(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111452578.7 (22)申请日 2021.12.01 (71)申请人 太原理工大 学 地址 030024 山西省太原市迎泽西大街79 号 (72)发明人 王学文　李素华　谢嘉成　刘曙光　 郝梓翔　蔡宁　焦秀波　董梦瑶　 王振威　葛福祥　 (74)专利代理 机构 太原倍智知识产权代理事务 所(普通合伙) 14111 代理人 张宏 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 综采支运装备浮动连接机构位姿实时精准 虚拟推演方法 (57)摘要 本发明涉及一种综采支运装备浮动连接机 构位姿实时精 准虚拟推演方法， 基于共形几何将 浮动连接机构的空间组合运动转换为点线面之 间的变换关系， 得到浮动连接机构 的运动规律； 通过改变刮板输送机各中部槽的旋转， 实现方向 向量的变化， 进而实现浮动连接机构各结构运动 值的更新， 最终实现液压支架 群与刮板输送机的 自适应推进； 将刮板输送机离散分解为若干中部 槽， 基于各中部槽的旋转进行驱动， 建立基于坐 标信息的刮板输送机姿态重构。 本发 明摆脱了浮 动连接机构不同自由度运动次序的影 响， 可直接 对各结构的运动进行求解， 进行虚拟应用后能够 较快速地对浮动连接机构的运动进行重构， 进而 可较快速地推演液压支架与刮板输送机之间的 位姿关系。 权利要求书3页 说明书10页 附图6页 CN 114186403 A 2022.03.15 CN 114186403 A 1.一种综采支运装备浮动连接机构位姿实时精准虚拟推演方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 步骤一， 对液压支架与刮板输送机的浮动连接机构的运动进行分析， 建立共形几何模 型， 将浮动连接机构的空间组合运动转换为点线面之间的变换关系， 基于共形几何代数运 算得到浮动连接 机构的运动规 律； 步骤二， 基于浮动连接机构的运动规律， 通过改变刮板输送机各中部槽的旋转， 实现方 向向量的变化， 进而实现浮动连接机构各结构运动值的更新， 液压支架基于获得的推移机 构的运动参数进行精准推移， 最终 实现液压支 架群与刮板 输送机的自适应 推进； 步骤三， 将刮板输送机离散分解为若干中部槽， 浮动连接机构的连接头的运动取决于 中部槽偏转方向一致的方向向量的变化， 基于各中部槽的旋转角度进行驱动， 建立基于坐 标信息的刮板 输送机姿态重构。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 步骤一中， 基于共形几何代数的浮动连接 机构的运动进行分析， 以下为 解析过程： 定义推移油缸的伸长为移动变量d1， 推移油缸体与活塞杆的交点为P1点， 推移杆的两个 旋转自由度定义为θ2、 θ3， 连接头的旋转 自由度定义为θ4； 根据推移杆的俯仰运动和偏航运 动的特点， 定义推移杆与活塞杆之间的连接销轴上有两个点P2点和P3点， 推移杆的长度为 L2； 根据连接头的偏航运动的特点， 定义连接头与推移杆间的连接销轴上有个P4点， 并定义 连接头与刮板 输送机推移耳座处的连接点 为Pt点， 连接头的长度为 L3； 已知Pt、 n、 πt， 求解浮动连接机构的各结构运动变量d1、 θ2、 θ3、 θ4， 求解思路为： P4的位置 可以由Pt和n求出， 设移动变量d1为未知参数， 通过几何体外积运算表示P2的位置， 通过P2和 P4间的距离公式得到关于d1的方程， 最终通过内积运 算确定各关节角度。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特 征在于： 首先获得各点的位置： 使Pt沿‑n方向移动L3得到P4， 其中 设移动变量d1为未知数， 则关节点P2的表达式为： 其中e0表示原点， e∞表示无穷远点， 结合以下公式(3)可以求 解移动变量d1： 将 θ2可以转化为直线l12*与ly*的夹角， 其中， l12*＝p1∧p2∧e∞， ly*＝‑e12Ic， 其中e12为点P1和P2所在直线的单位向量， Ic为伪标 量 将 θ3可以转化为直线l34*与lx*的夹角，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114186403 A 2其中l34*表示P3与P4两点所在的直线， lx*表示x轴所在的直线； 将 θ4转化为平面 πt*与平面 π1(xoz)的夹角； 根据以上方程得到浮动连接机构的各结构运动变量d1、 θ2、 θ3、 θ4， 其中d1为活塞杆的长 度、 θ2为推移杆的俯仰运动产生的角度变化， θ3为推移杆偏航运动产生的角度变换， θ4为连 接头的偏航 运动产生的角度变化。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于： 步骤二中， 在得到浮动连接机构各结构运 动变量的基础上， 首先在虚拟刮板输送机中部槽处标记关键点作为Pt的理论位置， 在中部 槽的边缘标记两个关键点， 作为浮动连接机构连接头的方向向量， 并在虚拟液压支架推移 机构上对P1点、 P2点、 P3点和P4点进行标记， 即分别在虚拟 液压油缸与虚拟活塞杆的交接处、 推移杆与 活塞杆连接的销轴处、 连接头与推移杆连接的销轴处进行标记； 将解析得到的运 动规律中的各运动参数分别在C#中进行转换， 将d1转换为Position， θ2转换为PitchAn gle， θ3转换为YawAngle1， θ4转换为YawAn gle2， 利用C#语言中的进行编程， 通过改变刮板输送机 各中部槽的旋转， 实现方向向量的变化， 进而实现浮动连接机构各结构运动值的更新， 液压 支架基于获得的推移机构的运动参数进行精准推移， 最 终实现液压支架群与刮板输送机的 自适应推进。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于： 所述虚拟刮板输送机是指在Unity3D创建 的虚拟环境下， 建立的刮板输送机的等价模型， 可以实现实际刮板输送机的关键功能， 包括 运煤、 自适应弯曲推进、 支撑采煤 机行走。 6.根据权利 要求4或5所述的方法， 其特征在于： 所述虚拟液压支架是指在Unity3D创建 的虚拟环 境下， 建立的液压支架的等价模型， 实现实际液压支架的关键功能， 包括升/降柱、 推溜、 移架、 伸/收互帮板 。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于： 所述虚拟连接是指在Unity3D创建的虚拟 环境下， 利用获得的浮动连接机构各结构的运动规律， 实现虚拟液压支架在推移虚拟刮板 输送机时， 浮动连接机构能够根据虚拟液压支架与虚拟刮板输送机的相对位置自适应动 作， 保证两者间的连接关系一 直建立。 8.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于： 步骤三中， 建立基于坐标信息的刮板输送 机姿态重构， 不考虑煤层底板起伏， 即煤层底板为平直面时的刮板输送机坐标 ‑姿态转换如 下： 若所解算刮板输送机的第一节中部 槽不发生偏转时， 所获得公式如下： 若所解算刮板输送机的第一节中部 槽发生偏转时， 所获得公式如下：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114186403 A 3