CN111897320B - 一种井下无人驾驶运料车控制系统 - Google Patents

一种井下无人驾驶运料车控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于井下运输领域，公开了一种井下无人驾驶运料车控制系统，包括多个运料车、多个固定通信模块和可识别标签，运料车的井下行驶路线被划分为若干个相连的行驶区域，每个行驶区域内均设置有固定通信模块和可识别标签；可识别标签用于标定巷道行驶方向；固定通信模块用于与所在行驶区域内的运料车进行通信，以获得所在行驶区域内的车辆位置以及车辆数量；运料车上设置有视觉传感器、控制器和无线通信模块；视觉传感器用于识别可识别标签的信息，控制器用于控制运料车的行进方向，还用于与固定通信模块通信，获取行驶区域内的车辆数量信息和距当前车辆距离信息。本发明实现了井下运料车的无人驾驶。

Description

一种井下无人驾驶运料车控制系统
技术领域
本发明属于井下运输领域，具体涉及一种井下无人驾驶运料车控制系统。
背景技术
目前，在我国的矿山领域，井下巷道的运料方式通常采用轨道式、单轨吊方式或胶轮车方式运送物料，轨道式运料方式具有事故发生率高、安全管理困难等缺点，单轨吊运料方式具有作业效率低、运输成本高、维修难度大、破坏环境等缺点，胶轮车运料方式具有操作人员易受主观性干扰、井下驾驶运输条件差、操作人员安全管理难度大等缺点。由于矿井条件恶劣、光线昏暗、运输车司机视线受阻，属于高危工作场合，安全性是首要考虑的因素。随着科技发展的不断进步，寻找一种适用于井下复杂运输条件、减轻操作人员的劳动强度、降低运输事故的发生、减少现场工作人员伤亡、提高井下物料的运输效率，是当代众多矿井亟需解决的问题。
矿山领域，运料车主要向煤矿井下运输巷道物料，包括锚杆、配件、设备、后配套、矸石、沙土、渣煤、混凝土、散料等。运料车按照不同的适用环境和功能要求，主要有顺槽车、两驱防爆胶轮车、四驱防爆胶轮车、自卸车等。与无轨胶轮轻型车相比，运料车的整车装备质量更大、装载质量更大，运输能力更强。
在我国的矿山安全事故中，矿井运输事故约占三成，而且这个比例随着开矿规模的扩大还在不断增加。目前的矿井运料车全部是由井下工人手动操控，人的主观失误和矿井技术不够稳定是矿井机车运输事故的主要原因。随着无人驾驶车辆的研究及发展，为解决这一问题提供了切实有效的方案。矿井无人驾驶运料车可大大的减少人为因素对矿井运输的影响，最大化的降低井下人员的数量，保证井下人员安全。同时，矿井无人驾驶运料车可实现井下运输全程自动化，大幅度提高系统的安全性和整体运输效率，是实现工作面无人开采及无人矿山的重要内容。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种井下无人驾驶运料车控制系统，以实现井下运料车的无人驾驶。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种井下无人驾驶运料车控制系统，包括多个运料车、多个固定通信模块和可识别标签，所述运料车的井下行驶路线被划分为若干个相连的行驶区域，每个所述行驶区域内均设置有固定通信模块和可识别标签；
所述可识别标签用于标定行驶区域编号和巷道行驶方向，同一行驶区域内的固定通信模块的编号与和可识别标签上的行驶区域编号信息一一对应设置；
所述固定通信模块用于与所在行驶区域内的运料车进行通信，以获得所在行驶区域内的车辆位置以及车辆数量；
所述运料车上设置有视觉传感器、控制器和无线通信模块，多个固定通信模块和多个可识别标签分别设置在井下行驶路线上的各个行驶区域的起点；
所述视觉传感器用于识别所述可识别标签上的行驶区域编号和巷道行驶方向信息；所述控制器用于在识别到所述可识别标签上的行驶区域编号后，控制所述无线通信模块与该行驶区域的固定通信模块通信，获取行驶区域内的车辆数量信息和距当前车辆距离信息；所述控制器还用于根据所述可识别标签上的巷道行驶方向信息，控制所述运料车的行进方向。
所述可识别标签还用于标定巷道行驶距离信息，所述巷道行驶距离信息包括当前路线距离和路线剩余距离，所述控制器用于根据当前路线距离信息，控制所述视觉传感器寻找下一区域的可识别标签，还用于根据路线剩余距离，确定车辆所处位置。
所述控制器还用于在视觉传感器识别到新的行驶区域编号后，控制所述固定通信模块断开与上一行驶区域内的固定通信模块的通信。
所述可识别标签标定的巷道行驶方向为直行、停止、左转和右转中的一种。
所述运料车上还设置有用于与井下物料中心通信连接的上传通信模块，所述控制模块还用于通过所述上传通信模块将车辆状态信息发送至井下物料中心。
所述运料车上还设置有与所述控制器通过信号线连接的测距传感器和红外传感器；所述测距传感器用于测量运料车在行驶过程中距两侧煤壁和前方的距离，红外传感器用于感知车辆周围是否有人员；所述控制器用于根据测距传感器和红外传感器的测量信息，控制车辆的行驶状态。
所述运料车上还设置有与所述控制器通过信号线连接称重传感器和倾角传感器；称重传感器用于感知运料车装载物料的重量，所述控制器用于在物料达到指定重量后停止装载；倾角传感器用于感知车辆后厢的倾角，所述控制器用于在检测倾角达到设定角度后，卸载物料。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供了一种井下无人驾驶运料车控制系统，利用运料车工作在井下特定场景，行驶路线固定且不易发生变化的特点，通过将井下行驶路线划分为若干个相连的行驶区域，每个所述行驶区域内设置固定通信模块和可识别标签，利用可识别标签对运料车进行导向和定位，利用固定通信模块采集和发送行驶区域车辆信息，提高了运输车辆行驶的效率及安全性能，并且简化了运料车控制系统的程序设置。同时，车辆通过安装于车辆的称重传感器和倾角传感器，达到装载位置及卸载位置可自动装载和卸载，通过设置测距传感器和红外传感器，可以实现运料车行驶的自动控制，实现井下运料车的无人驾驶。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种井下无人驾驶运料车控制系统中运料车巷道运行示意图；
图2为本发明实施例中运料车的模块框图；
图3为本发明实施例中运料车的无人驾驶原理图；
图中：1为车辆后厢，2为运料车，3为固定通信模块，4为可识别标签，5为测距传感器，6为称重传感器，7为倾角传感器，8为视觉传感器，9为红外传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1~3所示，本发明实施例提供了一种井下无人驾驶运料车控制系统。具体地，如图1所示，该控制系统包括多个运料车2、多个固定通信模块3和多个可识别标签4，所述运料车的井下行驶路线被划分为若干个相连的行驶区域，每个所述行驶区域内均设置有固定通信模块3和可识别标签4，具体地，固定通信模块3和可识别标签4可以设置在各个行驶区域的起点。
所述可识别标签4用于标定行驶区域编号和巷道行驶方向，同一行驶区域内的固定通信模块3的编号与和可识别标签4上的行驶区域编号信息一一对应设置；所述固定通信模块3用于与所在行驶区域内的运料车进行通信，以获得所在行驶区域内的车辆位置以及车辆数量。
所述运料车上设置有视觉传感器8、控制器和无线通信模块，多个固定通信模块3和多个可识别标签4分别设置在井下行驶路线上的各个行驶区域的起点；
所述视觉传感器8用于识别所述可识别标签4上的行驶区域编号和巷道行驶方向信息，所述控制器用于根据所述可识别标签4上的巷道行驶方向信息，控制所述运料车的行进方向；所述控制器还用于根据所述可识别标签4上的行驶区域编号，控制所述无线通信模块与该行驶区域的固定通信模块3通信，获取行驶区域内的车辆数量信息和距当前车辆距离信息，还用于在视觉传感器8识别到新的行驶区域编号后，控制所述固定通信模块3断开与上一行驶区域内的固定通信模块3的通信。
具体地，本实施例中，在每个行驶区域内，有且仅有一个固定通信模块3和一个可识别标签4，行驶区域的划分提前设定好，且行驶区域编号与固定通信模块和可识别标签一一对应。固定通信模块和可识别标签均含有行驶区域的编号信息，且编号相同，如该区域为第i个行驶区域，则固定通信模块和可识别标签的编号也均为i。运料车只与固定通信模块和可识别标签标号相同的固定通信模块通信，即只有当固定通信模块的编号和可识别标签的编号一致时，运料车才与此固定通信模块通信，并识别可识别标签的方向信息。当视觉传感器识别到新的可识别标签时，控制器控制无线通信模块发出一次新的通信请求，与新的固定通信模块建立通信，并自动断开与上一个固定通信模块的通信。
进一步地，本实施例中，所述可识别标签4标定的巷道行驶方向为直行、停止、左转和右转中的一种。按照煤壁和巷道口车辆的可行驶方向不同，两者可识别标签的内容可以设置为不同。安装于煤壁的可识别标签的行驶方向信息可以为直行、后退、停止中的一种，可以分别用不同的数字，例如0直行、1停止进行标记，也可以通过文字或符号进行标记。安装于巷道口的可识别标签标定的行驶方向信息可以为直行、停止、左转、右转，其也可以分别用不同的数字，例如0直行、1停止、2左转、3右转进行标记，也可以通过文字或符号进行标记。
具体地，如图2所示，本实施例中，所述运料车上设置有视觉传感器8、控制器和无线通信模块，多个固定通信模块3和多个可识别标签4分别设置在井下行驶路线上的各个行驶区域的起点；所述视觉传感器8用于识别所述可识别标签4的信息，所述控制器用于根据所述可识别标签4的信息，控制所述运料车的行进方向，所述控制器还通过所述无线通信模块与所述固定通信模块3通信，获取行驶区域内的车辆数量信息和距当前车辆距离信息。
进一步地，本实施例中，所述可识别标签4还用于标定巷道行驶距离信息，所述巷道行驶距离信息包括当前路线距离和路线剩余距离。其中，当前路线距离表示车辆在当前位置按照当前标签识别的指示方向行驶至下一个标签的距离，此距离帮助确定运料车寻找下一区域的识别标签。路线剩余距离表示车辆在当前位置距离目标终点的距离，此距离有利于明确车辆的整个行驶路线和行驶里程。所述控制器用于根据当前路线距离信息，控制所述视觉传感器8寻找下一区域的可识别标签4，还用于根据路线剩余距离，确定车辆所处位置。也就是说，本实施例中，控制器可以根据可识别标签上的信息，得到运料车的行驶方向和行驶距离。
进一步地，本实施例中，如图2所示，所述运料车上还设置有用于与井下物料中心通信连接的上传通信模块，所述控制模块还用于通过所述上传通信模块将车辆状态信息发送至井下物料中心。
进一步地，如图1和图2所示，本实施例中，所述运料车上还设置有与所述控制器通过信号线连接的测距传感器5和红外传感器9；如图3所示，所述测距传感器5用于测量运料车在行驶过程中距两侧煤壁和前方的距离，红外传感器9用于感知车辆周围是否有人员；所述控制器用于根据测距传感器5和红外传感器9的测量信息，控制车辆的行驶状态。
进一步地，如图1和图2所示，本实施例中，所述运料车上还设置有与所述控制器通过信号线连接称重传感器6和倾角传感器7；如图3所示，称重传感器6用于感知运料车装载物料的重量，所述控制器用于在物料达到指定重量后停止装载；倾角传感器7用于感知车辆后厢1的倾角，所述控制器用于在检测倾角达到设定角度后，卸载物料。
本发明的工作原理如下：由于运料车在井下行驶路线固定， 在车辆可能经过和必须通过的行驶路线上，每隔一段固定距离人为设置通信模块3和可识别标签4。按照通信模块和可识别标签的设置范围，将运料车2在井下巷道的行驶路线划分为若干个相连的区域。可识别标签按照车辆行驶路线已提前编号，0表示行驶起点，N表示目标终点，标签按照编号顺序依次设置在煤壁和巷道口位置，且安装位置应在车辆视觉传感器可扫描的范围内，以便下一区域的行驶信息能够及时获取。可识别标签4上的行驶方向信息可以通过不同的数字或文字分别代表直行、后退、停止、左转、右转。
运料车辆开始行驶后，当车辆在通过可识别标签时，固定通信模块与运料车上的无线通信模块进行相互通信，固定通信模块将下一行驶区域内的车辆数量、距当前车辆距离等信息发送至车辆通信模块。下一行驶区域为车辆即将进入的行驶区域，固定通信模块和可识别标签设置在下一行驶区域的起点处。该行驶区域中的运料车上无线通信模块实时与固定通信模块通信，发送车辆是否运行及车辆距其的距离，固定通信模块记录数量和距离信息。
车辆的控制器通过无线通信模块在接收固定通信模块信息的同时，还通过上传通信模块将车辆状态信息发送至井下物料中心，实时掌握车辆状态。同时，视觉传感器8扫描当前可识别标签4上的信息，获取标签关于车辆行驶方向和行驶距离的路线信息，行驶方向为车辆在固定行驶路线下的下一区域运行方向，行驶距离信息包括当前路线路距离和剩余距离，控制器根据可识别标签上的运行方向控制车辆运行方向，同时存储对应的行驶距离信息，直至扫描到下一个可识别标签，将当前方向和距离信息更新。车辆根据标签信息在下一区域行驶过程中，实时通过测距传感器测量车辆与巷道两侧帮及前进方向的距离，通过红外传感器感知车辆周围是否有工作人员。按照可识别标签获得的信息，车辆运行至物料装载位置，开始装载物料，同时称重传感器用于感知物料的质量，当达到装载上限时，车辆提示停止装载物料，并继续按照固定路线行驶直至目标终点。到达目标终点即卸载位置后，运料车后厢可举升，安装于后厢的倾角传感器测量后厢举升倾角，当达到可自卸的倾角后，车辆开始自动卸载。
本发明提供了一种井下无人驾驶运料车控制系统，利用运料车工作在井下特定场景，行驶路线固定且不易发生变化的特点，通过将井下行驶路线划分为若干个相连的行驶区域，每个所述行驶区域内设置固定通信模块和可识别标签，利用可识别标签对运料车进行导向和定位，利用固定通信模块采集和发送行驶区域车辆信息，提高了运输车辆行驶的效率及安全性能，并且简化了运料车控制系统的硬件设置和程序设置。同时，车辆通过安装于车辆的称重传感器和倾角传感器，达到装载位置及卸载位置可自动装载和卸载，通过设置测距传感器和红外传感器，可以实现运料车行驶的自动控制，实现井下运料车的无人驾驶。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种井下无人驾驶运料车控制系统，其特征在于，包括多个运料车、多个固定通信模块(3)和可识别标签(4)，所述运料车的井下行驶路线被划分为若干个相连的行驶区域，每个所述行驶区域内均设置有固定通信模块(3)和可识别标签(4)；
所述可识别标签(4)用于标定行驶区域编号和巷道行驶方向，同一行驶区域内的固定通信模块(3)的编号与和可识别标签(4)上的行驶区域编号信息一一对应设置；
所述固定通信模块(3)用于与所在行驶区域内的运料车进行通信，以获得所在行驶区域内的车辆位置以及车辆数量；
所述运料车上设置有视觉传感器(8)、控制器和无线通信模块，多个固定通信模块(3)和多个可识别标签(4)分别设置在井下行驶路线上的各个行驶区域的起点；
所述视觉传感器(8)用于识别所述可识别标签(4)上的行驶区域编号和巷道行驶方向信息；所述控制器用于在识别到所述可识别标签(4)上的行驶区域编号后，控制所述无线通信模块与该行驶区域的固定通信模块(3)通信，获取行驶区域内的车辆数量信息和距当前车辆距离信息；所述控制器还用于根据所述可识别标签(4)上的巷道行驶方向信息，控制所述运料车的行进方向。
2.根据权利要求1所述的一种井下无人驾驶运料车控制系统，其特征在于，所述可识别标签(4)还用于标定巷道行驶距离信息，所述巷道行驶距离信息包括当前路线距离和路线剩余距离，所述控制器用于根据当前路线距离信息，控制所述视觉传感器(8)寻找下一区域的可识别标签(4)，还用于根据路线剩余距离，确定车辆所处位置。
3.根据权利要求1所述的一种井下无人驾驶运料车控制系统，其特征在于，所述控制器还用于在视觉传感器(8)识别到新的行驶区域编号后，控制所述固定通信模块(3)断开与上一行驶区域内的固定通信模块(3)的通信。
4.根据权利要求1所述的一种井下无人驾驶运料车控制系统，其特征在于，所述可识别标签(4)标定的巷道行驶方向为直行、停止、左转和右转中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种井下无人驾驶运料车控制系统，其特征在于，所述运料车上还设置有用于与井下物料中心通信连接的上传通信模块，所述控制器还用于通过所述上传通信模块将车辆状态信息发送至井下物料中心。
6.根据权利要求1所述的一种井下无人驾驶运料车控制系统，其特征在于，所述运料车上还设置有与所述控制器通过信号线连接的测距传感器(5)和红外传感器(9)；
所述测距传感器(5)用于测量运料车在行驶过程中距两侧煤壁和前方的距离，红外传感器(9)用于感知车辆周围是否有人员；所述控制器用于根据测距传感器(5)和红外传感器(9)的测量信息，控制车辆的行驶状态。
7.根据权利要求1所述的一种井下无人驾驶运料车控制系统，其特征在于，所述运料车上还设置有与所述控制器通过信号线连接称重传感器(6)和倾角传感器(7)；
称重传感器(6)用于感知运料车装载物料的重量，所述控制器用于在物料达到指定重量后停止装载；倾角传感器(7)用于感知车辆后厢(1)的倾角，所述控制器用于在检测倾角达到设定角度后，卸载物料。
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