[發明專利]一種具備位姿檢測與控制功能的液壓支架及其工作方法

有效

• 申請號: 201610519515.1
• 申請日: 2016-07-02
• 公開（公告）號: CN105909294B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 曾慶良;孟昭勝;萬麗榮;孔帥;王成龍;楊揚;逯振國;劉鵬;姜考
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21D23/12
• 分類號: E21D23/12;E21D23/16;E21D15/44;G01C1/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 顏洪嶺

1.一種具備位姿檢測與控制功能的液壓支架，所述液壓支架包括底座、立柱、后連桿、掩護梁、平衡千斤頂和頂梁，其特征在于，還包括控制器、數據采集裝置、第一加速度傳感器、第二加速度傳感器、行程傳感器、激光測距儀、第一電磁比例閥和第二電磁比例閥；所述第一加速度傳感器設置在底座上，第二加速度傳感器設置在后連桿上，行程傳感器設置在平衡千斤頂內部，激光測距儀設置在立柱上，第一電磁比例閥設置在平衡千斤頂液壓控制回路上，第二電磁比例閥設置在立柱液壓控制回路上，所述第一加速度傳感器、第二加速度傳感器、行程傳感器、激光測距儀均與數據采集裝置連接，數據采集裝置與控制器連接，控制器還連接第一電磁比例閥和第二電磁比例閥。

2.如權利要求1所述的具備位姿檢測與控制功能的液壓支架，其特征在于，所述液壓支架還包括輸入裝置，輸入裝置與控制器連接，所述輸入裝置選用顯示器和鍵盤，或選用觸摸屏顯示/輸入模塊。

3.如權利要求1所述的具備位姿檢測與控制功能的液壓支架，其特征在于，所述控制器選用MSP430F5438A單片機。

4.如權利要求2所述的具備位姿檢測與控制功能的液壓支架，其特征在于，所述第一加速度傳感器、第二加速度傳感器均選用飛思卡爾MMA7361LC加速度傳感器；

所述行程傳感器選用米朗MIRAN MTL3-2000mm油缸內置磁致伸縮位移傳感器；

所述激光測距儀選用康力華KLH-01T-20hz激光測距儀；

所述觸摸屏顯示/輸入模塊選用迪文DMT80480T070_06WT+觸摸屏；

所述第一電磁比例閥選用型號為4WRZe32W9-520-7X/6EG24N9ETK4F1/M的三位四通比例換向閥；

所述第二電磁比例閥選用型號為4WRZe52W9-1000-7X/6EG24N9ETK4F1/M的三位四通比例換向閥。

5.一種如權利要求1-4任一項所述的具備位姿檢測與控制功能的液壓支架的工作方法，包括以下步驟，

(1)信號采集：將第一加速度傳感器測量的底座加速度、第二加速度傳感器測量的后連桿加速度、行程傳感器測取的平衡千斤頂長度、激光測距儀測取的立柱長度傳輸給數據采集裝置，數據采集裝置對接收的信號進行濾波處理后得到加速度、長度原始數據，并將加速度、長度原始數據傳輸給控制器；

(2)數據處理：控制器根據接收到的加速度、長度原始數據，計算出液壓支架底座的實時傾角、后連桿與底座的夾角以及液壓支架實時行為位姿，并輸出液壓支架的實時行為位姿；然后，控制器根據液壓支架操作人員動作指令及工作面頂板傾角，計算出液壓支架所要達到的最終位姿，并對比液壓支架當前行為位姿得出位移差，再根據最優動作規則表，以液壓支架動作速度最快、用液量最省原則智能判定出液壓支架最優動作方案，控制器根據位移差及設定的步進次數，計算出液壓支架階段步進值，并將階段步進值設定為控制器的階段目標參數值；

(3)PID控制運算：控制器將階段目標參數值與行程傳感器和激光測距儀的實時檢測數據對比，獲取階段目標參數值與實時檢測數據的差值；

(4)指令輸出：控制器根據步驟(3)所述的差值，輸出第一電磁比例閥、第二電磁比例閥的控制信號，控制信號控制第一電磁比例閥、第二電磁比例閥的運動方向和開口度大小以改變進出平衡千斤頂及立柱的流量，從而改變平衡千斤頂及立柱的長度，實現液壓支架的位姿誤差反饋控制，使液壓支架逐步到達最終位姿。

6.如權利要求5所述的具備位姿檢測與控制功能的液壓支架的工作方法，其特征在于，步驟(1)中，所述濾波處理是指數據采集裝置采用中值濾波法對第一加速度傳感器、第二加速度傳感器、行程傳感器和激光測距儀對傳輸給數據采集裝置的數據進行濾波處理，其具體過程包括：連續采樣N個數據，然后用堆序法原理對采集的N個數據進行排序，找出N個數據中的最大值和最小值，去掉最大值和最小值，然后計算剩余的N-2個數據的算術平均值，N取為3-14。