[发明专利]知识与数据混合驱动的液压支架相对位姿虚拟重构方法

权利要求书

1.一种知识与数据混合驱动的液压支架相对位姿虚拟重构方法，其特征在于，包括物理监测系统、机理模型与数据处理系统和虚拟位姿重构系统；

所述的物理监测系统包括传感器和数据采集模块；所述的机理模型与数据处理系统包括参数预处理模块、相对位置解算模块和位姿修正模块；所述的虚拟位姿重构系统包括数字孪生模型系统、传感器位置规划系统、位姿推演系统、人机交互系统和准确度评价系统；

构建液压支架物理样机的数字孪生模型系统，通过传感器位置规划系统指导物理监测系统中传感器的布置；物理监测系统中的传感器的数据通过数据采集模块采集并传入到机理模型与数据处理中，数据经过参数预处理模块修正后作为已知量传入相对位置解算模块进行解算，通过动态链接的方式接将其解算结果实时映射在位姿推演系统中；位姿修正模块对位姿推演系统的结果进行迭代，构建一种知识和数据混合驱动的重构方法；最终在人机交互系统中显示液压支架的位姿信息，在准确度评价系统对推演的液压支架的位姿信息进行误差评定，利用人机交互系统对所有系统进行状态监测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据传感器位置规划系统在液压支架物理样机上安装传感器，包括激光测距传感器、红外发射器和红外接收矩阵；其中红外接收矩阵由若干个红外接收器组成，基准支架上激光测距传感器的激光束与位姿平面垂直，活动支架上红外发射器与其位姿平面垂直；数据采集模块用于采集激光测距传感器测量的距离信息，采集红外发射器在红外接受矩阵上的高电平信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述物理监测系统中，红外接收器矩阵的原点与基准支架的坐标系原点重合，两个激光测距传感器在红外接收器矩阵的两测且关于红外接收矩阵原点对称，其激光发射点与红外接收器矩阵的原点在一条直线上，红外发射器与活动支架的坐标原点重合，反光板在活动支架的位置与对应的激光测距传感器在基准支架的位置相同。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：传感器位置规划系统包括激光测距传感器的最佳位置的确定以及红外接收器矩阵大小的确定，利用Unity3D中的Raycast类来创建射线，其参数包括射线的起点、射线的监测距离以及射线的监测距离，按照实际激光测距传感器的性能来对其参数进行修正使虚拟传感器达到相同的性能，利用RaycastHit类来记录虚拟红外发射器与虚拟红外接收器的交互信息，参数包括是否发射碰撞、碰撞点的位置以及发射点与碰撞点的距离，按照传感器的性能对其参数进行修正；对活动支架运用解析法对其姿态进行解算，利用C#编写协同联动程序，并在基准支架与活动支架的位姿平面内配置相关传感器并模拟液压支架推溜时的工作，通过红外接收矩阵上的落点信息来决定红外接收矩阵的几何尺寸，对激光测距传感器进行监测质量判断，如果监测质量为差，则优化激光测距传感器的位置，直到监测质量为优，将此时激光传感器的位置以及红外接收矩阵的几何尺寸用XML文件记录，为物理监测系统中传感器的安装提供参考。