一种基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置及方法与流程

1.本发明涉及采煤运输领域，特别是涉及一种基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置及方法。


背景技术：

2.随着全自动化和无人化的普及，综采工作也更多的采用了电液控制系统和自动化系统进行工作。目前为了实现“三直两平”的标准，也就是刮板输送机与液压支架和煤壁呈直线状态，使得刮板输送机与液压支架能够高效运行成为了瓶颈。
3.在综采工作中一般多使用较为基础的拉丝法与目测法，该方法用于找直将会产生较大的误差影响工作效率。其次在采煤机顶梁侧护板中安装陀螺仪，通过采集采煤机在截割时的轨迹来判断液压支架和刮板输送机是否处于直线运动状态。但是陀螺仪会因为液压支架工作发生振动时产生较大的影响，所以产生的效果不太理想。随着科技的不断发展，设计出了调直传感器用来测量支架与支架之间的相对位置，主要用到的是永磁体和传感器，将其安装在支架中，但是对于距离有一定的限制，且支架中的永磁体磁场会改变，进而影响传感器的精度。目前尚未找到安全可靠、经济价值较高且高效的方法。对于煤炭行业来说，过于精密的仪器会使得采煤成本急速上升，使得利润变得少之又少，影响企业的效率收益。过于简单的仪器不能将精度控制的很好，容易产生较大的误差影响工作进度，所以需要一种装置能够实现高低精度相结合的方法，使得工作成本降低效率提升。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置及方法，以提高对液压支架找直的工作效率。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置，包括：
7.光线发射单元，设置于刮板输送机的溜槽的一端，并位于溜槽的中轴线上，用于发射准直光束；所述溜槽包括多节子溜槽；
8.反光条，设置于每节子溜槽的中心位置，并与子溜槽的中轴线垂直；
9.图像采集单元，固定于每个液压支架的顶板下侧，用于采集所述准直光束与所述反光条的图像；
10.距离检测单元，设置于每节子溜槽的内壁，用于检测子溜槽的内壁与所述准直光束的距离；
11.终端处理单元，分别与所述距离检测单元和所述图像采集单元连接，用于根据所述图像确定第一调整信号，根据所述距离确定第二调整信号，并将所述第一调整信号和所述第二调整信号传输至液压支架控制端，以调整液压支架的位置，使多个所述液压支架位于一条直线上。
12.可选地，所述光线发射单元为激光准直仪。
13.可选地，所述距离检测单元为多个距离传感器。
14.可选地，所述图像采集单元包括：
15.固定支架；
16.工业相机，通过所述固定支架安装在每个所述液压支架的顶板下侧，用于采集所述图像。
17.可选地，所述终端处理单元包括：
18.图像处理模块，与所述图像采集单元连接，用于根据所述图像判断所述准直光束是否在溜槽内，并根据所述图像确定第一调整信号；
19.距离处理模块，与所述距离检测单元连接，用于根据所述距离确定液压支架的真实轨迹，并根据所述真实轨迹和预设轨迹确定第二调整信号；
20.终端显示模块，分别与所述距离检测单元、所述图像处理模块和所述距离处理模块连接，用于显示所述图像、所述距离以及所述真实轨迹。
21.可选地，还包括：
22.电源，分别与所述光线发射单元、所述图像采集单元、所述距离检测单元和所述终端处理单元连接，用于向所述光线发射单元、所述图像采集单元、所述距离检测单元和所述终端处理单元供电。
23.一种基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直方法，所述方法应用于上述的基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置，所述方法包括：
24.获取准直光束与反光条的图像和溜槽的内壁与准直光束的距离；
25.根据所述图像，判断所述准直光束是否在溜槽内，得到第一判断结果；
26.若所述第一判断结果为所述准直光束在溜槽内，则根据所述距离确定液压支架的真实轨迹；
27.若所述第一判断结果为所述准直光束不在溜槽内，则根据所述图像确定第一调整信号，并将所述第一调整信号传输至液压支架控制端，以粗调整液压支架的位置，返回“获取准直光束与反光条的图像和溜槽的内壁与准直光束的距离”的步骤；
28.判断所述真实轨迹与预设轨迹是否一致，得到第二判断结果；
29.若所述第二判断结果为所述真实轨迹与预设轨迹一致，则不需对液压支架进行调整；
30.若所述第二判断结果为所述真实轨迹与预设轨迹不一致，则根据所述真实轨迹与所述预设轨迹确定第二调整信号，并将所述第二调整信号传输至液压支架控制端，以细调整液压支架的位置，使多个所述液压支架位于一条直线上。
31.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
32.本发明利用光线发射单元向溜槽内发射准直光束，在溜槽内设置反光条，利用图像采集单元采集准直光束和反光条的图像，终端处理单元根据反光条的反光原理，确定准直光束是否在溜槽内，若准直光束没有在溜槽内，则对液压支架进行粗找直；另外，本发明还利用距离检测单元检测溜槽内壁与准直光束的距离，根据所述距离确定液压支架的真实轨迹，根据所述真实轨迹和预设轨迹对液压支架进行细找直。本发明提高了液压支架找直工作的效率。
附图说明
33.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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明提供的基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置的结构框图；
35.图2为本发明中部分部件布置示意图；
36.图3为本发明中采煤运输装置示意图；
37.图4为本发明中工业相机安装示意图；
38.图5为本发明中采煤机的俯视图；
39.图6为本发明中刮板运输机侧视图；
40.图7为本发明中溜槽结构示意图；
41.图8为本发明提供的基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直方法流程图。
42.符号说明：51、滚筒；52、截割部；53、牵引部；54、电气部；55、滑靴；56、刮板输送机；61、主动链轮；62、刮板链；63、上下溜槽；64、拉紧装置；71、挡煤板；72、导向管；73、刮板；74、铲煤板；75、溜槽。
具体实施方式
43.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。
44.本发明的目的是提供一种基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置及方法，以提高对液压支架找直的工作效率。
45.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
46.如图1所示，本发明的一种基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置，包括：
47.光线发射单元，设置于刮板输送机的溜槽的一端，并位于溜槽的中轴线上，用于发射准直光束；所述溜槽包括多节子溜槽。所述光线发射单元为激光准直仪。光线发射单元未在图1中示出。
48.反光条，设置于每节子溜槽的中心位置，并与子溜槽的中轴线垂直。反光条未在图1中示出。
49.图像采集单元，固定于每个液压支架的顶板下侧，用于采集所述准直光束与所述反光条的图像。
50.进一步地，所述图像采集单元包括：
51.固定支架。
52.工业相机，通过所述固定支架安装在每个所述液压支架的顶板下侧，用于采集所述图像。
53.在实际应用中，利用反光条反光原理，与工业相机的图像采集，来判断激光准直仪
发射出的激光(准直光束)是否在溜槽内。判断结果：如果激光在溜槽内则为正常状态，如果不在溜槽内则需要通过工业相机采集的图像对液压支架的位置进行修正，使得激光能够穿过溜槽。
54.距离检测单元，设置于每节子溜槽的内壁，用于检测子溜槽的内壁与所述准直光束的距离。所述距离检测单元为多个距离传感器。
55.在实际应用中，在溜槽内侧放置距离传感器，通过距离传感器测得的数据在移动终端的虚拟界面里进行模拟。
56.基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置用于矿下，所以采用的是防爆型设备，在每节子溜槽中心位置上使用胶粘的方法垂直于溜槽中轴线张贴反光条，如图2所示，激光准直仪安装于溜槽的最左侧中心位置，使用激光准直仪发射激光束(准直光束)，激光束作为参考轴线，使溜槽中各部分的中心位于参考轴线上。液压支架推移千斤顶伸，推移杆伸出，推动刮板输送机前移一个步距，然后推移千斤顶收，推移杆收回，刮板输送机反作用在液压支架上，带动液压支架前移一个步距，完成液压支架移架，从而实现采煤机的前进移动。将10个液压支架分为一组一共分为10组，相对应的得到10节子溜槽为一溜槽组，在每组溜槽第一节子溜槽中间内侧即靠近液压支架的一侧安装距离传感器位置如图2所示，距离传感器可测得该距离传感器与激光束间的距离，将所测得的数据进行在虚拟界面进行分析处理得到一组数值，确定真实轨迹，通过比对处理，将有偏差的子溜槽进行修正，通过机器视觉技术提供工作面轨迹规划建议，实现精准找直。
57.后续使用激光准直仪与距离传感器时，避免激光束在溜槽外部使得距离传感器不能检测到激光束与边缘的距离，该装置的防爆工业相机使用铰链的方式悬挂在第1、3、5、7、9组最后一个液压支架的顶板上，即如图3所示，最右边的支架为第一组支架，以此类推可得到第九组支架。
58.工业相机使用固定支架的方式进行安装，固定支架与液压支架不相同，此固定支架用于工业相机的固定，固定支架安装在液压支架顶板下侧，在液压支架的顶板下侧使用吸盘固定一承重柱用来支撑工业相机，方便拆取可以实现360
°
无死角旋转，在固定支架的一侧设有电源口用于工业相机的电源输入，如图4所示。通过工业照相机采集到的图片进行图像处理，找到没有激光的溜槽进行调整找直，此步骤主要是利用工业相机拍照取得的图像，使用graphpadprism7软件进行数据分析，判断激光准直仪发射出的射线是否能够通过每一个液压支架溜槽的反光条。
59.终端处理单元，分别与所述距离检测单元和所述图像采集单元连接，用于根据所述图像确定第一调整信号，根据所述距离确定第二调整信号，并将所述第一调整信号和所述第二调整信号传输至液压支架控制端，以调整液压支架的位置，使多个所述液压支架位于一条直线上。所述图像采集单元通过工业以太网与所述终端处理单元连接。
60.在实际应用中，虚拟界面(终端处理单元)中模拟出的运动轨迹(真实轨迹)如果与预设轨迹不相同，就对液压支架的位置进行修正，将修正数据(第二调整信号)传输到现实端(液压支架控制端)进行调整。模拟出的运动轨迹如果和预设轨迹相同，证明综采过程处于正常状态即采煤机截割的直线，如果模拟出的运动轨迹与预设轨迹不相符，则需要对液压支架的位置进行修正。
61.进一步地，所述终端处理单元包括：
62.图像处理模块，与所述图像采集单元连接，用于根据所述图像判断所述准直光束是否在溜槽内，并根据所述图像确定第一调整信号。
63.距离处理模块，与所述距离检测单元连接，用于根据所述距离确定液压支架的真实轨迹，并根据所述真实轨迹和预设轨迹确定第二调整信号。
64.终端显示模块，分别与所述距离检测单元、所述图像处理模块和所述距离处理模块连接，用于显示所述图像、所述距离以及所述真实轨迹。
65.终端处理单元主要分为两大模块，一个为矿下实际运动显示，用于矿下实时监测。一个为矿上指挥系统的虚拟仿真模块，主要模拟采液压支架的移动轨迹与可能出现的问题。现实端与虚拟端通过以太网连接，终端处理单元在接收到液压支架中距离传感器的数据，将此数据保存到虚拟端，在虚拟端进行轨迹模拟。及时的发现轨迹偏差并进行修正使得液压支架的运动轨迹呈直线状态，通过虚拟现实技术从而实现更精准准确、更高效、更直观的找直。
66.视觉图像与数据处理判断下一次溜槽是否处于水平位置，从而实现液压支架的找直工作。
67.进一步地，基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置还包括：
68.电源，分别与所述光线发射单元、所述图像采集单元、所述距离检测单元和所述终端处理单元连接，用于向所述光线发射单元、所述图像采集单元、所述距离检测单元和所述终端处理单元供电。
69.该系统通过实时传输、虚实结合、远控操控、图像处理等方法进行找直。激光准直仪通过螺栓链安装在溜槽的两端，发射激光在溜槽中间垂直于溜槽摆放方向张贴反光条，利用反光条遇光反射的原理形成反光点，将工业相机安装在对应支架的顶板下侧，通过拍摄反光条与激光束的位置关系，进行图像处理判断激光束是否处于溜槽中。进一步通过将距离传感器使用螺栓链接安装在溜槽的内测，用于测量溜槽与激光束的距离，通过工业以太网和mysql进行数据传输，在虚拟端(终端处理单元，unity做出的虚拟界面)进行修正，将修正的数据传输到现实端从而实现找直。
70.采煤运输的各组成机构位置顺序：采煤机作为采煤工作的最前端设备在刮板输送机的内测的溜槽中做往复运动，刮板输送机的最中间是中部槽、链条、刮板用于煤炭的运输工作。刮板输送机与液压支架的推移装置采用螺丝链连接，移动推移千斤顶来实现推移液压支架和刮板输送机的动作。多数液压支架的推移装置连接于液压支架和刮板输送机之间，既能移架同时又能推刮板输送机；推移装置与液压支架的底座相连接，其余连接部分即为成品液压支架的结构。
71.液压支架包括液压缸(立柱、千斤顶)、承载结构件(顶梁、掩护梁和底座等)、推移装置、控制系统和其它辅助装置组成。液压支架通过高压液体、立柱和相对应的千斤顶实现升架、降架、推溜的运动。采煤机是在液压支架水平面的前方，液压支架的底座推动刮板输送机进行前后移动。
72.如图5所示，采煤机由滚筒51、截割部52、牵引部53、电气部54、滑靴55组成，刮板输送机56是独立部件，采煤机是在刮板输送机的溜槽中进行移动，刮板输送机的作用不仅是运送煤和物料，而且还是采煤机的运行轨道，采煤机工作结构图如图3所示。未采煤区处于正前方向，采煤机应当在刮板运输机中的溜槽里进行从右至左的移动完成采煤工作，液压
支架利用压力乳化液架升起初撑顶板，随着顶板下沉，支架对顶板的支撑阻力增高，由安全阀来限定立柱内闭锁液体的压力，实现恒阻支撑。移架时先降缩立柱，使支架卸载和脱离顶板，然后动作推移千斤顶，以刮板输送机(或相邻液压支架等)为支点实现移架，再以支撑的支架为支点推移刮板输送机。液压支架还可通过各种千斤顶实现护帮、平衡、调架等各种不同的辅助动作，从而配合采煤机和刮板输送机实现工作面落煤、支护和运输的综合机械化。
73.采煤机在刮板输送机的溜槽中进行运动，刮板输送机原理：刮板输送机是由绕过机头、主动链轮61和危机滚轮(拉紧装置64)的无极循环的刮板链62作为牵引机构，以溜槽作为煤炭的承载机构，启动电机经过联轴节和减速器传动链轮，从而驱动刮板链62连续运转，将装在上下溜槽63中的煤由机尾运送到机头(面向工作面为准，左侧为机头，右侧为机尾)处卸载，如图6所示。
74.溜槽是为了给采煤机一个行走的轨道，溜槽是刮板输送机牵引链和货载的导向机构及支撑机构，结构如图7所示，包括挡煤板71、导向管72、刮板73、铲煤板74以及溜槽75。
75.现场操作凭感觉、经验控制推溜工作，偏差大，无法有效实现综采过程中的真正调直工作，本装置能够优化煤矿下的工作面轨迹布置方案，将精准位置信息实时传输至监控中心(监控中心即虚拟界面)，修正液压支架、刮板输送机推移行程距离的误差，提高安装过程中的准确度。
76.另外，传统作业方式，管理人员想要查看掌握工作面生产情况，需下井到作业现场，耗时耗力且无法从宏观、整体掌握现场情况，本装置可实现实时检测综采过程中液压支架与刮板输送机的工作状态通过虚拟仿真系统进行模拟井下采煤状态，减少刮板输送机的摩擦损耗，有效避免事故发生，降低设备维护成本，保证生产安全高效。
77.实施例二
78.本发明还提供给了一种基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直方法，所述方法应用于实施例一的基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置，如图8所示，所述方法包括：
79.步骤801：获取准直光束与反光条的图像和溜槽的内壁与准直光束的距离。
80.步骤802：根据所述图像，判断所述准直光束是否在溜槽内，得到第一判断结果。
81.步骤803：若所述第一判断结果为所述准直光束在溜槽内，则根据所述距离确定液压支架的真实轨迹。
82.步骤804：若所述第一判断结果为所述准直光束不在溜槽内，则根据所述图像确定第一调整信号，并将所述第一调整信号传输至液压支架控制端，以粗调整液压支架的位置，返回“步骤801”。
83.步骤805：判断所述真实轨迹与预设轨迹是否一致，得到第二判断结果。
84.步骤806：若所述第二判断结果为所述真实轨迹与预设轨迹一致，则不需对液压支架进行调整。
85.步骤807：若所述第二判断结果为所述真实轨迹与预设轨迹不一致，则根据所述真实轨迹与所述预设轨迹确定第二调整信号，并将所述第二调整信号传输至液压支架控制端，以细调整液压支架的位置，使多个所述液压支架位于一条直线上。
86.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
87.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说
明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置，其特征在于，包括：光线发射单元，设置于刮板输送机的溜槽的一端，并位于溜槽的中轴线上，用于发射准直光束；所述溜槽包括多节子溜槽；反光条，设置于每节子溜槽的中心位置，并与子溜槽的中轴线垂直；图像采集单元，固定于每个液压支架的顶板下侧，用于采集所述准直光束与所述反光条的图像；距离检测单元，设置于每节子溜槽的内壁，用于检测子溜槽的内壁与所述准直光束的距离；终端处理单元，分别与所述距离检测单元和所述图像采集单元连接，用于根据所述图像确定第一调整信号，根据所述距离确定第二调整信号，并将所述第一调整信号和所述第二调整信号传输至液压支架控制端，以调整液压支架的位置，使多个所述液压支架位于一条直线上。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置，其特征在于，所述光线发射单元为激光准直仪。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置，其特征在于，所述距离检测单元为多个距离传感器。4.根据权利要求1所述的基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置，其特征在于，所述图像采集单元包括：固定支架；工业相机，通过所述固定支架安装在每个所述液压支架的顶板下侧，用于采集所述图像。5.根据权利要求1所述的基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置，其特征在于，所述终端处理单元包括：图像处理模块，与所述图像采集单元连接，用于根据所述图像判断所述准直光束是否在溜槽内，并根据所述图像确定第一调整信号；距离处理模块，与所述距离检测单元连接，用于根据所述距离确定液压支架的真实轨迹，并根据所述真实轨迹和预设轨迹确定第二调整信号；终端显示模块，分别与所述距离检测单元、所述图像处理模块和所述距离处理模块连接，用于显示所述图像、所述距离以及所述真实轨迹。6.根据权利要求1所述的基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置，其特征在于，还包括：电源，分别与所述光线发射单元、所述图像采集单元、所述距离检测单元和所述终端处理单元连接，用于向所述光线发射单元、所述图像采集单元、所述距离检测单元和所述终端处理单元供电。7.一种基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-6所述的基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置，所述方法包括：获取准直光束与反光条的图像和溜槽的内壁与准直光束的距离；根据所述图像，判断所述准直光束是否在溜槽内，得到第一判断结果；若所述第一判断结果为所述准直光束在溜槽内，则根据所述距离确定液压支架的真实
轨迹；若所述第一判断结果为所述准直光束不在溜槽内，则根据所述图像确定第一调整信号，并将所述第一调整信号传输至液压支架控制端，以粗调整液压支架的位置，返回“获取准直光束与反光条的图像和溜槽的内壁与准直光束的距离”的步骤；判断所述真实轨迹与预设轨迹是否一致，得到第二判断结果；若所述第二判断结果为所述真实轨迹与预设轨迹一致，则不需对液压支架进行调整；若所述第二判断结果为所述真实轨迹与预设轨迹不一致，则根据所述真实轨迹与所述预设轨迹确定第二调整信号，并将所述第二调整信号传输至液压支架控制端，以细调整液压支架的位置，使多个所述液压支架位于一条直线上。

技术总结
本发明公开一种基于机器视觉轨迹规划的液压支架找直装置及方法，涉及采煤运输领域，利用光线发射单元向溜槽内发射准直光束，在溜槽内设置反光条，利用图像采集单元采集准直光束和反光条的图像，终端处理单元根据反光条的反光原理，确定准直光束是否在溜槽内，若准直光束没有在溜槽内，则对液压支架进行粗找直；另外，本发明还利用距离检测单元检测溜槽内壁与准直光束的距离，终端处理单元根据所述距离确定液压支架的真实轨迹，根据所述真实轨迹和预设轨迹对液压支架进行细找直。本发明提高了液压支架找直工作的效率。液压支架找直工作的效率。液压支架找直工作的效率。


技术研发人员：万继成 杨雯雨 张超 杜昱阳 张旭辉 高杰 李春 杨小利 刘海胜 王海军
受保护的技术使用者：陕西煤业化工集团孙家岔龙华矿业有限公司
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/7/18