[发明专利]一种采煤工作面设备直线度的监测方法

说明书

本发明提供一种采煤工作面设备直线度的监测方法，用于监测和评估采煤工作面上煤壁、刮板运输机和液压支架的直线度，沿着平行于刮板运输机的长度方向设置有轨道，机器人在轨道上往复运行，机器人上搭载有激光雷达，启动激光雷达里程算法实时得到机器人的运行轨迹数据，机器人通过激光雷达获得煤壁和液压支架的位置数据，使用PCL点云库对实时的激光雷达点云数据进行处理，以煤壁的点集数据评估煤壁的直线度，以液压支架的点集数据评估液压支架的直线度，以机器人的运行轨迹评估刮板运输机的直线度。本发明为实现工作面“三直一平”的控制提供关键的数据支持，使煤矿的安全高效智能化开采成为可能。

技术领域

本发明涉及基于SLAM技术的煤矿无人化智能开采技术领域，具体涉及一种采煤工作面设备直线度的监测方法。

背景技术

采煤工作面设备直线度控制一直是制约煤矿实现安全、高效、智能化开采的核心技术难题，《煤矿安全规程》规定：工作面要达到“三直一平”，即工作面液压支架、刮板运输机、煤壁均要保持直线。目前，我国采煤工作面液压支架、刮板运输机的直线度一般多采用人工拉线或激光对准的方式进行控制,存在人工劳动强度大、效率低、精确度差等问题。

针对以上问题，已授权发明专利(专利号：201810358596.0)采用基于机器人以激光线为固定参考基准，对每个液压支架的空间姿态及整体液压支架直线度进行检测，该发明只是针对液压支架一种设备进行直线度检测，同时也没有考虑井下地形起伏对激光测距的影响；已授权发明专利(专利号：201910493976.X)采用在工作面每台液压支架的底座中心位置安装可旋转激光感应测距装置，并在与液压支架相连的刮板运输机的槽体中心位置安装激光感应接收装置，拟合液压支架与刮板运输机槽体位置曲线，获得工作面液压支架与刮板运输机的直线度，该发明虽然解决了现有技术仅能对一种设备状态进行监测的问题，但是传感器安装多，不利于后期维护以及整个功能的实现，同时，该方法不适用地形起伏变化大的场景；已公开发明专利(专利号：202111399857.1)采用三维激光雷达获取液压支架的点云，对地形起伏大，提出了解决方案，但是只针对液压支架一种设备进行直线度评估，且对于整个模型的三维点云进行处理，计算量大。

发明内容

本发明目的在于提供一种采煤工作面设备直线度的监测方法，该方法可以同时评估采煤工作面上煤壁、刮板运输机和液压支架三者的直线度，为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种采煤工作面设备直线度的监测方法，用于监测和评估采煤工作面上煤壁、刮板运输机、液压支架三者的直线度，其特征在于，包括：

以沿平行于所述刮板运输机的长度方向布置第二轨道，所述第二轨道长度范围覆盖所述刮板运输机从机头到机尾的长度范围；

在所述第二轨道上设置有可移动的机器人，在所述机器人上刚体连接有激光雷达；

控制所述机器人沿所述第二轨道移动，并在移动过程中，向所述煤壁和所述液压支架发射激光，记录所述激光雷达的反射数据；

以所述激光雷达的实时位姿数据获得所述机器人的运行轨迹数据，所述轨迹数据计算所述刮板运输机的直线度；

以所述激光雷达的反射数据计算所述煤壁和所述液压支架的直线度。

进一步的，所述第二轨道刚体连接在所述刮板运输机靠近所述液压支架一侧的侧边上。

进一步的，建立基坐标系G、机器人坐标系R和激光雷达坐标系L，获得所述机器人坐标系R与所述基坐标系G之间以及所述激光雷达坐标系L与所述基坐标系G之间的转换关系，根据所述转换关系将所述机器人移动的轨迹数据、激光雷达的反射数据均转换为所述基坐标系G下的数据。

进一步的，所述基坐标系G的原点设立在所述刮板运输机的机头或机尾上，且所述基坐标系G的X轴与采煤现场的巷道平行，所述基坐标系G的Y轴垂直于所述X轴且与所述X轴在同一水平面上，所述基坐标系G的Z轴垂直于所述X轴和Y轴构成的水平面；