[发明专利]一种液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法

权利要求书

1.一种液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，其特征在于，包括：

将液压支架与刮板输送机的浮动连接机构简化为机械手模型，在已知刮板输送机中部槽姿态的前提下，以液压支架推移油缸前端面中心为初始坐标系，在刮板输送机推移耳处标记关键点作为最终坐标系；

基于工业机器人逆向运动学的解析方法确定浮动连接机构的各运动参数关系式；其中，所述运动参数是指关节角θ、关节距离d、连杆长度a、连杆扭转角

基于逆向运动学的多解性，根据得到运动规律对机械手模型运动的实现度，根据逐级渐进筛选法，选择最优解，确定浮动连接机构各结构的运动规律；

在虚拟环境下，将获得的运动规律编入Unity3D仿真系统底层，得到虚拟液压支架在虚拟底板上推移虚拟刮板输送机时，虚拟浮动连接机构精确的运动。

2.根据权利要求1所述的液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，其特征在于，所述液压支架与刮板输送机浮动连接机构为由液压油缸、活塞杆、推移杆、连接头组成，具有四个自由度；其中，活塞杆在推移过程中沿轴线方向发生伸缩运动，推移杆绕连接销轴的轴线方向发生俯仰运动，同时与连接销轴产生偏航角，连接头绕销轴轴线方向产生偏航角，浮动连接机构用于连接液压支架与刮板输送机。

3.根据权利要求2所述的液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，其特征在于，液压支架与刮板输送机浮动连接机构简化得到的机械手模型为具有四自由度的串联机械手模型，其中连接头简化为末端执行器、连接头与推移杆连接的销轴简化为具有偏航运动的旋转关节、活塞杆与推移杆之间的连接销轴简化为机器人的具有偏航运动与俯仰运动的旋转关节，液压油缸与活塞杆简化为机器人的棱柱关节。

4.根据权利要求1所述的液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，其特征在于，基于工业机器人逆向运动学的解析方法包括步骤：

根据建立的机械手模型在各关节分别建立D-H矩阵坐标系，确定D-H矩阵坐标系统；其中，确定机械手模型的连杆是P||R(0°)，R⊥R(90°)，R⊥R(90°)，R||R(0°)，R⊥P(90°)，根据建立的D-H矩阵坐标系确定D-H参数表，根据相邻两坐标系的变换矩阵：

确定此机械手模型的所有变换矩阵：

根据⁰T₅＝⁰T₁·¹T₂·²T₃·³T₄·⁴T₅，建立机械手模型的正向运动矩阵为：

对于未知的关节变量d₁、θ₂、θ₃、θ₄，通过下列方程求解：

¹T₅＝⁰T₁^-1·⁰T₅

²T₅＝¹T₂^-1·⁰T₁^-1·⁰T₅

³T₅＝²T₃^-11T₂^-1·⁰T₁^-1·⁰T₅

⁴T₅＝³T₄^-1·²T₃^-1·¹T₂^-1·⁰T₁^-1·⁰T₅

I＝⁴T₅^-1·³T₄^-1·²T₃^-1·¹T₂^-1·⁰T₁^-1·⁰T₅

由于采用逆向运动学方法，存在多解的问题，需要根据逐级渐进筛选法选择最优解；

其中，所述D-H矩阵坐标系是指给每个关节指定的本地参考系，其必须指定一个z轴和x轴；所述z轴指的是：如果关节是旋转的，z轴位于按右手旋转的方向；如果关节是滑动的，z轴为沿直线运动方向；所述x轴指的是：当关节不平行或相交时，z轴为斜线，总有一条距离最短的公垂线正交于任意两斜线，在此公垂线任意两方向上定义本地坐标系的x轴。