[发明专利]一种采煤机记忆截割与记忆定位联合学习方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采煤机记忆截割与记忆定位联合学习方法，属于采煤机滚筒自适应调高技术领域。

背景技术

综采工作面是煤矿生产核心区域之一，而采煤机、刮板输送机和液压支架作为工作面采矿机群，其承担着破煤、装煤以及支护等任务，因此采矿机群的自主运行一直为众多国内外学者所研究。采煤机作为采矿机群的核心设备，其智能化水平直接影响到采矿机群的自动运行。尽管采煤机在截割功率、牵引方式和主控系统等方面有了较大改进，但采煤机滚筒的自适应调高一直没有效解决，成为制约采矿机群自动化和工作面无人化的瓶颈。

采煤机滚筒自适应调高核心为采煤机依据工作面煤层和岩层分界情况，自动调节滚筒的升降高度，达到最佳的割煤效果。目前，基于传感器直接测量的煤岩界面识别，学者们做了很多有意义的研究，如射线法、雷达探测法、截齿应力法、光电传感法、振动法和多传感器融合法等。但是由于煤层地质结构、采煤机工作环境恶劣、煤岩性质和采煤路线时变、综采机械化对顶底板的要求以及传感器稳定性差等方面的问题，上述直接识别煤岩界面的方法一直未得到广泛的应用，需要采煤司机根据煤岩分界手动调节采煤机滚筒截割高度。

借鉴机器人学中的示教跟踪技术，采用记忆截割技术的采煤机自动调高系统，避免了煤岩界面识别技术难题，形成以记忆截割为主的采煤机滚筒自动调高系统。由采煤司机首先根据煤层高度完成滚筒调高参数的记忆，在4～5个截割循环内采煤机按照记忆参数进行自动截割。但是，记忆截割为半自动调高技术，当煤层地质赋存比较复杂时，在记忆截割过程中会发生实际煤层参数与记忆煤层参数的不匹配，当煤层高度发生变化需要对截割参数进行调整时，不仅增加操作司机的工作量，同时削弱了记忆截割的效果。

当前的记忆截割技术均是从全局的角度研究采煤机记忆截割循环信息间的特征。采煤机记忆截割为示教-跟踪截割两个阶段，在示教截割阶段输出了无线传感网下采煤机精确位置，即确定了采煤机上移动节点与液压支架上锚节点之间信号域与空间域的对偶映射关系，从而在跟踪截割阶段根据无线信号间数据匹配来实现采煤机记忆定位；同时由于煤层厚度信息间具有局部相似性，因此如何分析相邻截割高度信息在沿工作面截割方向和采煤机推进方向上数据关系，即相邻截割循环信息在时空中数据关联性，对于减少截割误差，减少采煤机滚筒调高次数具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种采煤机记忆截割与记忆定位联合学习方法，能够解决跟踪截割时无线复杂解算以及示教截割时滚筒截割高度重新记忆的问题，通过对示教截割间滚筒高度数据与跟踪截割无线位置数据进行联合学习，增强了采煤机记忆截割的可用性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种采煤机记忆截割与记忆定位联合学习方法，沿工作面牵引方向间隔相等距离记录采煤机当前位置下滚筒截割高度，基于示教截割采集的滚筒截割高度和采矿机群间设备约束对无线锚节点坐标进行标定，示教截割阶段建立位置与高度映射实现采煤机滚筒调高；跟踪截割阶段在沿工作面推进方向，采煤机上移动节点能够接收到相似的无线信号，与示教截割阶段无线信号集进行关联，通过相关无线信号间匹配得到采煤机记忆定位输出；在跟踪截割后实施新示教截割阶段，根据相邻示教截割滚筒轨迹相似性预测渐变煤层高度，并利用新示教截割高度对无线锚节点高度坐标进行修正，实现新示教截割阶段采煤机滚筒自适应调高，包括以下步骤：

步骤1)利用示教截割采集的滚筒截割高度和采矿机群间约束关系来对无线锚节点三维坐标进行标定；

步骤2)基于示教截割和无线传感器网络建立采煤机滚筒截割高度与无线位置间对偶映射关系；

步骤3)跟踪截割阶段在与示教截割阶段相似位置能得到相似的无线信号，实现采煤机跟踪截割阶段记忆定位；

步骤4)利用相邻示教滚筒截割轨迹相似性，对渐变煤层高度进行预测，基于新示教滚筒高度修正误差锚节点高度坐标；

在步骤1)，所述的利用示教截割采集的滚筒截割高度和采矿机群间约束关系来对无线锚节点三维坐标进行标定，具体为：

1)采矿机群沿工作面往复迁移运动，使得部署在液压支架下的无线锚节点初始坐标发生漂移，给采煤机沿工作面截割、推进以及高度方向的无线位置解算带来误差；

2)采用液压支架中心间距及液压支架推移千斤顶的位移来对无线锚节点的横坐标和纵坐标进行标定，同时利用示教截割阶段采集的滚筒截割高度来对无线锚节点的高度坐标进行标定；

在步骤2)，所述的基于示教截割和无线传感器网络建立采煤机滚筒截割高度与无线位置间对偶映射，具体为：