具体实施方式

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。

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。

本发明提供一种采煤机低能耗高效开采参数优化方法，包括如下步骤：

获取不同厚度煤壁试件的点云数据进行三维重构，得到煤壁实际厚度特征；

通过二次旋转回归正交组合实验建立采煤机在切割煤壁试件过程的滚筒转速、进给速度、煤壁实际厚度特征的回归方程；

结合遗传算法得到最优滚筒转速、最优进给速度、最优厚度特征，利用最优滚筒转速、最优进给速度、最优厚度特征计算采煤机的最优能耗；

将最优滚筒转速、最优进给速度、最优能耗代入回归方程，以理论值迭代获取最优值，得到实际最优滚筒转速、实际最优进给速度；

利用实际最优滚筒转速、实际最优进给速度对煤壁试件进行切割，并采集采煤机切割时的电流数据，根据电流数据调整实际最优滚筒转速、实际最优进给速度，实现采煤机的参数优化。

进一步优化方案，煤壁实际厚度特征，具体分为：煤层表面平整、煤层表面上厚下薄、煤层表面下厚上薄、煤层表面中间厚两边薄、煤层表面两边薄中间厚。

进一步优化方案，滚筒转速、进给速度、煤壁实际厚度特征包括多组数据，通过如下步骤获得：

利用所述二次旋转回归正交组合实验设定具体的所述滚筒转速、进给速度及煤壁实际厚度特征组合值进行切割实验；

将最优滚筒转速、最优进给速度、最优厚度特征代入回归方程计算得到最优能耗。

进一步优化方案，实际最优滚筒转速、实际最优进给速度通过如下步骤得出：

将最优进给速度、煤壁实际厚度特征输入回归方程，在最优能耗条件下，计算得到实际最优滚筒转速；

将实际最优滚筒转速、煤壁实际厚度特征输入回归方程，在最优能耗条件下，计算得到实际最优进给速度。

进一步优化方案，采煤机的参数优化通过如下步骤获得：

实际最优滚筒转速、实际最优进给速度对不同厚度的煤壁试件进行切割，采集切割不同厚度的煤壁试件的电流数据，根据电流的数据计算当前采煤机的实际能耗；

计算当前煤壁试件厚度与最优厚度特征的差值；

计算实际能耗与最优能耗的差值；

得到不同煤层厚度条件下的能耗变化；

通过能耗变化调整实际最优滚筒转速、实际最优进给速度。

一种上述技术方案方法的三维扫描装置，包括支架，滑动链接在支架上的行走机构，行走机构上固定连接有升降机构，升降机构一侧固定连接有相机角度调节机构，相机角度调节机构上固定连接有相机9。

进一步优化方案，支架为L型结构，支架竖向侧壁顶面转动连接有销排2，销排2包括若干等间隔排列的销钉；

行走机构包括滑动连接在支架上方的机架13，机架13内固定连接有齿轨轮驱动电机14，齿轨轮驱动电机14轴接有齿轨轮传动轴15的一端，齿轨轮传动轴15另一端穿过机架13侧壁且轴接有齿轨轮3，齿轨轮3与若干销钉相啮合，机架13远离齿轨轮3的侧壁底部固定连接有行走滑靴11，行走滑靴11与支架横向侧壁滑动连接，机架13顶部与升降机固定连接。支架上滑动连接有刮板1，刮板1与采煤机的采煤机构相连接，用于输送煤矿采煤后的物料，该结构为现有技术在此不再赘述。

进一步优化方案，升降机包括固定连接在行走机构顶部的直线导轨12，直线导轨12竖直设置，直线导轨12外侧滑动配合有滑台5，滑台5通过丝杠组件连接有步进电机6的输出轴，步进电机6固定连接在直线导轨12顶部，直线导轨12侧壁与行走机构顶部固定连接有L型支撑板4，滑台5远离直线导轨12的一侧与相机角度调节机构固定连接。

进一步优化方案，相机角度调节机构包括固定连接在升降机构一侧的云台驱动电机7，云台驱动电机7输出轴轴接有旋转云台10，旋转云台10一侧固定连接有相机连接架8，相机连接架8远离云台驱动电机7的一侧与相机9固定连接。

本发明的详细优化过程如下：

制作不同厚度的煤壁试件，通过控制齿轨轮驱动电机14带动齿轨轮3转动，齿轨轮3与销排2相啮合，使得机架13可以在支架上移动，通过控制步进电机6转动，带动丝杠组件转动，丝杠组件为现有技术，在此不再赘述，从而带动滑台5实现向下移动，相机9随着滑台5的移动的同时对煤壁试件进行拍照，获得不同角度的多张单幅CCD相片，通过3D信号处理-深度图平滑滤波原理进行图像平滑滤波，结合表面光滑处理，离群点过滤等进行去噪，几何测量-平面提取等原理进行处理，得到煤壁实际厚度特征，具体分为：煤层表面平整、煤层表面上厚下薄、煤层表面下厚上薄、煤层表面中间厚两边薄、煤层表面两边薄中间厚。

利用所述二次旋转回归正交组合实验设定具体的所述滚筒转速、进给速度及煤壁实际厚度特征组合值进行切割实验，记录对应组合实验下的能耗值；采煤机截割煤壁时需要通过考虑煤壁煤层实时工况，防止截割时煤层出现坍塌而及时利用获取的煤层厚度。

首先选取采煤过程中滚筒转速、进给速度及煤壁实际煤壁厚度三因素，作为研究采煤机最低损耗的主要影响因素，根据二次旋转回归正交组合的设计规则和步骤，考虑其为三因素三交互作用，同时为了使获取的最优组合中的影响参数值尽可能接近实际最优值，故选取五水平进行试验，总共23个组合，并结合各影响因素的边界条件，明确三因素五水平的二次旋转回归正交实验水平因素编码表，根据建立回归方程的原理，明确各因素上下水平以及零水平后，利用Design-Expert数学统计软件，输入各影响因素数据以及实验采集的各组结果，获取具体的二次旋转回归正交组合设计及实验结果。

通过二次旋转回归正交组合实验建立采煤机在切割煤壁试件过程的滚筒转速、进给速度、煤壁实际厚度特征的回归方程；

结合遗传算法得到最优滚筒转速、最优进给速度、最优厚度特征，利用最优滚筒转速、最优进给速度、最优厚度特征计算采煤机的最优能耗；

建立回归方程，为防止局部优化，利用二次旋转回归正交组合实验方法得出多因素耦合最优组合和各个因素的主次影响，并利用遗传算法优化多影响因素耦合结果，获取最优目标值，得到在采煤机最优能耗(能耗最小、生产效率最大)情况下所对应的最优滚筒转速、最优进给速度及最优煤层厚度。

将最优进给速度、煤壁实际厚度特征输入回归方程，在最优能耗条件下，以理论值迭代获取最优值，计算得到实际最优滚筒转速；

将实际最优滚筒转速、煤壁实际厚度特征输入回归方程，在最优能耗条件下，计算得到实际最优进给速度。

利用实际最优滚筒转速、实际最优进给速度对不同厚度的煤壁试件进行切割，采煤机电机部分安装有电流模块，用于采集采煤机截割时的电流信号，采集切割不同厚度的煤壁试件的电流数据，根据电流数据计算当前采煤机的实际能耗；计算当前煤壁试件厚度与最优厚度特征的差值a；

计算实际能耗与采煤机最优能耗的差值b；

得到差值系数k＝a/b，根据得到的差值系数k的变化调整实际最优进给速度和实际最优滚筒转速，实现采煤机多参数最优化。

本发明可通过大量的数据对比与实验验证，得出滚筒转速及进给速度与煤层厚度的对应关系，即可当已知煤壁表面厚度情况时及时调整滚筒转速及进给速度，实现采煤机能耗最小化、生产效率最大化。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。