[发明专利]一种液压支架顶梁支撑高度和姿态的测量系统及其方法

说明书

本发明公开了一种液压支架顶梁支撑高度和姿态的测量系统及其方法，由机器视觉模块和与之配合定位的姿态补偿模块组成，机器视觉模块对液压支架顶梁相对于液压支架底板的角度及高度值进行测量；然后采用高度及倾角补偿模块中的MEMS倾角传感器测出液压支架底板相对水平面的角度值，进而对之前测得的顶梁支撑高度及角度值进行补偿，从而得出液压支架顶梁最终的角度及高度值；采用机器视觉模块不仅安装方便而且结构简单无需在液压支架上布置复杂的机构进行测量，不会影响液压支架的动作，保证了液压支架正常的工作。

技术领域

本发明涉及一种液压支架的测量系统及其方法，具体是一种液压支架顶梁支撑高度和姿态的测量系统及其方法。

背景技术

随着机械化采煤的工艺的不断进步和发展，国内外的煤矿都开始向着“无人化”或“少人化”的采煤工作面转型。随着综采面“少人化”和“无人化”的进一步发展，综采工作面液压支架支护信息的获取变得越来越重要。通常，液压支架的支护高度与综采面的顶板高度相同，因此可以通过液压支架的支护高度间接反映综采面的顶板高度。同时，液压支架作为综采面工作三机配套的重要一环，液压支架的姿态信息也对整个综采面的工作状况和工作状态有很大影响。所以，液压支架的顶梁支撑高度及支护姿态对控制液压支架和整个综采面的控制起到重要作用。

专利号为201210366865.0、201110209300.7、200910224776.0的中国发明专利分别提出了采用液位压力、角度传感器和拉线式距离传感器对综采工作面的液压支架顶梁支撑高度进行测量的方法，但其均有其各自缺点，具体如下：液位压力法在复杂的井下环境内布置困难，进而导致其可实现度不高；角传感器法虽布设简单，但只能测量角度在30°以内的角度，若液压支架顶梁的角度倾斜超过许用范围后其测量的角度值会产生较大的误差，导致最终得出的液压支架顶梁支撑高度的精确度较低；拉线式距离传感器法在液压支架的顶梁与底板距离较远时，即液压支架的顶梁支撑高度较高时其会丧失测量精度。另外上述三种方法均不能得到液压支架顶梁倾角的精确信息，很难完成液压支架顶梁的准确姿态确定。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种液压支架顶梁支撑高度和姿态的测量系统及其方法，对于煤层顶底板情况较为恶劣的情况下，可精确测量液压支架顶梁高度与角度信息，另外可通过测得的顶梁支撑高度及顶梁倾角，得出液压支架顶梁的姿态。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种液压支架顶梁支撑高度和姿态的测量系统，包括机器视觉模块和与之配合使用的姿态补偿模块，所述机器视觉模块包括矿用防爆外壳、矿用摄像仪和微型计算机Ⅰ，矿用防爆外壳安装在液压支架顶梁下部，微型计算机Ⅰ设置在矿用防爆外壳内，矿用摄像仪安装在防爆外壳下端；所述姿态补偿模块包括标记靶、微型计算机Ⅱ和MEMS倾角传感器，所述标记靶设置在液压支架底板上，标记靶的上表面与液压支架底板的表面平行，以便于机器视觉模块可以准确采集到标记靶图像信息，且此图像信息不受液压支架向其两侧倾斜的偏斜角影响；所述标记靶的上表面设有LED灯组，微型计算机Ⅱ和MEMS倾角传感器设置在标记靶下表面，微型计算机Ⅰ分别与微型计算机Ⅱ和矿用摄像仪连接，微型计算机Ⅱ与MEMS倾角传感器连接。

进一步，所述LED灯组布设成以圆心位置呈正方形分布的四组同心圆环；这种结构可抵消由LED光斑造成的信息采集误差。

进一步，所述矿用防爆外壳面的材质为不锈钢，并设置至少两个喇叭口；便于接受矿用摄像仪输入数据和向微型计算机Ⅱ输出数据。

进一步，所述微型计算机Ⅰ与微型计算机Ⅱ通过矿用阻燃网线连接。

一种液压支架顶梁支撑高度和姿态的测量方法，具体步骤是：

第一步，摄像机标定：将标定平面靶标放置于矿用摄像仪前方不同位置处，用矿用摄像仪对其进行拍摄，得到不同位置、不同角度下的标定平面靶标图像，采用非线性标定方法得出摄像仪内部参数信息，包括焦距及镜头畸变参数等；