[发明专利]一种支撑掩护式液压支架姿态智能监测系统及其测量方法

说明书

本发明公开了一种支撑掩护式液压支架姿态智能监测系统及其测量方法，旨在解决现有监测方法所需传感器类型及数量多、可靠性差、精度低的不足。支撑掩护式液压支架姿态智能监测系统包括智能监测装置和上位机；智能监测装置包括3轴倾角传感器、测控主机和激光雷达。测量时将智能监测装置固定安装在支撑掩护式液压支架两个前立柱中间位置的底座上。3轴倾角传感器实时监测液压支架底座倾角；激光雷达在液压支架内部进行垂直方向上的扫描测距，测量输出的点云数据经变换解算出支撑掩护式液压支架各支护构件端面和前后液压立柱的直线特征方程，实现对支撑掩护式液压支架的姿态监测。本发明应用传感器少，测量精度高，安装快速且检修、维护方便。

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下综采工作面的液压支架的姿态检测系统及方法，特别涉及一种对支撑掩护式液压支架的姿态检测系统及方法。

技术背景

支撑掩护式液压支架是液压支架主流形式之一，在矿井下采煤工作面不仅起着重要支护作用而且对刮板输送机和采煤机的推进起着重要作用。随着矿井下无人看守的需求越来越高，综采工作面智能化开采成为煤炭生产的主要发展方向，对支撑掩护式液压支架姿态的实时监测的要求也日益提高，但现阶段对支撑掩护式液压支架的姿态实时监测的研究并不完善。现有对支撑掩护式液压支架的姿态监测所需的传感器种类多、数量多，结构复杂，导致测量精度低，系统可靠性差，后期维护工作量大。本发明提出的一种支撑掩护式液压支架姿态智能监测系统及其测量方法所用的传感器少，可靠性高，极大的提高了监测数据的精确度。

发明内容

本发明提供了一种支撑掩护式液压支架姿态智能监测系统及其测量方法，旨在解决现有监测方法所需传感器类型及数量多、可靠性差、精度低的不足。支撑掩护式液压支架姿态智能监测系统包括智能监测装置和上位机；智能监测装置包括3轴倾角传感器、测控主机、激光雷达。测量时将智能监测装置固定安装在支撑掩护式液压支架两个前立柱中间位置的底座上。3轴倾角传感器实时监测液压支架底座倾角；激光雷达在液压支架内部进行垂直方向上的扫描测距，测量输出的点云数据利用Hough变换及卡尔曼滤波处理，解算出支撑掩护式液压支架各支护构件端面和前后液压立柱的直线特征方程，实现对支撑掩护式液压支架的姿态监测。本发明应用传感器少，测量精度高，安装快速且检修、维护方便。

技术方案

为实现上述目标，本发明的一种支撑掩护式液压支架姿态智能监测系统包括智能监测装置和上位机；智能监测装置为矿用防爆型电气设备，包括一台二维激光雷达、一个3轴倾角传感器和一个测控主机，将测控主机与3轴倾角传感器固定在智能监测装置机壳内，二维激光雷达固定在机壳外部；智能监测装置固定安装在支撑掩护式液压支架底座钢板上，处于两个前立柱之间的位置；测控主机通过电缆对激光雷达和倾角传感器进行供电、控制、数据接收和数据处理，并将解算结果传输到上位机。

所述的智能监测装置固定安装在液压支架的底座钢板平面上，且处于两个前立柱之间，安装位置应使智能监测装置的二维激光雷达的轴心与两个前立柱轴心处于一个平面上。测量时由测控主机控制激光雷达在支撑掩护式液压支架内部向装置上方空间、沿垂直方向转动180°，进行测距扫描，得到一组点云数据，其中包括支撑掩护式液压支架各机械面上离散点到监测装置的距离和旋转夹角，可表示为(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变换及卡尔曼滤波处理获得支撑掩护式液压支架各构件端面的直线方程，并通过各端面所在的方程与液压支架的已知参数解算出前后立柱的直线方程，最终可知支撑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，本发明使用的传感器器件种类和数量显著减少，测量精度更高，提高了系统的可靠性，智能监测装置易于安装与维护。本发明提供的一种支撑掩护式液压支架姿态智能监测系统及其测量方法弥补了现有对液压支架姿态监测的不足，为实现井下无人、少人值守提供良好的技术支持。

附图说明

附图1为本发明的智能装置安装图正视图。

附图2为本发明的智能装置安装图俯视图。