CN109322698A - 铲运机安全隔离装置及铲运机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种铲运机安全隔离装置，该装置包括：位置检测单元，分别与铲运机和工人相连，用于确定铲运机和工人的位置和距离，并当工人位于铲运机的车体行进方向且铲运机和工人的距离小于预设距离时，发出熄火指令；控制单元，与位置检测单元相连，用于在接收到熄火指令后，控制铲运机熄火驻车。本发明能够在铲运机行驶临近作业人员时，自动控制铲运机熄火驻车，从而保证作业人员的人身安全，提高生产作业的安全性，且所需成本低。

Description

铲运机安全隔离装置及铲运机
技术领域
本发明涉及矿物运输技术领域，特别涉及一种铲运机安全隔离装置及铲运机。
背景技术
铲运机是地下金属矿主力运输设备，承担着矿石从采场到溜井的运输任务。地下金属矿巷道内包含了作业人员、无轨车辆、固定设施等诸多生产要素，且空间狭窄、光线照度弱。
然而，在生产作业过程中，因人员思想麻痹、视野受限、违规操作等因素，有时会发生无轨车辆碰撞、挤压作业人员的事故，造成严重的人员伤害，给井下生产带来极大的安全隐患。因此，亟待一种有效的手段来将铲运机和作业人员隔离，以保证作业人员安全。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种铲运机安全隔离装置，该装置能够在铲运机行驶临近工人时，自动控制铲运机熄火驻车，从而保证工人的人身安全，提高生产作业的安全性，且所需成本低。
本发明的另一个目的在于提出一种铲运机。
为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种铲运机安全隔离装置，包括：位置检测单元，分别与所述铲运机和工人相连，用于确定所述铲运机和工人的位置和距离，并当所述工人位于所述铲运机的车体行进方向且所述铲运机和工人的距离小于预设距离时，发出熄火指令；控制单元，与所述位置检测单元相连，用于在接收到所述熄火指令后，控制所述铲运机熄火驻车。
根据本发明实施例的铲运机安全隔离装置，自动实时检测铲运机与生产作业人员的相对方位及距离，当生产作业人员处于铲运机行进方向前方、距离过近，即小于安全距离时，控制铲运机自动熄火驻车，等待生产作业人员撤离至安全区域后铲运机才可以点火启动，即在铲运机行驶临近作业人员时，自动控制铲运机熄火驻车，从而保证作业人员的人身安全，提高生产作业的安全性，且所需成本低。
另外，根据本发明上述实施例的铲运机安全隔离装置还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述位置检测单元包括多个第一信号收发传感器和多个第二信号收发传感器，其中，所述多个第一信号收发传感器均设置在所述铲运机上，所述多个第二信号收发传感器分别一一对应地被每个工人携带，所述多个第一信号收发传感器和多个第二信号收发传感器进行相互通讯。
在一些示例中，所述多个第一信号收发传感器被按照一定规则分布在所述铲运机车体上表面的前端和后端。
在一些示例中，所述第一信号收发传感器和所述第二信号收发传感器通过超宽带通信技术进行相互通讯。
在一些示例中，所述多个第一信号收发传感器包括设置在铲运机车体上表面前端的传感器A和设置在铲运机车体上表面后端的传感器B，所述多个第二信号收发传感器包括佩戴在任意一个工人身上的传感器C，所述位置检测单元用于：在以所述A、B、C为顶点组成的平面内，以所述A为原点建立平面坐标系，其中X轴方向平行于铲运机车体前进方向，并标定B的横纵坐标分别为Bx、By；根据预设的数据包飞行时间算法分别计算以所述A、B、C为顶点形成的三角形的三个边的长度Lac、Lbc和Lab，并将所述Lac作为所述铲运机和工人之间的距离。
在一些示例中，所述位置检测单元还用于：根据所述Lac、Lbc和Lab，分别计算所述三角形的角度∠BABx和∠BAC；根据所述角度∠BABx和∠BAC，计算得到边AC与X轴正方向的夹角α，以确定所述A与C的相对位置。
在一些示例中，所述根据预设的数据包飞行时间算法分别计算以所述A、B、C为顶点形成的三角形的三个边的长度Lac、Lbc和Lab，包括：Lac＝D(T1-T2)/2，Lbc＝D(T3-T2)/2，Lab＝D(T4-T5)/2，其中，D为电磁波飞行速度，T1为所述A发出数据包和接收到所述C回应的数据包的时间间隔，T2为所述C接收到数据包和发出回应数据包的时间间隔，T3为所述B发出数据包和接收到所述C回应的数据包的时间间隔，T4为所述A发出数据包和接收到所述B回应的数据包的时间间隔，T5为所述B接收到数据包和发出回应数据包的时间间隔。
在一些示例中，所述根据所述Lac、Lbc和Lab，分别计算所述三角形的角度∠BABx和∠BAC，进一步包括：根据所述Lac、Lbc和Lab，基于正余弦定理，得到所述三角形的各个角度∠A、∠B、∠C，并根据所述三角形的各个角度和各个边长得到所述角度∠BABx和∠BAC。
在一些示例中，所述边AC与X轴正方向的夹角α通过如下公式计算：α＝π-∠BABx-∠BAC。
为了实现上述目的，本发明第二方面的实施例提出了一种铲运机，包括本发明上述第一方面实施例所述的铲运机安全隔离装置。
根据本发明实施例的铲运机，能够在行驶临近作业人员时，自动熄火驻车，从而保证作业人员的人身安全，提高生产作业的安全性，且所需成本低。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的铲运机安全隔离装置的结构框图；
图2是根据本发明另一个实施例的铲运机安全隔离装置的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的位置检测单元确定铲运机和工人的位置和距离的原理示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图描述根据本发明实施例的铲运机安全隔离装置及铲运机。
图1是根据本发明一个实施例的铲运机安全隔离装置的结构框图。如图1所示，该铲运机安全隔离装置100包括：位置检测单元110和控制单元120。
其中，位置检测单元110分别与铲运机和工人(即作业人员)相连，用于确定铲运机和工人的位置和距离，并当工人位于铲运机的车体行进方向且铲运机和工人的距离小于预设距离(即安全距离)时，发出熄火指令。
控制单元120与位置检测单元110相连，用于在接收到熄火指令后，控制铲运机熄火驻车，从而保证作业人员的人身安全。
也就是说，位置检测单元110自动实时检测铲运机与生产作业人员的相对方位及距离，当作业人员处于铲运机行进方向前方上且距离过近，即小于安全距离时，控制单元120控制铲运机自动熄火驻车，等待生产作业人员撤离至安全区域后铲运机才可以点火启动。即在铲运机行驶临近作业人员时，自动控制铲运机熄火驻车，从而保证作业人员的人身安全，提高生产作业的安全性。
在本发明的一个实施例中，位置检测单元110包括多个第一信号收发传感器和多个第二信号收发传感器，其中，多个第一信号收发传感器均设置在铲运机上，多个第二信号收发传感器分别一一对应地被每个工人携带，也即每个作业人员携带一个第二信号收发传感器，例如安装于每个作业人员的头盔内。多个第一信号收发传感器和多个第二信号收发传感器进行相互通讯。这样，通过第一信号收发传感器和第二信号收发传感器之间的信号交互，可以计算出第一信号收发传感器和第二信号收发传感器之间的相对位置和距离，也即铲运机和作业人员(工人)之间的相对位置和距离，进而判断是否需要控制铲运机熄火驻车。
具体地，多个第一信号收发传感器被按照一定规则分布在铲运机车体上表面的前端和后端，例如均匀分布在铲运机车体上表面的前端和后端，这样利于检测铲运机行进方向上是否存在作业人员，从而通过这样合理的布置传感器的设置位置，可以有效降低传感器的数量，从而节省成本。
具体地，第一信号收发传感器和第二信号收发传感器例如通过UWB(UltraWideband，超宽带)通信技术进行相互通讯。UWB通信技术是一种无载波、低功耗、精度高的通信技术，井下定位精度可达到厘米级，从而可提高检测精度，同时降低成本。
在本发明的一个实施例中，结合图2所示，多个第一信号收发传感器例如包括设置在铲运机车体上表面前端的传感器A和设置在铲运机车体上表面后端的传感器B，多个第二信号收发传感器例如包括佩戴在任意一个工人身上的传感器C，即每个工人身上携带一个传感器C。其中，传感器A、B和C自组无线网络，传感器之间的物理层数据通信采用UWB超宽带通信技术，从而提高检测精度，同时降低成本。进而，由无线网络构成的安全隔离装置实时感知车体四周的作业人员的方位和距离，若检测到车体行进方向上有作业人员存在，则铲运机应立即驻车，避免安全事故发生。举例而言，如图2所示，装载矿石的铲运机在井下巷道内按照图中箭头所示方向行进，为了模拟井下作业现场铲运机及作业人员的实际位置，选取运动状态铲运机的车前、车后、车侧三个典型位置布置3个作业人员，每个作业人员分别携带一个传感器C。在铲运机运动状态下，处于车体行进方向前方(如图中右侧的作业人员)的作业人员处于潜在危险状态，应提前采取安全措施，避免人员碰撞事故发生。而处于车体后方、车体侧方的两个作业人员则不会被车体冲撞，处于安全状态。因此，铲运机在运动状态下应实时检测四周作业人员的方位，确定作业人员与铲运机的相对位置及距离，若处于车体前进方向，则铲运机应及时熄火驻车，以保证车体前方作业人员的安全。
基于此，结合图3所示，位置检测单元110用于：在以A、B、C为顶点形成的平面内，以A为原点建立平面坐标系，其中X轴方向平行于铲运机车体前进方向，并标定B的横、纵坐标分别为Bx、By；根据预设的数据包飞行时间算法分别计算以A、B、C为顶点形成的三角形的三个边的长度Lac、Lbc和Lab，并将Lac作为铲运机和工人之间的距离。也即，通过数据包飞行时间算法实现了铲运机与作业人员的距离的精确测量，经现场验证，定位精度可达到厘米级，极大提高了检测精度。
具体地，根据预设的数据包飞行时间算法分别计算以A、B、C为顶点形成的三角形的三个边的长度Lac、Lbc和Lab，包括：
Lac＝D(T1-T2)/2，
Lbc＝D(T3-T2)/2，
Lab＝D(T4-T5)/2，
其中，D为电磁波飞行速度，T1为A发出数据包和接收到C回应的数据包的时间间隔，T2为C接收到数据包和发出回应数据包的时间间隔，T3为B发出数据包和接收到C回应的数据包的时间间隔，T4为A发出数据包和接收到B回应的数据包的时间间隔，T5为B接收到数据包和发出回应数据包的时间间隔。
进一步地，在本发明的一个实施例中，位置检测单元110还用于：根据得到的Lac、Lbc和Lab，分别计算三角形的角度∠BABx和∠BAC；根据角度∠BABx和∠BAC，计算得到边AC与X轴正方向的夹角α，以确定A与C的相对位置。
其中，根据Lac、Lbc和Lab，分别计算三角形的角度∠BABx和∠BAC，进一步包括：根据Lac、Lbc和Lab，基于正余弦定理，得到三角形的各个角度∠A、∠B、∠C，并根据三角形的各个角度和各个边长得到角度∠BABx和∠BAC。
其中，边AC与X轴正方向的夹角α通过如下公式计算：α＝π-∠BABx-∠BAC。
至此，结合图3所示，传感器C与位于铲运机车体上表面前端的传感器A的距离(即Lac)及方位角(即α)得到确定，即携带传感器C的作业人员与铲运机的相对位置及距离确定。进一步地，当判断某个携带传感器C的作业人员位于铲运机车体前进方向上且两者之间的距离小于刹车安全距离(即预设距离)，则控制铲运机熄火驻车，待作业人员撤离后再启动，从而保证作业人员的人身安全；反之，铲运机保持正常行驶。
综上，根据本发明实施例的铲运机安全隔离装置，自动实时检测铲运机与生产作业人员的相对方位及距离，当生产作业人员处于铲运机行进方向前方、距离过近，即小于安全距离时，控制铲运机自动熄火驻车，等待生产作业人员撤离至安全区域后铲运机才可以点火启动，即在铲运机行驶临近作业人员时，自动控制铲运机熄火驻车，从而保证作业人员的人身安全，提高生产作业的安全性，且所需成本低。另外，该安全隔离装置不仅可以用于地下金属矿铲运机的人机隔离系统，还可以用于冶炼现场的安全保护，具有较好的可移植性和复制性，适用范围广。
本发明的进一步实施例还提出了一种铲运机，包括本发明上述任意一个实施例所描述的铲运机安全隔离装置。
需要说明的是，本发明实施例的铲运机的具体实现方式与本发明实施例的铲运机安全隔离装置的具体实现方式类似，具体请参见装置部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
根据本发明实施例的铲运机，能够在行驶临近作业人员时，自动熄火驻车，从而保证作业人员的人身安全，提高生产作业的安全性，且所需成本低。
另外，根据本发明实施例的铲运机的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种铲运机安全隔离装置，其特征在于包括：
位置检测单元，分别与所述铲运机和工人相连，用于确定所述铲运机和工人的位置和距离，并当所述工人位于所述铲运机的车体行进方向且所述铲运机和工人的距离小于预设距离时，发出熄火指令；
控制单元，与所述位置检测单元相连，用于在接收到所述熄火指令后，控制所述铲运机熄火驻车。
2.根据权利要求1所述的铲运机安全隔离装置，其特征在于，所述位置检测单元包括多个第一信号收发传感器和多个第二信号收发传感器，其中，
所述多个第一信号收发传感器均设置在所述铲运机上，所述多个第二信号收发传感器分别一一对应地被每个工人携带，所述多个第一信号收发传感器和多个第二信号收发传感器进行相互通讯。
3.根据权利要求2所述的铲运机安全隔离装置，其特征在于，所述多个第一信号收发传感器被按照一定规则分布在所述铲运机车体上表面的前端和后端。
4.根据权利要求3所述的铲运机安全隔离装置，其特征在于，所述第一信号收发传感器和所述第二信号收发传感器通过超宽带通信技术进行相互通讯。
5.根据权利要求2-4任一项所述的铲运机安全隔离装置，其特征在于，所述多个第一信号收发传感器包括设置在铲运机车体上表面前端的传感器A和设置在铲运机车体上表面后端的传感器B，所述多个第二信号收发传感器包括佩戴在任意一个工人身上的传感器C，所述位置检测单元用于：
在以所述A、B、C为顶点组成的平面内，以所述A为原点建立平面坐标系，其中X轴方向平行于铲运机车体前进方向，并标定B的横纵坐标分别为Bx、By；
根据预设的数据包飞行时间算法分别计算以所述A、B、C为顶点形成的三角形的三个边的长度Lac、Lbc和Lab，并将所述Lac作为所述铲运机和工人之间的距离。
6.根据权利要求5所述的铲运机安全隔离装置，其特征在于，所述位置检测单元还用于：
根据所述Lac、Lbc和Lab，分别计算所述三角形的角度∠BABx和∠BAC；
根据所述角度∠BABx和∠BAC，计算得到边AC与X轴正方向的夹角α，以确定所述A与C的相对位置。
7.根据权利要求5所述的铲运机安全隔离装置，其特征在于，所述根据预设的数据包飞行时间算法分别计算以所述A、B、C为顶点形成的三角形的三个边的长度Lac、Lbc和Lab，包括：
Lac＝D(T1-T2)/2，
Lbc＝D(T3-T2)/2，
Lab＝D(T4-T5)/2，
其中，D为电磁波飞行速度，T1为所述A发出数据包和接收到所述C回应的数据包的时间间隔，T2为所述C接收到数据包和发出回应数据包的时间间隔，T3为所述B发出数据包和接收到所述C回应的数据包的时间间隔，T4为所述A发出数据包和接收到所述B回应的数据包的时间间隔，T5为所述B接收到数据包和发出回应数据包的时间间隔。
8.根据权利要求6所述的铲运机安全隔离装置，其特征在于，所述根据所述Lac、Lbc和Lab，分别计算所述三角形的角度∠BABx和∠BAC，进一步包括：
根据所述Lac、Lbc和Lab，基于正余弦定理，得到所述三角形的各个角度∠A、∠B、∠C，并根据所述三角形的各个角度和各个边长得到所述角度∠BABx和∠BAC。
9.根据权利要求6所述的铲运机安全隔离装置，其特征在于，所述边AC与X轴正方向的夹角α通过如下公式计算：
α＝π-∠BABx-∠BAC。
10.一种铲运机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的铲运机安全隔离装置。
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