CN110261871A - 一种基于激光雷达成像的综采工作面快速巡检装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光雷达成像的综采工作面快速巡检装置,包括柔性轨道、移动云台、激光雷达成像系统;所述柔性轨道采用工字钢结构,安装在刮板输送机槽帮外侧的轨道支撑架上随着刮板输送机推移而移动,并可以自适应与自主调节以保证移动云台的快速通过;所述移动云台可以在柔性轨道上快速移动,包括云台座、驱动电机、驱动轮、导向轮和位置传感器;所述激光雷达成像系统安装在云台座上,包括激光雷达传感器、控制模块、通讯模块和电源模块。本发明适应于综采工作面复杂现场环境,可实现对综采工作面的三维场景快速构建和综采装备状态快速巡检,且安装便利、维护方便可靠,为综采工作面的安全生产提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速巡检装置,尤其是一种适用于煤矿井下基于激光雷达成像的综采 工作面快速巡检装置,属于煤矿安全生产技术领域。
背景技术
综采作业是煤矿井下最重要、最危险的前端生产环节,而综采工作面具有作业空间狭小、机械设备众多、视觉环境差、温度高等特点,对采掘矿工生命安全威胁极大,综采作业过程中伤亡事故频发。我国发生煤矿事故3127起,死亡煤矿工人5368 人,其中约70%发生在井下综采作业区。另外,井下采煤工人长期处于高温、高湿、高浓度粉尘环境中,健康严重受损,据测算我国每年约5万名煤矿工人患上尘肺病,占到全国患者的50%。因此,人们开始在综采工作面应用巡检装置来对工作环境进行监测,以预防事故的发生。
在现有技术中,专利号为CN201810125556.1公开了一种煤矿综采工作面巡检机器人 及系统,该巡检机器人系统由轨道、巡检机器人、基站、远程工作站和手持遥控终端组成; 巡检机器人由巡检机器人本体、控制模块、视频采集模块、音频采集模块、传感器模块、动力模块、驱动模块和升降机构组成,远程工作站通过基站与巡检机器人实现数据交互。此发明的轨道安装在液压支架上,对液压之间的运行带来一定的影响,另外在长距离的驱动会出现链条的卡别、颤动等问题,会直接影响摄像仪的稳定拍摄,如果工作面较长时, 还需要将工作面分成两段链条来驱动。专利号为CN201710008322.4公开了一种煤矿综采 工作面巡检机器人,该机器人主要包括主动摩擦轮、被动摩擦轮、钢丝缆绳、缆车轿厢、 驱动电机、敏感气体传感器、视觉和激光传感器、电池等。该机器人将主、被动摩擦轮安 装在液压支架顶部,驱动吊挂在钢丝绳上的缆车轿厢来达到往复巡检的目的,利用摩擦轮 的摩擦力带动钢丝缆绳和缆车轿厢运行,钢丝绳始终处于拉紧状态。此发明主、被动摩擦 轮装置体积非常大,对采煤液压支架的运行带来一定的影响。专利号为CN 201510617085.2公开了一种综采工作面巡检行走装置,该装置驱动部分、回转部分、中 部槽部分、控制部分和设备平台部分,所述驱动部分设置在靠近所述刮板运输机的机头一 侧,所述回转部分设置在靠近所述刮板运输机的机尾一侧。此发明也存在长距离的驱动会 出现链条的卡别、颤动等问题,会直接影响摄像仪的稳定拍摄,如果工作面较长时,还需 要将工作面分成两段链条来驱动。
另外,以上发明专利采用的都是视频巡检,由于综采工作面环境属于微光甚至无光的 环境,需要人工照明,加上水、雾等因素的影响,导致视频巡检的效果易受照度低、光照 分布不均匀的影响。
发明内容
技术问题:本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处,提供一种基于激光雷达成 像的综采工作面快速巡检装置,实现对综采工作面的三维场景和综采装备状态快速巡检。
技术方案:本发明的一种基于激光雷达成像的综采工作面快速巡检装置,包括设在液 压支架下的柔性轨道、移动云台和激光雷达成像系统,所述的柔性轨道安装在刮板输送机 槽帮外侧的轨道支撑架上,轨道支撑架通过铆钉固定在每节刮板输送机槽帮外侧;所述移 动云台设在随着刮板输送机推移而移动的柔性轨道上,能在柔性轨道上快速移动,所述的 激光雷达成像系统设在移动云台上,随移动云台往复运动;所述移动云台的云台座上装有 能使激光雷达成像系统平稳运行减小晃动的防振动装置;所述的液压支架上设有液压支架 电液控制器。
所述柔性轨道包括呈工字钢结构的连接轨道和多个柔性关节,所述柔性关节一端为外 凸圆弧,另一端为与外凸圆弧相吻合的内凹圆弧,多个柔性关节首尾铰接在一起,首个柔 性关节的外凸圆弧与连接轨道一端铰接在一起。
所述移动云台包括云台座、驱动电机、驱动轮、导向轮和位置传感器;其中,云台座设在驱动电机的上方,驱动电机安装在云台座两端位置,位置传感器安装在云台座的内部中心位置;所述的移动云台在柔性轨道两侧对称安装有两组导向轮,两个驱动轮在工字钢上表面移动,驱动轮用于移动云台的平移。
所述的防振动装置包括震动弹簧和永磁体,其中,永磁体固定在云台座上面,震动弹 簧一侧通过封装安装在永磁体上,另一侧与激光雷达成像系统相连接。
所述激光雷达成像系统包括激光雷达传感器、控制模块、通讯模块和电源模块,其中 控制模块、通讯模块和电源模块通过CAN总线集成在一起,位于激光雷达传感器下面;控制模块通过驱动模块向移动云台输出放大信号后的行走指令,从而控制驱动电机运转,通过电机上的编码器控制驱动电机的运转速度,再通过设在云台座上的位置传感器计算出装置自身当前的位置信息,实现行走的精确控制,位置精度控制在[-5,5]cm范围内,通信模块通过Wi-Fi通信方式实现激光雷达成像信息与液压支架电液控制器之间的实时通信,将激光雷达成像信息发送给液压支架电液控制器,电源模块分别为移动云台和激光雷达成像系统提供电源,电源模块配置有电源检测电路,在电源馈电时将发出警示信号;所述激光雷达传感器能实现360°快速成像。
所述的控制模块包括SSD-ME007距离控制单元和EP1SGX25DF672I6时序控制单元,根据综采工作面特征控制激光雷达扫描对片区探测距离进行区域分类,以获得多个特征片区激光雷达扫描信息,为后续激光雷达扫描信息的数据处理提供特定扫描区域支持,包括:获取当前激光雷达扫描周期内的多个扫描片区的实际探测距离;
若所述扫描片区的平均探测距离0.5m≤d≤1m,则确认所述扫描片区为特定扫描区域 Ⅰ;
若所述扫描片区的平均探测距离1m<d≤1.5m,则确认所述扫描片区为特定扫描区域 Ⅱ;
若所述扫描片区的平均探测距离1.5m<d≤3m,则确认所述扫描片区为特定扫描区域 Ⅲ;
若所述扫描片区的平均探测距离3m<d≤5m,则确认所述扫描片区为特定扫描区域 Ⅳ;
若所述扫描片区的平均探测距离d>5m,则确认所述扫描片区为无效扫描区域。
有益效果:由于采用了上述技术方案,本发明能实现对综采工作面的三维场景和综采 装备状态快速巡检,在本技术领域内具有广泛的实用性。主要优点有:
(1)本发明采用的激光雷达成像技术可以在综采工作面照度低和光照分布不均匀环境 中实现对工作面三维场景和综采装备状态的快速巡检,适应于综采工作面复杂的现场环境;
(2)本发明采用的柔性轨道可以随着刮板输送机推移而移动,并能自适应与自主调节, 保证移动云台的快速通过;
(3)本发明采用的移动云台装配有环抱式四轮驱动机构,可以柔性轨道上快速、平稳 移动;
(4)相较于视频巡检,整个工作面仅需安装一台激光雷达成像巡检装置,就能够实现 对整个工作面的快速巡检,极大降低了投资成本,且安装便利、维护方便可靠。
附图说明
图1是本发明的基于激光雷达成像的综采工作面快速巡检装置结构示意图;
图2是本发明的柔性轨道的柔性关节和连接轨道结构示意图;
图3是本发明的柔性导轨和移动云台立体结构示意图。
图中:1-采煤机;2-刮板输送机;3-液压支架;4-柔性导轨;5-移动云台;6-激光雷达 成像系统;7-液压支架电液控制器。
401-内凹圆弧;402-柔性关节;403-外凸圆弧;404-连接轨道。
501-云台座;502-驱动电机;503-驱动轮;504-导向轮。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述:
如图1所示,本发明的一种基于激光雷达成像的综采工作面快速巡检装置,主要由设 在液压支架3下的柔性轨道4、移动云台5和激光雷达成像系统6构成,所述的柔性轨道 4安装在刮板输送机2槽帮外侧的轨道支撑架上,轨道支撑架通过铆钉固定在每节刮板输 送机2槽帮外侧;所述移动云台5设在随着刮板输送机推移而移动的柔性轨道4上,能在 柔性轨道4上快速移动,所述的激光雷达成像系统6设在移动云台5上,随移动云台5往 复运动;所述移动云台5的云台座上装有能使激光雷达成像系统平稳运行减小晃动的防振 动装置;所述的液压支架3上设有液压支架电液控制器7。
如图2所示,所述柔性轨道4包括呈工字钢结构的连接轨道404和多个柔性关节402, 所述柔性关节402一端为外凸圆弧403,另一端为与外凸圆弧相吻合的内凹圆弧401,多 个柔性关节402首尾相连铰接在一起,再结合连接轨道构成柔性轨道,首个柔性关节402的外凸圆弧与连接轨道404一端铰接在一起。
如图3所示,所述移动云台5包括云台座501、驱动电机502、驱动轮503、导向轮 504和位置传感器;其中,云台座501设在驱动电机502的上方,驱动电机502安装在云 台座501两端位置,位置传感器安装在云台座501的内部中心位置;所述的移动云台5在 柔性轨道4两侧对称安装有两组导向轮504,两个驱动轮503在工字钢上表面移动,驱动 轮503用于移动云台5的平移。驱动轮503在柔性轨道4上表面快速移动,导向轮504在 柔性轨道4侧面实时调整移动云台5的运行姿态。
所述的防振动装置包括震动弹簧和永磁体,其中,永磁体固定在云台座501上面,震 动弹簧一侧通过封装安装在永磁体上,另一侧与激光雷达成像系统6相连接。
所述激光雷达成像系统6)包括激光雷达传感器、控制模块、通讯模块和电源模块,其 中控制模块、通讯模块和电源模块通过CAN总线集成在一起,位于激光雷达传感器下面;控制模块通过驱动模块向移动云台5输出放大信号后的行走指令,从而控制驱动电机502运转,通过电机上的编码器控制驱动电机502的运转速度,再通过设在云台座501上的位 置传感器计算出装置自身当前的位置信息,实现行走的精确控制,位置精度控制在[-5,5]cm范围内,通信模块通过Wi-Fi通信方式实现激光雷达成像信息与液压支架电液控制器7之间的实时通信,将激光雷达成像信息发送给液压支架电液控制器,电源模块分别为移动云台和激光雷达成像系统提供电源,电源模块配置有电源检测电路,在电源馈电时将发出警示信号;所述激光雷达传感器能实现360°快速成像。
所述的控制模块包括SSD-ME007距离控制单元和EP1SGX25DF672I6时序控制单元,根据综采工作面特征控制激光雷达扫描对片区探测距离进行区域分类,以获得多个特征片区激光雷达扫描信息,为后续激光雷达扫描信息的数据处理提供特定扫描区域支持,包括:获取当前激光雷达扫描周期内的多个扫描片区的实际探测距离;
若所述扫描片区的平均探测距离0.5m≤d≤1m,则确认所述扫描片区为特定扫描区域 Ⅰ;
若所述扫描片区的平均探测距离1m<d≤1.5m,则确认所述扫描片区为特定扫描区域 Ⅱ;
若所述扫描片区的平均探测距离1.5m<d≤3m,则确认所述扫描片区为特定扫描区域 Ⅲ;
若所述扫描片区的平均探测距离3m<d≤5m,则确认所述扫描片区为特定扫描区域 Ⅳ;
若所述扫描片区的平均探测距离d>5m,则确认所述扫描片区为无效扫描区域。
Claims (6)
1.一种基于激光雷达成像的综采工作面快速巡检装置,其特征在于:它包括设在液压支架(3)下的柔性轨道(4)、移动云台(5)和激光雷达成像系统(6),所述的柔性轨道(4)安装在刮板输送机(2)槽帮外侧的轨道支撑架上,轨道支撑架通过铆钉固定在每节刮板输送机(2)槽帮外侧;所述移动云台(5)设在随着刮板输送机推移而移动的柔性轨道(4)上,能在柔性轨道(4)上快速移动,所述的激光雷达成像系统(6)设在移动云台(5)上,随移动云台(5)往复运动;所述移动云台(5)的云台座上装有能使激光雷达成像系统平稳运行减小晃动的防振动装置;所述的液压支架(3)上设有液压支架电液控制器(7)。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达成像的综采工作面快速巡检装置,其特征在于:所述柔性轨道(4)包括呈工字钢结构的连接轨道(404)和多个柔性关节(402),所述柔性关节(402)一端为外凸圆弧(403),另一端为与外凸圆弧相吻合的内凹圆弧(401),多个柔性关节(402)首尾铰接在一起,首个柔性关节(402)的外凸圆弧与连接轨道(404)一端铰接在一起。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达成像的综采工作面快速巡检装置,其特征在于:所述移动云台(5)包括云台座(501)、驱动电机(502)、驱动轮(503)、导向轮(504)和位置传感器;其中,云台座(501)设在驱动电机(502)的上方,驱动电机(502)安装在云台座(501)两端位置,位置传感器安装在云台座(501)的内部中心位置;所述的移动云台(5)在柔性轨道(4)两侧对称安装有两组导向轮(504),两个驱动轮(503)在工字钢上表面移动,驱动轮(503)用于移动云台(5)的平移。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达成像的综采工作面快速巡检装置,其特征在于:所述的防振动装置包括震动弹簧和永磁体,其中,永磁体固定在云台座(501)上面,震动弹簧一侧通过封装安装在永磁体上,另一侧与激光雷达成像系统(6)相连接。
5.根据权利要求1或3所述的一种基于激光雷达成像的综采工作面快速巡检装置,其特征在于:所述激光雷达成像系统(6)包括激光雷达传感器、控制模块、通讯模块和电源模块,其中控制模块、通讯模块和电源模块通过CAN总线集成在一起,位于激光雷达传感器下面;控制模块通过驱动模块向移动云台(5)输出放大信号后的行走指令,从而控制驱动电机(502)运转,通过电机上的编码器控制驱动电机(502)的运转速度,再通过设在云台座(501)上的位置传感器计算出装置自身当前的位置信息,实现行走的精确控制,通信模块通过Wi-Fi通信方式实现激光雷达成像信息与液压支架电液控制器(7)之间的实时通信,将激光雷达成像信息发送给液压支架电液控制器,电源模块分别为移动云台和激光雷达成像系统提供电源,电源模块配置有电源检测电路,在电源馈电时将发出警示信号;所述激光雷达传感器能实现360°快速成像。
6.根据权利要求5所述的一种基于激光雷达成像的综采工作面快速巡检装置,其特征在于:所述的控制模块包括SSD-ME007距离控制单元和EP1SGX25DF672I6时序控制单元,根据综采工作面特征控制激光雷达扫描对片区探测距离进行区域分类,以获得多个特征片区激光雷达扫描信息,为后续激光雷达扫描信息的数据处理提供特定扫描区域支持,包括:获取当前激光雷达扫描周期内的多个扫描片区的实际探测距离;
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若所述扫描片区的平均探测距离1m<d≤1.5m,则确认所述扫描片区为特定扫描区域Ⅱ;
若所述扫描片区的平均探测距离1.5m<d≤3m,则确认所述扫描片区为特定扫描区域Ⅲ;
若所述扫描片区的平均探测距离3m<d≤5m,则确认所述扫描片区为特定扫描区域Ⅳ;
若所述扫描片区的平均探测距离d>5m,则确认所述扫描片区为无效扫描区域。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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