CN114427476A - 液压支架、液压支架的姿态控制方法及其装置 - Google Patents

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CN114427476A CN202111561891.4A CN202111561891A CN114427476A CN 114427476 A CN114427476 A CN 114427476A CN 202111561891 A CN202111561891 A CN 202111561891A CN 114427476 A CN114427476 A CN 114427476A
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Abstract

本申请涉及煤炭开采领域，特别涉及一种液压支架、液压支架的姿态控制方法及其装置。本申请通过获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像；获取液压支架对应的三维倾角数据；根据点云图像和三维倾角数据，获得液压支架和刮板运输机对应的三维空间模型；基于三维空间模型，对液压支架进行姿态调整。本申请采用三维激光雷达，收集的数据更为全面，且控制器能够根据点云图像和三维倾角数据实时进行计算并调整液压支架姿态，提高了液压支架调整系统的鲁棒性和可靠性。

Description

液压支架、液压支架的姿态控制方法及其装置
技术领域
本申请涉及煤炭开采领域，特别涉及一种液压支架、液压支架的姿态控制方法及其装置。
背景技术
液压支架是煤炭开采时，在井下起支护作用的一种大型液压机械设备。在进行煤炭开采时，液压支架可根据煤炭开采位置，进行移架或支撑顶板，为了保证液压支架垂直于地面，需要对液压支架的姿态进行监控并调整姿态。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的一个目的在于提出一种液压支架的姿态控制方法。
本申请的第二个目的在于提出一种液压支架。
本申请的第三个目的在于提出一种液压支架的姿态控制装置。
为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种液压支架的姿态控制方法，包括：获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像；获取所述液压支架对应的三维倾角数据；根据所述点云图像和所述三维倾角数据，获得所述液压支架和所述刮板运输机对应的三维空间模型；基于所述三维空间模型，对所述液压支架进行姿态调整。
根据本申请的一个实施例，所述根据所述点云图像和所述三维倾角数据，获得所述液压支架和所述刮板运输机对应的三维空间模型，包括：对所述点云图像进行类别识别，以获取所述液压支架的各部位对应的标记图像；基于所述标记图像，生成初始三维空间模型；基于所述三维倾角数据对所述初始三维空间模型进行坐标转换，以生成所述三维空间模型。
根据本申请的一个实施例，所述基于所述标记图像，生成初始三维空间模型，包括：基于所述液压支架的各部位对应的所述标记图像，生成所述液压支架的各部位对应的三维子模块；基于所述三维子模块，生成所述初始三维空间模型。
根据本申请的一个实施例，所述获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像，包括：控制激光雷达传感器向所述液压支架上方，沿垂直方向进行360°扫描，以获取所述点云图像。
根据本申请的一个实施例，所述基于所述三维空间模型，对所述液压支架进行姿态调整，包括：获取所述三维空间模型对应的参数值，其中，所述参数值包括所述液压支架各部位的倾角值，及所述液压支架与所述刮板运输机之间的距离值；响应于所述参数值大于各自的预设参数阈值，则对所述液压支架进行姿态调整。
根据本申请的一个实施例，所述响应于所述参数值大于各自的预设参数阈值，则对所述液压支架进行姿态调整，包括：根据所述预设开采工艺，确定目标控制指令，其中，所述目标控制指令包括指示所述液压支架任一部位的目标倾角值，和/或所述液压支架与所述刮板运输机之间的目标距离值；基于所述目标控制指令，确定所述液压支架的目标姿态，并驱动所述液压支架从当前姿态调整至所述目标姿态。
为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种液压支架，其特征在于，包括：激光雷达传感器、三轴倾角传感器及控制器组成；激光雷达传感器，用于获取所述液压支架和所述刮板运输机对应的所述点云图像；三轴倾角传感器，用于获取所述液压支架对应的所述三维倾角数据；控制器，用于基于所述点云图像和所述三维倾角数据生成所述三维空间模型，基于所述三维空间模型，对所述液压支架进行姿态调整。
根据本申请的一个实施例，所述液压支架，还包括：所述控制器采用刚性连接安装在所述液压支架的底座平面的两个前立柱之间。
根据本申请的一个实施例，所述液压支架，还包括：所述激光雷达传感器的轴心与所述两个前立柱的轴心处于同一个平面上。
为达上述目的，本申请第三方面实施例提出了一种液压支架的姿态控制装置，包括：点云图像获取模块，用于获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像；三维倾角数据获取模块，用于获取所述液压支架对应的三维倾角数据；三维空间模型获取模块，用于根据所述点云图像和所述三维倾角数据，获得所述液压支架和所述刮板运输机对应的三维空间模型；姿态调整模块，用于基于所述三维空间模型，对所述液压支架进行姿态调整。
根据本申请的一个实施例，所述三维空间模型获取模块，还用于：对所述点云图像进行类别识别，以获取所述液压支架的各部位对应的标记图像；基于所述标记图像，生成初始三维空间模型；基于所述三维倾角数据对所述初始三维空间模型进行坐标转换，以生成所述三维空间模型。
根据本申请的一个实施例，所述三维空间模型获取模块，还用于：基于所述液压支架的各部位对应的所述标记图像，生成所述液压支架的各部位对应的三维子模块；基于所述三维子模块，生成所述初始三维空间模型。
根据本申请的一个实施例，所述点云图像获取模块，还用于：控制激光雷达传感器向所述液压支架上方，沿垂直方向进行360°扫描，以获取所述点云图像。
根据本申请的一个实施例，所述姿态调整模块，还用于：获取所述三维空间模型对应的参数值，其中，所述参数值包括所述液压支架各部位的倾角值，及所述液压支架与所述刮板运输机之间的距离值；响应于所述参数值大于各自的预设参数阈值，则对所述液压支架进行姿态调整。
根据本申请的一个实施例，所述姿态调整模块，还用于：根据所述预设开采工艺，确定目标控制指令，其中，所述目标控制指令包括指示所述液压支架任一部位的目标倾角值，和/或所述液压支架与所述刮板运输机之间的目标距离值；基于所述目标控制指令，确定所述液压支架的目标姿态，并驱动所述液压支架从当前姿态调整至所述目标姿态。
附图说明
图1是本申请一个实施例的液压支架的构造的示意图。
图2是本申请一个实施例的监测装置的安装位置示意图。
图3是本申请一个实施例的监测装置的构造示意图。
图4是本申请一个实施例的一种液压支架的姿态控制方法的示意图。
图5是本申请一个实施例的液压支架的各部位倾角的示意图。
图6是本申请一个实施例的获取三维空间模型的示意图。
图7是本申请一个实施例的液压支架的平面图。
图8是本申请一个实施例的对液压支架的姿态进行调整的方法示意图。
图9是本申请一个实施例的一种液压支架的姿态控制方法的总体示意图。
图10是本申请一个实施例的一种液压支架的姿态控制装置的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
图1是一种液压支架的示意图，如图1所示，液压支架100包括：前立柱1、后立柱2、顶梁3、掩护梁4、前连杆5、后连杆6、底座7、操纵阀8、推移装置9以及护帮板10。可选地，推移装置9上可放置刮板运输机。
本申请中，为了实现对液压支架100的本地智能控制，如图2所示，在液压支架100的底座7平面的两个前立柱1之间，安装一个监测装置200，其中，如图3所示，监测装置200可由激光雷达传感器21、三轴倾角传感器22和控制器23组成。其中，控制器23可采用刚性连接的方式，安装在液压支架200的底座7平面的两个前立柱1之间。其中，激光雷达传感器21的轴心与液压支架100的底座7平面的两个前立柱1的轴心处于同一个平面上。可选地，为了人员安全，本申请中液压支架100采用本质安全型设备。其中，本质安全型是电气设备的一种防爆型式，它将设备内部和暴露于潜在爆炸性环境的连接导线可能产生的电火花或热效应能量限制在不能产生点燃的水平。
图4是本申请提出的一个示例性实施例的一种液压支架的姿态控制方法的示意图，如图4所示，该液压支架的姿态控制方法，包括以下步骤：
S401，获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像。
为了运送煤和物料，在进行采煤工作时，需要将刮板运输机置于液压支架100的前方，本申请中，将刮板运输机置于推移装置9上，与液压支架100作为一个整体进行讨论。
激光雷达传感器21用于采集液压支架100和刮板运输机对应的点云图像。可选地，为了使液压支架100姿态的数据更准确，激光雷达传感器21可选用三维激光雷达。激光雷达传感器21可依据设置，定时进行采集，在激光雷达传感器21进行采集时，激光雷达传感器21向液压支架100上方，沿垂直方向进行360°扫描，以获取液压支架100和刮板运输机对应的点云图像，由点云图像可确定激光照射到液压支架100内各表面的离散点到激光雷达传感器21的距离。其中，液压支架100的点云图像，包括顶梁3、掩护梁4、前连杆5、底座7以及护帮板10各部位的点云图像。
S402，获取液压支架对应的三维倾角数据。
三轴倾角传感器22可智能感受到液压支架100的顶梁3、掩护梁4、前连杆5、底座7以及护帮板10各部位的倾角，以及液压支架与100刮板运输机之间的距离值。如图5所示，a、b、c、d、e直线，其分别对应掩护式液压支架100的护帮板10、顶梁3、掩护梁4、前连杆5、底座7这5个构件平面与激光扫描平面的空间相交直线。其中，三轴倾角传感器22始终处于工作状态。
S403，根据点云图像和三维倾角数据，获得液压支架和刮板运输机对应的三维空间模型。
对上述获得的点云图像进行标记处理，获得液压支架100和刮板运输机对应的初始三维空间模型，再结合三轴倾角传感器22获得的三维倾角数据，对初始三维空间模型进行坐标转换，获得液压支架100和刮板运输机对应的三维空间模型。
S404，基于三维空间模型，对液压支架进行姿态调整。
控制器23根据上述获得的三维空间模型，可实时监控液压支架100各部位的倾角值，以及液压支架100与刮板运输机之间的距离值。若液压支架100某个部位的倾角值，或液压支架100与刮板运输机之间的距离值不符合预设条件，则结合开采工艺，对液压支架100进行姿态调整。其中，控制器23为高性能计算机，可搭载操作系统，完成边缘计算和控制支架的相关任务。
本申请提出了一种液压支架的姿态控制方法，通过获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像；获取液压支架对应的三维倾角数据；根据点云图像和三维倾角数据，获得液压支架和刮板运输机对应的三维空间模型；基于三维空间模型，对液压支架进行姿态调整。本申请采用三维激光雷达，收集的数据更为全面，且控制器能够根据点云图像和三维倾角数据实时进行计算并调整液压支架姿态，提高了液压支架调整系统的鲁棒性和可靠性。
图6是本申请提出的一个示例性实施例的一种液压支架的姿态控制方法的示意图，如图6所示，根据点云图像和三维倾角数据，获得液压支架和刮板运输机对应的三维空间模型，包括以下步骤：
S601，对点云图像进行类别识别，以获取液压支架的各部位对应的标记图像。
控制器23对获得的点云图像进行处理，提取出液压支架100的骨骼平面图，液压支架100的骨骼平面图如图7所示。控制器23对骨骼平面图中的各部位对应的点云图像进行类别识别，其中，识别后可包括作业人员、顶梁3、掩护梁4、前连杆5、底座7、护帮板10以及刮板运输机的点云图像，对识别后的每个部位的点云图像进行标记，作为液压支架100的各部位分别对应的标记图像。可选地，标记可选择人工标记，也可选择算法标记。可选地，用算法进行点云图像标注时可选用端到端多视图融合算法。
S602，基于标记图像，生成初始三维空间模型。
根据上述液压支架100的各部位对应的标记图像，确定液压支架100的各部位对应的三维子模块，其中，一个标记图像对应一个三维子模块。比如说，顶梁3的标记图像对应的是顶梁三维子模块。
将各个部位的对应的三维子模块进行组合，生成液压支架100和刮板运输机对应的初始三维空间模型。
S603，基于三维倾角数据对初始三维空间模型进行坐标转换，以生成三维空间模型。
根据上述三轴倾角传感器22采集得到的三维倾角数据，对初始三维空间模型进行坐标转换，将坐标转换后得到的空间模型作为液压支架100和刮板运输机对应的三维空间模型。可选地，控制器23可将液压支架100及刮板运输机对应的三维空间模型传输至上位机，从而实现远程监控。
本申请实施例对点云图像进行类别识别，生成初始三维空间模型，提高了模型的准确性，并根据三维倾角数据，从而生成液压支架100的三维空间模型，使得模型更加准确。
图8是本申请提出的一个示例性实施例的一种液压支架的姿态控制方法的示意图，如图8所示，基于三维空间模型，对液压支架进行姿态调整，包括以下步骤：
S801，获取三维空间模型对应的参数值，其中，参数值包括液压支架各部位的倾角值，及液压支架与刮板运输机之间的距离值。
控制器23获取三维空间模型对应的液压支架100对应的顶梁3、掩护梁4、前连杆5、底座7、护帮板10各部位的倾角值，及液压支架100与刮板运输机之间的距离值，将液压支架100对应的顶梁3、掩护梁4、前连杆5、底座7、护帮板10各部位的倾角值，及液压支架100与刮板运输机之间的距离值，都作为三维空间模型对应的参数值。
S802，响应于参数值大于各自的预设参数阈值，则对液压支架进行姿态调整。
预先针对三维空间模型对应的每个参数值都设置一个与其对应的预设参数阈值，若控制器23感应到某个参数值大于其对应的预设参数阈值，则根据预设的开采工艺，确定目标控制指令。其中，目标控制指令包括对液压支架100对应的顶梁3、掩护梁4、前连杆5、底座7、护帮板10任一部位的目标倾角值进行调整的控制指令，和/或对液压支架100与刮板运输机之间的目标距离值进行调整的控制指令。基于目标控制指令，确定液压支架100的目标姿态，控制器23驱动液压支架100从当前所处的姿态调整至目标控制指令对应的目标姿态。可选地，控制器23可将液压支架100及刮板运输机的相关参数值传输至上位机，从而实现远程控制。
举例说明，若前连杆5的倾角对应的预设参数阈值为60°，则若控制器23感应到前连杆5的倾角大于60°，则控制器23确定对前连杆5的倾角进行调整的目标控制指令，并基于此目标控制指令，对液压支架100的前连杆5的倾角进行角度调整。
本申请实施例中，控制器23可以计算液压支架姿态，并实时控制液压支架姿态，满足开采工艺要求，提高了系统的鲁棒性与可靠性。
图9是本申请提出的一个示例性实施例的一种液压支架的姿态控制方法的示意图，如图9所示，该液压支架的姿态控制方法，包括以下步骤：
S901，获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像。
S902，获取液压支架对应的三维倾角数据。
关于步骤S901～S902，上述实施例已做具体介绍，在此不再进行赘述。
S903，对点云图像进行类别识别，以获取液压支架的各部位对应的标记图像。
S904，基于液压支架的各部位对应的标记图像，生成液压支架的各部位对应的三维子模块。
S905，基于三维子模块，生成初始三维空间模型。
S906，基于三维倾角数据对初始三维空间模型进行坐标转换，以生成三维空间模型。
关于步骤S903～S906，上述实施例已做具体介绍，在此不再进行赘述。
S907，获取三维空间模型对应的参数值，其中，参数值包括液压支架各部位的倾角值，及液压支架与刮板运输机之间的距离值。
S908，根据预设开采工艺，确定目标控制指令，其中，目标控制指令包括指示液压支架任一部位的目标倾角值，和/或液压支架与刮板运输机之间的目标距离值。
S909，基于目标控制指令，确定液压支架的目标姿态，并驱动液压支架从当前姿态调整至目标姿态。
关于步骤S907～S909，上述实施例已做具体介绍，在此不再进行赘述。
本申请提出了一种液压支架的姿态控制方法，通过获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像；获取液压支架对应的三维倾角数据；根据点云图像和三维倾角数据，获得液压支架和刮板运输机对应的三维空间模型；基于三维空间模型，对液压支架进行姿态调整。本申请采用三维激光雷达，收集的数据更为全面，且控制器能够根据点云图像和三维倾角数据实时进行计算并调整液压支架姿态，提高了液压支架调整系统的鲁棒性和可靠性。
图10是本申请提出的一个示例性实施例的一种液压支架的姿态控制装置的示意图，如图10所示，该液压支架的姿态控制装置1000，包括点云图像获取模块1001、三维倾角数据获取模块1002、三维空间模型获取模块1003和姿态调整模块1004，其中：
点云图像获取模块1001，用于获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像；
三维倾角数据获取模块1002，用于获取液压支架对应的三维倾角数据；
三维空间模型获取模块1003，用于根据点云图像和三维倾角数据，获得液压支架和刮板运输机对应的三维空间模型；
姿态调整模块1004，用于基于三维空间模型，对液压支架进行姿态调整。
本申请提出了一种液压支架的姿态控制装置，通过获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像；获取液压支架对应的三维倾角数据；根据点云图像和三维倾角数据，获得液压支架和刮板运输机对应的三维空间模型；基于三维空间模型，对液压支架进行姿态调整。本申请采用三维激光雷达，收集的数据更为全面，且控制器能够根据点云图像和三维倾角数据实时进行计算并调整液压支架姿态，提高了液压支架调整系统的鲁棒性和可靠性。
进一步地，三维空间模型获取模块1003，还用于：对点云图像进行类别识别，以获取液压支架的各部位对应的标记图像；基于标记图像，生成初始三维空间模型；基于三维倾角数据对初始三维空间模型进行坐标转换，以生成三维空间模型。
进一步地，三维空间模型获取模块1003，还用于：基于液压支架的各部位对应的标记图像，生成液压支架的各部位对应的三维子模块；基于三维子模块，生成初始三维空间模型。
进一步地，点云图像获取模块1001，还用于：控制激光雷达传感器向液压支架上方，沿垂直方向进行360°扫描，以获取点云图像。
进一步地，姿态调整模块1004，还用于：获取三维空间模型对应的参数值，其中，参数值包括液压支架各部位的倾角值，及液压支架与刮板运输机之间的距离值；响应于参数值大于各自的预设参数阈值，则对液压支架进行姿态调整。
进一步地，姿态调整模块1004，还用于：根据预设开采工艺，确定目标控制指令，其中，目标控制指令包括指示液压支架任一部位的目标倾角值，和/或液压支架与刮板运输机之间的目标距离值；基于目标控制指令，确定液压支架的目标姿态，并驱动液压支架从当前姿态调整至目标姿态。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种液压支架的姿态控制方法，其特征在于，包括：
获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像；
获取所述液压支架对应的三维倾角数据；
根据所述点云图像和所述三维倾角数据，获得所述液压支架和所述刮板运输机对应的三维空间模型；
基于所述三维空间模型，对所述液压支架进行姿态调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述点云图像和所述三维倾角数据，获得所述液压支架和所述刮板运输机对应的三维空间模型，包括：
对所述点云图像进行类别识别，以获取所述液压支架的各部位对应的标记图像；
基于所述标记图像，生成初始三维空间模型；
基于所述三维倾角数据对所述初始三维空间模型进行坐标转换，以生成所述三维空间模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述标记图像，生成初始三维空间模型，包括：
基于所述液压支架的各部位对应的所述标记图像，生成所述液压支架的各部位对应的三维子模块；
基于所述三维子模块，生成所述初始三维空间模型。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像，包括：
控制激光雷达传感器向所述液压支架上方，沿垂直方向进行360°扫描，以获取所述点云图像。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述三维空间模型，对所述液压支架进行姿态调整，包括：
获取所述三维空间模型对应的参数值，其中，所述参数值包括所述液压支架各部位的倾角值，及所述液压支架与所述刮板运输机之间的距离值；
响应于所述参数值大于各自的预设参数阈值，则对所述液压支架进行姿态调整。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述响应于所述参数值大于各自的预设参数阈值，则对所述液压支架进行姿态调整，包括：
根据所述预设开采工艺，确定目标控制指令，其中，所述目标控制指令包括指示所述液压支架任一部位的目标倾角值，和/或所述液压支架与所述刮板运输机之间的目标距离值；
基于所述目标控制指令，确定所述液压支架的目标姿态，并驱动所述液压支架从当前姿态调整至所述目标姿态。
7.一种液压支架，其特征在于，包括：
激光雷达传感器、三轴倾角传感器及控制器组成；
激光雷达传感器，用于获取所述液压支架和所述刮板运输机对应的所述点云图像；
三轴倾角传感器，用于获取所述液压支架对应的所述三维倾角数据；
控制器，用于基于所述点云图像和所述三维倾角数据生成所述三维空间模型，基于所述三维空间模型，对所述液压支架进行姿态调整。
8.根据权利要求7所述的液压支架，其特征在于，还包括：
所述控制器采用刚性连接安装在所述液压支架的底座平面的两个前立柱之间。
9.根据权利要求7所述的液压支架，其特征在于，还包括：
所述激光雷达传感器的轴心与所述两个前立柱的轴心处于同一个平面上。
10.一种液压支架的姿态控制装置，其特征在于，包括：
点云图像获取模块，用于获取液压支架和刮板运输机对应的点云图像；
三维倾角数据获取模块，用于获取所述液压支架对应的三维倾角数据；
三维空间模型获取模块，用于根据所述点云图像和所述三维倾角数据，获得所述液压支架和所述刮板运输机对应的三维空间模型；
姿态调整模块，用于基于所述三维空间模型，对所述液压支架进行姿态调整。
CN202111561891.4A 2021-12-17 2021-12-17 液压支架、液压支架的姿态控制方法及其装置 Pending CN114427476A (zh)

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