基于位姿监测和动作判别的放煤机构及控制方法技术

本发明专利技术公开了基于位姿监测和动作判别的放煤机构及控制方法，包括底座和顶梁，顶梁的前端连接有前梁且后端连接有掩护梁，掩护梁的后端连接有尾梁，尾梁的后端连接有插板，尾梁底部设置有尾梁限位千斤顶且插板底部设置有插板限位千斤顶，还包括控制器，尾梁限位千斤顶上设置有第一磁致伸缩位移传感器，插板限位千斤顶上设置有第二磁致伸缩位移传感器，尾梁钢板上设置有γ射线探测器，控制器控制放煤机构保持以期望的放煤口开口度大小进行放煤，同时控制器采集γ射线探测器的数据判断是否终止放煤。实现各支架整体姿态和放煤机构局部位姿的精确监测，保持以期望的放煤口开口度大小进行放煤，从而最大化顶煤回收率和经济效益。从而最大化顶煤回收率和经济效益。从而最大化顶煤回收率和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
基于位姿监测和动作判别的放煤机构及控制方法


[0001]本专利技术涉及基于位姿监测和动作判别的放煤机构及控制方法。

技术介绍

[0002]在满足矿井地质条件的前提下，放煤终止原则是以最小化含矸量为目标，以最大化顶煤回收率为目的，即在不超过允许最大矸石洗选成本的条件下，尽可能多地回收顶煤。由于煤质和选矸费用的约束，加上过量放煤对煤矸流动场变化的影响，在给定矿井的地质条件下必然存在一个合理的含矸率使顶煤回收率和经济效益达到最优，因而正确识别煤流此时含有的矸石量并在其达到终止阈值时能够精确迅速地关闭放煤口，成为提高顶煤回收率和经济效益的重要前提。
[0003]目前常规综放工作面主要应用的终止放煤原则为“人工见矸关窗”，即放煤工人通过视听觉主观判断此时所处的放煤阶段，以“见矸关窗”的原则决定何时关闭放煤口，其终止条件的选择取决于地质条件、煤质和最大允许选矸成本等，可以将矸石所占煤流不同的比例作为终止放煤的条件。但是由于放煤过程中会产生较大的粉尘，对工人的视线造成了一定的阻碍，容易延误放煤口的关闭时机，且当煤层中含有夹矸时，可能由于工人的经验不足而对放煤口的关闭时机产生误判，从而使矸石所占比例无法满足期望。
[0004]随着自然γ射线煤矸识别技术的发展，通过结合自然γ射线煤矸识别技术和顶煤厚度探测技术实现对放煤终止条件的自动判别，可以避免因工人主观判断而造成过放和欠放的状况，同时能够在达到期望含矸率时终止放煤，但是，在放煤的过程中，仅是通过自然γ射线进行煤矸识别来判断是否终止放煤，没有对放煤机构的位姿和动作做进一步的研究，无法根据工矿设定期望的放煤口开口度大小进行放煤。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供基于位姿监测和动作判别的放煤机构及控制方法，实现各支架整体姿态和放煤机构局部位姿的精确监测，保持以期望的放煤口开口度大小进行放煤，同时加以自然γ射线进行煤矸识别来判断是否终止放煤，从而最大化顶煤回收率和经济效益。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]基于位姿监测和动作判别的放煤机构，包括底座和顶梁，所述顶梁通过前立柱和后立柱设置在底座上，所述顶梁的前端连接有前梁且后端连接有掩护梁，所述掩护梁通过四连杆设置在底座上，所述掩护梁的后端连接有尾梁，尾梁的后端连接有插板，所述尾梁底部设置有尾梁限位千斤顶且插板底部设置有插板限位千斤顶，还包括控制器，所述顶梁与底座上分别设置有测高传感器，所述前立柱和后立柱上分别设置有压力传感器，所述尾梁限位千斤顶上设置有第一磁致伸缩位移传感器，所述插板限位千斤顶上设置有第二磁致伸缩位移传感器，所述尾梁钢板上开设若干个通孔且尾梁内侧设置有轴线平行于尾梁的γ射线探测器，所述控制器采集测高传感器、压力传感器、第一磁致伸缩位移传感器和第二磁致
伸缩位移传感器的数据控制放煤机构保持以期望的放煤口开口度大小进行放煤，同时控制器采集γ射线探测器的数据判断是否终止放煤。
[0008]优选，控制器以刮板输送机最左端作为坐标系原点构建坐标系，其中：(x0,y0)为尾梁旋转固定点对应的坐标，(x1,y1)为放煤机构处于零初始状态时插板最外端对应的坐标，(x3,y3)为对应刮板输送机右端的坐标，控制器实时读取第一磁致伸缩位移传感器的数据ΔL和第二磁致伸缩位移传感器的数据ΔP，并根据下述公式计算当前状态下放煤口开口度大小Q：
[0009]L1＝L0‑
ΔL
[0010][0011][0012][0013][0014][0015][0016]Q＝x3‑
x2[0017]其中，尾梁处于完全升起状态且尾梁限位千斤顶活塞行程达到最大时的状态为零初始状态，L1为当前位置时尾梁限位千斤顶长度，L0为尾梁限位千斤顶零初始状态时的长度，H1为尾梁长度，H2为尾梁与尾梁限位千斤顶之间连杆长度，K1为当前状态尾梁
‑
插板连接处距零初始状态尾梁
‑
插板连接处的直线距离，α为当前位置时尾梁摆动角，θ为当前状态尾梁限位千斤顶与零初始状态尾梁限位千斤顶之间的夹角，为零初始状态时尾梁相对铅垂面的倾角，(x2,y2)为降尾梁收插板至当前位置时插板最外端对应的坐标；
[0018]当Q达到期望值时，控制器终止降尾梁收插板动作，开始放煤。
[0019]优选，当γ射线探测器探测放煤口混合物的含矸量大于终止阈值时，控制器先将尾梁升至指定倾角，然后伸插板至指定行程，终止放煤。
[0020]优选，所述前梁设置有护帮。
[0021]对应的，基于位姿监测和动作判别的放煤控制方法，包括如下步骤：
[0022]步骤1、放煤前：获取放煤机构相关参数和期望的放煤口开口度大小，初始化放煤机构至零初始状态：尾梁处于完全升起状态且尾梁限位千斤顶活塞行程达到最大时的状态；
[0023]步骤2、以刮板输送机最左端作为坐标系原点构建坐标系并建模实时计算当前状态下放煤口开口度大小Q；
[0024]步骤3、当Q达到期望值时，控制器终止降尾梁收插板动作，开始放煤；
[0025]步骤4、当γ射线探测器探测放煤口混合物的含矸量大于终止阈值时，控制器先将尾梁升至指定倾角，然后伸插板至指定行程，终止放煤。
[0026]优选，步骤2中：控制器以刮板输送机最左端作为坐标系原点构建坐标系，其中：
(x0,y0)为尾梁旋转固定点对应的坐标，(x1,y1)为放煤机构处于零初始状态时插板最外端对应的坐标，(x3,y3)为对应刮板输送机右端的坐标，控制器实时读取第一磁致伸缩位移传感器的数据ΔL和第二磁致伸缩位移传感器的数据ΔP，并根据下述公式计算当前状态下放煤口开口度大小Q：
[0027]L1＝L0‑
ΔL
[0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034]Q＝x3‑
x2[0035]其中，尾梁处于完全升起状态且尾梁限位千斤顶活塞行程达到最大时的状态为零初始状态，L1为当前位置时尾梁限位千斤顶长度，L0为尾梁限位千斤顶零初始状态时的长度，H1为尾梁长度，H2为尾梁与尾梁限位千斤顶之间连杆长度，K1为当前状态尾梁
‑
插板连接处距零初始状态尾梁
‑
插板连接处的直线距离，α为当前位置时尾梁摆动角，θ为当前状态尾梁限位千斤顶与零初始状态尾梁限位千斤顶之间的夹角，为零初始状态时尾梁相对铅垂面的倾角，(x2,y2)为降尾梁收插板至当前位置时插板最外端对应的坐标。
[0036]本专利技术的有益效果是：
[0037]第一、本专利技术实时解算尾梁摆动角度和插板伸缩行程等指标，可获得任意状态下尾梁的倾角和插板的伸缩长度，同时通过建立放煤机构空间位姿模型，可以实现尾梁倾角和插板行程向放煤口开口度大小的实时解算，从而判断放煤动作的完成度，以保证放煤机构动作执行的有效性和精确性。
[0038]第二、γ射线探测器所处的空间位置决定了探测器的探测周期和识别效率，通过将γ射线探测器安装在尾梁内侧，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于位姿监测和动作判别的放煤机构，包括底座(1)和顶梁(4)，所述顶梁(4)通过前立柱(5)和后立柱(6)设置在底座(1)上，所述顶梁(4)的前端连接有前梁(2)且后端连接有掩护梁(7)，所述掩护梁(7)通过四连杆(9)设置在底座(1)上，所述掩护梁(7)的后端连接有尾梁(8)，尾梁(8)的后端连接有插板(11)，所述尾梁(8)底部设置有尾梁限位千斤顶(10)且插板(11)底部设置有插板限位千斤顶，其特征在于，还包括控制器，所述顶梁(4)与底座(1)上分别设置有测高传感器(13)，所述前立柱(5)和后立柱(6)上分别设置有压力传感器(14)，所述尾梁限位千斤顶(10)上设置有第一磁致伸缩位移传感器(12)，所述插板限位千斤顶上设置有第二磁致伸缩位移传感器(15)，所述尾梁(8)钢板上开设若干个通孔且尾梁(8)内侧设置有轴线平行于尾梁(8)的γ射线探测器，所述控制器采集测高传感器(13)、压力传感器(14)、第一磁致伸缩位移传感器(12)和第二磁致伸缩位移传感器(15)的数据控制放煤机构保持以期望的放煤口开口度大小进行放煤，同时控制器采集γ射线探测器的数据判断是否终止放煤。2.根据权利要求1所述的基于位姿监测和动作判别的放煤机构，其特征在于，控制器以刮板输送机最左端作为坐标系原点构建坐标系，其中：(x0,y0)为尾梁(8)旋转固定点对应的坐标，(x1,y1)为放煤机构处于零初始状态时插板(11)最外端对应的坐标，(x3,y3)为对应刮板输送机右端的坐标，控制器实时读取第一磁致伸缩位移传感器(12)的数据ΔL和第二磁致伸缩位移传感器(15)的数据ΔP，并根据下述公式计算当前状态下放煤口开口度大小Q：L1＝L0‑
ΔLΔLΔLΔLΔLΔLQ＝x3‑
x2其中，尾梁(8)处于完全升起状态且尾梁限位千斤顶(10)活塞行程达到最大时的状态为零初始状态，L1为当前位置时尾梁限位千斤顶(10)长度，L0为尾梁限位千斤顶(10)零初始状态时的长度，H1为尾梁(8)长度，H2为尾梁(8)与尾梁限位千斤顶(10)之间连杆长度，K1为当前状态尾梁
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插板连接处距零初始状态尾梁
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插板连接处的直线距离，α为当前位置时尾梁(8)摆动角，θ为当前状态尾梁限位千斤顶与零初始状态尾梁限位千斤顶之间的夹角，为零初始状态时尾梁(8)相对铅垂面的倾角，(x2,y2)为降尾梁(8)收插板(11)至当前位置时插板(11)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宁波，刘泽澎，刘长友，张东海，华鹏，王祥，胡剑宁，任国军，李刚，康菲荣，段布林，
申请(专利权)人：鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：