[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

说明书

本发明涉及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，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。

技术领域

本发明涉及液压支架位姿监测领域，具体而言，是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。

背景技术

作为综采工作面重要支护设备，液压支架群的稳定可靠运行是实现煤炭安全高效开采的基础。对于实际工况下的液压支架群来说，既要保证单机支护工作的稳定可靠，也要确保群组协同运行的顺序进行。

目前，对于单台液压支架的位姿监测主要集中于对液压支架底座、顶梁、护帮板等主要结构的角度监测，通过安装倾角传感器、行程传感器、陀螺仪等多种接触式传感器进行测量，对于液压支架群的位姿监测，相关学者提出利用多源信息融合技术对多个传感器信息进行融合来实现对液压支架群的位姿监测。

公开号为CN110007309A的“一种掩护式液压支架姿态智能监测系统及其测量方法”利用3轴倾角传感器测量智能监测装置的初始状态，利用其外部的激光雷达进行垂直扫描，利用上位机对数据进行处理最终获得液压支架姿态参数。

公开号为CN113340305A的“一种基于MEMS的液压支架姿态监测方法”通过惯性测量单元和倾角传感器测量液压支架姿态，建立液压支架支护高度求解模型，最终实现液压支架顶梁与底座俯仰角度的精确求解。

公开论文“液压支架相对位姿检测及数据在线显示技术”，建立了基于方向角监测的液压支架相对位姿数学模型，利用方向角监测装置与拉线式传感器组合来求解液压支架相对位姿。

公开论文“基于视觉测量的液压支架位姿检测方法”，通过安装在采煤机上的防爆相机对布置在液压支架上4个LED标识板进行图像采集，利用视觉算法对图像进行解算，最终得到液压支架的位姿。

目前对液压支架单机的位姿研究已经取得了一定的成果，但是，对于液压支架群的监测，如何获取准确可靠的支架位置信息是目前研究的一大难点，并且井下工况复杂，很多传感器无法应用到井下，传感器的安装和信息融合也是一大难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种知识与数据驱动的液压支架相对位姿虚拟重构方法，从而获得液压支架的支护姿态及相对位置，保证对工作面顶板的稳定支护，为真实井下液压支架群的跟机自动化过程提供监测，并为液压支架的调整和控制提供有效参考。

为解决以上技术问题，本发明提供的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，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。