一种采煤机截割滚筒的高度路径规划方法与流程

本发明涉及数据处理，具体涉及一种采煤机截割滚筒的高度路径规划方法。

背景技术：

1、在煤炭开采过程中，采煤机的功能是在综采工作面进行采煤、落煤、装煤，由采煤机上的截割滚筒进行煤炭截割，然后煤炭掉落到刮板输送机进行传输，从而完成煤炭的开采。采煤机截割滚筒高度自动调整的关键技术是记忆截割技术，通过记忆截割技术能够使采煤机的截割滚筒自适应贴合煤层边界进行割煤操作。利用记忆截割技术确定采煤机截割滚筒高度路径时，需要预先探测煤层边界，以使得在实际割煤过程中，根据煤层变化情况，进行截割滚筒的高度调整。

2、而通过记忆截割技术进行截割滚筒路径规划的过程中，路径规划的所有轨迹点都是等间隔划分，如果所有轨迹点之间的间隔过长，则会导致在非平坦区域的煤层处，采煤机截割滚筒对煤层的贴合能力下降，部分煤矿无法得到有效截割、影响效率，或截割到非煤层部分，造成采煤机磨损以及影响煤矿质量；如果所有轨迹点之间的间隔过短，则会导致在平坦区域也具有过多的轨迹控制点，若轨迹控制点差异不大时，不仅增加截割滚筒的控制调节次数与控制难度，同时容易造成采煤机截割系统的不稳定。

技术实现思路

1、为了解决上述采煤路径规划中轨迹点数量影响采煤机采煤过程中的生产效率和生产质量的技术问题，本发明的目的在于提供一种采煤机截割滚筒的高度路径规划方法，所采用的技术方案具体如下：

2、获取煤层的边界数据，根据所述边界数据中的每个数据点位置处的角度变化特征获得每个数据点的截割贴合难度系数；

3、根据所述边界数据中所有数据点的位置和对应数据点的截割贴合难度系数进行聚类，获得煤层的不同边界区间；根据所有边界区间内不同划分结果下轨迹点的数量、所述轨迹点与边界区间内数据点的截割贴合难度系数的差异，建立关于每个划分结果下的目标函数；根据所述目标函数获得最优划分结果及对应的最优轨迹点；

4、根据所述最优轨迹点的位置对采煤机截割滚筒进行高度路径规划。

5、进一步地，所述角度变化特征的获取步骤包括：

6、获得目标数据点对应的每个相邻数据点与目标数据点的相对角度，以所述相邻数据点之间所述相对角度的角度差异作为角度变化特征。

7、进一步地，所述相对角度的获取步骤包括：

8、以所述目标数据点的位置作为原点建立二维直角坐标系，根据所述目标数据点和所述目标数据点的所述相邻数据点的位置坐标相连构建线段，作为第一线段；

9、根据第一线段与所述二维直角坐标系的横轴正半轴的夹角，获得所述目标数据点的所述相对角度；当所述相邻数据点在所述目标数据点的下方时，所述相对角度为负数。

10、进一步地，所述截割贴合难度系数的获取步骤包括：

11、当所述角度差异大于时，计算与所述角度差异的差值，作为第二差值；当所述角度差异小于等于时，将所述角度差异直接作为第二差值；

12、将第二差值进行负相关映射，获得所述截割贴合难度系数。

13、进一步地，所述目标函数的获取步骤包括：

14、将每个边界区间内等间距划分，等间距划分位置为轨迹点位置，计算所述划分结果下每个轨迹点的截割贴合难度系数；

15、计算所述边界区间的轨迹点的截割贴合难度系数平均值，作为第一平均值；计算所述边界区间的数据点的截割贴合难度系数平均值，作为第二平均值；计算第一平均值与第二平均值的差值绝对值并进行正相关映射，作为第三差值；

16、计算所述边界区间的预设超参数与所述划分结果下轨迹点数量的乘积，作为第一乘积；

17、计算所有边界区间的第一乘积与第三差值乘积的累加值，获得所述目标函数。

18、进一步地，所述最优轨迹点的获取步骤包括：

19、通过遗传算法对所述目标函数求解，当所述目标函数的结果最小时，计算得到的各个边界区间的最优轨迹点数量，以所述最优轨迹点数量对应的划分结果作为最优划分结果，根据所述最优划分结果获得最优轨迹点。

20、进一步地，所述边界区间的获取步骤包括：

21、将所述边界数据中所有数据点的位置坐标和对应数据点的截割贴合难度系数构建成三维的截割特征向量，将所有截割特征向量通过dbscan聚类算法进行聚类，获得煤层不同的边界区间。

22、进一步地，所述高度路径规划的具体步骤包括：

23、根据所有边界区间的最优轨迹点位置，通过三次样条插值算法获得采煤机的截割滚筒的高度路径规划。

24、本发明具有如下有益效果：

25、在本发明实施例中，所获得的截割贴合难度系数能够表征煤层的边界中不同位置处的煤层平坦程度和截割滚筒的割煤难易程度，基于截割贴合难度系数进行聚类分析，获得煤层不同的边界区间，划分边界区间能够使截割滚筒在不同煤层边界有着不同的调节频率、提高采煤效率。为了能够使得截割滚筒在各个边界区间内的调节次数最少且更贴合煤层边界，故根据所有边界区间内不同划分结果下轨迹点的数量、轨迹点与边界区间内数据点的截割贴合难度系数的差异，建立关于每个划分结果下的目标函数，通过目标函数获得最优划分结果和最优轨迹点。根据最优轨迹点的位置对采煤机进行路径规划，能够使截割滚筒在煤层平坦的边界区间调节次数满足控制需求，降低控制难度；且在煤层不平坦区间能够贴合煤层边界，最终通过最优轨迹点规划截割滚筒的高度路径能够提高采煤效率和原煤质量。

技术特征：

1.一种采煤机截割滚筒的高度路径规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种采煤机截割滚筒的高度路径规划方法，其特征在于，所述角度变化特征的获取步骤包括：

3.根据权利要求2所述的一种采煤机截割滚筒的高度路径规划方法，其特征在于，所述相对角度的获取步骤包括：

4.根据权利要求3所述的一种采煤机截割滚筒的高度路径规划方法，其特征在于，所述截割贴合难度系数的获取步骤包括：

5.根据权利要求1所述的一种采煤机截割滚筒的高度路径规划方法，其特征在于，所述目标函数的获取步骤包括：

6.根据权利要求1所述的一种采煤机截割滚筒的高度路径规划方法，其特征在于，所述最优轨迹点的获取步骤包括：

7.根据权利要求1所述的一种采煤机截割滚筒的高度路径规划方法，其特征在于，所述边界区间的获取步骤包括：

8.根据权利要求1所述的一种采煤机截割滚筒的高度路径规划方法，其特征在于，所述高度路径规划的具体步骤包括：

技术总结
本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种采煤机截割滚筒的高度路径规划方法。首先通过煤层边界数据中各个数据点位置处的角度差异特征获得各个数据点的截割贴合难度系数，进而根据截割贴合难度系数和数据点位置构建截割特征向量，根据截割特征向量进行聚类获得不同的煤层平坦程度的边界区间。根据各边界区间内不同划分结果下轨迹点的数量、轨迹点与数据点的截割贴合难度系数的差异建立关于每个划分结果下的目标函数，通过优化算法对目标函数求解获得最优划分结果和对应的最优轨迹点。根据最优轨迹点进行截割滚筒的高度路径规划，提高采煤效率和原煤质量。

技术研发人员：庄奎斌,逄志明,赵立奇,杜兆鹏
受保护的技术使用者：山东拓新电气有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12