[发明专利]一种掩护式液压支架姿态智能监测系统及其测量方法

说明书

本发明公开了一种掩护式液压支架姿态智能监测系统及其测量方法，旨在解决现有掩护式液压支架姿态监测的传感器类型多、数量多、系统复杂、可靠性低、精度差的不足。本发明的掩护式液压支架姿态智能监测系统，测量时将智能监测装置固定在掩护式液压支架的液压立柱缸筒中上部，装置内置3轴倾角传感器以测量装置初始状态参数，外置激光雷达对掩护式液压支架内部支护空间进行垂直扫描测量，对激光雷达输出的点云数据经过Hough变换确定液压支架内部各构件端面的直线方程，经解算获得掩护式液压支架姿态参数，姿态解算结果和3轴倾角数据传输给上位机处理。本发明的传感器种类和数量显著减少，系统可靠性和测量精度高，安装快速且检修、维护方便。

技术领域

本发明属于煤矿井下综采工作面的掩护式液压支架的姿态监测领域，涉及一种基于激光雷达的掩护式液压支架姿态智能监测系统及其测量方法。

技术背景

液压支架是煤矿井下综采工作面的重要机械设备，掩护式液压支架是当今液压支架的主要形式之一。掩护式液压支架不仅负责综采工作面的空间支护，而且通过各支架间相互配合完成对刮板输送机和采煤机的推移操作。随着智能化无人综采工作面的建设不断推广应用，对掩护式液压支架的空间姿态监测精度、监测系统可靠性等要求也越来越高。但目前掩护式液压支架的姿态监测技术方法基本为直接监测方法，如要监测某些梁及底板的倾角，则需要在要监测的梁、底板上固定一定数量的检测倾角的传感器，如要监测各液压千斤顶的行程，则需要在要监测行程的数个千斤顶上采用内置或外置式的位移传感器或拉线传感器等方式进行测量，最后再将各传感器的输出信号通过采集变换传输到控制总站，从而实现对液压支架状态进行监测。由此可见，现有对液压支架的监测方法中，每台液压支架需要使用的传感器数量和类型都很多，导致安装、调试、维护将非常困难，其测量精度也难以保证。

发明内容

本发明旨在解决技术问题是针对现有掩护式液压支架姿态监测中存在的传感器数量多、系统复杂，及其进一步导致的可靠性低、精度差的不足，提供一种基于激光雷达的掩护式液压支架姿态智能监测系统及其测量方法，通过激光雷达对掩护式液压支架内部空间进行扫描测量，并对激光测距点云数据进行处理，来获得掩护式液压姿态的实时检测方法。

技术方案

为实现上述目标，本发明采用了一种基于激光雷达的掩护式液压支架姿态智能监测系统，包括姿态姿态智能监测装置和上位机；姿态智能监测装置为矿用防爆型电气设备，测量时该装置固定在掩护式液压支架的液压立柱上，装置壳体内部有3轴倾角传感器和智能测控主机，装置壳体外部固定有一台2维激光扫描雷达，智能测控主机通过电缆对2维激光扫描雷达进行供电、通讯和控制，并将姿态解算结果和3轴倾角数据传输给上位机；上位机对上传的液压支架姿态监测数据进行存储，并对液压支架工作模式进行控制。

测量时，将姿态姿态智能监测装置固定安装在掩护式液压支架的液压立柱的缸筒中上部。智能测控主机发出控制指令控制激光雷达在掩护式液压支架内部沿垂直方向上进行360°快速测距扫描，激光雷达输出一组点云数据，表示扫描时激光照射到液压支架内各表面的离散点到测量起始点的距离和旋转夹角，表示为(r_i，α_i)(i＝1,2,3，...，n)。通过对激光扫描输出的点云数据利用Hough变换和卡尔曼滤波处理获得掩护式液压支架内部各构件端面与激光扫描平面相交的直线方程，进一步解算得到掩护式液压支架的姿态参数。

与已有的技术和研究成果相比，本发明的优点有：仅使用一台激光雷达和一个3轴倾角传感器，传感器的种类和数量大大减少，系统可靠性更高；实现了传感器与监测装置一体化，使用时将其固定在液压支架的液压立柱缸筒上即可，无需复杂接线，可快速安装且检修、维护方便；激光雷达测量精度可达1mm，确保实现液压支架姿态的高精度监测。本发明一种基于激光雷达的液压支架姿态智能监测系统及其测量方法，解决了传统液压支架姿态监测方式的不足，为综采工作面的智能化、自动化提供精确信息。

附图说明

附图1为本发明的智能监测装置安装图。