CN107765236B - 一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置及方法 - Google Patents

一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置及方法，该装置包括传感器组、数据处理器和靶标，所述传感器组包括第一基准光电跟踪器、第二基准光电跟踪器、局部光电跟踪器和双轴水平仪；该检测方法包括以下步骤：一、基准点的布置及基准光电跟踪器的安装；二、过渡点的布置及局部光电跟踪器的安装；三、建立东北天地理坐标系并获取基准点的坐标；四、根据基准点A获取各个过渡点的坐标；五、各个过渡点的坐标的校正；六、液压支架绝对位置和姿态的获取。本发明能实时地检测液压支架的绝对位置和姿态，为构建精确的综采工作面地理信息系统奠定基础，也为综采工作面调直、液压支架纠偏以及综采工作面智能控制做好铺垫。

Description

一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置及方法
技术领域
本发明属于综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测技术领域，尤其是涉及一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置及方法。
背景技术
综采工作面智能化和无人化是煤矿减少事故率、提高效益和提升竞争力的有效途径。液压支架是综采工作面的重要设备之一，主要有顶梁、立柱底座、推移千斤顶和操纵阀等组成，液压支架的主要作用是为工作面顶板支护，为采煤机工作提供足够的工作空间。然而综采工作面的液压支架数量多，回采过程中工作面连续推进，液压支架位置动态变化，实时、准确地检测出液压支架的绝对位置和姿态，是实现综采设备智能化和工作面无人化的重要基础。
综采工作面中液压支架绝对位置是指各液压支架相对于东北天地理坐标系的位置，液压支架姿态是指液压支架与地理坐标系三个坐标平面的夹角，分别为俯仰角、横滚角、倾角和偏转角。液压支架绝对位置检测是综采工作面调直控制的基础，液压支架姿态能反映液压支架在推溜移架过程中发生偏移、倾斜和横滚情况，是液压支架自动纠偏控制的前提。
现有液压支架位置检测方法主要有红外对射法、激光雷达扫描法、超宽带网络无线定位法等。而这些方法多属于相对定位法，得到的是液压支架相对于采煤机的位置信息，不能获得也要液压支架相对于地理坐标的绝对位置和姿态信息。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能实时检测综采工作面液压支架在地理坐标中的绝对位置和姿态，为构建精确的综采工作面地理信息系统奠定基础，也为综采工作面调直、液压支架纠偏以及综采工作面智能控制做好铺垫，实用性强。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置，其特征在于：包括传感器组、数据处理器和与数据处理器相接的数据存储器，以及设置在待检测液压支架上的靶标，所述传感器组与数据处理器进行无线数据传输，所述传感器组包括设置在进风巷顶板控制点的第一基准光电跟踪器、设置在回风巷顶板控制点的第二基准光电跟踪器和多个设置在液压支架下方过渡点处的局部光电跟踪器，以及安装在待检测液压支架上的双轴水平仪，所述第一基准光电跟踪器、第二基准光电跟踪器、局部光电跟踪器和双轴水平仪均与数据处理器进行无线数据传输，所述数据处理器的输入端接有参数输入模块。
上述的一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置，其特征在于：所述靶标包括安装座、设置在安装座上的靶标机构和对所述靶标机构进行控制的靶标控制模块，所述安装座与待检测液压支架固定连接。
上述的一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置，其特征在于：还包括第一无线通信模块和显示模块，所述第一无线通信模块和显示模块均与数据处理器相接，所述第一基准光电跟踪器、第二基准光电跟踪器、局部光电跟踪器和双轴水平仪均通过第一无线通信模块与数据处理器进行无线数据传输。
上述的一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置，其特征在于：所述靶标机构包括防爆壳体、设置在防爆壳体前端的光圈和设置在防爆壳体前端且位于光圈内的玻璃盖，所述光圈的中心线和玻璃盖的中心线重合，所述防爆壳体内由前至后设置有漫反射透射膜和光敏元件阵列；
所述靶标控制模块包括靶标控制器和靶标控制器相接第二无线通信模块，所述光敏元件阵列与靶标控制器相接，所述数据处理器通过第一无线通信模块和第二无线通信模块与靶标控制器进行无线数据传输，所述靶标控制器通过第二无线通信模块与局部光电跟踪器进行无线数据传输。
上述的一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置，其特征在于：所述靶标的数量为三个，三个所述靶标分别为设置在待检测液压支架顶梁下方的第一靶标、设置在待检测液压支架顶梁上且与所述第一靶标位于同一高度的第二靶标和设置在待检测液压支架的底座上端的第三靶标。
同时，本发明还公开一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好的综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、基准点的布置及基准光电跟踪器的安装：首先在进风巷的顶板控制点设置第一基准点，并在所述第一基准点处安装第一基准光电跟踪器；然后，在回风巷的顶板控制点设置第二基准点，并在所述第二基准点处安装第二基准光电跟踪器；其中，所述第一基准点记作基准点A，所述第二基准点记作基准点B；
步骤二、过渡点的布置及局部光电跟踪器的安装：首先，分别在多个所述液压支架顶梁下方设置多个过渡点；然后，分别在多个所述过渡点处安装局部光电跟踪器；其中，多个所述过渡点分别为过渡点O1、过渡点O2、…、过渡点ON，多个所述过渡点中第i个过渡点记作Oi，i为正整数且i＝1、2、…、N，N为所述过渡点的数量，所述过渡点O1靠近进风巷，所述过渡点ON靠近回风巷，多个所述局部光电跟踪器分别为安装在过渡点O1上的第一局部光电跟踪器、安装在过渡点O2上的第二局部光电跟踪器、…、安装在过渡点ON-1上的第N-1局部光电跟踪器和安装在过渡点ON上的第N局部光电跟踪器，多个所述局部光电跟踪器中第i局部光电跟踪器为安装在过渡点Oi上；
步骤三、建立东北天地理坐标系并获取基准点的坐标：分别在基准点A、基准点B和过渡点Oi处建立东北天地理坐标系AXYZ、东北天地理坐标系BXYZ和东北天地理坐标系OiXYZ，获得基准点A的坐标A(xA,yA,zA)和基准点B的坐标B(xB,yB,zB)，通过所述参数输入模块输入，并存储至数据存储器中；
步骤四、根据基准点A获取各个过渡点的坐标，具体过程如下：
步骤401、调整所述第一基准光电跟踪器，且使所述第一基准光电跟踪器所发出激光光束投射在过渡点O1上，所述第一基准光电跟踪器对过渡点O1的姿态进行实时检测，并将检测到的过渡点O1姿态数据O′1无线传送至数据处理器，数据处理器接收到过渡点O1姿态数据O′1，且所述过渡点O1姿态数据O′1包括第一基准光电跟踪器所发出激光光束投射至过渡点O1上时的投射距离AO1、基准点A与过渡点O1连线与水平面XAY间的俯仰角θ′1以及基准点A与过渡点O1连线与水平面XAY中X轴间的水平角ψ′1；并采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000041
获得过渡点O1的坐标o′1(x′1,y′1,z′1)；
步骤402、调整所述第一局部光电跟踪器，且使所述第一局部光电跟踪器所发出激光光束投射在过渡点O2上，所述第二局部光电跟踪器对过渡点O2的姿态进行实时检测，并将检测到的过渡点O2姿态数据O′2无线传送至数据处理器，数据处理器接收到过渡点O2姿态数据O′2，且所述过渡点O2姿态数据O′2包括所述第一局部光电跟踪器所发出激光光束投射至过渡点O2上时的投射距离O1O2′、过渡点O1与过渡点O2连线与水平面XO1Y的俯仰角θ′2以及过渡点O1与过渡点O2连线与水平面XO1Y中X轴间的水平角ψ′2；并采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000042
获得过渡点O2的坐标o′2(x′2,y′2,z′2)；
步骤403、按照步骤402的方法，获取下一个过渡点的坐标；
步骤404、多次重复步骤403，直至获取各个过渡点Oi的坐标o′i(x′i,y′i,z′i)，并存储至数据存储器中；
步骤五、各个过渡点的坐标的校正：采用数据处理器对步骤四中获取的过渡点Oi的坐标o′i(x′i,y′i,z′i)进行校正，则获取校正后的过渡点Oi的坐标oi(xi,yi,zi)；
步骤六、液压支架绝对位置和姿态的获取：采用所述数据处理器获取液压支架绝对位置和姿态，具体过程为：
步骤601、首先，在待检测液压支架顶梁的下方设置参考点P1，且参考点P1距待检测液压支架顶梁顶部的竖直间距为h0，并在待检测液压支架顶梁上设置参考点P2，在待检测液压支架的底座上端设置参考点P3，其中，所述参考点P1和所述参考点P2位于同一高度，所述参考点P1、所述参考点P2和所述参考点P3形成的平面P1P2P3与待检测液压支架垂直方向的中心平面重合，所述参考点P1和所述参考点P2之间的水平间距为P1P2，所述过渡点Oi靠近待检测液压支架；
然后，分别在所述参考点P1、所述参考点P2和所述参考点P3安装第一靶标、第二靶标和第三靶标；
最后，在待检测液压支架的底座前端设置目标点Q，并在目标点Q建立空间直角坐标系QXYZ，获取参考点P3在空间直角坐标系QXYZ的坐标P′3(xqp3,yqp3,zqp3)，并存储至数据存储器中；其中，所述空间直角坐标系QXYZ是以目标点Q为坐标原点和以待检测液压支架前进方向为Y轴正方向的前提下，以符合右手坐标的方向为X轴正方向，且以待检测液压支架高度方向为Z轴正方向建立的；
步骤602、调整所述第i局部光电跟踪器，使所述第i局部光电跟踪器所发出激光光束分别投射在所述参考点P1、所述参考点P2和所述参考点P3上，采用数据处理器获取所述参考点P1的坐标、所述参考点P2的坐标和所述参考点P3的坐标，具体为：
采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000051
获得参考点P1的坐标P1(xip1,yip1,zip1)，并存储至数据存储器中；其中，OiP1为第i局部光电跟踪器所发出激光光束投射至参考点P1上时的投射距离,θp1为过渡点Oi与参考点P1连线与水平面XOiY间的俯仰角，ψp1为过渡点Oi与参考点P1连线与水平面XOiY中X轴间的水平角；采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000061
获得参考点P2的坐标P2(xip2,yip2,zip2)，并存储至数据存储器中；其中，OiP2为第i局部光电跟踪器所发出激光光束投射至参考点P2上时的投射距离,θp2为过渡点Oi与参考点P2连线与水平面XOiY间的俯仰角，ψp2为过渡点Oi与参考点P2连线与水平面XOiY中X轴间的水平角；并采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000062
获得参考点P3的坐标P3(xip3,yip3,zip3)，并存储至数据存储器中；其中，OiP3为第i局部光电跟踪器所发出激光光束投射至参考点P3上时的投射距离,θp3为过渡点Oi与参考点P3与水平面XOiY间的俯仰角，ψp3为过渡点Oi与参考点P3连线与水平面XOiY中X轴间的水平角；
步骤603、采用数据处理器获得待检测液压支架的姿态，具体过程为：
步骤6031、在所述参考点P3安装双轴水平仪，获得待检测液压支架的俯仰角α和横滚角β；
步骤6032、采用数据处理器根据参考点P1的坐标P1(xip1,yip1,zip1)和参考点P2的坐标P2(xip2,yip2,zip2)，得到直线向量
Figure GDA0004126545220000063
并采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000064
获得待检测液压支架顶梁的倾角λ；其中，
Figure GDA0004126545220000065
为XiOiYi坐标平面的单位法向量，且
Figure GDA0004126545220000066
步骤6033、采用数据处理器建立所述平面P1P2P3在OiXYZ东北天地理坐标系下的平面方程，如下：
Figure GDA0004126545220000071
化简后为A1xi+B1yi+C1zi+D1＝0，则获得所述平面P1P2P3的法向量
Figure GDA0004126545220000072
其中，
A1＝zip2yip1+zip1yip3+zip3yip2-yip2zip1-yip3zip2-yip1zip3，
B1＝zip2xip1+zip1xip3+zip3xip2-xip2zip1-xip3zip2-xip1zip3，
C1＝yip2xip1+yip1xip3+yip3xip2-xip2yip1-xip3yip2-xip1yip3，
D1＝zip3yip2xip1+xip3zip2yip1+yip3xip2zip1-zip3xip2yip1-xip3yip2zip1-yip3zip2xip1；
步骤6034、采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000073
获得待检测液压支架的偏转角γ；其中
Figure GDA0004126545220000077
为XiOiZi坐标平面的单位法向量，且
Figure GDA0004126545220000074
步骤604、采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000075
获得旋转变换矩阵R，并采用数据处理器根据公式(xiq,yiq,ziq)＝(xip3,yip3,zip3)-(xqp3,yqp3,zqp3)·R，获得目标点Q的坐标Q(xiq,yiq,ziq)；
步骤605、采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000076
获得东北天地理坐标系下目标点Q的坐标Q′(xq,yq,zq)，并采用数据处理器根据公式h＝zip1-ziq+h0，获得待检测液压支架顶梁的高度h，则获得待检测液压支架的绝对位置。
上述的方法，其特征在于：步骤二中相邻两个所述过渡点的间距为20m～50m。
上述的方法，其特征在于：步骤三中建立东北天地理坐标系并获取基准点的坐标，具体过程为：
首先，在步骤一中基准点A处，以基准点A为原点，以过基准点A且指向东的方向为X轴正方向，以过基准点A且指向北的方向为Y轴正方向，以过基准点A且垂直于由X轴和Y轴形成的水平面XAY的方向为Z轴，建立东北天地理坐标系AXYZ，获得已知基准点A的坐标A(xA,yA,zA)，并通过所述参数输入模块输入存储至数据存储器中；
然后，在步骤一中基准点B处，以基准点B为原点，以过基准点B且指向东的方向为X轴正方向，以过基准点B且指向北的方向为Y轴正方向，以过基准点A且垂直于由X轴和Y轴形成的水平面XBY的方向为Z轴正方向，建立东北天地理坐标系BXYZ，获得已知基准点B的坐标B(xB,yB,zB)，并通过所述参数输入模块输入存储至数据存储器中；
最后，分别在过渡点Oi处，以过渡点Oi为原点，以过渡点Oi且指向东的方向为X轴正方向，以过过渡点Oi且指向北的方向为Y轴正方向，以过过渡点Oi且垂直于由X轴和Y轴形成的水平面XOiY的方向为Z轴正方向，建立东北天地理坐标系OiXYZ。
上述的方法，其特征在于：步骤五中采用数据处理器对步骤四中获取的过渡点Oi的坐标o′i(x′i,y′i,z′i)进行校正，具体过程如下：
步骤501、过渡点ON的坐标的校正，具体过程为：
步骤5011、调整所述第二基准光电跟踪器，且使所述第二基准光电跟踪器所发出激光光束投射在过渡点ON上，所述第二基准光电跟踪器对过渡点ON的姿态进行实时检测，并将检测到的过渡点ON姿态数据O″N无线传送至数据处理器，数据处理器接收到过渡点ON姿态数据O″N，且所述过渡点ON姿态数据O″N包括第二基准光电跟踪器所发出激光光束投射至过渡点ON上时的投射距离BON、基准点B与过渡点ON连线与水平面XBY间的俯仰角θ″N以及基准点B与过渡点ON连线与水平面XBY中X轴间的水平角
Figure GDA0004126545220000081
并采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000082
获得过渡点ON的坐标o″N(x″N,y″N,z″N)；
步骤5012、采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000083
获得过渡点ON的测量误差ΔδN,并采用数据处理器根据判定条件ΔδN≤ε进行判定，当判定条件ΔδN≤ε成立时，执行步骤5013；当判定条件ΔδN≤ε不成立时，执行步骤5014；
步骤5013、当判定条件ΔδN≤ε成立时，则校正后的过渡点ON的坐标oN(xN,yN,zN)取o′N(x′N,y′N,z′N)；
步骤5014、当判定条件ΔδN≤ε不成立时，则校正后的过渡点ON的坐标oN(xN,yN,zN)取o″N(x″N,y″N,z″N)；
步骤502、过渡点ON-1的坐标的校正，具体过程为：
步骤5021、调整所述第N局部光电跟踪器，且使所述第N局部光电跟踪器所发出激光光束投射在过渡点ON-1上，所述第N局部光电跟踪器对过渡点ON-1的姿态进行实时检测，并将检测到的过渡点ON-1姿态数据O″N-1无线传送至数据处理器，数据处理器接收到过渡点ON-1姿态数据O″N-1，且所述过渡点ON-1姿态数据O″N-1包括所述第N局部光电跟踪器所发出激光光束投射在过渡点ON-1上时的投射距离ONON-1″、过渡点ON与过渡点ON-1连线与水平面XONY间的俯仰角θ″N-1以及过渡点ON与过渡点ON-1连线与水平面XONY中X轴间的水平角
Figure GDA0004126545220000091
并采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000092
获得上一过渡点ON-1的坐标o″N-1(x″N-1,y″N-1,z″N-1)；
步骤5022、采用数据处理器根据公式
Figure GDA0004126545220000093
获得过渡点ON-1的测量误差ΔδN-1,并采用数据处理器根据判定条件ΔδN-1≤ε进行判定，当判定条件ΔδN-1≤ε成立时，执行步骤5023；当判定条件ΔδN-1≤ε不成立时，执行步骤5024；
步骤5023、当判定条件ΔδN-1≤ε成立时，则校正后的过渡点ON-1的坐标oN-1(xN-1,yN-1,zN-1)取o′N(x′N,y′N,z′N)；
步骤5024、当判定条件ΔδN-1≤ε不成立时，则校正后的过渡点ON的坐标oN(xN,yN,zN)取o″N-1(x″N-1,y″N-1,z″N-1)；
步骤503、按照步骤502的方法，完成上一个过渡点的坐标的校正；
步骤504、多次重复步骤503，直至完成各个过渡点Oi的坐标的校正，则获取校正后的过渡点Oi的坐标oi(xi,yi,zi)。
上述的方法，其特征在于：所述ε的取值范围为50mm～300mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明所采用的综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置结构简单、设计合理且实现方便。
2、本发明所采用的综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置使用效果好，采用光电跟踪器非接触测量，且实时性好，准确地检测出液压支架在东北天地理坐标系下的绝对位置和姿态，为构建精确的综采工作面地理信息系统奠定基础，也为综采工作面调直、液压支架纠偏以及综采工作面智能控制做好铺垫，实用性强。
3、本发明所采用的综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置，通过设置第一基准光电跟踪器和多个局部光电跟踪器，则根据第一基准光电跟踪器和多个局部光电跟踪器的传递测量，依次获取各个过渡点的坐标，光电跟踪器的使用数量减少，可有效降低成本。
4、本发明所采用的综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置，通过设置第二基准光电跟踪器，则通过第二基准光电跟踪器和多个局部光电跟踪器的反向传递测量，对获取的各个过渡点的坐标进行校正，提高获取的各个过渡点的坐标的准确性，从而提高液压支架绝对位置和姿态测量的准确性。
5、本发明所采用的综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置，通过在液压支架上设置局部光电跟踪器和靶标，使得液压支架移动的过程中，局部光电跟踪器和靶标跟随液压支架移动，实现了对液压支架位置和姿态的实时检测。
6、本发明所采用的综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法步骤简单、设计合理且检测效果好，首先，分别在进风巷和回风巷顶板控制点处设置基准点A和基准点B，并分别在基准点A和基准点B安装第一基准光电跟踪器和第二基准光电跟踪器，且在液压支架顶梁下方设置的多个过渡点处分别安装局部光电跟踪器；接着，建立东北天地理坐标系获取基准点A和基准点B的坐标，并根据基准点A获取各个过渡点的坐标；然后，对根据基准点A获取各个过渡点的坐标进行校正，获取校正后的各个过渡点的坐标；最后，在待检测液压支架上设置的参考点处安装靶标，根据校正后的过渡点的坐标获取参考点的坐标，进一步得到待检测液压支架在东北天地理坐标系下的绝对位置和姿态。因此，采用本发明能能实时获取综采工作面液压支架在地理坐标中的绝对位置和姿态，且提高检测的准确性。
综上所述，本发明设计合理且成本低，使用操作简便，能实时且准确地对综采工作面液压支架在地理坐标中的绝对位置和姿态进行检测，为构建精确的综采工作面地理信息系统奠定基础，也为综采工作面调直、液压支架纠偏以及综采工作面智能控制做好铺垫，实用性强。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置的电路原理框图。
图2为本发明综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置中靶标的电路原理框图。
图3为本发明综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置中靶标的结构示意图。
图4为本发明综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法的流程框图。
图5为本发明综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法中基准点和过渡点的布置示意图。
图6为本发明综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法中过渡点和参考点的布置示意图。
附图标记说明:
1—回风巷；             2—进风巷；        3—第一基准光电跟踪器；
4—第二基准光电跟踪器； 5—局部光电跟踪器；
6—双轴水平仪；         7—安装座；        8—防爆壳体；
9—光圈；               10—玻璃盖；       11—漫反射透射膜；
12—光敏元件阵列；      13—靶标控制器；   14—数据存储器；
15—第二无线通信模块；  16—第一无线通信模块；
17—参数输入模块；      18—显示模块；     19—数据处理器。
具体实施方式
如图1所示，一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装置包括传感器组、数据处理器19和与数据处理器19相接的数据存储器14，以及设置在待检测液压支架上的靶标，所述传感器组与数据处理器19进行无线数据传输，所述传感器组包括设置在进风巷2顶板控制点的第一基准光电跟踪器3、设置在回风巷1顶板控制点的第二基准光电跟踪器4和多个设置在液压支架下方过渡点处的局部光电跟踪器5，以及安装在待检测液压支架上的双轴水平仪6，所述第一基准光电跟踪器3、第二基准光电跟踪器4、局部光电跟踪器5和双轴水平仪6均与数据处理器19进行无线数据传输，所述数据处理器19的输入端接有参数输入模块17。
本实施例中，第一基准光电跟踪器3、第二基准光电跟踪器4和局部光电跟踪器5均为光电跟踪器，采用光电跟踪器非接触测量，且实时性好，准确地检测出液压支架在东北天地理坐标系下的绝对位置和姿态，为构建精确的综采工作面地理信息系统奠定基础，也为综采工作面调直、液压支架纠偏以及综采工作面智能控制做好铺垫，实用性强。
本实施例中，需要说明的是，第一基准光电跟踪器3、第二基准光电跟踪器4，局部光电跟踪器5和双轴水平仪6内部均集成有无线通信模块，用于无线数据的传输。
本实施例中，通过在液压支架上设置局部光电跟踪器5，使得液压支架移动的过程中，局部光电跟踪器5跟随液压支架移动，实现了对液压支架的实时检测。
如图2所示，本实施例中，靶标包括安装座7、设置在安装座7上的靶标机构和对所述靶标机构进行控制的靶标控制模块，所述安装座7与待检测液压支架固定连接。
如图1所示，本实施例中，还包括第一无线通信模块16和显示模块18，所述第一无线通信模块16和显示模块18均与数据处理器19相接，所述第一基准光电跟踪器3、第二基准光电跟踪器4、局部光电跟踪器5和双轴水平仪6均通过第一无线通信模块16与数据处理器19进行无线数据传输。
本实施例中，通过设置第一无线通信模块16，使得所述第一基准光电跟踪器3、第二基准光电跟踪器4、局部光电跟踪器5和双轴水平仪6均与数据处理器19无线数据传输，方便第一基准光电跟踪器3、第二基准光电跟踪器4、局部光电跟踪器5和双轴水平仪6的安装，避免安装有线连接的繁杂，且能保证数据传输的准确。
本实施例中，设置靶标，是因为靶标工作时，所述架靶的光圈9亮起，便于光电跟踪器中视觉系统识别，引导光电跟踪器进行位置跟踪，将测距激光束投射在支架靶标表面，保证激光跟踪器检测数据的准确性。
如图2和图3所示，本实施例中，所述靶标机构包括防爆壳体8、设置在防爆壳体8前端的光圈9和设置在防爆壳体8前端且位于光圈9内的玻璃盖10，所述光圈9的中心线和玻璃盖10的中心线重合，所述防爆壳体8内由前至后设置有漫反射透射膜11和光敏元件阵列12；
所述靶标控制模块包括靶标控制器13和与靶标控制器13相接的第二无线通信模块15，所述光敏元件阵列12与靶标控制器13相接，所述数据处理器19通过第一无线通信模块16和第二无线通信模块15与靶标控制器13进行无线数据传输，所述靶标控制器13通过第二无线通信模块15与局部光电跟踪器5进行无线数据传输。
本实施例中，通过设置局部光电跟踪器5和所述靶标，是为了局部光电跟踪器5中所发出激光光束透过玻璃盖10投射在漫反射透射膜11表面上，漫反射透射膜11表面镀有漫反射物质，能将一部分激光进行漫反射供光电跟踪器测距，另一部分激光光束穿透该漫反射透射膜11投射在漫反射透射膜11后面的光敏元件阵列12表面，受激光照射的光敏元件阵列12检测到光束信号，并发送至靶标控制器13，经过靶标控制器13处理得到投射在漫反射透射膜11上的光斑区域和光斑区域的光斑中心与标靶中心的偏距值，靶标控制器13并将偏距值通过第二无线通信模块15将该值发送到局部光电跟踪器5，局部光电跟踪器5依据此偏距值调整光电跟踪器5的光电轴位置，直到漫反射透射膜11上的光斑区域的光斑中心与与标靶中心重合，则局部光电跟踪器5测量此刻局部光电跟踪器5与靶标中心点的距离、俯仰角和水平角，即获得参考点的坐标，保证参考点坐标获取的准确性，进一步作为待检测液压支架局对位置和姿态计算依据，提高检测数据的准确性。
本实施例中，所述靶标的数量为三个，三个所述靶标分别为设置在待检测液压支架顶梁下方的第一靶标、设置在待检测液压支架顶梁上且与所述第一靶标位于同一高度的第二靶标和设置在待检测液压支架的底座上端的第三靶标。
本实施例中，通过设置所述第一靶标、所述第二靶标和所述第三靶标，并将局部光电跟踪器5所发出激光光束投射在第一靶标、所述第二靶标和所述第三靶标的中心位置，保证获取参考点坐标的准确性，通过获取与待检测液压支架上参考点的坐标而获取待检测液压支架的位置和姿态，这样一台局部光电跟踪器可采集多台待检测液压支架上靶标处参考点的坐标位置，得到多台液压支架的位置和姿态信息，降低检测成本。
需要说明的是，设置在综采工作面的液压支架为多个，则待检测液压支架为多个液压支架中的任一个液压支架。
如图4、图5和图6所示，一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测装方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、基准点的布置及基准光电跟踪器的安装：首先在进风巷2的顶板控制点设置第一基准点，并在所述第一基准点处安装第一基准光电跟踪器3；然后，在回风巷1的顶板控制点设置第二基准点，并在所述第二基准点处安装第二基准光电跟踪器4；其中，所述第一基准点记作基准点A，所述第二基准点记作基准点B；
步骤二、过渡点的布置及局部光电跟踪器的安装：首先，分别在多个所述液压支架顶梁下方设置多个过渡点；然后，分别在多个所述过渡点处安装局部光电跟踪器5；其中，多个所述过渡点分别为过渡点O1、过渡点O2、…、过渡点ON，多个所述过渡点中第i个过渡点记作Oi，i为正整数且i＝1、2、…、N，N为所述过渡点的数量，所述过渡点O1靠近进风巷2，所述过渡点ON靠近回风巷1，多个所述局部光电跟踪器5分别为安装在过渡点O1上的第一局部光电跟踪器、安装在过渡点O2上的第二局部光电跟踪器、…、安装在过渡点ON-1上的第N-1局部光电跟踪器和安装在过渡点ON上的第N局部光电跟踪器，多个所述局部光电跟踪器5中第i局部光电跟踪器为安装在过渡点Oi上；
步骤三、建立东北天地理坐标系并获取基准点的坐标：分别在基准点A、基准点B和过渡点Oi处建立东北天地理坐标系AXYZ、东北天地理坐标系BXYZ和东北天地理坐标系OiXYZ，获得基准点A的坐标A(xA,yA,zA)和基准点B的坐标B(xB,yB,zB)，通过所述参数输入模块17输入，并存储至数据存储器14中；
步骤四、根据基准点A获取各个过渡点的坐标，具体过程如下：
步骤401、调整所述第一基准光电跟踪器3，且使所述第一基准光电跟踪器3所发出激光光束投射在过渡点O1上，所述第一基准光电跟踪器3对过渡点O1的姿态进行实时检测，并将检测到的过渡点O1姿态数据O′1无线传送至数据处理器19，数据处理器19接收到过渡点O1姿态数据O′1，且所述过渡点O1姿态数据O′1包括第一基准光电跟踪器3所发出激光光束投射至过渡点O1上时的投射距离AO1、基准点A与过渡点O1连线与水平面XAY间的俯仰角θ′1以及基准点A与过渡点O1连线与水平面XAY中X轴间的水平角ψ′1；并采用数据处理器19根据公式
Figure GDA0004126545220000161
获得过渡点O1的坐标o′1(x′1,y′1,z′1)；
步骤402、调整所述第一局部光电跟踪器，且使所述第一局部光电跟踪器所发出激光光束投射在过渡点O2上，所述第二局部光电跟踪器对过渡点O2的姿态进行实时检测，并将检测到的过渡点O2姿态数据O′2无线传送至数据处理器19，数据处理器19接收到过渡点O2姿态数据O′2，且所述过渡点O2姿态数据O′2包括所述第一局部光电跟踪器所发出激光光束投射至过渡点O2上时的投射距离O1O2′、过渡点O1与过渡点O2连线与水平面XO1Y的俯仰角θ′2以及过渡点O1与过渡点O2连线与水平面XO1Y中X轴间的水平角ψ′2；并采用数据处理器19根据公式
Figure GDA0004126545220000162
获得过渡点O2的坐标o′2(x′2,y′2,z′2)；
步骤403、按照步骤402的方法，获取下一个过渡点的坐标；
步骤404、多次重复步骤403，直至获取各个过渡点Oi的坐标o′i(x′i,y′i,z′i)，并存储至数据存储器14中；
本实施例中，通过设置第一基准光电跟踪器3和多个局部光电跟踪器5，则根据第一基准光电跟踪器1和多个局部光电跟踪器5的传递测量，依次获取各个过渡点的坐标，光电跟踪器的使用数量减少，可有效降低成本。
步骤五、各个过渡点的坐标的校正：采用数据处理器19对步骤四中获取的过渡点Oi的坐标o′i(x′i,y′i,z′i)进行校正，则获取校正后的过渡点Oi的坐标oi(xi,yi,zi)；
本实施例中，通过设置第二基准光电跟踪器4，则通过第二基准光电跟踪器4和多个局部光电跟踪器5的反向传递测量，对获取的各个过渡点的坐标进行校正，提高获取的各个过渡点的坐标的准确性，从而提高液压支架绝对位置和姿态测量的准确性。
步骤六、液压支架绝对位置和姿态的获取：采用所述数据处理器19获取液压支架绝对位置和姿态，具体过程为：
步骤601、首先，在待检测液压支架顶梁的下方设置参考点P1，且参考点P1距待检测液压支架顶梁顶部的竖直间距为h0，并在待检测液压支架顶梁上设置参考点P2，在待检测液压支架的底座上端设置参考点P3，其中，所述参考点P1和所述参考点P2位于同一高度，所述参考点P1、所述参考点P2和所述参考点P3形成的平面P1P2P3与待检测液压支架垂直方向的中心平面重合，所述参考点P1和所述参考点P2之间的水平间距为P1P2，所述过渡点Oi靠近待检测液压支架；
然后，分别在所述参考点P1、所述参考点P2和所述参考点P3安装第一靶标、第二靶标和第三靶标；
最后，在待检测液压支架的底座前端设置目标点Q，并在目标点Q建立空间直角坐标系QXYZ，获取参考点P3在空间直角坐标系QXYZ的坐标P′3(xqp3,yqp3,zqp3)，并存储至数据存储器14中；其中，所述空间直角坐标系QXYZ是以目标点Q为坐标原点和以待检测液压支架前进方向为Y轴正方向的前提下，以符合右手坐标的方向为X轴正方向，且以待检测液压支架高度方向为Z轴正方向建立的；
步骤602、调整所述第i局部光电跟踪器，使所述第i局部光电跟踪器所发出激光光束分别投射在所述参考点P1、所述参考点P2和所述参考点P3上，采用数据处理器19获取所述参考点P1的坐标、所述参考点P2的坐标和所述参考点P3的坐标，具体为：
采用数据处理器19根据公式
Figure GDA0004126545220000181
获得参考点P1的坐标P1(xip1,yip1,zip1)，并存储至数据存储器14中；其中，OiP1为第i局部光电跟踪器所发出激光光束投射至参考点P1上时的投射距离,θp1为过渡点Oi与参考点P1连线与水平面XOiY间的俯仰角，ψp1为过渡点Oi与参考点P1连线与水平面XOiY中X轴间的水平角；采用数据处理器19根据公式
Figure GDA0004126545220000182
获得参考点P2的坐标P2(xip2,yip2,zip2)，并存储至数据存储器14中；其中，OiP2为第i局部光电跟踪器所发出激光光束投射至参考点P2上时的投射距离,θp2为过渡点Oi与参考点P2连线与水平面XOiY间的俯仰角，ψp2为过渡点Oi与参考点P2连线与水平面XOiY中X轴间的水平角；并采用数据处理器19根据公式
Figure GDA0004126545220000183
获得参考点P3的坐标P3(xip3,yip3,zip3)，并存储至数据存储器14中；其中，OiP3为第i局部光电跟踪器所发出激光光束投射至参考点P3上时的投射距离,θp3为过渡点Oi与参考点P3与水平面XOiY间的俯仰角，ψp3为过渡点Oi与参考点P3连线与水平面XOiY中X轴间的水平角；
步骤603、采用数据处理器19获得待检测液压支架的姿态，具体过程为：
步骤6031、在所述参考点P3安装双轴水平仪6，获得待检测液压支架的俯仰角α和横滚角β；
需要说明的是，实际安装过程中，双轴水平仪6的X敏感轴和Y敏感轴分别与目标点Q处空间直角坐标系QXYZ中的X轴和Y轴平行，保证待检测液压支架的俯仰角α和横滚角β检测准确。
步骤6032、采用数据处理器19根据参考点P1的坐标P1(xip1,yip1,zip1)和参考点P2的坐标P2(xip2,yip2,zip2)，得到直线向量
Figure GDA0004126545220000191
并采用数据处理器19根据公式
Figure GDA0004126545220000192
获得待检测液压支架顶梁的倾角λ；其中，
Figure GDA00041265452200001911
为XiOiYi坐标平面的单位法向量，且
Figure GDA0004126545220000193
步骤6033、采用数据处理器19建立所述平面P1P2P3在OiXYZ东北天地理坐标系下的平面方程，如下：
Figure GDA0004126545220000194
化简后为A1xi+B1yi+C1zi+D1＝0，则获得所述平面P1P2P3的法向量
Figure GDA0004126545220000195
其中，
A1＝zip2yip1+zip1yip3+zip3yip2-yip2zip1-yip3zip2-yip1zip3，
B1＝zip2xip1+zip1xip3+zip3xip2-xip2zip1-xip3zip2-xip1zip3，
C1＝yip2xip1+yip1xip3+yip3xip2-xip2yip1-xip3yip2-xip1yip3，
D1＝zip3yip2xip1+xip3zip2yip1+yip3xip2zip1-zip3xip2yip1-xip3yip2zip1-yip3zip2xip1；
步骤6034、采用数据处理器19根据公式
Figure GDA0004126545220000196
获得待检测液压支架的偏转角γ；其中
Figure GDA0004126545220000197
为XiOiZi坐标平面的单位法向量，且
Figure GDA0004126545220000198
步骤604、采用数据处理器19根据公式
Figure GDA0004126545220000199
获得旋转变换矩阵R，并采用数据处理器19根据公式(xiq,yiq,ziq)＝(xip3,yip3,zip3)-(xqp3,yqp3,zqp3)·R，获得目标点Q的坐标Q(xiq,yiq,ziq)；
步骤605、采用数据处理器19根据公式
Figure GDA00041265452200001910
获得东北天地理坐标系下目标点Q的坐标Q′(xq,yq,zq)，并采用数据处理器19根据公式h＝zip1-ziq+h0，获得待检测液压支架顶梁的高度h，则获得待检测液压支架的绝对位置。
本实施例中，待检测液压支架的绝对位置和待检测液压支架的姿态通过显示模块18进行显示，便于工作人员实时查看，方便工作人员对综采工作面调直、纠偏液压支架以及控制综采工作面。
本实施例中，步骤二中相邻两个所述过渡点的间距为20m～50m。
本实施例中，第一基准光电跟踪器3、第二基准光电跟踪器4和局部光电跟踪器5均为光电跟踪器，采用光电跟踪器对液压支架位置和姿态的实时检测，是因为光电跟踪器里的激光测距模块、视觉系统的镜头部分体积就比较小，价格比较低，装配起来后整机体积小，功耗较低，安置在支架下方不会影响支架的工作。另外相邻两个局部光电跟踪器的间距为20m～50m，如果间距设置较大，则需要光电跟踪器中的激光测距模块和视觉系统的要求提高，一方面价格高，另一方面体积变大，再加上防爆壳，体积会更大，造成安装不便捷，且影响检测的准确性。
本实施例中，步骤三中建立东北天地理坐标系并获取基准点的坐标，具体过程为：
首先，在步骤一中基准点A处，以基准点A为原点，以过基准点A且指向东的方向为X轴正方向，以过基准点A且指向北的方向为Y轴正方向，以过基准点A且垂直于由X轴和Y轴形成的水平面XAY的方向为Z轴，建立东北天地理坐标系AXYZ，获得已知基准点A的坐标A(xA,yA,zA)，并通过所述参数输入模块17输入存储至数据存储器14中；
然后，在步骤一中基准点B处，以基准点B为原点，以过基准点B且指向东的方向为X轴正方向，以过基准点B且指向北的方向为Y轴正方向，以过基准点A且垂直于由X轴和Y轴形成的水平面XBY的方向为Z轴正方向，建立东北天地理坐标系BXYZ，获得已知基准点B的坐标B(xB,yB,zB)，并通过所述参数输入模块17输入存储至数据存储器14中；
最后，分别在过渡点Oi处，以过渡点Oi为原点，以过渡点Oi且指向东的方向为X轴正方向，以过过渡点Oi且指向北的方向为Y轴正方向，以过过渡点Oi且垂直于由X轴和Y轴形成的水平面XOiY的方向为Z轴正方向，建立东北天地理坐标系OiXYZ。
本实施例中，步骤五中采用数据处理器19对步骤四中获取的过渡点Oi的坐标o′i(x′i,y′i,z′i)进行校正，具体过程如下：
步骤501、过渡点ON的坐标的校正，具体过程为：
步骤5011、调整所述第二基准光电跟踪器4，且使所述第二基准光电跟踪器4所发出激光光束投射在过渡点ON上，所述第二基准光电跟踪器4对过渡点ON的姿态进行实时检测，并将检测到的过渡点ON姿态数据O″N无线传送至数据处理器19，数据处理器19接收到过渡点ON姿态数据O″N，且所述过渡点ON姿态数据O″N包括第二基准光电跟踪器4所发出激光光束投射至过渡点ON上时的投射距离BON、基准点B与过渡点ON连线与水平面XBY间的俯仰角θ″N以及基准点B与过渡点ON连线与水平面XBY中X轴间的水平角
Figure GDA0004126545220000211
并采用数据处理器19根据公式
Figure GDA0004126545220000212
获得过渡点ON的坐标o″N(x″N,y″N,z″N)；
步骤5012、采用数据处理器19根据公式
Figure GDA0004126545220000213
获得过渡点ON的测量误差ΔδN,并采用数据处理器19根据判定条件ΔδN≤ε进行判定，当判定条件ΔδN≤ε成立时，执行步骤5013；当判定条件ΔδN≤ε不成立时，执行步骤5014；
步骤5013、当判定条件ΔδN≤ε成立时，则校正后的过渡点ON的坐标oN(xN,yN,zN)取o′N(x′N,y′N,z′N)；
步骤5014、当判定条件ΔδN≤ε不成立时，则校正后的过渡点ON的坐标oN(xN,yN,zN)取o″N(x″N,y″N,z″N)；
步骤502、过渡点ON-1的坐标的校正，具体过程为：
步骤5021、调整所述第N局部光电跟踪器，且使所述第N局部光电跟踪器所发出激光光束投射在过渡点ON-1上，所述第N局部光电跟踪器对过渡点ON-1的姿态进行实时检测，并将检测到的过渡点ON-1姿态数据O″N-1无线传送至数据处理器19，数据处理器19接收到过渡点ON-1姿态数据O″N-1，且所述过渡点ON-1姿态数据O″N-1包括所述第N局部光电跟踪器所发出激光光束投射在过渡点ON-1上时的投射距离ONON-1″、过渡点ON与过渡点ON-1连线与水平面XONY间的俯仰角θ″N-1以及过渡点ON与过渡点ON-1连线与水平面XONY中X轴间的水平角
Figure GDA0004126545220000221
并采用数据处理器19根据公式
Figure GDA0004126545220000222
获得上一过渡点ON-1的坐标o″N-1(x″N-1,y″N-1,z″N-1)；
步骤5022、采用数据处理器19根据公式
Figure GDA0004126545220000223
获得过渡点ON-1的测量误差ΔδN-1,并采用数据处理器19根据判定条件ΔδN-1≤ε进行判定，当判定条件ΔδN-1≤ε成立时，执行步骤5023；当判定条件ΔδN-1≤ε不成立时，执行步骤5024；
步骤5023、当判定条件ΔδN-1≤ε成立时，则校正后的过渡点ON-1的坐标oN-1(xN-1,yN-1,zN-1)取o′N(x′N,y′N,z′N)；
步骤5024、当判定条件ΔδN-1≤ε不成立时，则校正后的过渡点ON的坐标oN(xN,yN,zN)取o″N-1(x″N-1,y″N-1,z″N-1)；
步骤503、按照步骤502的方法，完成上一个过渡点的坐标的校正；
步骤504、多次重复步骤503，直至完成各个过渡点Oi的坐标的校正，则获取校正后的过渡点Oi的坐标oi(xi,yi,zi)。
本实施例中，所述ε的取值范围为50mm～300mm，是为了保证各个过渡点Oi的坐标的误差满足煤矿开采需求。
由上述内容可知，本发明设计合理且成本低，使用操作简便，能实时且准确地对综采工作面液压支架在地理坐标中的绝对位置和姿态进行检测，为构建精确的综采工作面地理信息系统奠定基础，也为综采工作面调直、液压支架纠偏以及综采工作面智能控制做好铺垫，实用性强。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法，该方法采用的装置包括传感器组、数据处理器(19)和与数据处理器(19)相接的数据存储器(14)，以及设置在待检测液压支架上的靶标，所述传感器组与数据处理器(19)进行无线数据传输，所述传感器组包括设置在进风巷(2)顶板控制点的第一基准光电跟踪器(3)、设置在回风巷(1)顶板控制点的第二基准光电跟踪器(4)和多个设置在液压支架下方过渡点处的局部光电跟踪器(5)，以及安装在待检测液压支架上的双轴水平仪(6)，所述第一基准光电跟踪器(3)、第二基准光电跟踪器(4)、局部光电跟踪器(5)和双轴水平仪(6)均与数据处理器(19)进行无线数据传输，所述数据处理器(19)的输入端接有参数输入模块(17)；其特征在于：
步骤一、基准点的布置及基准光电跟踪器的安装：首先在进风巷(2)的顶板控制点设置第一基准点，并在所述第一基准点处安装第一基准光电跟踪器(3)；然后，在回风巷(1)的顶板控制点设置第二基准点，并在所述第二基准点处安装第二基准光电跟踪器(4)；其中，所述第一基准点记作基准点A，所述第二基准点记作基准点B；
步骤二、过渡点的布置及局部光电跟踪器的安装：首先，分别在多个所述液压支架顶梁下方设置多个过渡点；然后，分别在多个所述过渡点处安装局部光电跟踪器(5)；其中，多个所述过渡点分别为过渡点O1、过渡点O2、…、过渡点ON，多个所述过渡点中第i个过渡点记作Oi，i为正整数且i＝1、2、…、N，N为所述过渡点的数量，所述过渡点O1靠近进风巷(2)，所述过渡点ON靠近回风巷(1)，多个所述局部光电跟踪器(5)分别为安装在过渡点O1上的第一局部光电跟踪器、安装在过渡点O2上的第二局部光电跟踪器、…、安装在过渡点ON-1上的第N-1局部光电跟踪器和安装在过渡点ON上的第N局部光电跟踪器，多个所述局部光电跟踪器(5)中第i局部光电跟踪器为安装在过渡点Oi上；
步骤三、建立东北天地理坐标系并获取基准点的坐标：分别在基准点A、基准点B和过渡点Oi处建立东北天地理坐标系AXYZ、东北天地理坐标系BXYZ和东北天地理坐标系OiXYZ，获得基准点A的坐标A(xA,yA,zA)和基准点B的坐标B(xB,yB,zB)，通过所述参数输入模块(17)输入，并存储至数据存储器(14)中；
步骤四、根据基准点A获取各个过渡点的坐标，具体过程如下：
步骤401、调整所述第一基准光电跟踪器(3)，且使所述第一基准光电跟踪器(3)所发出激光光束投射在过渡点O1上，所述第一基准光电跟踪器(3)对过渡点O1的姿态进行实时检测，并将检测到的过渡点O1姿态数据O′1无线传送至数据处理器(19)，数据处理器(19)接收到过渡点O1姿态数据O′1，且所述过渡点O1姿态数据O′1包括第一基准光电跟踪器(3)所发出激光光束投射至过渡点O1上时的投射距离AO1、基准点A与过渡点O1连线与水平面XAY间的俯仰角θ′1以及基准点A与过渡点O1连线与水平面XAY中X轴间的水平角ψ′1；并采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000021
获得过渡点O1的坐标o′1(x′1,y′1,z′1)；
步骤402、调整所述第一局部光电跟踪器，且使所述第一局部光电跟踪器所发出激光光束投射在过渡点O2上，所述第二局部光电跟踪器对过渡点O2的姿态进行实时检测，并将检测到的过渡点O2姿态数据O′2无线传送至数据处理器(19)，数据处理器(19)接收到过渡点O2姿态数据O′2，且所述过渡点O2姿态数据O′2包括所述第一局部光电跟踪器所发出激光光束投射至过渡点O2上时的投射距离O1O2′、过渡点O1与过渡点O2连线与水平面XO1Y的俯仰角θ′2以及过渡点O1与过渡点O2连线与水平面XO1Y中X轴间的水平角ψ′2；并采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000022
获得过渡点O2的坐标o′2(x′2,y′2,z′2)；
步骤403、按照步骤402的方法，获取下一个过渡点的坐标；
步骤404、多次重复步骤403，直至获取各个过渡点Oi的坐标o′i(x′i,y′i,z′i)，并存储至数据存储器(14)中；
步骤五、各个过渡点的坐标的校正：采用数据处理器(19)对步骤四中获取的过渡点Oi的坐标o′i(x′i,y′i,z′i)进行校正，则获取校正后的过渡点Oi的坐标oi(xi,yi,zi)；
步骤六、液压支架绝对位置和姿态的获取：采用所述数据处理器(19)获取液压支架绝对位置和姿态，具体过程为：
步骤601、首先，在待检测液压支架顶梁的下方设置参考点P1，且参考点P1距待检测液压支架顶梁顶部的竖直间距为h0，并在待检测液压支架顶梁上设置参考点P2，在待检测液压支架的底座上端设置参考点P3，其中，所述参考点P1和所述参考点P2位于同一高度，所述参考点P1、所述参考点P2和所述参考点P3形成的平面P1P2P3与待检测液压支架垂直方向的中心平面重合，所述参考点P1和所述参考点P2之间的水平间距为P1P2，所述过渡点Oi靠近待检测液压支架；
然后，分别在所述参考点P1、所述参考点P2和所述参考点P3安装第一靶标、第二靶标和第三靶标；
最后，在待检测液压支架的底座前端设置目标点Q，并在目标点Q建立空间直角坐标系QXYZ，获取所述参考点P3在空间直角坐标系QXYZ的坐标P3′(xqp3,yqp3,zqp3)，并存储至数据存储器(14)中；其中，所述空间直角坐标系QXYZ是以目标点Q为坐标原点和以待检测液压支架前进方向为Y轴正方向的前提下，以符合右手坐标的方向为X轴正方向，且以待检测液压支架高度方向为Z轴正方向建立的；
步骤602、调整所述第i局部光电跟踪器，使所述第i局部光电跟踪器所发出激光光束分别投射在所述参考点P1、所述参考点P2和所述参考点P3上，采用数据处理器(19)获取所述参考点P1的坐标、所述参考点P2的坐标和所述参考点P3的坐标，具体为：
采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000041
获得参考点P1的坐标P1(xip1,yip1,zip1)，并存储至数据存储器(14)中；其中，OiP1为第i局部光电跟踪器所发出激光光束投射至参考点P1上时的投射距离,θp1为过渡点Oi与参考点P1连线与水平面XOiY间的俯仰角，ψp1为过渡点Oi与参考点P1连线与水平面XOiY中X轴间的水平角；采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000042
获得参考点P2的坐标P2(xip2,yip2,zip2)，并存储至数据存储器(14)中；其中，OiP2为第i局部光电跟踪器所发出激光光束投射至参考点P2上时的投射距离,θp2为过渡点Oi与参考点P2连线与水平面XOiY间的俯仰角，ψp2为过渡点Oi与参考点P2连线与水平面XOiY中X轴间的水平角；并采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000043
获得参考点P3的坐标P3(xip3,yip3,zip3)，并存储至数据存储器(14)中；其中，OiP3为第i局部光电跟踪器所发出激光光束投射至参考点P3上时的投射距离,θp3为过渡点Oi与参考点P3与水平面XOiY间的俯仰角，ψp3为过渡点Oi与参考点P3连线与水平面XOiY中X轴间的水平角；
步骤603、采用数据处理器(19)获得待检测液压支架的姿态，具体过程为：
步骤6031、在所述参考点P3安装双轴水平仪(6)，获得待检测液压支架的俯仰角α和横滚角β；
步骤6032、采用数据处理器(19)根据参考点P1的坐标P1(xip1,yip1,zip1)和参考点P2的坐标P2(xip2,yip2,zip2)，得到直线向量
Figure FDA0004126545210000044
并采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000045
获得待检测液压支架顶梁的倾角λ；其中，
Figure FDA0004126545210000046
为XiOiYi坐标平面的单位法向量，且
Figure FDA0004126545210000051
步骤6033、采用数据处理器(19)建立所述平面P1P2P3在OiXYZ东北天地理坐标系下的平面方程，如下：
Figure FDA0004126545210000052
化简后为A1xi+B1yi+C1zi+D1＝0，则获得所述平面P1P2P3的法向量
Figure FDA0004126545210000053
其中，
A1＝zip2yip1+zip1yip3+zip3yip2-yip2zip1-yip3zip2-yip1zip3，
B1＝zip2xip1+zip1xip3+zip3xip2-xip2zip1-xip3zip2-xip1zip3，
C1＝yip2xip1+yip1xip3+yip3xip2-xip2yip1-xip3yip2-xip1yip3，
D1＝zip3yip2xip1+xip3zip2yip1+yip3xip2zip1-zip3xip2yip1-xip3yip2zip1-yip3zip2xip1；
步骤6034、采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000054
获得待检测液压支架的偏转角γ；其中
Figure FDA0004126545210000055
为XiOiZi坐标平面的单位法向量，且
Figure FDA0004126545210000056
步骤604、采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000057
获得旋转变换矩阵R，并采用数据处理器(19)根据公式(xiq,yiq,ziq)＝(xip3,yip3,zip3)-(xqp3,yqp3,zqp3)·R，获得目标点Q的坐标Q(xiq,yiq,ziq)；
步骤605、采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000058
获得东北天地理坐标系下目标点Q的坐标Q′(xq,yq,zq)，并采用数据处理器(19)根据公式h＝zip1-ziq+h0，获得待检测液压支架顶梁的高度h，则获得待检测液压支架的绝对位置。
2.按照权利要求1所述的一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法，其特征在于：所述靶标包括安装座(7)、设置在安装座(7)上的靶标机构和对所述靶标机构进行控制的靶标控制模块，所述安装座(7)与待检测液压支架固定连接。
3.按照权利要求2所述的一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法，其特征在于：还包括第一无线通信模块(16)和显示模块(18)，所述第一无线通信模块(16)和显示模块(18)均与数据处理器(19)相接，所述第一基准光电跟踪器(3)、第二基准光电跟踪器(4)、局部光电跟踪器(5)和双轴水平仪(6)均通过第一无线通信模块(16)与数据处理器(19)进行无线数据传输。
4.按照权利要求3所述的一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法，其特征在于：所述靶标机构包括防爆壳体(8)、设置在防爆壳体(8)前端的光圈(9)和设置在防爆壳体(8)前端且位于光圈(9)内的玻璃盖(10)，所述光圈(9)的中心线和玻璃盖(10)的中心线重合，所述防爆壳体(8)内由前至后设置有漫反射透射膜(11)和光敏元件阵列(12)；
所述靶标控制模块包括靶标控制器(13)和与靶标控制器(13)相接第二无线通信模块(15)，所述光敏元件阵列(12)与靶标控制器(13)相接，所述数据处理器(19)通过第一无线通信模块(16)和第二无线通信模块(15)与靶标控制器(13)进行无线数据传输，所述靶标控制器(13)通过第二无线通信模块(15)与局部光电跟踪器(5)进行无线数据传输。
5.按照权利要求1所述的一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法，其特征在于：所述靶标的数量为三个，三个所述靶标分别为设置在待检测液压支架顶梁下方的第一靶标、设置在待检测液压支架顶梁上且与所述第一靶标位于同一高度的第二靶标和设置在待检测液压支架的底座上端的第三靶标。
6.按照权利要求1所述的一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法，其特征在于：步骤二中相邻两个所述过渡点的间距为20m～50m。
7.按照权利要求1所述的一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法，其特征在于：步骤三中建立东北天地理坐标系并获取基准点的坐标，具体过程为：
首先，在步骤一中基准点A处，以基准点A为原点，以过基准点A且指向东的方向为X轴正方向，以过基准点A且指向北的方向为Y轴正方向，以过基准点A且垂直于由X轴和Y轴形成的水平面XAY的方向为Z轴，建立东北天地理坐标系AXYZ，获得已知基准点A的坐标A(xA,yA,zA)，并通过所述参数输入模块(17)输入存储至数据存储器(14)中；
然后，在步骤一中基准点B处，以基准点B为原点，以过基准点B且指向东的方向为X轴正方向，以过基准点B且指向北的方向为Y轴正方向，以过基准点A且垂直于由X轴和Y轴形成的水平面XBY的方向为Z轴正方向，建立东北天地理坐标系BXYZ，获得已知基准点B的坐标B(xB,yB,zB)，并通过所述参数输入模块(17)输入存储至数据存储器(14)中；
最后，分别在过渡点Oi处，以过渡点Oi为原点，以过渡点Oi且指向东的方向为X轴正方向，以过过渡点Oi且指向北的方向为Y轴正方向，以过过渡点Oi且垂直于由X轴和Y轴形成的水平面XOiY的方向为Z轴正方向，建立东北天地理坐标系OiXYZ。
8.按照权利要求1所述的一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法，其特征在于：步骤五中采用数据处理器(19)对步骤四中获取的过渡点Oi的坐标o′i(x′i,y′i,z′i)进行校正，具体过程如下：
步骤501、过渡点ON的坐标的校正，具体过程为：
步骤5011、调整所述第二基准光电跟踪器(4)，且使所述第二基准光电跟踪器(4)所发出激光光束投射在过渡点ON上，所述第二基准光电跟踪器(4)对过渡点ON的姿态进行实时检测，并将检测到的过渡点ON姿态数据O″N无线传送至数据处理器(19)，数据处理器(19)接收到过渡点ON姿态数据O″N，且所述过渡点ON姿态数据O″N包括第二基准光电跟踪器(4)所发出激光光束投射至过渡点ON上时的投射距离BON、基准点B与过渡点ON连线与水平面XBY间的俯仰角θ″N以及基准点B与过渡点ON连线与水平面XBY中X轴间的水平角
Figure FDA0004126545210000081
并采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000082
获得过渡点ON的坐标o″N(x″N,y″N,z″N)；
步骤5012、采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000083
获得过渡点ON的测量误差ΔδN,并采用数据处理器(19)根据判定条件ΔδN≤ε进行判定，当判定条件ΔδN≤ε成立时，执行步骤5013；当判定条件ΔδN≤ε不成立时，执行步骤5014；
步骤5013、当判定条件ΔδN≤ε成立时，则校正后的过渡点ON的坐标oN(xN,yN,zN)取o′N(x′N,y′N,z′N)；
步骤5014、当判定条件ΔδN≤ε不成立时，则校正后的过渡点ON的坐标oN(xN,yN,zN)取o″N(x″N,y″N,z″N)；
步骤502、过渡点ON-1的坐标的校正，具体过程为：
步骤5021、调整所述第N局部光电跟踪器，且使所述第N局部光电跟踪器所发出激光光束投射在过渡点ON-1上，所述第N局部光电跟踪器对过渡点ON-1的姿态进行实时检测，并将检测到的过渡点ON-1姿态数据O″N-1无线传送至数据处理器(19)，数据处理器(19)接收到过渡点ON-1姿态数据O″N-1，且所述过渡点ON-1姿态数据O″N-1包括所述第N局部光电跟踪器所发出激光光束投射在过渡点ON-1上时的投射距离ONON-1″、过渡点ON与过渡点ON-1连线与水平面XONY间的俯仰角θ″N-1以及过渡点ON与过渡点ON-1连线与水平面XONY中X轴间的水平角
Figure FDA0004126545210000084
并采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000091
获得上一过渡点ON-1的坐标o″N-1(x″N-1,y″N-1,z″N-1)；
步骤5022、采用数据处理器(19)根据公式
Figure FDA0004126545210000092
获得过渡点ON-1的测量误差ΔδN-1,并采用数据处理器(19)根据判定条件ΔδN-1≤ε进行判定，当判定条件ΔδN-1≤ε成立时，执行步骤5023；当判定条件ΔδN-1≤ε不成立时，执行步骤5024；
步骤5023、当判定条件ΔδN-1≤ε成立时，则校正后的过渡点ON-1的坐标oN-1(xN-1,yN-1,zN-1)取o′N(x′N,y′N,z′N)；
步骤5024、当判定条件ΔδN-1≤ε不成立时，则校正后的过渡点ON的坐标oN(xN,yN,zN)取o″N-1(x″N-1,y″N-1,z″N-1)；
步骤503、按照步骤502的方法，完成上一个过渡点的坐标的校正；
步骤504、多次重复步骤503，直至完成各个过渡点Oi的坐标的校正，则获取校正后的过渡点Oi的坐标oi(xi,yi,zi)。
9.按照权利要求8所述的一种综采工作面液压支架绝对位置和姿态检测方法，其特征在于：所述ε的取值范围为50mm～300mm。
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