1，能求出对应的向量将这些向量段连起来，便形成了整个空间三维曲线；

首先，第一个δl对应的向量的求解方法如下：在δops中，∠pos为直角，由于切向量以及则有：然后在在δopq1中，可以得出：由此，根据起始位置坐标经向量转换，便可求得q1点的位置坐标；对于第2个δl，关键是求出和和分别是与和所对应的向量，也就是和随旋转了θ角后变成的向量，即在第2个δl下的曲率的2个垂直分量方向。在求出和之后，就可以分别以和为方向，分别以插值的数据为模，得出在第2个δl下的和这样就可以按计算的方法来计算

其次，为了求和过p点作平面opq1的垂线pm,并使与向量同向。由于pm⊥平面opq1，因此平面opq1上的所有直线均与pm垂直；同时容易求出：以及在δopm中，由于∠opm是直角，因此有：在δq1pm中，由于则在δq1nr中，至此，第二个δl的和求出来了，假设第二个δl处的曲率插值数据分别为a2和b2，那么第二个δl的再将两个垂直分向量合成，然后按照求的方法，求出

同理，可以求出向量将所有的向量连起来便完成了光纤光栅三维曲率传感器2的三维弯曲形态重建，根据光纤光栅三维曲率传感器2与刮板输送机4轨道的空间位置关系，经基本的空间位置转换完成刮板输送机4三维弯曲形态拟合重建。

本发明通过在刮板输送机4工作面的电缆槽1内铺设光纤光栅三维曲率传感器2，使光纤光栅三维曲率传感器2弯曲形态跟刮板输送机4弯曲形态一致，保持光纤光栅三维曲率传感器2靠近工作面运输顺槽6侧固定，靠近回风顺槽5侧处于自由状态，并经光纤光栅解调仪分别获得光纤光栅三维曲率传感器2两个正交方向上的曲率信息，以此为基础，经线性插值进行算法推导，完成刮板输送机4三维弯曲形态拟合重建。该方法思路简单，误差小，监测精度高，可靠性好，检测方便，能实现正交方向的曲率监测，比平面监测更直观，对于实现智能工作面直线度精准控制、推动煤矿智能化和无人化进程、促进煤矿安全高效开采具有重要意义，对构建综采智能工作面具有推进作用。