CN109639806A - 一种井下远程遥控掘进机 - Google Patents

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李振标
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杜国斌
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Abstract

本发明涉及一种井下远程遥控掘进机，其特征在于，包括掘进机本体，其特征在于，所述的掘进机本体上设置有天线基座，所述的天线基座上设置有天线，天线基座通过驱动电机控制转动；所述的天线中设置有电子罗盘；所述的天线连接有无线通信模块，所述的无线通信模块连接有控制器，控制器连接有驱动电机、存储器、机载GPS定位器以及掘进机行进机构；所述天线与地面基站实时进行位置校对。

Description

一种井下远程遥控掘进机
技术领域
本发明属于井下掘进设备技术领域，具体涉及一种井下远程遥控掘进机。
背景技术
掘进机是井下掘进领域中必不可少的设备，但井下掘进作业具有一定的危险因素；井下作业由于环境狭小，容易发生坍塌、瓦斯爆炸等情况，严重危害工作人员的生命健康。
为此，现有技术中的掘进机已经引入远程遥控技术，实现井上对掘进机的远程控制；然而由于井下深度较深，井上基站与井下掘进机之间的无线通信强度不够，导致井下掘进机的控制灵敏度偏低；影响掘进机的信号接收，从而降低了掘进机的工作效率。
另外，掘进机在工作过程中，产生大量的煤屑和颗粒物，煤屑和颗粒物悬浮在井下的狭小空间，存在一定的安全隐患。此为现有技术的不足之处。
因此，针对现有技术中的缺陷，提供设计一种井下远程遥控掘进机；以解决现有上述问题，是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术存在的缺陷，提供设计一种井下远程遥控掘进机，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：
一种井下远程遥控掘进机，包括掘进机本体，其特征在于，所述的掘进机本体上设置有天线基座，所述的天线基座上设置有天线，天线基座通过驱动电机控制转动；所述的天线中设置有电子罗盘；
所述的天线连接有无线通信模块，所述的无线通信模块连接有控制器，控制器连接有驱动电机、存储器、机载GPS定位器以及掘进机行进机构；
所述天线通过以下方法实现与地面基站的位置校对：
步骤S1：获取地面架设基站的位置信息，包括地理经度，地理纬度以及地理高度；并预存到存储器中；
步骤S2：利用机载GPS定位器获取掘进机的实时地理位置信息，包括地理经度，地理纬度以及地理高度；
步骤S3：控制器根据地面基站的地理位置信息和掘进机的地理位置信息，计算天线指向地面基站的方位角和俯仰角；
步骤S4：掘进机上的天线指向通过电子罗盘来确定：电子罗盘安装在定时天线的中心轴上，电子罗盘的指向轴和天线指向方向中心轴重合，电子罗盘的方位角就是机载天线指向角；
步骤S5：控制器根据目标方位角和俯仰角，以及天线指向角解算出驱动电机需要转动的角度，控制驱动电机带动天线基座完成转动，实现机载天线指向对准地面基站；
所述的掘进机本体上设置有水箱，水箱通过PVC塑料管连接到水泵的进水口，水泵的出水口连接有硅胶软管，硅胶软管的末端连接有分水管，所述的分水管上安装有多个雾化喷头；所述的水箱内设置有液位传感器，所述的液位传感器连接到控制器；用于检测水箱内的水位，当水箱内的水位低于最低阈值时，及时向工作人员发出提醒。
作为优选，天线与地面基站的位置校对还包括以下步骤：
步骤S6：为完成车载天线实时跟踪对准基站天线，在掘进机运动过程中，根据GPS定位器的读取频率，每隔5秒重新读取掘进机的经纬度坐标，进行新位置的解算，从而完成新位置的对准，进而实时跟踪对准。
作为优选，所述的掘进机本体上设置有摄像机；所述的摄像机连接到所述的控制器；控制器通过无线通信模块将摄像机采集到的录像视频利用天线发送至地面基站，地面基站再将视频信息传送至后台控制中心，后台控制中心根据视频信息，指定对掘进机的远程控制信息，并通过地面基站发送至掘进机机载天线；天线接收到指令后通过无线通信模块发送至控制器，控制器解读指令后，根据控制掘进机进行工作。
作为优选，地面基站与天线之间通过以下方式进行通信：
S1：对最优节点进行定位，具体包括以下步骤：
S1.1：通过公式(1)计算出全部通信节点相对空间位置的偏离距离：
式中，全部空闲通信节点数量用pem表示，所有通信节点数目用q表示，pef＝pem-q×0.1；
S1.2：设置簇头通信节点的通信服务领域，公式如下：
式中，无线传输网络所覆盖的区域内簇头节点的服务簇头数量高于30用nuf l l表示；第k个簇头内所有的通信节点量用qk表示；
S1.3：对区域内的数据节点进行分组；
S1.4：针对不同的组别分别计算通信节点比率；
S1.5：结合S1.4中的通信节点比率值确定最优通信节点；
S2：结合S1.4中的最优通信节点，建立加权组播数；并用Q(X)表示步骤S1.5中已经明确的最优通信节点数量，用xk代表数据在各最优通信节点间的连通性，用hp(v)代表通信终端的空间坐标，用xp表示第p条数据支路，λ代表与之相对应的影响因子；
具体构建步骤如下：
S2.1：设置：
S2.2：对通信网络获取的最优通信节点进行筛选，设置当前最优通信节点能够用xk进行描述，如果k＝0，则执行步骤S2.3，否则令Xh＝XV；
S2.3：在整个通信网络中，搜索出所有的最优通信节点，如果nt(xk)＞0，则最优通信节点与邻域最优通信节点之间的关系表示为：
通信约束条件为：
S2.4：如果P(XV)＜P(X)，则返回步骤S2.2进行计算，否则结束运算。
作为优选，所述的掘进机本体上设置有三角形支撑架；用于支撑所述的分水管。
作为优选，PVC塑料管位于水箱内的一端设置有过滤网；避免水箱内的大颗粒物进入水泵内。
作为优选，所述的三角形支撑架为不锈钢制支撑架；增强支撑架的整体强度。
作为优选，所述的三角形支撑架焊接在所述的掘进机本体上；增强三角形支撑架与掘进机本体之间的连接强度。
本发明的有益效果在于，通过远程控制方式实现对掘进机的井下远程控制，避免人员井下操作发生危险的可能性；通过水泵将水箱内的水抽出，并通过雾化喷头喷出；以除去掘进机掘进时产生的颗粒和煤屑，起到净化井下环境的有益效果。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1是本发明提供的一种井下远程遥控掘进机的结构示意图。
图2是本发明提供的一种井下远程遥控掘进机的控制原理图。
其中，1-掘进机本体，2-天线基座，3-天线，4-驱动电机，5-电子罗盘，6-无线通信模块，7-控制器，8-存储器，9-机载GPS定位器，10-行进机构，11-地面基站，12-水箱，13-PVC塑料管，14-水泵，15-硅胶软管，16-分水管，17-雾化喷头，18-液位传感器，19-后台控制中心，20三角形支架，21-过滤网，22-摄像机。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
如图1和2所示，本实施例给出的一种井下远程遥控掘进机，包括掘进机本体1，所述的掘进机本体1上设置有天线基座2，所述的天线基座2上设置有天线3，天线基座2通过驱动电机4控制转动；所述的天线3中设置有电子罗盘5；
所述的天线3连接有无线通信模块6，所述的无线通信模块6连接有控制器7，控制器7连接有驱动电机4、存储器8、机载GPS定位器9以及掘进机行进机构10；
所述天线通过以下方法实现与地面基站的位置校对：
步骤S1：获取地面架设基站的位置信息，包括地理经度，地理纬度以及地理高度；并预存到存储器中；
步骤S2：利用机载GPS定位器获取掘进机的实时地理位置信息，包括地理经度，地理纬度以及地理高度；
步骤S3：控制器根据地面基站的地理位置信息和掘进机的地理位置信息，计算天线指向地面基站的方位角和俯仰角；
步骤S4：掘进机上的天线指向通过电子罗盘来确定：电子罗盘安装在定时天线的中心轴上，电子罗盘的指向轴和天线指向方向中心轴重合，电子罗盘的方位角就是机载天线指向角；
步骤S5：控制器根据目标方位角和俯仰角，以及天线指向角解算出驱动电机需要转动的角度，控制驱动电机带动天线基座完成转动，实现机载天线指向对准地面基站；
所述的掘进机本体1上设置有水箱12，水箱12通过PVC塑料管13连接到水泵14的进水口，水泵14的出水口连接有硅胶软管15，硅胶软管5的末端连接有分水管16，所述的分水管16上安装有多个雾化喷头17；所述的水箱12内设置有液位传感器18，所述的液位传感器18连接到控制器7；用于检测水箱内的水位，当水箱内的水位低于最低阈值时，及时向工作人员发出提醒。
本实施例中，天线与地面基站的位置校对还包括以下步骤：
步骤S6：为完成车载天线实时跟踪对准基站天线，在掘进机运动过程中，根据GPS定位器的读取频率，每隔5秒重新读取掘进机的经纬度坐标，进行新位置的解算，从而完成新位置的对准，进而实时跟踪对准。
本实施例中，所述的掘进机本体上设置有摄像机22；所述的摄像机22连接到所述的控制器7；控制器通过无线通信模块将摄像机采集到的录像视频利用天线发送至地面基站，地面基站再将视频信息传送至后台控制中心，后台控制中心根据视频信息，指定对掘进机的远程控制信息，并通过地面基站发送至掘进机机载天线；天线接收到指令后通过无线通信模块发送至控制器，控制器解读指令后，根据控制掘进机进行工作。
本实施例中，地面基站与天线之间通过以下方式进行通信：
S1：对最优节点进行定位，具体包括以下步骤：
S1.1：通过公式(1)计算出全部通信节点相对空间位置的偏离距离：
式中，全部空闲通信节点数量用pem表示，所有通信节点数目用q表示，pef＝pem-q×0.1；
S1.2：设置簇头通信节点的通信服务领域，公式如下：
式中，无线传输网络所覆盖的区域内簇头节点的服务簇头数量高于30用nufll表示；第k个簇头内所有的通信节点量用qk表示；
S1.3：对区域内的数据节点进行分组；
S1.4：针对不同的组别分别计算通信节点比率；
S1.5：结合S1.4中的通信节点比率值确定最优通信节点；
S2：结合S1.4中的最优通信节点，建立加权组播数；并用Q(X)表示步骤S1.5中已经明确的最优通信节点数量，用xk代表数据在各最优通信节点间的连通性，用hp(v)代表通信终端的空间坐标，用xp表示第p条数据支路，λ代表与之相对应的影响因子；
具体构建步骤如下：
S2.1：设置：
S2.2：对通信网络获取的最优通信节点进行筛选，设置当前最优通信节点能够用xk进行描述，如果k＝0，则执行步骤S2.3，否则令Xh＝XV；
S2.3：在整个通信网络中，搜索出所有的最优通信节点，如果nt(xk)＞0，则最优通信节点与邻域最优通信节点之间的关系表示为：
通信约束条件为：
S2.4：如果P(XV)＜P(X)，则返回步骤S2.2进行计算，否则结束运算。
本实施例中，所述的掘进机本体1上设置有三角形支撑架20；用于支撑所述的分水管。
本实施例中，PVC塑料管13位于水箱内的一端设置有过滤网21；避免水箱内的大颗粒物进入水泵内。
本实施例中，所述的三角形支撑架20为不锈钢制支撑架；增强支撑架的整体强度。
本实施例中，所述的三角形支撑架20焊接在所述的掘进机本体上；增强三角形支撑架与掘进机本体之间的连接强度。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种井下远程遥控掘进机，包括掘进机本体，其特征在于，所述的掘进机本体上设置有天线基座，所述的天线基座上设置有天线，天线基座通过驱动电机控制转动；所述的天线中设置有电子罗盘；
所述的天线连接有无线通信模块，所述的无线通信模块连接有控制器，控制器连接有驱动电机、存储器、机载GPS定位器以及掘进机行进机构；
所述天线通过以下方法实现与地面基站的位置校对：
步骤S1：获取地面架设基站的位置信息，包括地理经度，地理纬度以及地理高度；并预存到存储器中；
步骤S2：利用机载GPS定位器获取掘进机的实时地理位置信息，包括地理经度，地理纬度以及地理高度；
步骤S 3：控制器根据地面基站的地理位置信息和掘进机的地理位置信息，计算天线指向地面基站的方位角和俯仰角；
步骤S4：掘进机上的天线指向通过电子罗盘来确定：电子罗盘安装在定时天线的中心轴上，电子罗盘的指向轴和天线指向方向中心轴重合，电子罗盘的方位角就是机载天线指向角；
步骤S5：控制器根据目标方位角和俯仰角，以及天线指向角解算出驱动电机需要转动的角度，控制驱动电机带动天线基座完成转动，实现机载天线指向对准地面基站；
所述的掘进机本体上设置有水箱，水箱通过PVC塑料管连接到水泵的进水口，水泵的出水口连接有硅胶软管，硅胶软管的末端连接有分水管，所述的分水管上安装有多个雾化喷头；所述的水箱内设置有液位传感器，所述的液位传感器连接到控制器。
2.根据权利要求1所述的一种井下远程遥控掘进机，其特征在于，天线与地面基站的位置校对还包括以下步骤：
步骤S6：为完成车载天线实时跟踪对准基站天线，在掘进机运动过程中，根据GPS定位器的读取频率，每隔5秒重新读取掘进机的经纬度坐标，进行新位置的解算，从而完成新位置的对准，进而实时跟踪对准。
3.根据权利要求1或2所述的一种井下远程遥控掘进机，其特征在于，，所述的掘进机本体上设置有摄像机；所述的摄像机连接到所述的控制器；控制器通过无线通信模块将摄像机采集到的录像视频利用天线发送至地面基站，地面基站再将视频信息传送至后台控制中心，后台控制中心根据视频信息，指定对掘进机的远程控制信息，并通过地面基站发送至掘进机机载天线；天线接收到指令后通过无线通信模块发送至控制器，控制器解读指令后，根据控制掘进机进行工作。
4.根据权利要求3所述的一种井下远程遥控掘进机，其特征在于，所述的掘进机本体上设置有三角形支撑架。
5.根据权利要求4所述的一种井下远程遥控掘进机，其特征在于，PVC塑料管位于水箱内的一端设置有过滤网。
6.根据权利要求5所述的一种井下远程遥控掘进机，其特征在于，所述的三角形支撑架为不锈钢制支撑架。
7.根据权利要求6所述的一种井下远程遥控掘进机，其特征在于，所述的三角形支撑架焊接在所述的掘进机本体上。
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