[发明专利]一种具备位姿检测与控制功能的液压支架及其工作方法

权利要求书

1.一种具备位姿检测与控制功能的液压支架，所述液压支架包括底座、立柱、后连杆、掩护梁、平衡千斤顶和顶梁，其特征在于，还包括控制器、数据采集装置、第一加速度传感器、第二加速度传感器、行程传感器、激光测距仪、第一电磁比例阀和第二电磁比例阀；所述第一加速度传感器设置在底座上，第二加速度传感器设置在后连杆上，行程传感器设置在平衡千斤顶内部，激光测距仪设置在立柱上，第一电磁比例阀设置在平衡千斤顶液压控制回路上，第二电磁比例阀设置在立柱液压控制回路上，所述第一加速度传感器、第二加速度传感器、行程传感器、激光测距仪均与数据采集装置连接，数据采集装置与控制器连接，控制器还连接第一电磁比例阀和第二电磁比例阀。

2.如权利要求1所述的具备位姿检测与控制功能的液压支架，其特征在于，所述液压支架还包括输入装置，输入装置与控制器连接，所述输入装置选用显示器和键盘，或选用触摸屏显示/输入模块。

3.如权利要求1所述的具备位姿检测与控制功能的液压支架，其特征在于，所述控制器选用MSP430F5438A单片机。

4.如权利要求2所述的具备位姿检测与控制功能的液压支架，其特征在于，所述第一加速度传感器、第二加速度传感器均选用飞思卡尔MMA7361LC加速度传感器；

所述行程传感器选用米朗MIRAN MTL3-2000mm油缸内置磁致伸缩位移传感器；

所述激光测距仪选用康力华KLH-01T-20hz激光测距仪；

所述触摸屏显示/输入模块选用迪文DMT80480T070_06WT+触摸屏；

所述第一电磁比例阀选用型号为4WRZe32W9-520-7X/6EG24N9ETK4F1/M的三位四通比例换向阀；

所述第二电磁比例阀选用型号为4WRZe52W9-1000-7X/6EG24N9ETK4F1/M的三位四通比例换向阀。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的具备位姿检测与控制功能的液压支架的工作方法，包括以下步骤，

(1)信号采集：将第一加速度传感器测量的底座加速度、第二加速度传感器测量的后连杆加速度、行程传感器测取的平衡千斤顶长度、激光测距仪测取的立柱长度传输给数据采集装置，数据采集装置对接收的信号进行滤波处理后得到加速度、长度原始数据，并将加速度、长度原始数据传输给控制器；

(2)数据处理：控制器根据接收到的加速度、长度原始数据，计算出液压支架底座的实时倾角、后连杆与底座的夹角以及液压支架实时行为位姿，并输出液压支架的实时行为位姿；然后，控制器根据液压支架操作人员动作指令及工作面顶板倾角，计算出液压支架所要达到的最终位姿，并对比液压支架当前行为位姿得出位移差，再根据最优动作规则表，以液压支架动作速度最快、用液量最省原则智能判定出液压支架最优动作方案，控制器根据位移差及设定的步进次数，计算出液压支架阶段步进值，并将阶段步进值设定为控制器的阶段目标参数值；

(3)PID控制运算：控制器将阶段目标参数值与行程传感器和激光测距仪的实时检测数据对比，获取阶段目标参数值与实时检测数据的差值；

(4)指令输出：控制器根据步骤(3)所述的差值，输出第一电磁比例阀、第二电磁比例阀的控制信号，控制信号控制第一电磁比例阀、第二电磁比例阀的运动方向和开口度大小以改变进出平衡千斤顶及立柱的流量，从而改变平衡千斤顶及立柱的长度，实现液压支架的位姿误差反馈控制，使液压支架逐步到达最终位姿。

6.如权利要求5所述的具备位姿检测与控制功能的液压支架的工作方法，其特征在于，步骤(1)中，所述滤波处理是指数据采集装置采用中值滤波法对第一加速度传感器、第二加速度传感器、行程传感器和激光测距仪对传输给数据采集装置的数据进行滤波处理，其具体过程包括：连续采样N个数据，然后用堆序法原理对采集的N个数据进行排序，找出N个数据中的最大值和最小值，去掉最大值和最小值，然后计算剩余的N-2个数据的算术平均值，N取为3-14。