CN112275437A - 一种矿用碎石机作业系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种矿用碎石机作业系统，所述系统包括：碎石机；视频引导单元，被配置为获取所述碎石机的作业现场的碎石数据，并对碎石数据进行分析确定作业指令；自动控制单元，被配置为根据所述作业指令控制所述碎石机进行作业，其中，所述作业类型包括破碎或者推散。本申请的一些实施例为每台碎石机配置了机器视觉单元，并基于机器视觉单元反馈的碎石数据来自动控制碎石机的作业，进而提升了单台碎石作业的自动化程度和精度。

Description

一种矿用碎石机作业系统

技术领域

本申请涉及矿用碎石领域，具体而言本申请实施例涉及一种矿用碎石机作业系统。

背景技术

固定式破碎机是矿山生产不可或缺的技术装备，负责将矿山溜井格筛上方积存的大块矿石破碎成合适大小并使之全部落入格筛下方溜井内，是实现溜井口大块矿石破碎的核心生产装备之一。目前，国内外矿山固定式破碎机主要采用现场人工操作的作业方式，工况环境恶劣，安全风险高，人工成本高，作业效率低，应变能力差。部分矿山采用远程遥控改造方案减少现场作业人员，但仍未解决日益突出的人工成本攀升和自动化程度低等问题，并引入了控制延时高、视觉操作误差等新的问题，作业效率及效果仍有提升空间。截至目前，尚无固定式破碎机全自动控制系统的成功应用案例。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种矿用碎石机作业系统，该矿用碎石机作业系统属于种基于机器视觉与机器人控制技术的固定式碎石机全自动作业与集群控制系统，实现常规作业过程的无人值守与多装备的集群控制，解决技术工人短缺、人力成本高及作业效率低等问题。

第一方面，本申请的一些实施例提供一种矿用碎石机作业系统，所述系统包括：碎石机；视频引导单元，被配置为获取所述碎石机的作业现场的碎石数据，并对碎石数据进行分析确定作业指令；自动控制单元，被配置为根据所述作业指令控制所述碎石机进行作业，其中，所述作业的类型包括破碎或者推散。

本申请的一些实施例为每台碎石机配置了机器视觉单元，并基于机器视觉单元反馈的碎石数据来自动控制碎石机的作业，进而提升了单台碎石作业的自动化程度和精度。

在一些实施例中，所述视频引导单元被配置为：捕获溜井口隔筛上矿石分布点云数据，对所述点云数据进行特征提取，以获取矿石块度特征和位置识别；其中，所述矿石块度特征包括矿石堆高度、矿石块度和矿石的投影面积；根据所述矿石块度特征和位置识别生成所述作业指令。

本申请的一些实施例通过机器视觉单元采集的矿石块的特征来确定具体的作业指令，使得自动控制单元控制的碎石机对当前矿石块的处理更加合理。

在一些实施例中，所述视频引导单元还被配置为：捕获溜井口隔筛上矿石分布点云数据，对所述点云数据进行特征提取，以获取矿石块度特征和位置识别；其中，所述矿石块度特征包括矿石堆高度、矿石块度和矿石的投影面积；确认所述矿石堆高度高于第一设定值或者所述矿石的投影面积大于第二设定值；生成异常处理指令，并向上位系统发送所述异常处理指令。

本申请的一些实施例可以根据机器视觉单元还可以通过矿石块的特征来识别碎石机不能对矿石进行作业的情况，并对这种情况进行上报方便采取进一步的合理的处理措施。

在一些实施例中，所述自动控制单元被配置为基于所述碎石机的运动学模型和自动控制算法控制所述碎石机的破碎锤自动完成矿石破碎及矿石堆推散。

本申请的一些实施例自动控制单元依据相关算法来引导碎石机进行作业，提升了单台碎石机的作业精度和速度。

在一些实施例中，所述碎石机作业系统包括：多台所述碎石机；其中，所述多台碎石机中各台碎石机均被配置一台所述视频引导单元和一台所述自动控制单元。

本申请的一些实施例可以通过包括多台碎石机配置相应的视频引导单元和自动控制单元来提升多台碎石机自动化工作的程度。

在一些实施例中，所述碎石机作业系统还包括：集群控制单元，被配置为对所述多台碎石机并发作业时的状态进行监测和管控。

本申请的一些实施例可以对多台碎石机进行统一管理，提升了多台作业的自动化管理水平。

在一些实施例中，所述多台碎石机并发作业时的状态包括各碎石机的油压、油温、电压和电流中的至少一个；所述集群控制单元被配置为根据监测得到的所述状态生成管控指令，其中，所述管控指令包括：故障预警、动态养护、作业量统计或者作业过程追溯。

本申请的一些实施例通过监控各台碎石机的状态参量来对各台碎石机进行差异化且实时的管控，提升了管控的精度和准确度，节省了人力成本。

在一些实施例中，所述集群控制单元还被配置为接收来自于所述碎石机的故障报警信号，收回所述碎石机的自动控制权限。

本申请的一些实施例还通过集群控制单元来限制自动控制单元的控制权限(即集群控制单元比自动控制单元对碎石机具有更高的管理权限)，以实现单台碎石机故障的时候由集群控制单元对这台碎石机进行更有针对性的管理和进一步的处理。

在一些实施例中，所述碎石机作业系统还包括：安全防护单元，被配置为检测作业现场信号，在确认所述作业现场存在预警对象时，生成报警信号并向所述自动控制单元发送所述报警信号；其中，所述自动控制单元被配置为接收所述报警信号后，停止碎石作业。

本申请的一些实施例通过安全防护单元来确保单台碎石机的作业现场的安全性，避免人或者车辆进入碎石机作业现场时，由于碎石机工作可能对这些对象造成伤害。

在一些实施例中，所述视频引导单元包括工业相机，其中，所述工业相机部署于溜井格筛正上方。

本申请的一些实施例为了提升采集的碎石数据的准确性将视觉引导单元包括的采集单元设置在溜井格筛正上方。

在一些实施例中，所述安全防护单元部署于所述作业现场的入口处。

本申请的一些实施例为了提升安全防护单元包括的采集单元采集数据的准确性，可以将安全防护单元对应的信息采集单元设置在作业区入口处，这样一方面能第一时间检测到进去作业区域的人或者车辆，另一方面由于入口处区域相对较小因此也可以提升采集数据的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的矿用碎石作业系统的组成框图；

图2为本申请实施例提供的矿用碎石作业系统的布设示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

国内外部分矿山引入固定式碎石机远程遥控系统，在固定式碎石机远程遥控系统的支撑下，操作人员可位于地面控制中心，通过远程通讯网络连接现场设备的控制系统，并利用现场安装的摄像机来获取现场状况，从而通过地面操控手柄及按钮，远程控制井下破碎机执行各类动作。

相关技术的固定式碎石机远程遥控系统主要存在以下缺点：首先，人工成本高，这是由于相关技术的远程遥控系统虽然实现现场作业转为远程作业，但仍需人工操作，尤其多台设备并发作业时，作业人员数量并无减少，还额外增加了系统维护人员的需求，仍需面对日益攀升的人力成本和技术工种短缺问题。其次，控制精度差，这是由于远程遥控系统采用传统人工控制模式，主要依据人工经验完成破碎作业，受摄像机安装角度、现场光线、图像变形等影响，基于监控视频的人工作业目标定位及控制精度较差。另外，运行效率低，相关技术的远程遥控系统的视频图像与控制指令经需长距离网络传输，存在数据延迟及通信中断情况，造成设备长期处于0.5s-2s的延时控制状态下，不能掌握实时工况状态，作业动作滞后，运行效率低。

本申请的一些实施例设计了一种矿用固定式碎石机全自动控制与集群作业系统，针对单台碎石机，系统实时捕获溜井口隔筛上矿石分布点云数据，进行特征提取，完成矿石块度特征分析和位置识别，并基于碎石机运动学模型和自动控制算法控制破碎锤自动完成大块矿石破碎及矿石堆推散；针对多台碎石机，本申请一些实施例提供的碎石作业系统具有一对多集群作业控制功能，可通过一套地表远程控制平台完成所有井下固定式破碎机的全自动作业监控和异常情况的人工处置，从而大幅减少现场作业人员，降低生产成本，保障生产作业安全，是建设智能化矿山、科技化矿山及未来无人化矿山的重要支撑系统。

请参看图1，图1为本申请的一些实施例提供一种矿用碎石机作业系统10。矿用碎石机作业系统10包括：碎石机100；视频引导单元200，被配置为获取所述碎石机的作业现场的碎石数据，并对碎石数据进行分析确定作业指令；自动控制单元300，被配置为根据所述作业指令控制所述碎石机进行作业，其中，所述作业类型包括破碎或者推散。

也就是说，本申请的一些实施例为每台井下碎石机100(或称为破碎机)配置一套独立的视频引导单元200和自动控制单元300。作为一个示例，视频引导单元200与自动控制单元300之间可以通过有线或者无线网络连接。例如，视频引导单元200和自动控制单元300之间通过WiFi或者5G等高速率无线通信网络进行连接。

为了提升视频引导单元200采集的三维点云数据的精确度，在本申请的一些实施例中，视频引导单元200被配置为捕获溜井口隔筛上矿石分布点云数据，对所述点云数据进行特征提取，以获取矿石块度特征和位置识别，并根据所述矿石块度特征和位置识别生成所述作业指令；其中，所述矿石块度特征包括矿石堆高度、矿石块度和矿石的投影面积。

为了对超出碎石机处理能力的矿石块进行处理，在本申请的一些实施例中，视频引导单元200还被配置为：捕获溜井口隔筛上矿石分布点云数据，对所述点云数据进行特征提取，以获取矿石块度特征和位置识别；其中，所述矿石块度特征包括矿石堆高度、矿石块度和矿石的投影面积；确认所述矿石堆高度高于第一设定值或者所述矿石的投影面积大于第二设定值；生成异常处理指令，并向上位系统发送所述异常处理指令。

在一些实施例中，所述自动控制单元被配置为基于所述碎石机的运动学模型和自动控制算法控制所述碎石机的破碎锤自动完成矿石破碎及矿石堆推散。本申请的一些实施例自动控制单元依据相关算法来引导碎石机进行作业，提升了单台碎石机的作业精度和速度。例如，自动控制单元300可以包括位移传感器、工业控制器和自动控制软件组成，其中，位移传感器和工业控制器可以部署于固定式碎石机作业现场，完成碎石机全自动轨迹规划和作业闭环控制。

也就是说，在本申请的一些实施例中，视频引导单元200用于获取现场的碎石数据，并对碎石数据进行分析确定碎石指令，并向自动控制单元300发送该碎石指令；自动控制单元300根据碎石指令控制碎石机进行碎石。在本申请的另一些实施例中，视频引导单元200还用于根据碎石数据生成异常干预信号(例如，当确认碎石机不能处理矿石时生成异常干预信号，也就是说确认所述矿石堆高度高于第一设定值或者所述矿石的投影面积大于第二设定值)，并向上位系统(例如，下文集群控制单元)发送该异常干预信号(即生成异常处理指令)，集群控制单元获取到异常干预信号后可以切换到人工模式，由人工进行异常处理，异常处理结束后切换到自动碎石模式。

为了提升对多台碎石机的自动化管理能力，本申请的一些实施例的碎石机作业系统10还可以包括：多台所述碎石机100(如图1所示)；其中，所述多台碎石机中各台碎石机均被配置一台所述视频引导单元200和一台所述自动控制单元300。

也就是说，本申请一些实施例的碎石机作业系统可以包括多台碎石机(例如包括N台碎石机，其中N为大于或等于1的自然数)，每台碎石机对应配置一套独立的视频引导单元200和一套自动控制单元300，视频引导单元200会生成碎石指令，并向配套自动控制单元300发送对应的碎石指令。

为了提升获取的碎石数据的准确性，所述视觉引导单元包括工业相机，其中，所述工业相机部署于溜井格筛正上方。也就是说，本申请一些实施例的视频引导单元200中的数据采集单元可以部署于溜井格筛正上方，自动控制单元300可以部署于固定式碎石机操作室。例如，本申请一些实施例的视频引导单元200包括工业TOF相机，工业TOF相机悬挂部署于溜井格筛正上方预设距离处(例如，工业TOF相机悬挂部署于溜井格筛正上方4米处)，实时抓取溜井格筛上矿石分布即获取碎石数据。

如图1所示，在存在多台碎石机的场合本申请的一些实施例提供的碎石机作业系统还包括：集群控制单元400，该集群控制单元400被配置为对多台碎石机100并发作业时的状态进行监测和管控。例如，所述多台碎石机100并发作业时的状态包括各碎石机的油压、油温、电压和电流中的至少一个；相应的集群控制单元400被配置为根据监测得到的所述状态生成管控指令，其中，所述管控指令包括：故障预警、动态养护、作业量统计或者作业过程追溯。

为了在单台碎石机故障时收回自动控制单元300的控制权限，提升对碎石机的管理能力，在本申请的一些实施例中，集群控制单元400还被配置为接收来自于所述碎石机的故障报警信号，收回所述碎石机的自动控制权限。本申请的一些实施例还通过集群控制单元来限制自动控制单元的控制权限(即集群控制单元比自动控制单元对碎石机具有更高的管理权限)，以实现单台碎石机故障的时候由集群控制单元对这台碎石机进行更有针对性的管理和进一步的处理。

也就是说，在本申请的一些实施例中，集群控制单元400由服务器及一对多异常处置操作台及集群控制软件组成，部署于矿山地表调度室，完成多台碎石机的集群自动作业监控与异常情况处置。

为了保障进入碎石机作业区的人员和车辆的安全性，在本申请的一些实施例中碎石机作业系统还包括：安全防护单元500，该安全防护单元500被配置为检测作业现场信号，在确认所述作业现场存在预警对象时，生成报警信号并向所述自动控制单元发送所述报警信号；其中，所述自动控制单元被配置为接收所述报警信号后，停止碎石作业。例如，为了确认是否有人员或者车辆进入作业区域，本申请的一些实施例可以将安全防护单元500部署于作业区入口处。

也就是说，本申请的一些实施例安全防护单元500可以部署于所述作业现场的入口处，实时监控作业区人员、车辆的闯入情况，并提供预警信息。

图1的各组成单元的布设位置可以参考图2。

本申请的一些实施例提供的矿用碎石机作业系统可以对多台矿山溜井固定式破碎机进行集群控制，可实现多台设备的并发自动控制，大幅降低作业人员数量。本申请一些实施例的矿用碎石机作业系统可以使得矿山溜井固定式破碎机全自动作业，例如，通过视频引导单元200进行矿石视觉识别并通过自动控制单元300对碎石机的机械臂进行自动作业控制，实现设备的智能化作业。本申请一些实施例的矿用碎石机作业系统可以实时检测矿山溜井固定式破碎机的工况并识别碎石机的异常工况，并制定了异常工况下自动控制与人工干预的切换机制。本申请的一些实施例的矿用碎石机作业系统可以对溜井固定式破碎机作业过程进行安全防护，即时识别进入作业区域的人员和车辆，避免作业碎石机对闯入人员的伤害等。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (11)

1.一种矿用碎石机作业系统，其特征在于，所述系统包括：

碎石机；

视频引导单元，被配置为获取所述碎石机的作业现场的碎石数据，并对碎石数据进行分析确定作业指令；

自动控制单元，被配置为根据所述作业指令控制所述碎石机进行作业，其中，所述作业的类型包括破碎或者推散。

2.如权利要求1所述的矿用碎石机作业系统，其特征在于，所述视频引导单元被配置为：

捕获溜井口隔筛上矿石分布点云数据，对所述点云数据进行特征提取，以获取矿石块度特征和位置识别；其中，所述矿石块度特征包括矿石堆高度、矿石块度和矿石的投影面积；

根据所述矿石块度特征和位置识别生成所述作业指令。

3.如权利要求1所述的矿用碎石机作业系统，其特征在于，所述视频引导单元还被配置为：

捕获溜井口隔筛上矿石分布点云数据，对所述点云数据进行特征提取，以获取矿石块度特征和位置识别；其中，所述矿石块度特征包括矿石堆高度、矿石块度和矿石的投影面积；

确认所述矿石堆高度高于第一设定值或者所述矿石的投影面积大于第二设定值；

生成异常处理指令，并向上位系统发送所述异常处理指令。

4.如权利要求1所述的矿用碎石机作业系统，其特征在于，所述自动控制单元被配置为基于所述碎石机的运动学模型和自动控制算法控制所述碎石机的破碎锤自动完成矿石破碎及矿石堆推散。

5.如权利要求1所述的矿用碎石机作业系统，其特征在于，所述碎石机作业系统包括：多台所述碎石机；

其中，所述多台碎石机中各台碎石机均被配置一台所述视频引导单元和一台所述自动控制单元。

6.如权利要求5所述的矿用碎石机作业系统，其特征在于，所述碎石机作业系统还包括：集群控制单元，被配置为对所述多台碎石机并发作业时的状态进行监测和管控。

7.如权利要求6所述的矿用碎石机作业系统，其特征在于，所述多台碎石机并发作业时的状态包括各碎石机的油压、油温、电压和电流中的至少一个；

所述集群控制单元被配置为根据监测得到的所述状态生成管控指令，其中，所述管控指令包括：故障预警、动态养护、作业量统计或者作业过程追溯。

8.如权利要求7所述的矿用碎石机作业系统，其特征在于，所述集群控制单元还被配置为接收来自于所述碎石机的故障报警信号，收回所述碎石机的自动控制权限。

9.如权利要求1或5所述的矿用碎石机作业系统，其特征在于，所述碎石机作业系统还包括：

安全防护单元，被配置为检测作业现场信号，在确认所述作业现场存在预警对象时，生成报警信号并向所述自动控制单元发送所述报警信号；

其中，

所述自动控制单元被配置为接收所述报警信号后，停止碎石作业。

10.如权利要求1所述的矿用碎石机作业系统，其特征在于，所述视频引导单元包括工业相机，其中，所述工业相机部署于溜井格筛正上方。

11.如权利要求9所述的矿用碎石机作业系统，其特征在于，所述安全防护单元部署于所述作业现场的入口处。

Images