CN115371560A - 一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压支架位姿检测领域，尤其是一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，其包括S1.以端部液压支架为总基准，后序液压支架相对前序相邻液压支架作为目标支架；S2.液压支架底座朝向前序相邻液压支架的摄像头的一侧设置3个监测点D1、D2及D3，D1、D2及D3不共线且不能形成等腰三角形，且D1D2连线平行于底座的边缘线；S3.摄像头拍摄后序相邻液压支架的监测点，并将拍摄图像传输至处理器；S4.处理器解析各监测点的坐标，进而得到目标液压支架底座空间状态。本发明通过解析相邻液压支架底座的监测点的坐标，依次得到各支架底座位置，并可直观观察各向整齐度，模型和机械结构简单，描述结果可靠性高，不受液压支架安装数量和空间限制。

Description

一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法

技术领域

本发明涉及液压支架位姿检测领域，尤其是一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法。

背景技术

煤矿综采自动化正在向着无人化、少人化的方向发展，为了实现安全开发，需要对于液压支架的姿态进行监测，防止液压支架动作失误对煤炭开采造成重大的安全问题和经济损失，轻则会影响工作进度，降低工作效率，严重就会造成液压支架损坏，造成人员伤亡。目前对于液压支架顶、底板的姿态检测已经有了大量的监测方法，多采用倾角传感器，捷联惯导等方式。但是都存在一定的问题，如采用倾角传感器检测顶、底板液压支架姿态角度检测其倾角误差会累积增大，且倾角传感器进行液压支架姿态检测对于角度的突变会失真，且精度普遍不高。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，其采用的技术方案如下：

一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，液压支架底座上设置拍摄装置，所述拍摄装置包括朝向相邻的液压支架的摄像头；

工作面液压支架底座群状态感知描述方法包括以下步骤：

S1.以端部液压支架为总基准，后序液压支架相对前序相邻液压支架作为目标支架，前序液压支架相对后序相邻液压支架作为基准支架；定义X方向为基准支架宽度方向，Y方向为基准支架长度方向，Z方向为基准支架工作高度方向；

S2.液压支架底座朝向前序相邻液压支架的摄像头的一侧设置3个监测点D1、D2及D3，所述D1、D2及D3不共线且不能形成等腰三角形，且D1D2连线平行于底座的边缘线；

S3.摄像头拍摄后序相邻液压支架的监测点，并将拍摄图像传输至处理器；

S4.处理器解析各监测点的坐标，进而得到目标液压支架底座空间状态。

在上述方案的基础上，所述步骤S4中解析各监测点的过程包括：

S4-1.假定D₀₁(D_01x,D_01y,D_01z)，D₀₂(D_02x,D_02y,D_02z)，D₀₃(D_03x,D_03y,D_03z)为基准支架D1,D2,D3三点在基准支架坐标系X₀的坐标，D₁₁(D_11x,D_11y,D_11z)，D₁₂(D_12x,D_12y,D_12z)，D₁₃(D_13x,D_13y,D_13z)为目标支架上D1,D2,D3三点在X₀下的坐标，构建向量D₀₁D₀₂，D₀₂D₀₃在基准支架坐标系X₀下的法向量n₀,则n_0＝D₀₁D₀₂×D₀₂D₀₃，构建向量D₁₁D₁₂，D₁₂D₁₃在基准支架坐标系X₀下的法向量n₁,则n_1＝D₁₁D₁₂×D₁₂D₁₃；

S4-2.过D₀₁以n₀为向量方向构建D4点，则在基准支架坐标系X₀下向量D₀₄＝n₀+D₀₁，过D₁₁以n₁为向量方向构建D4’点，则在基准支架坐标系X₀下向量D₁₄＝n₁+D₁₁；

S4-3.定义基准支架D1,D2,D3,D4点可先旋转(旋转矩阵R₁，旋转轴依据用户选择自定义，则R₁为3×3矩阵，包涵9个未知量)后平移(平移矩阵S₁，则S₁为3×1矩阵，包涵3个未知量)变换至目标支架对应点，依据基准支架D1,D2,D3,D4点和目标支架D1,D2,D3,D4’点坐标建立矩阵P₀和P₁：

S4-4.令

P₁＝T P₀ (2)

其中T为四阶矩阵，如式(3)所示：

则目标支架上任一点坐标D_0m可通过转换矩阵T得到其在基准支架下的坐标D_1m，

[D_1m 1]^T＝T[D_0m 1]^T (4)

S4-5.依次对后序各目标支架的底座状态进行感知，设第n台支架上D_0p点，其在第一台支架的映射坐标D_(n-1)p为：

[D_(n-1)p 1]^T＝T₁T₂T₃…T_n-1[D_0p 1]^T (5)

在上述方案的基础上，还包括

S5.以端部液压支架作为描述基准，以端部液压支架底座重心D_g1为中心、以工作面需求Ly和Lz为边长，在YOZ平面内绘制描述平面，将后序各目标支架的坐标根据式(5)向描述平面映射，形成液压支架底座空间描述空间，观察各液压支架Y向、Z向整齐度。

优选地，摄像头在Y方向的拍摄范围涵盖目标支架推移步距Lp，并包括Y方向活动阈值±Δy；摄像头在X方向的拍摄范围涵盖X方向活动阈值-Δx1和+Δx2；摄像头在Z方向的拍摄范围涵盖Z方向活动阈值±Δz。

优选地，摄像头背面设置标记点，基准支架的摄像头拍摄目标支架的标记点后，分析标记点坐标，再分析监测点坐标。

优选地，底座上设置激光发射装置及激光接收装置，所述激光发射装置包括朝向目标支架设置的激光发射器，所述激光发射器圆心位置设置中心强光源，中心强光源外侧沿周向均布环形弱光源，所述中心强光源的半径为r1，环形弱光源外缘包络线的包络半径为r2；激光接收装置包括朝向基准支架设置的第一激光接收器，所述第一激光接收器圆心位置设置中心接收区，第一激光接收器其余区域由激光接收模块填充，所述中心接收区的半径为r3，第一激光接收器半径为r4；接收中心强光源的激光时，被照射的中心接收区和/或激光接收模块发出高水平电平信号，接收环形弱光源的激光时，被照射的中心接收区和/或激光接收模块发出低水平电平信号，无激光照射时，中心接收区和激光接收模块无电平信号。

在上述方案的基础上，得到目标支架空间状态后，对目标支架姿态检测精度进行误差水平分类，包括以下步骤：

S6-1.定义对目标支架的位置检测误差Δ，L1水平阈值δ1(δ1＝r1+r3)，L2水平阈值δ2(δ2＝r1+r4)，L3水平阈值δ3(δ3＝r2+r4)；

S6-2.(1)连续多台目标支架间Δ≤δ1，认定检测结果为L1水平；

(2)目标支架δ1<Δ≤δ2，认定检测结果为L2水平；

(3)目标支架δ2<Δ≤δ3，认定检测结果为L3水平；

(4)目标支架Δ>δ3，认定检测结果为L4水平。

在上述方案的基础上，所述激光发射装置还包括支撑座、第一电机、支撑台、激光发射器及第二电机，所述支撑座固定连接在底座上，第一电机沿竖直方向设置在支撑座上，支撑台连接在第一电机上方，且能够在第一电机的驱动下在水平方向内转动，激光发射器可转动地设置在支撑台上，第二电机沿水平方向安装在支撑台上，且第二电机驱动激光发射器转动；还包括累积误差校验装置，其包括第三电机、伸出轴及第二激光接收器，所述第三电机沿水平方向设置在底座上并驱动伸出轴转动，第二激光接收器固定连接在伸出轴上，所述第二激光接收器与第一激光接收器结构相同。

在上述方案的基础上，对误差水平分类后，进行累积误差校验，其步骤为：

S7.定义第二激光接收器中心坐标为D_1j(D_1jx,D_1jy,D_1jz)，则

式(6)解得的2个结果中，排除一个明显脱离目标支架底座的坐标，即得到第二激光接收器中心坐标为D_1j(D_1jx,D_1jy,D_1jz)；定义激光发射器在基准支架坐标系中的坐标D_0c(D_0cx,D_0cy,D_0cz)，中心强光源对准第二激光接收器的中心接收区时需要第一电机和第二电机旋转的角度分别为A₁和A₂，则

在上述方案的基础上，定义最大允许误差Δ1，Δ1值预先设定，

(1)针对L1水平误差结果，认定检测结果足够精确，无需进行误差校验；

(2)针对L2水平误差结果，认定检测结果相对精确，每间隔X1台液压支架进行累计误差校验，X1＝[Δ1/δ2]；

(3)针对L3水平误差结果，认定检测结果比较粗糙，每间隔X2台液压支架进行累计误差校验，X2＝[Δ1/δ3]；

(4)针对L4水平误差结果，认定检测故障，处理器发出故障信号引导操作人员人工修复。

本发明的有益效果为：通过解析相邻液压支架底座的监测点的坐标，依次得到各支架底座位置，并可直观观察各向整齐度，模型和机械结构简单，描述结果可靠性高，不受液压支架安装数量和空间限制；通过激光发射装置、激光接收装置和累积误差校验装置对状态描述结果进行两次精确度校验，提高对液压支架位置描述的准确性，保证工作面液压支架群位置的直线度。

附图说明

图1：本发明涉及的液压支架侧视图；

图2：本发明拍摄装置结构示意图；

图3：本发明拍摄装置标记点示意图；

图4：本发明拍摄装置拍摄范围侧视图；

图5：本发明拍摄装置拍摄范围俯视图；

图6：本发明液压支架底座群状态描述平面图；

图7：本发明液压支架底座群状态描述立体图；

图8：本发明液压支架底座群状态描述映射图；

图9：本发明涉及的液压支架底座俯视图；

图10：本发明激光发射装置结构示意图；

图11：本发明激光发射器光源分布示意图；

图12：本发明激光接收装置结构示意图；

图13：本发明激光接收装置不同安装状态图；

图14：本发明第一激光接收器结构示意图；

图15：本发明激光发射装置电机旋转角度示意图；

图16：本发明激光校核阈值δ1结果示意图；

图17：本发明激光校核阈值δ2结果示意图；

图18：本发明激光校核阈值δ3结果示意图；

图19：本发明状态描述流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1至图3及图9所示，一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，液压支架底座11上设置拍摄装置，所述拍摄装置包括朝向相邻的液压支架的摄像头24，拍摄装置的安装位置应避免被立柱12遮挡，且不应影响液压支架的升降动作。拍摄装置还包括依次连接的定位座21、定位杆22及安装座23，定位座21安装在底座11上的两侧，根据拍摄方向选择在相应侧安装(向右拍摄即安装在底座11右侧，向左拍摄即安装在底座11左侧)，摄像头24安装在安装座23上，摄像头24可以采用多组单目相机联立，也可采用双目相机或三目相机。摄像头24背面设置标记点25，具体的说，标记点25设置在安装座23远离摄像头24的一侧。如图4及图5所示，摄像头24在Y方向的拍摄范围涵盖目标支架推移步距Lp，并包括Y方向活动阈值±Δy；摄像头24在X方向的拍摄范围涵盖X方向活动阈值-Δx1和+Δx2；摄像头24在Z方向的拍摄范围涵盖Z方向活动阈值±Δz，确保目标支架移架前后或底座发生相对偏转时仍能被摄像头24拍摄到。

工作面液压支架底座群状态感知描述方法包括以下步骤，如图19所示：

S1.以端部液压支架为总基准，后序液压支架相对前序相邻液压支架作为目标支架，前序液压支架相对后序相邻液压支架作为基准支架；定义X方向为基准支架宽度方向，Y方向为基准支架长度方向，Z方向为基准支架工作高度方向；

S2.液压支架底座11朝向前序相邻液压支架的摄像头24的一侧设置3个监测点D1、D2及D3，所述D1、D2及D3不共线且不能形成等腰三角形，且D1D2连线平行于底座11的边缘线；

S3.基准支架的摄像头24拍摄目标支架的标记点25后，分析标记点25坐标，防止目标支架底座11由于滑动等因素造成与基准支架底座11距离过近(距离小于-Δx1)时，摄像头24无法拍摄到目标支架底座11的监测点，造成标记点丢失。通过处理机分析目标支架的标记点25相对基准支架的坐标，可获得目标支架与基准支架底座的实时距离，通过对比该距离与支架之间额定中心距的差异，判断目标支架底座11位置是否需要进行自调整或通知作业人员人工调整。摄像头24拍摄后序相邻液压支架的监测点，并将拍摄图像传输至处理器；

S4.处理器解析各监测点的坐标，进而得到目标液压支架底座空间状态，解析过程包括：

S4-1.假定D₀₁(D_01x,D_01y,D_01z)，D₀₂(D_02x,D_02y,D_02z)，D₀₃(D_03x,D_03y,D_03z)为基准支架D1,D2,D3三点在基准支架坐标系X₀的坐标，D₁₁(D_11x,D_11y,D_11z)，D₁₂(D_12x,D_12y,D_12z)，D₁₃(D_13x,D_13y,D_13z)为目标支架上D1,D2,D3三点在X₀下的坐标，构建向量D₀₁D₀₂，D₀₂D₀₃在基准支架坐标系X₀下的法向量n₀,则n_0＝D₀₁D₀₂×D₀₂D₀₃，构建向量D₁₁D₁₂，D₁₂D₁₃在基准支架坐标系X₀下的法向量n₁,则n₁＝D₁₁D₁₂×D₁₂D₁₃；

S4-2.过D₀₁以n₀为向量方向构建D4点，则在基准支架坐标系X₀下向量D₀₄＝n₀+D₀₁，过D₁₁以n₁为向量方向构建D4’点，则在基准支架坐标系X₀下向量D₁₄＝n₁+D₁₁；

S4-3.定义基准支架D1,D2,D3,D4点可先旋转(旋转矩阵R₁，旋转轴依据用户选择自定义，则R₁为3×3矩阵，包涵9个未知量)后平移(平移矩阵S₁，则S₁为3×1矩阵，包涵3个未知量)变换至目标支架对应点，依据基准支架D1,D2,D3,D4点和目标支架D1,D2,D3,D4’点坐标建立矩阵P₀和P₁：

S4-4.令

P₁＝T P₀ (2)

其中T为四阶矩阵，如式(3)所示：

式(2)中P₀为已知的基准支架预设标记点坐标，P₁为相机获取的目标支架标记点坐标，则式(2)构建12个方程含12个未知量，则T可利用插值算法求解得出。则目标支架上任一点坐标D_0m可通过转换矩阵T得到其在基准支架下的坐标D_1m，

[D_1m 1]^T＝T[D_0m 1]^T (4)

S4-5.依次对后序各目标支架的底座状态进行感知，设第n台支架上D_0p点，其在第一台支架的映射坐标D_(n-1)p为：

[D_(n-1)p 1]^T＝T₁T₂T₃…T_n-1[D_0p 1]^T (5)

S5.如图6-8所示，以端部液压支架作为描述基准，以端部液压支架底座11重心D_g1为中心、以工作面需求Ly和Lz为边长(Ly和Lz具体数值根据操作需要和测量精度要求由用户确定)，在YOZ平面内绘制描述平面，将后序各目标支架的坐标根据式(5)向描述平面映射，形成液压支架底座空间描述空间，此时可对所有支架群重心位置的理想位置(虚线圆心)和实际位置(实线圆心)直观进行观察，并评估各液压支架Y向、Z向整齐度。

在获取了基准支架与目标支架的相对空间关系后，为确保拍摄结果及处理结果所获取标记点坐标的准确度，采用环阵型激光位移校核系统对目标支架姿态检测精确度进行校验，如图19所示。在激光位移校核系统与拍摄装置进行布置时，要确保两者在工作过程中不能相互干涉。

如图9至图12所示，激光位移校核系统包括设置在底座11上的激光发射装置及激光接收装置，所述激光发射装置包括朝向目标支架设置的激光发射器34，所述激光发射器34圆心位置设置中心强光源341，中心强光源341外侧沿周向均布环形弱光源342，所述中心强光源341的半径为r1，环形弱光源342外缘包络线的包络半径为r2；激光接收装置包括朝向基准支架设置的第一激光接收器51，所述第一激光接收器51圆心位置设置中心接收区511，第一激光接收器51其余区域由激光接收模块512填充，所述中心接收区511的半径为r3，第一激光接收器51半径为r4，激光接收模块512面积越小、分布越密集，检测结果越精确。接收中心强光源341的激光时，被照射的中心接收区511和/或激光接收模块512发出高水平电平信号，接收环形弱光源342的激光时，被照射的中心接收区511和/或激光接收模块512发出低水平电平信号，无激光照射时，中心接收区511和激光接收模块512无电平信号。具体地，所述激光发射装置还包括支撑座31、第一电机32、支撑台33、激光发射器34及第二电机35，所述支撑座31固定连接在底座11上，第一电机32沿竖直方向设置在支撑座31上，支撑台33连接在第一电机32上方，且能够在第一电机32的驱动下在水平方向内转动，激光发射器34可转动地设置在支撑台33上，第二电机35沿水平方向安装在支撑台33上，且第二电机35驱动激光发射器34转动。激光发射装置与拍摄装置设置在底座11的同侧，激光接收装置与拍摄装置设置在底座11的相对侧。

得到目标支架空间状态后，对目标支架姿态检测精度进行误差水平分类，包括以下步骤：

S6-1.定义对目标支架的位置检测误差Δ，L1水平阈值δ1(δ1＝r1+r3)，如图14所示，L2水平阈值δ2(δ2＝r1+r4)，如图15所示，L3水平阈值δ3(δ3＝r2+r4)，如图16所示；

S6-2.(1)连续多台目标支架间Δ≤δ1，此时激光接收装置中心接收区511接收到激光发射装置中心强光源341发出的激光，并向处理器发出高水平电信号，认定检测结果为L1水平；

(2)目标支架δ1<Δ≤δ2，此时激光接收装置非中心接收区511的环形接收模块512接收到中心强光源341发出的激光，并向处理器发出高水平电信号，认定检测结果为L2水平；若后续结果中不存在下述L3及L4水平结果，则将后续结果同一按照L2水平处理；

(3)目标支架δ2<Δ≤δ3，此时激光接收装置的环形接收模块512接收到环形弱光源342发出的激光，并向处理器发出低水平电信号，认定检测结果为L3水平；

(4)目标支架Δ>δ3，此时第一激光接收器51没有接收到来自激光发射器34的激光信号，认定检测结果为L4水平。

由于上述校核针对相邻的液压支架进行，为保证整体工作面液压支架的直线度，对误差水平分类后，进一步进行累积误差校验。如图17所示，底座11上设置累积误差校验装置，其包括第三电机41、伸出轴42及第二激光接收器43，所述第三电机41沿水平方向设置在底座11上并驱动伸出轴42转动，第二激光接收器43固定连接在伸出轴42上，所述第二激光接收器43与第一激光接收器51结构相同。如图18所示，为防止第二激光接收器43产生干涉，默认状态下伸出轴位于水平状态，进行累积误差校验时，第三电机41驱动伸出轴42转动至竖直(或类竖直)状态，便于激光发射器34与第二激光接收器43配合使用。

累积误差校验步骤为：

S7.定义第二激光接收器51中心坐标为D_1j(D_1jx,D_1jy,D_1jz)，则

式(6)解得的2个结果中，排除一个明显脱离目标支架底座11的坐标，即得到第二激光接收器43中心坐标为D_1j(D_1jx,D_1jy,D_1jz)；定义激光发射器34在基准支架坐标系中的坐标D_0c(D_0cx,D_0cy,D_0cz)，中心强光源341对准第二激光接收器43的中心接收区时需要第一电机32和第二电机35旋转的角度分别为A₁和A₂，如图13所示，则

定义最大允许误差Δ1，Δ1值根据工作面液压支架直线度预先设定，

(1)针对L1水平误差结果，认定检测结果足够精确，无需进行误差校验；

(2)针对L2水平误差结果，认定检测结果相对精确，每间隔X1台液压支架进行累计误差校验，若校验结果达到累计误差阈值，表明直线度不合格，需通过人为调直以进行误差清零，X1＝[Δ1/δ2]；

(3)针对L3水平误差结果，认定检测结果比较粗糙，每间隔X2台液压支架进行累计误差校验，若校验结果达到累计误差阈值，表明直线度不合格，需通过人为调直以进行误差清零，X2＝[Δ1/δ3]；若前序支架中已经存在L2水平结果，则前序L2水平结果统一划归至L3水平进行处理；

(4)针对L4水平误差结果，认定检测故障，处理器发出故障信号引导操作人员人工修复。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，其特征在于，液压支架底座(11)上设置拍摄装置，所述拍摄装置包括朝向相邻的液压支架的摄像头(24)；

工作面液压支架底座群状态感知描述方法包括以下步骤：

S1.以端部液压支架为总基准，后序液压支架相对前序相邻液压支架作为目标支架，前序液压支架相对后序相邻液压支架作为基准支架；定义X方向为基准支架宽度方向，Y方向为基准支架长度方向，Z方向为基准支架工作高度方向；

S2.液压支架底座(11)朝向前序相邻液压支架的摄像头(24)的一侧设置3个监测点D1、D2及D3，所述D1、D2及D3不共线且不能形成等腰三角形，且D1D2连线平行于底座(11)的边缘线；

S3.摄像头(24)拍摄后序相邻液压支架的监测点，并将拍摄图像传输至处理器；

S4.处理器解析各监测点的坐标，进而得到目标液压支架底座空间状态。

2.根据权利要求1所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，其特征在于，所述步骤S4中解析各监测点的过程包括：

S4-1.假定D₀₁(D_01x,D_01y,D_01z)，D₀₂(D_02x,D_02y,D_02z)，D₀₃(D_03x,D_03y,D_03z)为基准支架D1,D2,D3三点在基准支架坐标系X₀的坐标，D₁₁(D_11x,D_11y,D_11z)，D₁₂(D_12x,D_12y,D_12z)，D₁₃(D_13x,D_13y,D_13z)为目标支架上D1,D2,D3三点在X₀下的坐标，构建向量D₀₁D₀₂，D₀₂D₀₃在基准支架坐标系X₀下的法向量n₀,则n_0＝D₀₁D₀₂×D₀₂D₀₃，构建向量D₁₁D₁₂，D₁₂D₁₃在基准支架坐标系X₀下的法向量n₁,则n₁＝D₁₁D₁₂×D₁₂D₁₃；

S4-2.过D₀₁以n₀为向量方向构建D4点，则在基准支架坐标系X₀下向量D₀₄＝n₀+D₀₁，过D₁₁以n₁为向量方向构建D4’点，则在基准支架坐标系X₀下向量D₁₄＝n₁+D₁₁；

S4-3.定义基准支架D1,D2,D3,D4点可先旋转(旋转矩阵R₁，旋转轴依据用户选择自定义，则R₁为3×3矩阵，包涵9个未知量)后平移(平移矩阵S₁，则S₁为3×1矩阵，包涵3个未知量)变换至目标支架对应点，依据基准支架D1,D2,D3,D4点和目标支架D1,D2,D3,D4’点坐标建立矩阵P₀和P₁：

S4-4.令

P₁＝TP₀ (2)

其中T为四阶矩阵，如式(3)所示：

则目标支架上任一点坐标D_0m可通过转换矩阵T得到其在基准支架下的坐标D_1m，

[D_1m 1]^T＝T[D_0m 1]^T (4)

S4-5.依次对后序各目标支架的底座状态进行感知，设第n台支架上D_0p点，其在第一台支架的映射坐标D_(n-1)p为：

[D_(n-1)p 1]^T＝T₁T₂T₃…T_n-1[D_0p 1]^T (5)

3.根据权利要求2所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，其特征在于，还包括

S5.以端部液压支架作为描述基准，以端部液压支架底座(11)重心D_g1为中心、以工作面需求Ly和Lz为边长，在YOZ平面内绘制描述平面，将后序各目标支架的坐标根据式(5)向描述平面映射，形成液压支架底座空间描述空间，观察各液压支架Y向、Z向整齐度。

4.根据权利要求1所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，其特征在于，摄像头(24)在Y方向的拍摄范围涵盖目标支架推移步距Lp，并包括Y方向活动阈值±Δy；摄像头(24)在X方向的拍摄范围涵盖X方向活动阈值-Δx1和+Δx2；摄像头(24)在Z方向的拍摄范围涵盖Z方向活动阈值±Δz。

5.根据权利要求1所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，其特征在于，摄像头(24)背面设置标记点(25)，基准支架的摄像头(24)拍摄目标支架的标记点(25)后，分析标记点(25)坐标，再分析监测点坐标。

6.根据权利要求1所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，其特征在于，底座(11)上设置激光发射装置及激光接收装置，所述激光发射装置包括朝向目标支架设置的激光发射器(34)，所述激光发射器(34)圆心位置设置中心强光源(341)，中心强光源(341)外侧沿周向均布环形弱光源(342)，所述中心强光源(341)的半径为r1，环形弱光源(342)外缘包络线的包络半径为r2；激光接收装置包括朝向基准支架设置的第一激光接收器(51)，所述第一激光接收器(51)圆心位置设置中心接收区(511)，第一激光接收器(51)其余区域由激光接收模块(512)填充，所述中心接收区(511)的半径为r3，第一激光接收器(51)半径为r4；接收中心强光源(341)的激光时，被照射的中心接收区(511)和/或激光接收模块(512)发出高水平电平信号，接收环形弱光源(342)的激光时，被照射的中心接收区(511)和/或激光接收模块(512)发出低水平电平信号，无激光照射时，中心接收区(511)和激光接收模块(512)无电平信号。

7.根据权利要求6所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，其特征在于，得到目标支架空间状态后，对目标支架姿态检测精度进行误差水平分类，包括以下步骤：

S6-1.定义对目标支架的位置检测误差Δ，L1水平阈值δ1(δ1＝r1+r3)，L2水平阈值δ2(δ2＝r1+r4)，L3水平阈值δ3(δ3＝r2+r4)；

S6-2.(1)连续多台目标支架间Δ≤δ1，认定检测结果为L1水平；

(2)目标支架δ1<Δ≤δ2，认定检测结果为L2水平；

(3)目标支架δ2<Δ≤δ3，认定检测结果为L3水平；

(4)目标支架Δ>δ3，认定检测结果为L4水平。

8.根据权利要求7所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，其特征在于，所述激光发射装置还包括支撑座(31)、第一电机(32)、支撑台(33)、激光发射器(34)及第二电机(35)，所述支撑座(31)固定连接在底座(11)上，第一电机(32)沿竖直方向设置在支撑座(31)上，支撑台(33)连接在第一电机(32)上方，且能够在第一电机(32)的驱动下在水平方向内转动，激光发射器(34)可转动地设置在支撑台(33)上，第二电机(35)沿水平方向安装在支撑台(33)上，且第二电机(35)驱动激光发射器(34)转动；还包括累积误差校验装置，其包括第三电机(41)、伸出轴(42)及第二激光接收器(43)，所述第三电机(41)沿水平方向设置在底座(11)上并驱动伸出轴(42)转动，第二激光接收器(43)固定连接在伸出轴(42)上，所述第二激光接收器(43)与第一激光接收器(51)结构相同。

9.根据权利要求8所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，其特征在于，对误差水平分类后，进行累积误差校验，其步骤为：

S7.定义第二激光接收器(43)中心坐标为D_1j(D_1jx,D_1jy,D_1jz)，则

式(6)解得的2个结果中，排除一个明显脱离目标支架底座(11)的坐标，即得到第二激光接收器(43)中心坐标为D_1j(D_1jx,D_1jy,D_1jz)；定义激光发射器(34)在基准支架坐标系中的坐标D_0c(D_0cx,D_0cy,D_0cz)，第二激光接收器(43)的中心强光源对准中心接收区(511)时需要第一电机(32)和第二电机(35)旋转的角度分别为A₁和A₂，则

10.根据权利要求9所述的一种工作面液压支架底座群状态感知描述方法，其特征在于，定义最大允许误差Δ1，Δ1值预先设定，

(1)针对L1水平误差结果，认定检测结果足够精确，无需进行误差校验；

(2)针对L2水平误差结果，认定检测结果相对精确，每间隔X1台液压支架进行累计误差校验，X1＝[Δ1/δ2]；

(3)针对L3水平误差结果，认定检测结果比较粗糙，每间隔X2台液压支架进行累计误差校验，X2＝[Δ1/δ3]；

(4)针对L4水平误差结果，认定检测故障，处理器发出故障信号引导操作人员人工修复。

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