[发明专利]综采支运装备浮动连接机构位姿实时精准虚拟推演方法

说明书

本发明涉及一种综采支运装备浮动连接机构位姿实时精准虚拟推演方法，基于共形几何将浮动连接机构的空间组合运动转换为点线面之间的变换关系，得到浮动连接机构的运动规律；通过改变刮板输送机各中部槽的旋转，实现方向向量的变化，进而实现浮动连接机构各结构运动值的更新，最终实现液压支架群与刮板输送机的自适应推进；将刮板输送机离散分解为若干中部槽，基于各中部槽的旋转进行驱动，建立基于坐标信息的刮板输送机姿态重构。本发明摆脱了浮动连接机构不同自由度运动次序的影响，可直接对各结构的运动进行求解，进行虚拟应用后能够较快速地对浮动连接机构的运动进行重构，进而可较快速地推演液压支架与刮板输送机之间的位姿关系。

技术领域

本发明涉及综采工作面仿真技术领域，具体而言，是一种综采支运装备浮动连接机构位姿实时精准虚拟推演方法。

背景技术

随着国家一系列关于智能制造重大战略的提出，实现综采工作面智能化、无人化的建立成为当前煤矿生产的首要任务。而虚拟综采工作面的建立是数字孪生综采工作面的关键，但是当前在虚拟综采工作面运行的实现过程中对于液压支架与刮板输送机之间的协同的实现发展较慢，原因是连接液压支架与刮板输送机的推移机构是一个浮动机构，其运动在虚拟环境下较难实现，而液压支架和刮板输送机作为综采工作面“三机”设备的关键支护与运输设备，决定着整个综采工作面开采的安全与效率，因此必须对二者之间的浮动连接机构的运动进行解析。

现有的技术中，公开号为CN110021224A的发明专利申请公开了一种刮板输送机在井下复杂地况的推溜过程模拟实验装置，所述实验装置中推移机构是连接刮板输送机和液压支架底座的关键部分通过该推移机构可以模拟推溜工作对刮板输送机进行推溜。但是为获得推移机构各结构的推移角度、刮板输送机的推移距离以及它们连接处的位移时需要安装轴编码器，倾角传感器，红外测距传感器，相机等电子元件和电子仪器。公开号为CN111287776A的发明专利申请公开了一种液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，通过将液压支架与刮板输送机的浮动连接机构简化为机械手模型，基于工业机器人逆向运动学的解析方法确定浮动连接机构的各运动参数关系式；根据逐级渐进筛选法，选择最优解，确定浮动连接机构各结构的运动规律；将运动规律编入仿真系统底层，可得到虚拟液压支架在虚拟底板上推移虚拟刮板输送机时，虚拟浮动连接机构精确的运动。公开号为CN111287776A的发明专利申请公开了一种基于专家系统的群液压支架位置获得方法，通过建立基于液压支架在煤层上推移刮板输送机时，液压支架与刮板输送机浮动连接机构的运动参数、液压支架与刮板输送机的相对位置、液压支架在煤层上位置的专家系统；在煤矿井下获得推移油缸伸长长度和液压支架底座在煤层上的倾角，进入知识库查询解析后，通过推理机推理，得到液压支架在虚拟环境下对应的液压支架位置；对推理后获得的液压支架位置进行数据处理后，使其与真实煤矿井下的位置对应，最终将获得的液压支架的位置输出至用户界面。硕士学位论文《VR环境下综采支运装备浮动连接机构空间运动模型构建、分析与应用》对液压支架与刮板输送机浮动连接机构的运动进行了分析与解析，在此基础上将获得浮动连接机构的运动规律应用于虚拟环境下，进行了煤层和装备的虚拟模型的构建、虚拟物理关系的构建、实现了液压支架与刮板输送机虚拟浮动连接。硕士学位论文《基于共形几何代数的机构运动学研究》中将共形几何代数应用于机构运动学中，完成了几种典型的串、并联机构以及空间连杆机构的运动学求解,探索了共形几何代数在机构运动学研究中的应用。公开号为 CN106777486A的发明专利公开了一种基于共形几何代数的机械臂运动规划的形式化分析方法和系统，基于共形几何代数理论对机器人的基本构件、运动规划约束构建对应的几何模型，再用高阶逻辑语言描述所建立的几何模型，形成机器人的基本几何逻辑模型系统，将具体机器人运动过程的所述几何关系逻辑模型和待验证的运动过程的约束或属性组成一个逻辑命题，利用逻辑推理引擎证明所述逻辑命题是否成立。DOI号为10.3901/JME.2021.09.039的学术论文《空间连杆机构位移分析的共形几何代数方法》将CGA引入到空间连杆机构位移分析中，把空间连杆机构几何模型中的关节特征点映射到五维共形空间中，建立了关节特征点的CGA表达式,基于特征点构造若干直线、平面或球面等几何体，通过几何体的外积计算获得待求关节交点的CGA形式表达方程，再利用CGA理论框架内的内积或幂零性质直接获得空间连杆机构的关节转角余弦表达或无增根、无漏根的一元高次位移分析输入输出方程，从而获得空间连杆机构位移分析的全部符号形式解析方法。