[發明專利]一種液壓支架頂梁支撐高度和姿態的測量系統及其方法

有效

• 申請號: 201710040395.1
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106908000B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 魏東;王忠賓;譚超;許靜;蔣干;樊凱
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01C9/00
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所 32205
• 代理人: 張旭

本發明公開了一種液壓支架頂梁支撐高度和姿態的測量系統及其方法，由機器視覺模塊和與之配合定位的姿態補償模塊組成，機器視覺模塊對液壓支架頂梁相對于液壓支架底板的角度及高度值進行測量；然后采用高度及傾角補償模塊中的MEMS傾角傳感器測出液壓支架底板相對水平面的角度值，進而對之前測得的頂梁支撐高度及角度值進行補償，從而得出液壓支架頂梁最終的角度及高度值；采用機器視覺模塊不僅安裝方便而且結構簡單無需在液壓支架上布置復雜的機構進行測量，不會影響液壓支架的動作，保證了液壓支架正常的工作。

技術領域

本發明涉及一種液壓支架的測量系統及其方法，具體是一種液壓支架頂梁支撐高度和姿態的測量系統及其方法。

背景技術

隨著機械化采煤的工藝的不斷進步和發展，國內外的煤礦都開始向著“無人化”或“少人化”的采煤工作面轉型。隨著綜采面“少人化”和“無人化”的進一步發展，綜采工作面液壓支架支護信息的獲取變得越來越重要。通常，液壓支架的支護高度與綜采面的頂板高度相同，因此可以通過液壓支架的支護高度間接反映綜采面的頂板高度。同時，液壓支架作為綜采面工作三機配套的重要一環，液壓支架的姿態信息也對整個綜采面的工作狀況和工作狀態有很大影響。所以，液壓支架的頂梁支撐高度及支護姿態對控制液壓支架和整個綜采面的控制起到重要作用。

專利號為201210366865.0、201110209300.7、200910224776.0的中國發明專利分別提出了采用液位壓力、角度傳感器和拉線式距離傳感器對綜采工作面的液壓支架頂梁支撐高度進行測量的方法，但其均有其各自缺點，具體如下：液位壓力法在復雜的井下環境內布置困難，進而導致其可實現度不高；角傳感器法雖布設簡單，但只能測量角度在30°以內的角度，若液壓支架頂梁的角度傾斜超過許用范圍后其測量的角度值會產生較大的誤差，導致最終得出的液壓支架頂梁支撐高度的精確度較低；拉線式距離傳感器法在液壓支架的頂梁與底板距離較遠時，即液壓支架的頂梁支撐高度較高時其會喪失測量精度。另外上述三種方法均不能得到液壓支架頂梁傾角的精確信息，很難完成液壓支架頂梁的準確姿態確定。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種液壓支架頂梁支撐高度和姿態的測量系統及其方法，對于煤層頂底板情況較為惡劣的情況下，可精確測量液壓支架頂梁高度與角度信息，另外可通過測得的頂梁支撐高度及頂梁傾角，得出液壓支架頂梁的姿態。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種液壓支架頂梁支撐高度和姿態的測量系統，包括機器視覺模塊和與之配合使用的姿態補償模塊，所述機器視覺模塊包括礦用防爆外殼、礦用攝像儀和微型計算機Ⅰ，礦用防爆外殼安裝在液壓支架頂梁下部，微型計算機Ⅰ設置在礦用防爆外殼內，礦用攝像儀安裝在防爆外殼下端；所述姿態補償模塊包括標記靶、微型計算機Ⅱ和MEMS傾角傳感器，所述標記靶設置在液壓支架底板上，標記靶的上表面與液壓支架底板的表面平行，以便于機器視覺模塊可以準確采集到標記靶圖像信息，且此圖像信息不受液壓支架向其兩側傾斜的偏斜角影響；所述標記靶的上表面設有LED燈組，微型計算機Ⅱ和MEMS傾角傳感器設置在標記靶下表面，微型計算機Ⅰ分別與微型計算機Ⅱ和礦用攝像儀連接，微型計算機Ⅱ與MEMS傾角傳感器連接。

進一步，所述LED燈組布設成以圓心位置呈正方形分布的四組同心圓環；這種結構可抵消由LED光斑造成的信息采集誤差。

進一步，所述礦用防爆外殼面的材質為不銹鋼，并設置至少兩個喇叭口；便于接受礦用攝像儀輸入數據和向微型計算機Ⅱ輸出數據。

進一步，所述微型計算機Ⅰ與微型計算機Ⅱ通過礦用阻燃網線連接。

一種液壓支架頂梁支撐高度和姿態的測量方法，具體步驟是：

第一步，攝像機標定：將標定平面靶標放置于礦用攝像儀前方不同位置處，用礦用攝像儀對其進行拍攝，得到不同位置、不同角度下的標定平面靶標圖像，采用非線性標定方法得出攝像儀內部參數信息，包括焦距及鏡頭畸變參數等；