液压支架群位姿（位置和姿态）和直线度的检测和控制是智能综采工作面实现无人化的关键问题之一，是保证无人工作面能够自动连续推进和实现智能化开采3.0和4.0的关键因素之一。由于地质条件、控制及其它原因，在无人工作面正常推进过程中，液压支架经常会偏离其理论位姿，产生歪斜和不齐现象，迫使工作面停机进行人工调整。液压支架实际位姿不仅反映整体支架群的直线度和支护工作状态，还部分反映顶板来压情况。鉴于工作面对液压支架群位姿和直线度检测需求的迫切性，论文在追踪国内外文献基础上，提出了基于激光组合技术实现液压支架群底座位姿和直线度检测的新构想，采用该检测方法，有望实现对液压支架群底座六个自由度（三个位置自由度和三个姿态自由度）位姿和直线度的检测。同时再配合距离和角度传感器等手段测得支柱、顶梁等部件相对底座位姿信息，便于掌握液压支架群的实时运行状况，为工作面透明化和下一步自动调整液压支架位姿提供信息保证。
　　论文首先分析了液压支架工作环境、位姿偏差产生原因及相关作业标准，综合考虑累积误差、位姿维度、检测手段和实现过程等问题，提出了检测思路，并建立了三维和平面检测模型；针对支架底座位姿检测和研究需求，提出了描述支架底座位姿的运动过程还原法，该法是用从基准坐标系到待测支架坐标系的三个旋转和三个平移运动过程来描述待测支架底座的六个自由度位姿(θ,φ,ψ,u,v,w)；依据检测目标，提出了以首尾架为统一参考基准、以激光组合装置（即激光接收装置和激光雷达装置的组合）为检测手段的液压支架群底座六自由度位姿和直线度检测原理，继而明确了支架群底座位姿和直线度检测流程和计算方法；以斜切进刀割三角煤采煤工艺为例，设计并展示了支架群底座位姿检测具体过程；提出了分组检测法和相对位姿检测模式，以应对遇到较差地质条件和激光意外消失时的特殊情况。
　　设计了组合激光检测验证系统，对检测系统中的激光接收装置、激光发射装置、坐标反馈装置和激光雷达装置提出了功能要求；根据六点定位原理，确定了激光接收装置的三点坐标定位定姿方法；根据光敏电阻(φ12mm)对激光亮度敏感性特点，设计了光敏电阻矩阵单元的硬件和软件，并对其检测精度进行了测试和分析，明确了较为理想的激光光斑检测尺寸(φ18-30mm)；通过对光敏电阻矩阵单元的扩展，完成了激光接收装置的硬件制作和软件调试；根据激光接收装置的结构和尺寸，研制了能发射三束激光的激光发射装置和对激光束发射方向进行坐标反馈的坐标反馈装置；对支架底座的特征进行了提取、简化和分析，在总结激光雷达工作原理的基础上，研制了能检测支架底座相对位姿的激光雷达装置；以型号ZZ4000-18-38液压支架底座为检测方法原型，确定了代表其位姿的坐标系原点位置和三坐标轴方向，同时为检测基准、目标和检测系统中的各装置坐标系进行了命名，明确了各坐标系之间的位姿关系；本检测验证系统的构建完成，为后续组合激光检测算法研究和试验研究奠定了物质基础。
　　针对激光接收装置位姿检测方法，构建了激光接收装置相对激光发射装置的位姿检测数学模型，根据激光接收装置上三个点的六个坐标值，利用坐标法、向量法和几何法等数学方法，探索了激光接收装置位姿的逆运动解算算法，给出了激光接收装置位姿计算公式；然后，应用正运动解算法和三维虚拟装配法验证了位姿逆运动解算算法的正确性。
　　为了验证逆运动解算算法的实际检测效果，设计了六自由度位姿调整器，对激光接收装置的检测精度进行了验证试验研究；在激光接收装置姿态单因素变化验证试验中，测得最大角度检测范围为，绕X轴±14°，绕Y轴±9°，绕Z轴±10°；绕X轴旋转过程中，姿态最大误差为-0.51°，位置最大误差为1.08mm；绕Y轴旋转过程中，姿态最大误差为0.50°，位置最大误差为3.50mm；绕Z轴旋转过程中，姿态最大误差为-0.40°，位置最大误差为-1.71mm；在综合位姿精度检测试验中，激光接收装置的最大角度误差为绕X轴旋转时的角度误差，-1.18°，最大位置误差为沿Z轴平移时的距离误差，6.25mm；针对不可避免的检测误差，对激光发射装置增加了两个激光测距仪后，根据装置对三个点坐标的约束条件和多测出来的坐标值，提出并设计了一套比例缩放、直线拟合和逐步逼近等算法组合的优化方法，对检测到的三点坐标进行优化处理，最大角度检测误差由大于5°减小为小于1.18°。对激光接收装置的系统误差和随机误差进行了分析，并提出了增大光斑-电阻直径比来增加检测精度等的改进措施；通过试验研究，一方面改进了检测装置结构，增加了检测精度，另一方面针对装置修改了算法，适应了实际应用场景。
　　分析了利用激光雷达装置检测液压支架底座相对位姿原理，建立了相对位姿检测模型，探索了相对位姿检测算法，确定了相对位姿计算公式；分析了支架底座特征轮廓的特点，探讨了如何确定轮廓特征点和如何检测轮廓特征点，并分析了有效点的误差影响因素。
　　针对支架底座位姿检测算法，利用位姿调整器和底座特征物对激光雷达装置的位姿检测精度进行了验证试验研究，试验结果表明，在单一因素变化试验中，激光雷达检测装置最大角度误差为0.44°，最大距离误差为-6.23mm，综合因素变化试验中，最大角度误差为0.48°，最大距离误差为6.74mm，把角度误差折算成距离误差，最大误差为19.3mm，根据平均误差分配原则，满足液压支架±50/2mm直线度误差检测要求，验证了检测算法的正确性和有效性。分析总结了激光雷达检测误差、装置误差、计算误差和随机误差，并提出用增加特征点数量来提高检测精度的改进措施。
　　在激光接收装置位姿检测算法和支架底座相对位姿检测算法的研究基础上，对支架群底座位姿和直线度的位姿转换算法进行了研究，推导了支架群底座位姿和直线度计算公式，为下一步试验验证奠定了理论基础。
　　针对单个支架位姿检测方法，综合了底座简化模型、激光发射装置、承运装置模型和激光组合装置对检测系统的综合检测精度进行了验证试验研究；由于支架底座较大，难以用位姿调整器对其位姿进行预设，所以采用垫角法对其原始位姿进行了预设。检测结果表明，最大角度误差为1.37°，最大距离误差为21.48mm；角度平均误差为0.44°，距离平均误差为7.2mm；满足检测误差要求。
　　在液支架群底座位姿和直线度检测验证试验中，利用激光发射装置和激光组合装置对15组真实液压支架位姿进行了验证检测；在三维虚拟环境中，将检测到的六自由度位姿信息还原为支架底座工作时的真实状态，直观再现了支架底座三维实际工作场景，为实现智能化开采支架透明化提供了支撑条件；把15组真实液压支架底座位姿信息进行了直线度转换计算，验证试验结果表明：所测支架Y向坐标值与实际坐标值的最大误差为26mm，直线度检测精度满足检测误差要求；真实液压支架群组的验证试验结果为下一步产品开发奠定了可行的算法与技术基础。
　　下一步研究工作中，将设计和完善检测装置的承运载体，以实现支架群位姿和直线度的自动化检测，并针对不同类型支架和采煤工艺对算法进行验证并完善。