基于航位推测的刮板输送机形态检测研究

发布时间：2019-11-17 10:11

【摘要】：针对煤矿综采工作面自动化中刮板输送机直线度检测困难及测量精度不高的问题,利用捷联惯导提出了一种基于中部槽结构尺寸航位推测的刮板输送机形态检测新方法。首先,选择Rodrigues参数法进行惯导姿态解算,其次采用加速度传感器测量采煤机经过刮板输送机连接间隙时产生的振动信号,建立了Butterworth滤波下的刮板输送机节数检测模型,最后在考虑刮板输送机连接间隙的情况下构建刮板输送机形态检测模型。利用采煤机和轨道模型在水平、竖直面分别搭建实验平台,实验结果表明,刮板输送机形态的跟踪误差小于14mm。该形态检测方法为刮板输送机形态的检测提供了一种新思路,并为综采工作面自动校直的实现提供了一定的理论支持。
【图文】：

传感器安装,采煤机,刮板输送机

连接逡逑间隙时产生的振动信号，以此振动信号为依据对刮板逡逑输送机进行分节，进而获取各节中部槽的姿态。依据逡逑ＤＲ原理建立考虑中部槽间隙的刮板输送机形态解逡逑算数学模型，并搭建模拟实验平台进行实验以期验证逡逑该模型对刮板输送机形态检测的适用性，从而实现刮逡逑板输送机的形态检测，为实现综采工作面智能化开采逡逑提供技术和理论支持。逡逑１刮板输送机形态检测原理逡逑捷联惯导安装于采煤机机身上方的防爆箱内，加逡逑速度传感器安装于采煤机的机身内侧，安装位置处于逡逑采煤机前部滑靴的上方，如图１所示。逡逑图１传感器安装示意逡逑Ｆｉｇ．邋１邋Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｅｎｓｏｒｓ逡逑由于采煤机在行进时存在由电机振动引起的振逡逑动噪声［１７＿｜８］，为降低该振动噪声对刮板输送机中部逡逑槽姿态解算及分节检测的影响，首先对捷联惯导采集逡逑到的惯性信息进行傅里叶变换获取电机的振动频率，逡逑结合Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ滤波的方法来降低电机振动噪声对逡逑采煤机姿态检测的影响［１９＿２°］。采煤机骑在刮板输送逡逑机上，并沿着刮板输送机行走，采煤机的姿态跟随刮逡逑板输送机的形态变化而变化，采用经典Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ参逡逑数法［２１＾］解算采煤机姿态，考虑到刮板输送机各节逡逑中部槽由哑铃销依次连接且在哑铃销的约束下的相逡逑对偏转角度不超过２°，所以解算出的采煤机姿态可逡逑看作是刮板输送机多节中部槽的实际布置姿态，在进逡逑行分节处理后，可得到各节中部槽的姿态。ＤＲ原理逡逑是依据运动载体检测的固定特征长度“步长”以及运逡逑载体的方位角，利用航位推测模型来解算运动载体的逡逑位置。刮板输送机机身是由若干节中部槽通过哑铃逡逑

姿态解算,坐标系

计初始值，静止逡逑采集１邋ｍｉｎ后取均值４。＝邋９．邋９５２邋ｍ／ｓ２邋；ｇ为重力加速逡逑度值９．８７邋ｍ／ｓ２，为无量纲判别值。逡逑在静止采集初值时，加速度计输出值偏离ｇ的程逡逑度均低于0．５ｇ，故当Ｆ＞０．５时则认为采煤机前部滑逡逑靴经过一次中部槽间隙即采煤机通过一节中部槽；反逡逑之，则认为采煤机前部滑靴未通过中部槽。逡逑２．２刮板输送机姿态角检测逡逑检测刮板输送机姿态角时，选取地理坐标系作逡逑为解算使用的导航坐标系其中，夂指逡逑向东；Ｉ指向北；Ｚ，，指向天。坐标系建立如图２所逡逑示。逡逑0？逡逑Ｆｉｇ．邋２逡逑图２姿态解算坐标系逡逑Ａｔｔｉｔｕｄｅ邋ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ邋ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ逡逑载体坐标系ｈ邋ｚｈ为原点建立在捷联惯导逡逑的位置，满足右手坐标系法则的坐标系，其中，Ｆ，，指逡逑向采煤机沿刮板输送机前进的方向；七垂直于采煤逡逑机的前进方向；八指向上，与；，满足右手坐标系逡逑法则。逡逑经典Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ参数法是为计算空间矢量等效旋逡逑转问题而引人的方法，式（２）中《为空间单位旋转轴逡逑矢量，ａ为绕旋转轴Ｈ旋转的角度，空间矢量０即为逡逑经典Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ参数：逡逑（ｐ邋＝邋ｗｔａｎ逡逑２逡逑（２）逡逑其中，中在三坐标轴有３个分量，ＢＰ邋０邋＝邋［ａ，％，逡逑Ａ］Ｔ，设刮板输送机第／ｃ时刻的姿态角分别为航向角逡逑％、俯仰角久、横滚角％，则姿态角与经典Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ逡逑参数之间存在如下关系：逡逑０逡逑１逡逑１逦，逦ｈ逡逑Ｉ邋－邋ｔａｎ邋—ｔａｎ邋——ｔａｎ邋——逡逑２邋２邋２逡逑屮２逡逑＿屮３．逡逑，ｙ＊－逦，逡逑ｔａｎ邋一邋—邋ｔａｎ邋——ｔａｎ邋——逡逑

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