CN111577275A - 一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置及方法 - Google Patents

一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置及方法，该装置包括中部转动连接有后端连板的横杆，横杆通过固定座固定在滚筒上，后端连板面朝护帮板的方向固定有与其平行的前端连板，前端连板固定有摄像仪，后端连板底部固定重力球，其利用摄像仪与后端连板始终保持竖向平行的原理，采用空间平行平面测距原理计算出护帮板3下边缘线段理论长度与实际长度的比值来判断是否干涉，该方法能够实现干涉检测，为开采‑支护装备的采煤机和液压支架的自动化和无人化控制提供依据，保证了煤炭的开采效率和经济效率，提高了煤矿装备的自动化和智能化水平。

Description

一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置及方法
技术领域
本发明涉及采煤领域，具体涉及一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置及方法。
背景技术
随着煤矿井下综放工作面采掘装备自动化程度的不断提高，对开采装备和支护装备的作业状态检测装置和技术的要求也不断的提高。传统的综放工作面的采煤机滚筒和液压支架护帮板作业干涉检测从可操作性、自动化程度、安全性方面都已经不适用安全高效的综放工作面对开采-支护装备作业干涉检测的要求。目前开采-支护装备作业干涉检测存在着两大问题：一是在综放工作面开采和支护装备协同采煤过程中，采煤机滚筒和液压支架护帮板检测方法是依靠采煤机司机工人和液压支架工人的作业经验判断采煤机滚筒和液压支架护帮板的相互位置关系，进而判断两者的干涉程度是没有干涉还是已经干涉，大大增加了工人的劳动强度和劳动时间，降低了工作效率。二是不管是工人依靠作业经验判断干涉还是现有的干涉检测方法判断干涉都存在着不能及时自动检测开采-支护装备作业干涉的情况，当采煤机在作业开采过程中行走到当前液压支架前，采煤机滚筒即将截割到液压支架护帮板时，有时工人反应时间慢，不能快速的停止采煤机行走和滚筒旋转或者未能及时收回液压支架护帮板，造成作业干涉的发生。同时液压支架护帮板没有收回或收回未满足安全行程时，将会出现采煤机高扭矩旋转的滚筒截割液压支架护帮板的情况，轻者造成采煤机滚筒和液压支架护帮板的损坏，重者则会造成严重的生产安全事故。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置及方法，其能够实现煤矿井下采煤机滚筒与液压支架护帮板作业干涉的检测，为开采-支护装备的采煤机和液压支架的自动化和无人化控制提供依据，保证了煤炭的开采效率和经济效率，提高了煤矿装备的自动化和智能化水平。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置，包括中部转动连接有后端连板的横杆，所述横杆通过若干竖杆固定在固定座上，所述固定座固定在滚筒上，所述后端连板通过上端连板和下端连板固定有前端连板，所述前端连板与后端连板平行设置，所述前端连板通过固定板固定有摄像仪，所述摄像仪配置有深度结算系统并且其摄像镜头与后端连板垂直设置，所述后端连板的底部固定有重力球。
优选地，所述上端连板和下端连板平行设置。
优选地，所述固定板与前端连板垂直设置。
本发明还提供一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置的检测方法，具体包括以下步骤：
S1、将干涉检测装置内的固定座固定在滚筒上，摄像仪连接采煤机控制中心计算机并且其摄像镜头正对护帮板下边缘线段；
S2、启动采煤机沿着液压支架排列方向行走割煤，在割煤过程中，摄像仪持续拍摄护帮板下边缘线段的图像并将图像传送到计算机中；
S3、计算机根据获得的每帧护帮板下边缘图像计算出护帮板下边缘线段理论长度L；
S4、计算机将得到的此时护帮板下边缘的理论长度L与护帮板下边缘真实物理长度M进行比较并根据比值K＝L/M判断是否发生干涉，根据比值K将采煤机工作状态划分为安全状态、警告状态和干涉状态；
S5、当采煤机处于安全状态时，计算机控制其保持继续工作；当采煤机处于警告状态时，计算机控制采煤机停止工作或者液压支架收回护帮板；当采煤机处于干涉状态时，计算机控制采煤机停止工作。
优选地，步骤S4中：
如果比值K小于50％，则判定此时为安全状态，即滚筒与护帮板相对距离较远，没有发生作业干涉的可能性；
如果比值K大于等于50％且小于75％，则此时为警告状态，即滚筒与护帮板相对距离较近，则判定此时即将发生作业干涉；
如果比值K大于等于75％且小于等于100％，则判定此时为干涉状态，即滚筒正在与护帮板发生作业干涉。
优选地，步骤S3中计算机计算护帮板下边缘线段理论长度的方法为：用空间平行平面测距原理，设世界坐标系OW-XWYWZW平面、图像坐标系xO1y平面和相机坐标系XCOCYC平面,三个平面互相平行并且均平行于竖向的重力方向；假设已知世界坐标系和图像坐标系之间的转换比例关系，利用三角形相似原理，求出图像坐标系中任意一点在世界坐标系中的坐标；设焦距OCO1＝f，设摄像仪透镜的光心到世界坐标系平面的垂直距离为OCOW＝h，设图像坐标系内即图片中护帮板下边缘线长度为l，世界坐标系内护帮板下边缘线长度即理论长度为L，则得出
Figure BDA0002550128470000031
本发明的有益效果在于：本发明的检测方法能够实现煤矿井下采煤机滚筒与液压支架护帮板作业干涉的检测，降低了工人的劳动强度，与依靠工人经验检测方法相比，极大的提高了检测精度和可靠性，为开采-支护装备的采煤机和液压支架的自动化和无人化控制提供依据，从而保证了煤炭的开采效率和经济效率，提高了煤矿装备的自动化和智能化水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例采煤机上滚筒与液压支架中护帮板作业干涉示意图；
图2为本发明实施例采煤机上滚筒与液压支架中护帮板作业干涉检测示意图；
图3为本发明实施例采煤机上滚筒与液压支架中护帮板干涉检测装置原理示意图；
图4为本发明实施例采煤机上滚筒与液压支架中护帮板干涉检测装置示意图；
图5为本发明实施例中计算护帮板下边缘线段理论长度原理图；
图6为本发明实施例提供的一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测方法流程图。
图中：1、采煤机，2、滚筒，3、护帮板，4、液压支架，5、干涉检测装置，6、固定座，7、重力球，8、后端连板，9、上端连板，10、前端连板，11、摄像仪，12、固定板，13、下端连板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置，该干涉检测装置5包括中部转动连接有后端连板8的横杆，所述横杆通过若干竖杆固定在固定座6上，所述固定座6固定在滚筒2上，所述后端连板8通过上端连板9和下端连板13固定有前端连板10，所述前端连板10与后端连板8平行设置，所述前端连板10通过固定板12固定有摄像仪11，所述摄像仪11配置有深度结算系统并且其摄像镜头与后端连板8垂直设置，所述后端连板8的底部固定有重力球7。
所述上端连板9和下端连板13平行设置。
所述固定板12与前端连板10垂直设置。
参见图6，本实施例还提供一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测方法，具体包括以下步骤：
S1、将干涉检测装置内的固定座6固定在滚筒2上，摄像仪11连接采煤机控制中心计算机并且其摄像镜头正对护帮板3下边缘线段；计算机上安装摄像仪11自带的深度解算系统；
S2、启动采煤机1沿着液压支架4排列方向行走割煤，在割煤过程中，摄像仪11持续拍摄护帮板3下边缘线段的图像并将图像传送到计算机中；
S3、计算机根据获得的每帧护帮板3下边缘图像计算出护帮板3下边缘线段理论长度L；
计算机计算护帮板3下边缘线段理论长度的方法为：采用空间平行平面测距原理，设世界坐标系OW-XWYWZW平面、图像坐标系xO1y平面和相机坐标系XCOCYC平面,三个平面互相平行并且均平行于竖向的重力方向；假设已知世界坐标系和图像坐标系之间的转换比例关系，利用三角形相似原理，求出图像坐标系中任意一点在世界坐标系中的坐标；设焦距OCO1＝f，设摄像仪11透镜的光心到世界坐标系平面的垂直距离为OCOW＝h，设图像坐标系内即拍摄图片中护帮板3下边缘线长度为l，世界坐标系内护帮板3下边缘线长度即理论长度为L，f为焦距，是摄像仪11的参数，摄像仪确定型号后f即确定；h根据不同工况进行由操作人员设置。
参见图5设图像坐标系xO1y内线段P′1P′2对应世界坐标系线段P1P2，
由P1P2//P′1P′2可知：
ΔOCP1P2～ΔOCP1′P2′
根据相似三角形原理可知：
Figure BDA0002550128470000061
同理
ΔOCO1P1′～ΔOCOWP1
根据相似三角形原理可知：
Figure BDA0002550128470000062
从而得
Figure BDA0002550128470000063
所以
Figure BDA0002550128470000064
因此，已知当图像坐标系中的线段长度为l，则可求出世界坐标系中对应线段的长度为L为：
Figure BDA0002550128470000065
S4、计算机内的深度解算系统将得到的此时护帮板3下边缘的理论长度L与护帮板3下边缘真实物理长度M进行比较并根据比值K＝L/M判断是否发生干涉，根据比值K将采煤机1工作状态划分为安全状态、警告状态和干涉状态；
如果比值K小于50％，则判定此时为安全状态，即滚筒2与护帮板3相对距离较远，没有发生作业干涉的可能性；
如果比值K大于等于50％且小于75％，则此时为警告状态，即滚筒2与护帮板3相对距离较近，则判定此时即将发生作业干涉；
如果比值K大于等于75％且小于等于100％，则判定此时为干涉状态，即滚筒2正在与护帮板3发生作业干涉。
S5、当采煤机1处于安全状态时，计算机控制其保持继续工作；当采煤机1处于警告状态时，计算机控制采煤机1停止工作或者液压支架4收回护帮板3；当采煤机1处于干涉状态时，计算机控制采煤机1停止工作。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置，其特征在于，包括中部转动连接有后端连板(8)的横杆，所述横杆通过若干竖杆固定在固定座(6)上，所述固定座(6)固定在滚筒(2)上，所述后端连板(8)通过上端连板(9)和下端连板(13)固定有前端连板(10)，所述前端连板(10)与后端连板(8)平行设置，所述前端连板(10)通过固定板(12)固定有摄像仪(11)，所述摄像仪(11)的摄像镜头与后端连板(8)垂直设置，所述后端连板(8)的底部固定有重力球(7)。
2.如权利要求1所述的一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置，其特征在于，所述上端连板(9)和下端连板(13)平行设置。
3.如权利要求1所述的一种采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置，其特征在于，所述固定板(12)与前端连板(10)垂直设置。
4.一种基于权利要求1所述的采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉检测装置的检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、将干涉检测装置内的固定座(6)固定在滚筒(2)上，摄像仪(11)连接采煤机控制中心计算机并且其摄像镜头正对护帮板(3)下边缘线段；
S2、启动采煤机(1)沿着液压支架(4)排列方向行走割煤，在割煤过程中，摄像仪(11)持续拍摄护帮板(3)下边缘线段的图像并将图像传送到计算机中；
S3、计算机根据获得的每帧护帮板(3)下边缘图像计算出护帮板(3)下边缘线段理论长度L；
S4、计算机将得到的此时护帮板(3)下边缘的理论长度L与护帮板(3)下边缘真实物理长度M进行比较并根据比值K＝L/M判断是否发生干涉，根据比值K将采煤机(1)工作状态划分为安全状态、警告状态和干涉状态；
S5、当采煤机(1)处于安全状态时，计算机控制其保持继续工作；当采煤机(1)处于警告状态时，计算机控制采煤机(1)停止工作或者液压支架(4)收回护帮板(3)；当采煤机(1)处于干涉状态时，计算机控制采煤机(1)停止工作。
5.如权利要求4所述的检测方法，其特征在于，步骤S4中：
如果比值K小于50％，则判定此时为安全状态，即滚筒(2)与护帮板(3)相对距离较远，没有发生作业干涉的可能性；
如果比值K大于等于50％且小于75％，则此时为警告状态，即滚筒(2)与护帮板(3)相对距离较近，则判定此时即将发生作业干涉；
如果比值K大于等于75％且小于等于100％，则判定此时为干涉状态，即滚筒(2)正在与护帮板(3)发生作业干涉。
6.如权利要求4所述的检测方法，其特征在于，步骤S3中计算护帮板(3)下边缘线段理论长度的方法为：设世界坐标系OW-XWYWZW平面、图像坐标系xO1y平面和相机坐标系XCOCYC平面,三个平面互相平行并且均平行于竖向的重力方向；假设已知世界坐标系和图像坐标系之间的转换比例关系，利用三角形相似原理，求出图像坐标系中任意一点在世界坐标系中的坐标；设焦距OCO1＝f，设摄像仪(11)透镜的光心到世界坐标系平面的垂直距离为OCOW＝h，设图像坐标系内护帮板(3)下边缘线长度为l，世界坐标系内护帮板(3)下边缘线长度即理论长度为L，则得出
Figure FDA0002550128460000021
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