CN111153322A - 一种自动驾驶架线单轨吊 - Google Patents

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Abstract

本发明属于单轨吊领域及自动驾驶领域，尤其涉及一种自动驾驶架线单轨吊。包括承重轨道、机车和控制装置，其特征在于：该单轨机车主要由驱动单元、通讯及信息处理单元、通讯及显示控制单元、信号检测单元、起吊单元组成。承重轨道两侧分别设置导电轨道，导电轨道连接机车的驱动部，控制装置连接驱动部，控制装置设置遥控器。通讯及信息处理单元对机车驱动单元、起吊单元控制及信息反馈，并收集信号检测单元及通讯及显示控制单元信号并做出相应处理信号。驱动部为机车的运行提供动力及制动力。起吊梁可以实现货物的起吊工作。自动驾驶架线式单轨机车噪声小，故障率低，安全环保，便于维护和功能拓展。

Description

一种自动驾驶架线单轨吊
技术领域
本发明涉及一种自动驾驶架线单轨吊，属于单轨吊领域及自动驾驶领域。
技术背景
单轨吊机车是一种机动性强、运行速度快、载重量大、安全可靠的行驶于悬吊单轨系统的辅助运输设备，已在煤矿运输系统广泛应用。目前国内煤矿辅助运输主要有蓄电池及柴油机单轨吊机车。柴油机单轨吊以柴油机为动力，污染大、噪声大、成本高只适用于大型工矿。蓄电池单轨吊需用专用电池作动力，续航差，且需人工操作自动化程度低。有鉴于此，特提出自动驾驶滑线式单轨吊，采用架线方式的单轨机车能有效解决以上问题。
中国专利201620990404.4公开了一种电液动单轨吊机车，在煤矿井下的巷道中使用，巷道内设有轨道，包括动力电源、动力电缆、液压站、驱动部、摩擦轮、连杆、手动葫芦和自带滚轮的行走小车，液压站通过动力电缆与动力电源连接，驱动部与液压站连接，驱动部上设有液压马达，液压马达与摩擦轮连接，摩擦轮与轨道面间通过摩擦传递液压马达产生的转矩，从而带动单轨吊机车行走；动力电源、动力电缆、液压站、驱动部及手动葫芦均通过行走小车吊挂于轨道上。该实用新型的缺点是通过液压站驱动，体型庞大，液压站维修不便。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种通过架线方式为单轨吊提供电力的一种自动驾驶架线单轨吊。
其解决技术问题的技术方案为：一种自动驾驶架线单轨吊，包括承重轨道、机车和控制装置，其特征在于：承重轨道两侧分别设置导电轨道，导电轨道连接机车的驱动部，控制装置连接驱动部，控制装置设置遥控器。
通过远程遥控实现无人驾驶，人与车分离，减少人员在危险区域或其它突发事故时人员的危险系数。实现巷道类生产工作面更加安全环保。
其中优选方案是：
所述的机车的驱动部通过集电器连接导电轨道。
所述的驱动部包括驱动框架和电气连接电动机、集电器和辅助电气单元，集电器连接导电轨道。
所述的驱动部的电动机为三相交流电动机，驱动部还包括变频器，变频器的输出端连接三相交流电动机。
所述的驱动部的电动机为直流电动机。
所述的机车设置起吊梁，起吊梁通过两个起吊部悬挂于承重轨道。
所述的机车设置多节车厢，相邻两节车厢之间通过连杆进行连接，连杆连接相邻两个机车车厢的起吊梁。
所述的遥控器为有线遥控器或者无线遥控器。
所述的控制系统包括PLC控制系统，PLC控制系统设置通讯模块，通讯模块连接遥控器。
所述的PLC控制系统的输入端设置夹紧力检测器和速度传感器，夹紧力传感器设置在驱动部，速度传感器设置于测速小车。
所述的PLC控制系统的输入端设置有有害气体检测器和轨道信息监测器。
本发明与现有技术相比，其优点在于：
1、通过架线方式为单轨吊提供电力，以供运行需要；
2、通过高速无线局域网实现机车无人自动驾驶；
3、自动驾驶架线式单轨机车噪声小，故障率低，安全环保，便于维护和功能拓展。
4、本系统结构简单，避免了液压系统和柴油机系统的占空大问题。
附图说明
图1为本发明的控制系统的原理方框图。
图2为本发明的电气原理图。
图3为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面根据实施例进一步阐述本发明的技术。
实施例1：
如图1所示，一种自动驾驶架线单轨吊，包括承重轨道、机车和控制装置，承重轨道两侧分别设置导电轨道，导电轨道连接机车的驱动部，控制装置连接驱动部，控制装置设置遥控器。
通过远程遥控实现无人驾驶，人与车分离，减少人员在危险区域或其它突发事故时人员的危险系数。实现巷道类生产工作面更加安全环保。
机车包括承载小车7和测速小车9，承载小车7的驱动部通过集电器连接导电轨道。导电轨道，即动力线8，采用手指保护式单极绝缘电力供给系统。解决常用架线裸线带电供电安全问题，保证了工业场所供电安全。机车通过四根导电轨道供电，导电轨道通过螺丝和紧固件固定在轨道上。受电轨采用冗余设计，保证电力传输连续性与稳定性。电力经由导电轨并通过集电器传输至机车。
驱动部6包括驱动框架和电气连接电动机、集电器和辅助电气单元，集电器连接导电轨道。
驱动部6的电动机为三相交流电动机，驱动部还包括变频器4，变频器的输出端连接三相交流电动机。其中三相交流电动机与减速机采用日本线性减速电机5，减速机与电机一体化设计避免了分体式电机与减速机同轴度问题。防止运转时产生偏心或共振。变频器采用德国西门子变频器，通过485通讯方式与控制单元进行通讯，然后对驱动部电机进行变频调速与控制。
如图3所示，机车设置起吊梁2，起吊梁2通过两个起吊部悬挂于承重轨道。环链起吊葫芦3安装在起吊部上。两个起吊部经由连杆进行连接。起吊梁通过铰接座与连杆与其它机车部件连接在一起。环链起吊葫芦3受电气系统控制,可以通过遥控器进行操作。起吊单元有两个或多个起吊部组成，每个起吊部有拉力传感器，环链起吊葫芦3、上下限位器等组成。环链起吊葫芦3控制端连接控制单元，由控制单元对环链起吊葫芦3进行起吊控制。上下限位器连接环链起吊葫芦3内部控制端，从而对与环链起吊葫芦3上下超限快速做出反应，避免因信号传输带来延迟或误动作。拉力传感器能即时显示所吊重物并将数据即时传输到控制单元，控制单单元通过用户设定值对起吊限重控制。
机车设置多节车厢1，相邻两节车厢1之间通过连杆进行连接，连杆连接相邻两个机车车厢1的起吊梁。
遥控器为有线遥控器或者无线遥控器。
如图2所示，控制系统包括PLC控制系统，PLC控制系统设置通讯模块，通讯模块连接遥控器。
PLC控制系统的输入端设置夹紧力检测器和速度传感器，夹紧力传感器设置在驱动部，速度传感器设置于测速小车9。
夹紧力检测采用压敏传感器，将测量的压力值传输到PLC控制系统。
轨道检测单元是专门检测吊挂轨道及运行环境的装置。其内部含有可旋转高分辨率红外摄像机、行车记录模块、防撞雷达、倾角传感器、固定式高分辨率红外摄像机及图像处理模块。防撞雷达主要用于机车避障根据距离设定值预警或报警停车。同时将信号通过串口通讯传输到控制系统。
图像处理模块首先通过对相关图像做灰度投影形成水平和垂直方向上的积分投影矢量，并将其应用于基于差值函数的一维平移检测技术，以求取图像二维平移矢量。图像的平移算法，图像平移的数学表达式原理：
初始坐标为(x0，y0)的点经过平移(tx，ty)(以向右，向下为正方向)后，坐标变为(x1，y1)。这两点之间的关系是x1＝x0+tx，y1＝y0+ty。
这样，平移后的图像上的每一点都可以在原图像中找到对应的点。
同理算出图像垂直位移，然后通过定义容差率从而对轨道状态进行判断。红外摄像仪能在光线不足环境中正常运行。
操作人员可通过远程显示控制查看轨道状态、运行环境状态。同时还有速度传感器检测机车速度，位置传感器显示机车位置。有害气体浓度传感器可以根据使用工况检测单种或多种气体浓度。用户可以根据实际工况设定有害气体浓度值，从而触发发报警或停车。
控制系统经由集电器输送的电力到达控制系统，控制系统主要是由PLC控制系统组成。用于控制变频器的运行，从而控制电动机的动作。同时，控制系统连接着起吊梁部分，控制着起吊梁的运行动作。另外，PLC系统中加入了遥控通讯模块，可以较远距离实现对机车运行和起吊梁动作的控制。
遥控器为显示控制单元，设置有复位按钮、急停按钮、电位器、触控显示屏、电子芯片锁、高速通讯模块等。触控显示屏与控制系统485通讯，可及时显示机车运行各项参数及变频器运行状态。同时可在状态信号与视频信号之间切换操作者可通过远程操控机车，查看机车运行环境及运行状态。也可进入自动巡航模式进行自动驾驶。设置电子芯片锁与专用芯片对应解锁，实现司机与芯片一对一。同时可防止其他无关人员对机车误操作，提高机车操作安全性。
机车数据传输采用视频与控制隔离避免因数据延迟或干扰对机车控制造成影响。视频信号通过2.4G/5G无线模块传输，通过2.4G/5G无线模块高带宽与高速率保证了传输信号的实时型。同时机车控制485信号通过LoRa的扩频技术用433M频段用于传串口数据，保证数据安全与即时。
作为进一步的技术方案，控制系统还包括：机车通过高速通讯模块与其他无线设备通讯，可实现控制同一局域网下其他设备。
使用中，车载控制系统与监控室的显示屏通过高速通讯模块进行通信，可通过显示控制单元上的启动、停止、急停按钮使机车实现相应功能。信息采集单元各类传感器在触摸屏上显示机车的当前状态，运行环境有害气体浓度、及现在轨道状态及运行环境相关信息传送给CPU，CPU实时进行处理，并将相关数值通过无线传输通道显示到触摸屏上。在控制系统内为传感器检测的相关信息设置阈值，当数值不在安全阈值内，触摸屏上的信号指示灯闪烁发出报警信号。通过机车上的摄像头，将前方行驶画面显示在触摸屏上，方便工作人员对道路状况的监控。变频器与PLC控制装置通过总线相连，可实现不同状况下的调速控制。在轨道上设置若干个位置检测器，可根据需要在相应位置实现停车、启动等操作。
实施例2：
在实施例1的基础上，所述的驱动部的电动机为直流电动机。相应的供电系统可以通过直流系统代替。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动驾驶架线单轨吊，包括承重轨道、机车和控制装置，其特征在于：承重轨道两侧分别设置导电轨道，导电轨道连接机车的驱动部，控制装置连接驱动部，控制装置设置遥控器，驱动部包括驱动框架、电气连接的电动机和集电器，集电器连接导电轨道。
2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶架线单轨吊，其特征在于：所述的机车的驱动部通过集电器连接导电轨道。
3.根据权利要求1或2所述的一种自动驾驶架线单轨吊，其特征在于：所述的驱动部的电动机为三相交流电动机，驱动部还包括变频器，变频器的输出端连接三相交流电动机。
4.根据权利要求1或2所述的一种自动驾驶架线单轨吊，其特征在于：所述的驱动部的电动机为直流电动机。
5.根据权利要求1所述的一种自动驾驶架线单轨吊，其特征在于：所述的机车设置起吊梁，起吊梁通过两个起吊部悬挂于承重轨道。
6.根据权利要求5所述的一种自动驾驶架线单轨吊，其特征在于：所述的机车设置多节车厢，相邻两节车厢之间通过连杆进行连接，连杆连接相邻两个机车车厢的起吊梁。
7.根据权利要求1所述的一种自动驾驶架线单轨吊，其特征在于：所述的遥控器为有线遥控器或者无线遥控器。
8.根据权利要求1所述的一种自动驾驶架线单轨吊，其特征在于：所述的控制系统包括PLC控制系统，PLC控制系统设置通讯模块，通讯模块连接遥控器。
9.根据权利要求8所述的一种自动驾驶架线单轨吊，其特征在于：所述的PLC控制系统的输入端设置夹紧力检测器和速度传感器，夹紧力传感器设置在驱动部，速度传感器设置于测速小车。
10.根据权利要求8或9所述的一种自动驾驶架线单轨吊，其特征在于：所述的PLC控制系统的输入端设置有有害气体检测器和轨道信息监测器。
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CN112850481A (zh) * 2021-02-03 2021-05-28 中国矿业大学 一种蓄电池式无人驾驶单轨吊车及其控制方法
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