[发明专利]一种掩护式液压支架姿态智能监测系统及其测量方法

权利要求书

1.一种掩护式液压支架姿态智能监测系统，其特征是，掩护式液压支架姿态智能监测系统包括姿态智能监测装置和上位机；姿态智能监测装置为矿用防爆型电气设备，测量时该装置固定在掩护式液压支架的液压立柱上，装置壳体内部有3轴倾角传感器和智能测控主机，装置壳体外部固定有一台2维激光扫描雷达，智能测控主机通过电缆对2维激光扫描雷达进行供电、通讯和控制，并将姿态解算结果和3轴倾角数据传输给上位机；上位机对上传的液压支架姿态监测数据进行存储，并对液压支架工作模式进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种掩护式液压支架姿态智能监测系统，其特征在于，测量时姿态智能监测装置固定安装在掩护式液压支架的液压立柱的缸筒中上部。

3.根据权利要求1所述的一种掩护式液压支架姿态智能监测系统，其特征在于，3轴倾角传感器安装在姿态智能监测装置壳体内部固定的智能测控主机上。

4.根据权利要求1所述的一种掩护式液压支架姿态智能监测系统，其特征在于，激光扫描雷达固定在姿态智能监测装置壳体外部，测量时激光扫描雷达在掩护式液压支架内部沿垂直方向上旋转360°扫描测距。

5.根据权利要求1所述的一种掩护式液压支架姿态智能监测系统，其特征在于，姿态智能监测装置内部的智能测控主机通过电缆与壳体外部的2维激光扫描雷达相连进行供电、通讯和控制，对激光扫描雷达输出的测量数据进行姿态解算，并将姿态解算结果和3轴倾角数据传输给上位机。

6.一种如权利要求1所述的一种掩护式液压支架姿态智能监测系统的测量方法，其特征在于：

首先，掩护式液压支架姿态智能监测系统有受控模式和自主模式两种工作模式。受控模式下，姿态智能监测装置受上位机控制，当其接收到上位机发出测量指令时，姿态智能监测装置启动姿态测量程序，并将测量结果传输给上位机；自主模式下，姿态智能监测装置定时开启姿态测量程序，定时时间可在上位机设定和修改，测量完毕将测量结果传输给上位机。无论何种工作模式，在液压支架姿态智能监测系统未进行姿态测量时，实时监测3轴倾角传感器输出参数变化，如果参数变化大于整定阈值，则判定液压支架状态发生改变，立即启动姿态测量程序，测量完毕将测量结果传输给上位机。

所述的姿态测量程序，是由智能测控主机发出控制指令控制激光扫描雷达在液压支架内部沿垂直方向上进行360°快速测距扫描，激光扫描雷达输出一组点云数据，表示扫描时激光照射到液压支架内各表面的离散点到测量起始点的距离和旋转夹角，可表示为(r_i，α_i)(i＝1,2,3，...，n)。

进一步，考虑实际情况中液压支架和立柱均会发生不同程度的倾斜，3轴倾角传感器测得起始角与水平负方向的夹角为α₀，对激光扫描雷达测得的点云数据(r_i，α_i)(i＝1,2,3,...,n)，将测得的数据进行坐标变换为(r_i，α_i-α₀)(i＝1,2,3,...,n)。经Hough变换和卡尔曼滤波处理提取出5条最优直线，这5条直线表示为a、b、c、d、e直线，其分别对应掩护式液压支架的前护帮、顶梁、掩护梁、前连杆、底座5个平面与激光扫描平面的空间相交线，表示为：

l_a:y＝k_ax+m_a

l_b:y＝k_bx+m_b

l_c:y＝k_cx+m_c

l_d:y＝k_dx+m_d

l_e:y＝k_ex+m_e

进一步，得到5个直线在激光扫描平面上的4个交点A、C、D、E的坐标分别为：

A：C：

D：E：

进一步，由于已知顶梁长度BC值，由A、C点坐标可得：

可求得前梁伸缩的长度：L_AB＝L_AC-L_BC。

进一步，根据直线方程l_b及其几何关系得到液压立柱伸缩部分长度：

进一步，已知底座到装置的距离，可得出液压立柱的总体长度为：

L_GH＝L_GO+L_OH