一种液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法
专利汇可以提供一种液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种液压 支架 与刮板 输送机 浮动连接机构 姿态 描述方法，通过将液压支架与刮板输送机的浮动连接机构简化为机械手模型，基于工业 机器人 逆向运动学的解析方法确定浮动连接机构的各运动参数关系式；根据逐级渐进筛选法，选择最优解，确定浮动连接机构各结构的运动规律；将运动规律编入仿真系统底层，可得到虚拟液压支架在虚拟 底板 上推移虚拟刮板输送机时，虚拟浮动连接机构精确的运动。通过本发明，能够实现液压支架对刮板输送机较精准推移，减小累积误差。，下面是一种液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法专利的具体信息内容。
1.一种液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，其特征在于，包括：
将液压支架与刮板输送机的浮动连接机构简化为机械手模型，在已知刮板输送机中部槽姿态的前提下，以液压支架推移油缸前端面中心为初始坐标系，在刮板输送机推移耳处标记关键点作为最终坐标系；
基于工业机器人逆向运动学的解析方法确定浮动连接机构的各运动参数关系式；其中，所述运动参数是指关节角 、关节距离 、连杆长度 、连杆扭转角 ；
基于逆向运动学的多解性，根据得到运动规律对机械手模型运动的实现度，根据逐级渐进筛选法，选择最优解，确定浮动连接机构各结构的运动规律；
在虚拟环境下，将获得的运动规律编入Unity3D仿真系统底层，可得到虚拟液压支架在虚拟底板上推移虚拟刮板输送机时，虚拟浮动连接机构精确的运动。
2.根据权利要求1所述的液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，其特征在于，所述液压支架与刮板输送机浮动连接机构为由液压油缸、活塞杆、推移杆、连接头组成，具有四个自由度；其中，活塞杆在推移过程中沿轴线方向发生伸缩运动，推杆绕连接销轴的轴线方向发生俯仰运动，同时与连接销轴产生偏航角，连接头绕销轴轴线方向产生偏航角，用于连接液压支架与刮板输送机。
3.根据权利要求2所述的液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，其特征在于，液压支架与刮板输送机浮动连接机构简化得到的机械手模型为具有四自由度的串联机械手模型，其中连接头简化为末端执行器、连接头与推移杆连接的销轴简化为具有偏航运动的旋转关节、活塞杆与推移杆之间的连接销轴简化为机器人的具有偏航运动与俯仰运动的旋转关节，液压油缸与活塞杆简化为机器人的棱柱关节。
4.根据权利要求1所述的液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，其特征在于，基于工业机器人逆向运动学的解析方法包括步骤：
根据建立的机械手模型在各关节分别建立D-H矩阵坐标系，确定D-H矩阵坐标系统；其中，确定机械手模型的连杆是P||R( )，R⊥R( )，R⊥R( )，R||R( )，R⊥P( )，根据建立的D-H矩阵坐标系确定D-H参数表，根据相邻两坐标系的变换矩阵：
，
确定此机械手模型的所有变换矩阵：
，
,
, ，
根据 ，建立机械手模型的正向运动矩阵为：
对于未知的关节变量 、 、 、 ，通过下列方程求解：
由于采用逆向运动学方法，存在多解的问题，需要根据逐级渐进筛选法选择最优解；
其中，所述D-H矩阵坐标系是指给每个关节指定的本地参考系，其必须指定一个z轴和x轴；所述z轴指的是：如果关节是旋转的，z轴位于按右手旋转的方向；如果关节是滑动的，z轴为沿直线运动方向；所述x轴指的是：当关节不平行或相交时，z轴通常是斜线，总有一条距离最短的公垂线正交于任意两斜线，在此公垂线任意两方向上定义本地坐标系的x轴。
5.根据权利要求1所述的液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，其特征在于，运动参数关节角 指的是旋转关节按照右手旋转的方向绕所在轴线转动的角度；运动参数关节距离 指的是在沿着z轴方向两条相邻公垂线之间的距离；运动参数连杆长度指的是每条公垂线的长度；运动参数连杆扭转角 指的是两个相邻z轴之间的角度；机械手模型运动的实现度是指机械手模型在此运动规律下的运动符合其规定运动所到达的范围的程度。
6.根据权利要求1所述的液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，其特征在于，所述逐级渐进筛选法的步骤包括：
在获得末端执行器相对于基座的相对位置坐标（ ）、推移杆长度 、连接头长度 的基础上，得到的运动规律为 、 、 的函数且包含三角函数及反三角函数；
由于（ ）会随着液压支架推移刮板输送机的运动而发生变化，将所得的运动规律分别通过C#语言编入虚拟仿真软件Unity3D底层，虚拟系统运行时，若出现NAN即非数值情况时，此时程序无法运行，将此类运动规律排除，得到使浮动连接机构跟随刮板输送机运动的解；
改变刮板输送机推移耳中关键点的位置，根据连接头是否捕捉关键点，从得到的解中筛选可以很好捕捉关键位置的解，
根据在推移过程中推移杆不得与底座发生干涉、连接头不得与推移耳发生干涉的原则，从得到的可以很好捕捉关键位置的解中，选择最优解。
7.根据权利要求1所述的液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法，其特征在于，所述虚拟液压支架是指与实际液压支架相等价的虚拟模型，能够通过识别采煤机与刮板输送机的运行信息进行推溜、收互帮、降柱、移架、升柱等动作；
所述虚拟底板是指在Unity3D虚拟环境下生成的高低不平的与真实底板相等价的虚拟底板；
所述虚拟刮板输送机是指与实际刮板输送机相等价的虚拟模型，自适应铺设在虚拟底板上；
所述虚拟浮动连接机构是指与实际液压支架与刮板输送机浮动连接机构相等价的虚拟浮动连接机构。
一种液压支架与刮板输送机浮动连接机构姿态描述方法
技术领域
背景技术
发明内容
基于工业机器人逆向运动学的解析方法确定浮动连接机构的各运动参数关系式；其中，所述运动参数是指关节角 、关节距离 、连杆长度 、连杆扭转角 ；
基于逆向运动学的多解性，根据得到运动规律对机械手模型运动的实现度，根据逐级渐进筛选法，选择最优解，确定浮动连接机构各结构的运动规律；
在虚拟环境下，将获得的运动规律编入Unity3D仿真系统底层，可得到虚拟液压支架在虚拟底板上推移虚拟刮板输送机时，虚拟浮动连接机构精确的运动。
，
确定此机械手模型的所有变换矩阵：
，
,
, ，
根据 ，建立机械手模型的正向运动矩阵为：
对于未知的关节变量 、 、 、 ，通过下列方程求解：
由于采用逆向运动学方法，存在多解的问题，需要根据逐级渐进筛选法选择最优解；
其中，所述D-H矩阵坐标系是指给每个关节指定的本地参考系，其必须指定一个z轴和x轴；所述z轴指的是：如果关节是旋转的，z轴位于按右手旋转的方向；如果关节是滑动的，z轴为沿直线运动方向；所述x轴指的是：当关节不平行或相交时，z轴通常是斜线，总有一条距离最短的公垂线正交于任意两斜线，在此公垂线任意两方向上定义本地坐标系的x轴。
由于（ ）会随着液压支架推移刮板输送机的运动而发生变化，将所得的运动规律分别通过C#语言编入虚拟仿真软件Unity3D底层，虚拟系统运行时，若出现NAN即非数值情况时，此时程序无法运行，将此类运动规律排除，得到使浮动连接机构跟随刮板输送机运动的解；
改变刮板输送机推移耳中关键点的位置，根据连接头是否捕捉关键点，从得到的解中筛选可以很好捕捉关键位置的解，
根据在推移过程中推移杆不得与底座发生干涉、连接头不得与推移耳发生干涉的原则，从得到的可以很好捕捉关键位置的解中，选择最优解。
所述虚拟刮板输送机是指与实际刮板输送机相等价的虚拟模型，自适应铺设在虚拟底板上；
所述虚拟浮动连接机构是指与实际液压支架与刮板输送机浮动连接机构相等价的虚拟浮动连接机构。
具体实施方式
基于工业机器人逆向运动学的解析方法确定浮动连接机构的各运动参数关系式；其中，所述运动参数是指关节角 、关节距离 、连杆长度 、连杆扭转角 ；
基于逆向运动学的多解性，根据得到运动规律对机械手模型运动的实现度，根据逐级渐进筛选法，选择最优解，确定浮动连接机构各结构的运动规律；
在虚拟环境下，将获得的运动规律编入Unity3D仿真系统底层，可得到虚拟液压支架在虚拟底板上推移虚拟刮板输送机时，虚拟浮动连接机构精确的运动。
， ，
,
,
因而，附图4所示机械手模型的正向运动矩阵为
对于未知的关节变量 、 、 、 ，可通过下列方程求解：
由于采用逆向运动学方法，存在多解的问题，根据逐级渐进筛选法选择最优解，因此得到了浮动连接机构的运动规律。
,
,
因而，附图4所示机械手模型的正向运动矩阵为
对于未知的关节变量 、 、 、 ，可通过下列方程求解：
将 、 带入后，解得 、 、 、 的表达式，将存在多解的情况，通过C#语言将其编入Unity3D仿真系统底层，运行程序，将存在NAN的运动规律排除掉，观察浮动连接机构的运行姿态，即是否捕捉到关键点，是否发生干涉，得到在推溜刮板输送机时的最优解，最优解如下：
在Unity3D中对虚拟综采工作面“三机”加上物理引擎后，点击Unity3D虚拟仿真系统中虚拟操作面板的“开始运行”按钮，如附图7，虚拟液压支架推溜虚拟刮板输送机后，虚拟刮板输送机在附图8所代表的虚拟煤层上经反演后的姿态在垂直于弯曲底板铺设方向呈现出“理想S形弯曲”形态，点击“记录数据”按钮，可将虚拟浮动连接机构各结构运动参数以Xml文件的格式输出，得到虚拟环境下液压支架推溜相应中部槽的推移量，推移杆的偏航角、俯仰角，以及连接头摆动的最终角度，如附图10，附图11，附图12，附图13所示，附图14为在虚拟煤层下液压支架将刮板输送机推成“理想S形弯曲”时，其浮动连接机构在水平面方向上的姿态。
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