[发明专利]一种刮板输送机姿态智能感知装置及方法

权利要求书

1.一种刮板输送机姿态智能感知装置及方法，其特征在于：

感知装置包括主惯导、三维姿态传感器、数据转换器和姿态分析主机。主惯导固定在刮板输送机机头，每节中部槽都安装三维姿态传感器，主惯导和所有的中部槽三维姿态传感器通过现场总线连接至数据转换器，姿态分析主机通过数据转换器实时采集主惯导和所有三维姿态传感器的数据；

主惯导实时检测刮板输送机机头的三维姿态，并作为刮板输送机三维动态模型的基准；中部槽三维姿态传感器实时检测每节中部槽的三维姿态；姿态分析主机依据刮板输送机运动数学模型以及主惯导、每节中部槽三维姿态传感器的数据，形成以刮板输送机机头为基准的刮板输送机三维姿态动态模型。

2.根据权利要求1所述的一种刮板输送机姿态智能感知装置及方法，其特征在于：

刮板输送机三维姿态动态模型计算方法：

刮板输送机共n+1节中部槽，以机头所在位置为基准，测得每节中部槽的水平弯曲角度为H0-Hn、垂直弯曲角度为F0-Fn、俯仰角度为G0-Gn，水平弯曲角以俯视视角下顺时针运动为正，反向为负，垂直弯曲角从电缆槽方向看顺时针运动为正，俯仰角以从机头方向看逆时针运动为正；

第n节中部槽的相对机头的水平弯曲角度如下：

上式中H为第n节中部槽相对基准的水平弯曲角度，Hk为中部槽的水平弯曲角的测量值；

第n节中部槽的相对机头的垂直弯曲角度如下：

上式中F为第n节中部槽相对基准的垂直弯曲角度，Fk为中部槽的垂直弯曲角的测量值；

第n节中部槽的相对机头的俯仰角度如下：

上式中G为第n节中部槽相对基准的俯仰角度，Gk为中部槽的俯仰角的测量值；

由式1、式2、式3的结果可以计算出某一节中部槽在三维空间内相对于基准的角度偏差；

第n节中部槽相对前一节中部槽的旋转变换矩阵：

上式中Rn为中部槽相对上节中部槽的旋转矩阵，Fn为中部槽的垂直弯曲角度，Gn为俯仰角度，Hn为水平弯曲角度；

第n节中部槽相对前一节中部槽的旋转位移：

上式中SRn为中部槽旋转后位移，Rn为旋转变换矩阵，L为中部槽长度，Fn为中部槽的垂直弯曲角度，Hn为水平弯曲角度；

第n节中部槽相对前一节中部槽的平移位移：

上式中Spn为中部槽的平移位移，L为中部槽长度，Fn-1上一节中部槽垂直弯曲角度，Hn-1为上一节中部槽水平弯曲角度；

第n节中部槽相对前一节中部槽的空间位移：

S_n＝S_Rn+S_pn式7

刮板输送机第n节中部槽相对于基准的空间位移：

上式中S为第n节中部槽相对于基准的位移，Sk为第k节中部槽相对前一节的的空间位移；

结合式1、式2、式3、式8可得出刮板输送机每一节中部槽自身的旋转状态和相对于基准的位置及方向；

刮板输送机三维姿态动态模型计算方法以刮板输送机机头为基准，主惯导可确定机头的水平弯曲角度、垂直弯曲角度和俯仰角度，通过以主惯导为零点建立三维坐标系，以指向机尾方向为X轴，以面向煤壁方向为Y轴，以垂直于水平面向上方向为Z轴，可以描绘出刮板输送机的三维姿态，并能反应出工作面直线度。