CN112855142B - 一种移动巡检式浮煤清理系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种移动巡检式浮煤清理系统及其工作方法，属于煤矿井下浮煤清理领域，包括车体，车体上设置有滑动系统、机器视觉及控制系统、旋转系统和铲煤系统；滑动系统用于与刮板输送机相互配合实现车体的前后移动，旋转系统相对于车体前后旋转，铲煤系统设置于车体一侧，并与旋转系统连接用于铲煤；机器视觉及控制系统包括相互连接的PLC控制器和机器视觉系统，PLC控制器与滑动系统、旋转系统和铲煤系统的驱动机构均连接，用于控制车体的前后移动、铲煤系统的左右旋转以及铲煤系统的装煤和卸煤动作。本发明可以识别并自动清理刮板输送机与煤壁工作面之间浮煤堆积过多的地方以及刮板输送机端部的浮煤，提高了采煤工作面的效率，保障了人员的安全。

Description

一种移动巡检式浮煤清理系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种移动巡检式浮煤清理系统及其工作方法，属于煤矿井下浮煤清理技术领域。

背景技术

在煤矿井下采煤机采煤时，一方面，不可避免的会在刮板输送机与煤壁工作面之间残留一些浮煤，针对这些浮煤，现在主要是靠在推移刮板输送机的时候将煤推到刮板上再将其运走的方法，但当某处的浮煤量达到一定量的时候可能会影响刮板输送机向前推移的效率，进而对采煤工作面造成不利的影响；另一方面当采煤机运行到刮板输送机端部时，采煤机滚筒旋转抛出及自然垮落的煤会散落下来，这些浮煤没有顺利地被装到刮板输送机上，并且随着工作面的不断向前推进浮煤量会逐渐增加，若不及时清理会影响采煤效率，针对这些浮煤，现在主要的清理方法是依靠人工操作清理机械来完成，但在薄煤层开采时，由于巷道空间狭窄，浮煤难以清理，工作效率低，也存在着安全隐患。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种移动巡检式浮煤清理系统及其工作方法，可以识别并自动清理刮板输送机与煤壁工作面之间浮煤堆积过多的地方以及刮板输送机端部的浮煤，提高了采煤工作面的效率，保障了人员的安全。

本发明采用以下技术方案：

一种移动巡检式浮煤清理系统，包括车体，所述车体上设置有滑动系统、机器视觉及控制系统、旋转系统和铲煤系统；

所述滑动系统设置于车体下方，用于与刮板输送机相互配合实现车体的前后移动，所述旋转系统能够相对于车体前后旋转，所述铲煤系统设置于车体一侧，并与旋转系统连接，用于铲煤；

所述机器视觉及控制系统包括相互连接的PLC控制器和机器视觉系统，外面有保护壳将其保护，机器视觉系统用于不断采集图像判断执行动作的时机，并将信号传递给PLC控制器，所述PLC控制器与滑动系统、旋转系统和铲煤系统的驱动机构均连接，用于分别控制车体的前后移动、铲煤系统的左右旋转以及铲煤系统的装煤和卸煤动作。

优选的，所述机器视觉系统包括视觉传感器、高速图像采集系统、专用图形处理系统和计算机，计算机与PLC控制器连接；

视觉传感器包括图像传感器和光投射器，图像传感器用于实时采集车体与采煤机或者刮板输送机的端部的距离以及浮煤层的高度，光投射器用于为图像传感器补光，使图像传感器能更加清晰的接收到图像，图像传感器和光投射器均采用嵌入车体内部，并且外部有钢化玻璃保护；

视觉传感器所采集的模拟视频信号传输至高速图像采集系统，高速图像采集系统将模拟视频信号转换为数字图像信号，并将数字图像传送给专用图形处理系统进行视觉信号的处理，再传输给计算机，计算机与PLC控制器，并通过PLC控制器驱动控制车体的前后移动、铲煤系统的左右旋转以及铲煤系统的装煤和卸煤动作。

优选的，所述图像传感器包括位于车体前后的双目CCD摄像机和位于车体一侧的高度检测摄像机，光投射器包括位于双目CCD摄像机旁的LED灯和位于高度检测摄像机外围的LED灯环。

双目CCD摄像机不断接收车体前后端的信号，当采煤机或者刮板输送机的端部靠近车体，与车体离的比较近的时候，检测车体与采煤机或者是刮板输送机之间的距离(可采用现有技术)，判断是否适合卸煤，避免与采煤机或刮板输送机相撞；

检测车体与采煤机或者刮板输送机端部之间的距离，其原理为：基于双目CCD摄像机视差的原理，当双目CCD摄像机在同一时刻看到采煤机或者刮板输送机端部的同一个点P，分别在两个CCD摄像机上获得了点P的图像，可以分别计算出P点在各个摄像机里的坐标，根据三角形相似的原理可以列出方程，最后根据两个CCD摄像机的视差可以解出车体与采煤机或者刮板输送机端部之间的距离。

高度检测摄像机也为双目CCD摄像机，在车体上靠近采煤工作侧的高度检测摄像机采集浮煤层的高度(可采用现有技术)，高度达到要求后就铲煤，在单目摄像机周围的LED灯环也是补光作用，使接收到的图像更加的清晰；

高度检测摄像机(双目CCD摄像机)采集浮煤层高度的原理为：

首先使用双目CCD摄像机采集浮煤的图像对，接着对图像对进行匹配，求取图像的视差图和浮煤高度的信息，然后采集样本点，利用其在摄像机坐标系下的三维坐标求取浮煤底部的平面方程，最后，根据点到平面的距离公式求取三维环境的高度图，利用高度信息来检测浮煤的最大高度。

优选的，所述PLC控制器优选采用西门子S7-400，高速图像采集系统与专用图形处理系统也均为现有产品，本发明中采用高速图像采集系统与专用图形处理系统集成在一起的现有产品，优选采用日本Sony公司的XCD-910系统或者美国Kodak公司的IMAGESTATION2000R系统。

在本发明中，双目CCD摄像机产生的电荷信号，在经过高速图像采集系统的模数转换芯片转换后成为“0”或“1”的数字信号，可由闪速存储器保存即收光信号转换成计算机能够识别的电子图像信号；

专用图形处理系统是计算机的辅助处理器，主要采用专门的集成芯(ASIC)、数字信息处理器(DSP)设计成的全硬件处理器，可以实时高速的完成所有的双目CCD摄像机采集到的图像的处理算法，减轻后端计算机的处理负荷，提高整个视觉系统的速度。

优选的，所述视觉传感器还包括激光雷达传感器，激光雷达传感器位于铲煤系统上，用于检测采煤工作面与铲煤系统的铲斗之间的距离，避免在铲煤的时候相撞。

利用激光雷达传感器检测距离为现有技术，在铲斗向前推移装煤的时候，激光雷达传感器不断检测激光雷达传感器本身与采煤工作面之间的距离，进而知道铲斗与煤壁之间的距离，再与PLC控制器里的设定值比较，当距离减小到设定值的时候铲斗就停止推进。

优选的，所述车体在铲煤系统设置于一侧设置有倾斜坡面，保证铲煤系统的铲斗在从上向下斜插入浮煤时不会被车体挡住，使此浮煤清理系统的尺寸变小，保证车体的结构紧凑性，从上向下斜插入浮煤的动作过程为以图1中铲斗所在的状态为例说明：推进液压缸收缩到最后，调节液压缸的伸缩杆伸长将铲斗抬高，转角液压缸的伸缩杆收缩，使铲斗绕着连接耳板向下旋转，此时铲斗是斜着的，避免与车体相撞而设计了斜坡，要保证铲斗靠调节液压缸收缩，从离车体比较近的地方倾斜的扎入浮煤里；

所述车体底部设置有加强板，以保证车体整体的稳定性。

优选的，所述滑动系统包括电动机、两个相同的齿轮减速箱、两个滑靴和两个支撑滑块，所述电动机位于车体上部，并与PLC控制器连接，两个支撑滑块分别设置于车体底部一侧前后方，两个滑靴分别设置于车体底部另一侧前后方，两个支撑滑块和两个滑靴将车体支撑在刮板输送机上；

所述齿轮减速箱内设有减速齿轮，电动机输出轴与两个齿轮减速箱内的减速齿轮的输入轴连接，两个支撑滑块内部均设置有行走轮，行走轮为齿形轮与刮板输送机的销轨配合，两个减速齿轮输出轴分别与两个行走轮连接，实现车体的前后移动。

优选的，所述旋转系统位于车体的上部，旋转系统内设置有旋转电机，所述旋转电机与PLC控制器连接，能够保证铲煤系统前后180°旋转，在铲煤系统的铲斗铲煤后可以左右旋转90°，方便铲斗卸煤。

优选的，所述铲煤系统包括铲斗、推进液压缸、调节液压缸和转角液压缸，所述推进液压缸、调节液压缸和转角液压缸均与PLC控制器连接，所述铲斗包括铲斗主体，所述推进液压缸的缸筒与旋转系统铰接，推进液压缸的伸缩杆与铲斗主体通过连接耳板铰接，通过推进液压缸实现铲斗的推进装煤和铲斗的收回卸煤，所述调节液压缸和转角液压缸相互配合使铲斗主体与水平面具有不同的角度，便于斜插入煤层；

所述调节液压缸的缸筒与推进液压缸的缸筒转动连接，调节液压缸的伸缩杆与旋转系统转动连接，转角液压缸的缸筒与推进液压缸的伸缩杆转动连接，转角液压缸的伸缩杆与铲斗主体转动连接，在调节液压缸的伸缩下使推进液压缸和铲斗主体绕着推进液压缸与旋转系统的连接处转动，再通过转角液压缸的伸缩使铲斗主体绕着连接耳板上下转动。

优选的，所述铲斗还包括斗侧板、铲牙、上挡板和伸缩板，铲斗主体与斗侧板固定连接，铲牙设置于铲斗主体的下底板外端部，铲斗主体与上挡板转动连接，所述上挡板两侧各设置有一长条形U型槽，伸缩板两侧嵌入长条形U型槽内，并能够沿长条形U型槽滑动，实现伸缩板相对于上挡板的伸缩；

所述上挡板的中部竖向设置有一长条形凹槽，所述伸缩板上固定设置有一铰接耳板，所述铰接耳板位于长条形凹槽内并伸出，长条形凹槽的宽度保证铰接耳板能够放进去即可，铰接耳板能够沿长条形凹槽滑动，当铰接耳板滑动至长条形凹槽底部时，上挡板和伸缩板能够将进煤口完全关闭；

所述上挡板上固定设置有伸缩板液压缸，伸缩板液压缸与PLC控制器连接，伸缩液压缸的伸缩杆固定连接一S形连杆，S形连杆包括三段圆柱杆A、圆柱杆B和圆柱杆C，圆柱杆B较长，圆柱杆A和圆柱杆C较短，圆柱杆A、圆柱杆B和圆柱杆C依次固定连接整体上形成S形，所述伸缩液压缸的伸缩杆固定连接圆柱杆A，圆柱杆C与铰接耳板转动连接，铰接耳板为一半圆状的块体，其侧面设有圆形凹口，S形连杆的圆柱杆C一端可以插入圆形凹口内实现转动连接。

优选的，所述上挡板的左右两边上部均设置有一连接圆柱，所述铲斗主体与上挡板连接处设置有圆柱槽，上挡板上连接圆柱插入圆柱槽内进行转动连接，上挡板能够以连接圆柱为轴相对于铲斗主体转动；

所述铲斗主体上固定设置有上挡板液压缸，上挡板液压缸与PLC控制器连接，激光雷达传感器固定于上挡板液压缸上，上挡板液压缸通过曲柄连杆与上挡板连接，所述曲柄连杆包括三段圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F，圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F依次转动连接，所述上挡板液压缸的伸缩杆与圆柱杆D固定连接，所述圆柱杆F与上挡板转动连接，具体的，上挡板上设置有一半圆弧状耳板，半圆弧状耳板中部设置有孔，所述圆柱杆F穿过半圆弧状耳板的孔内，并采用销连接，由于上挡板与铲斗主体转动连接，通过伸缩上挡板液压缸可以实现上挡板的上下翻动；

通过S形连杆与伸缩板的铰接耳板转动连接，由伸缩板液压缸来控制伸缩板的运动，上挡板和伸缩板相互配合可实现铲斗进煤口的开关，防止在装煤完成后浮煤又滚出铲斗的事情发生，斗侧板采用圆弧设计，斗侧板中部向外凸出，使铲斗的装煤量增加，铲牙可以减小铲煤时的阻力。

一种上述移动巡检式浮煤清理系统的工作方法，初始状态为铲斗主体位于车体一侧上方，如图1状态，行走轮与刮板输送机上的销轨啮合，滑靴与刮板输送机的滑靴槽配合，电动机驱动行走轮行走，使车体前后移动，位于车体前后的双目CCD摄像机实时采集前后方的图像，并计算距离，使车体在前后移动或工作的时不会与采煤机或刮板输送机相撞，在车体一侧的高度检测摄像机实时检测浮煤层的高度，当浮煤层的高度达到设定值时，将信号经计算机传递给PLC控制器，PLC控制器控制行走轮停止行走，并且PLC控制器发送信号控制转角液压缸、调节液压缸、推进液压缸动作，铲起达到高度处的煤，铲煤时，在转角液压缸和调节液压缸的配合下将铲斗抬高，并倾斜着从刮板输送机铲煤板处插入浮煤，靠伸长推进液压缸向铲斗内装煤；

当上挡板液压缸上部的激光雷达传感器检测到铲斗主体与工作面的距离达到设定值时，激光雷达传感器将信号传递给PLC控制器，PLC控制器控制推进液压缸停止推进，铲斗主体则停止推进，避免撞到煤壁，此时上挡板液压缸的伸缩杆伸出使上挡板向下转动，并且伸缩板液压缸的伸缩板伸出，在上挡板与伸缩板的配合下将铲斗的进煤口关闭防止浮煤滚出，推进液压缸向后收回推进液压缸的伸缩杆，进而铲斗收回；

车体前后的双目CCD摄像机实时检测车体前后是否适合卸煤，在适合卸煤的一方进行卸煤，当两侧都适合卸煤时，则在与刮板输送机运动方向一致的方向上卸煤，当前后两方都不适合卸煤的时候则继续等待，直到适合卸煤时才开始卸煤，卸煤时，旋转系统旋转将铲斗及其里面的浮煤转到刮板输送机的溜槽正上方，上挡板液压缸和伸缩板液压缸动作，使铲斗的铲煤口打开卸煤；

至此一次浮煤清理结束，铲车恢复初始状态。

本发明中，当检测到车体与采煤机或者刮板输送机的距离足够铲斗旋转到刮板输送机正上方而不会与它们相撞的情况下，适合卸煤。

优选的，在进煤口关闭过程中，当推进液压缸带动铲斗向前推进时，激光雷达传感器实时检测铲斗与采煤工作面的距离，并发送到PLC控制器，当达到设定值后，PLC控制器控制推进液压缸停止推进，并控制上挡板液压缸的伸缩杆伸出，进而带动曲柄连杆运动，由于曲柄连杆由相互转动连接的三段圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F构成，灵活性大，在传递运动的时候阻力小，曲柄连杆又与上挡板转动连接，因此能够带动上挡板绕着连接圆柱转动，实现上挡板的上下翻动的动作，在上挡板向下翻动的同时，伸缩板液压缸在PLC控制器的控制下将伸缩板液压缸的伸缩杆伸出，带动S形连杆运动，S形连杆与铰接耳板转动连接，进而带动伸缩板从上挡板中伸出，上挡板向下翻动与伸缩板的伸出同时进行，在上挡板翻动为最终角度、伸缩板伸出的最大长度时，进煤口关闭，即伸缩板与铲斗主体的下底板接触；

进煤口的打开的过程与关闭的顺序相反即可，PLC控制器控制上挡板液压缸的伸缩杆缩回，进而带动曲柄连杆运动，带动上挡板绕着连接圆柱转动，同时，伸缩板液压缸在PLC控制器的控制下将伸缩板液压缸的伸缩杆缩回，带动S形连杆运动，S形连杆与铰接耳板转动连接，进而带动伸缩板缩回至上挡板中，上挡板向上翻动与伸缩板的缩回同时进行，直至伸缩板全部缩回上挡板中，上挡板向上翻转至与铲斗主体的上板平行。

值得注意的是，浮煤清理系统在移动的过程中，在双目CCD摄像机的作用下与刮板输送机的机头或机尾保持安全距离，当高度检测摄像机检测到浮煤量达到设定值后，则清理浮煤；

不论移动巡检式浮煤清理系统运行在何种状态，都必须与采煤机或者刮板输送机机头或机尾保持在安全距离，避免事故的发生。

本发明中未详尽之处，均可采用现有技术进行。

本发明的有益效果为：

1)本发明采用机器视觉的方法，效率高、速度快、检测效果稳定并能适应恶劣的煤矿的井下环境，通过双目CCD摄像机来识别判断车体与刮板输送机机头机尾以及采煤机的距离，防止在移动和清理浮煤的过程中相撞，高度检测摄像机来检测浮煤层的高度，可以识别并自动清理刮板输送机与煤壁工作面之间浮煤堆积过多的地方以及刮板输送机端部的浮煤，尤其是采煤机运行到刮板输送机机头部即工作面与巷道交叉处，采煤机滚筒抛出及自然垮落的浮煤，提高了采煤工作面的效率，保障了人员的安全。

2)本发明的旋转系统可以保证铲煤系统前后180°旋转，在铲煤系统的铲斗铲煤后可以左右旋转90°，方便铲斗卸煤；

并且可以通过调节液压缸、转角液压缸的相互配合，使铲斗主体与水平面具有不同的角度，便于斜插入煤层。

3)本发明上挡板与伸缩板配合，可以将铲斗的进煤口关闭，防止装入铲斗的浮煤又滚出。

4)本发明的铲斗主体两侧的斗侧板采用圆弧设计，中部向外凸出，可增加装煤量。

5)本发明的车体靠近采煤工作面的一侧设置有倾斜坡面，保证了铲斗在从上向下斜插入浮煤时不会被车体挡住，保证了铲斗能顺利地倾斜扎入浮煤，使此浮煤清理系统的尺寸减小，保证了结构的紧凑性。

6)本发明的图像传感器和光投射器均嵌入在车体内，外部并用钢化玻璃罩住，既不阻挡图像的采集和照明又起到保护的作用。

附图说明

图1为本发明的移动巡检式浮煤清理系统结构示意图一；

图2为本发明的移动巡检式浮煤清理系统结构示意图二；

图3为本发明铲斗的进煤口闭合时状态的局部示意图；

图4为本发明上挡板与伸缩板的安装示意图；

图5为本发明曲柄连杆与耳板的连接关系示意图；

其中，1-齿轮减速箱，2-车体，3-机器视觉及控制系统，4-推进液压缸，5-调节液压缸，6-连接耳板，7-上挡板液压缸，8-曲柄连杆，9-上挡板，10-S形连杆，11-伸缩板液压缸，12-铰接耳板，13-铲牙，14-斗侧板，15-铲斗主体，16-激光雷达传感器，17-转角液压缸，18-滑靴，19-旋转系统，20-双目CCD摄像机，21-LED灯，22-支撑滑块，23-电动机，24-加强板，25-高度检测摄像机，26-LED灯环，27-行走轮，28-伸缩板，29-销，30-半圆弧状耳板，31-连接圆柱。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种移动巡检式浮煤清理系统，如图1-5所示，包括车体2，车体2上设置有滑动系统、机器视觉及控制系统3、旋转系统19和铲煤系统；

滑动系统设置于车体2下方，用于与刮板输送机相互配合实现车体的前后移动，旋转系统19能够相对于车体2前后旋转，铲煤系统设置于车体2一侧，并与旋转系统19连接，用于铲煤；

机器视觉及控制系统3包括相互连接的PLC控制器和机器视觉系统，外面有保护壳将其保护，机器视觉系统用于不断采集图像判断执行动作的时机，并将信号传递给PLC控制器，PLC控制器与滑动系统、旋转系统19和铲煤系统的驱动机构均连接，用于分别控制车体2的前后移动、铲煤系统的左右旋转以及铲煤系统的装煤和卸煤动作。

实施例2：

一种移动巡检式浮煤清理系统，结构如实施例1所示，所不同的是，机器视觉系统包括视觉传感器、高速图像采集系统、专用图形处理系统和计算机，计算机与PLC控制器连接；

视觉传感器包括图像传感器和光投射器，图像传感器用于实时采集车体与采煤机或者刮板输送机的端部的距离以及浮煤层的高度，光投射器用于为图像传感器补光，使图像传感器能更加清晰的接收到图像，图像传感器和光投射器均采用嵌入车体2内部，并且外部有钢化玻璃保护；

视觉传感器所采集的模拟视频信号传输至高速图像采集系统，高速图像采集系统将模拟视频信号转换为数字图像信号，并将数字图像传送给专用图形处理系统进行视觉信号的处理，再传输给计算机，计算机与PLC控制器，并通过PLC控制器驱动控制车体2的前后移动、铲煤系统的左右旋转以及铲煤系统的装煤和卸煤动作。

图像传感器包括位于车体2前后的双目CCD摄像机20和位于车体2一侧的高度检测摄像机25，光投射器包括位于双目CCD摄像机20旁的LED灯21和位于高度检测摄像机25外围的LED灯环26。

双目CCD摄像机20不断接收车体前后端的信号，当采煤机或者刮板输送机的端部靠近车体2，与车体2离的比较近的时候，检测车体与采煤机或者是刮板输送机之间的距离(可采用现有技术)，判断是否适合卸煤，避免与采煤机或刮板输送机相撞；

检测车体与采煤机或者刮板输送机端部之间的距离，其原理为：基于双目CCD摄像机视差的原理，当双目CCD摄像机在同一时刻看到采煤机或者刮板输送机端部的同一个点P，分别在两个CCD摄像机上获得了点P的图像，可以分别计算出P点在各个摄像机里的坐标，根据三角形相似的原理可以列出方程，最后根据两个CCD摄像机的视差可以解出车体与采煤机或者刮板输送机端部之间的距离。

高度检测摄像机25也为双目CCD摄像机，在车体2上靠近采煤工作侧的高度检测摄像机采集浮煤层的高度(可采用现有技术)，高度达到要求后就铲煤，在单目摄像机周围的LED灯环26也是补光作用，使接收到的图像更加的清晰；

高度检测摄像机(双目CCD摄像机)采集浮煤层高度的原理为：

首先使用双目CCD摄像机采集浮煤的图像对，接着对图像对进行匹配，求取图像的视差图和浮煤高度的信息，然后采集样本点，利用其在摄像机坐标系下的三维坐标求取浮煤底部的平面方程，最后，根据点到平面的距离公式求取三维环境的高度图，利用高度信息来检测浮煤的最大高度。

本实施例中，PLC控制器采用西门子S7-400，高速图像采集系统与专用图形处理系统也均为现有产品，本实施例采用高速图像采集系统与专用图形处理系统集成在一起的现有产品，优选采用日本Sony公司的XCD-910系统。

在本发明中，双目CCD摄像机产生的电荷信号，在经过高速图像采集系统的模数转换芯片转换后成为“0”或“1”的数字信号，可由闪速存储器保存即收光信号转换成计算机能够识别的电子图像信号；

专用图形处理系统是计算机的辅助处理器，主要采用专门的集成芯(ASIC)、数字信息处理器(DSP)设计成的全硬件处理器，可以实时高速的完成所有的双目CCD摄像机采集到的图像的处理算法，减轻后端计算机的处理负荷，提高整个视觉系统的速度。

实施例3：

一种移动巡检式浮煤清理系统，结构如实施例2所示，所不同的是，视觉传感器还包括激光雷达传感器16，激光雷达传感器16位于铲煤系统上，用于检测采煤工作面与铲煤系统的铲斗之间的距离，避免在铲煤的时候相撞。

利用激光雷达传感器16检测距离为现有技术，在铲斗向前推移装煤的时候，激光雷达传感器不断检测激光雷达传感器本身与采煤工作面之间的距离，进而知道铲斗与煤壁之间的距离，再与PLC控制器里的设定值比较，当距离减小到设定值的时候铲斗就停止推进。

实施例4：

一种移动巡检式浮煤清理系统，结构如实施例3所示，所不同的是，车体2在铲煤系统设置于一侧设置有倾斜坡面，保证铲煤系统的铲斗在从上向下斜插入浮煤时不会被车体挡住，使此浮煤清理系统的尺寸变小，保证车体的结构紧凑性，从上向下斜插入浮煤的动作过程为以图1中铲斗所在的状态为例说明：推进液压缸收缩到最后，调节液压缸的伸缩杆伸长将铲斗抬高，转角液压缸的伸缩杆收缩，使铲斗绕着连接耳板向下旋转，此时铲斗是斜着的，避免与车体相撞而设计了斜坡，要保证铲斗靠调节液压缸收缩，从离车体比较近的地方倾斜的扎入浮煤里；

车体2底部设置有加强板24，以保证车体2整体的稳定性。

实施例5：

一种移动巡检式浮煤清理系统，结构如实施例4所示，所不同的是，滑动系统包括电动机23、两个相同的齿轮减速箱1、两个滑靴18和两个支撑滑块22，电动机23位于车体2上部，并与PLC控制器连接，两个支撑滑块22分别设置于车体2底部一侧前后方，两个滑靴18分别设置于车体2底部另一侧前后方，两个支撑滑块22和两个滑靴18将车体2支撑在刮板输送机上；

齿轮减速箱1内设有减速齿轮，电动机23输出轴与两个齿轮减速箱1内的减速齿轮的输入轴连接，两个支撑滑块22内部均设置有行走轮27，行走轮27为齿形轮与刮板输送机的销轨配合，两个减速齿轮输出轴分别与两个行走轮27连接，实现车体2的前后移动。

实施例6：

一种移动巡检式浮煤清理系统，结构如实施例5所示，所不同的是，旋转系统19位于车体2的上部，旋转系统19内设置有旋转电机，旋转电机与PLC控制器连接，能够保证铲煤系统前后180°旋转，在铲煤系统的铲斗铲煤后可以左右旋转90°，方便铲斗卸煤。

实施例7：

一种移动巡检式浮煤清理系统，结构如实施例6所示，所不同的是，铲煤系统包括铲斗、推进液压缸4、调节液压缸5和转角液压缸17，推进液压缸4、调节液压缸5和转角液压缸17均与PLC控制器连接，铲斗包括铲斗主体15，推进液压缸4的缸筒与旋转系统19铰接，推进液压缸4的伸缩杆与铲斗主体15通过连接耳板6铰接，通过推进液压缸4实现铲斗的推进装煤和铲斗的收回卸煤，调节液压缸5和转角液压缸17相互配合使铲斗主体15与水平面具有不同的角度，便于斜插入煤层；

调节液压缸5的缸筒与推进液压缸4的缸筒转动连接，调节液压缸5的伸缩杆与旋转系统19转动连接，转角液压缸17的缸筒与推进液压缸4的伸缩杆转动连接，转角液压缸17的伸缩杆与铲斗主体15转动连接，在调节液压缸5的伸缩下使推进液压缸4和铲斗主体15绕着推进液压缸与旋转系统的连接处转动，再通过转角液压缸17的伸缩使铲斗主体15绕着连接耳板6上下转动。

实施例8：

一种移动巡检式浮煤清理系统，结构如实施例7所示，所不同的是，铲斗还包括斗侧板14、铲牙13、上挡板9和伸缩板28，铲斗主体15与斗侧板14固定连接，铲牙13设置于铲斗主体15的下底板外端部，铲斗主体15与上挡板9转动连接，上挡板9两侧各设置有一长条形U型槽，伸缩板28两侧嵌入长条形U型槽内，并能够沿长条形U型槽滑动，实现伸缩板28相对于上挡板9的伸缩；

上挡板9的中部竖向设置有一长条形凹槽，伸缩板28上固定设置有一铰接耳板12，铰接耳板12位于长条形凹槽内并伸出，长条形凹槽的宽度保证铰接耳板12能够放进去即可，铰接耳板12能够沿长条形凹槽滑动，当铰接耳板12滑动至长条形凹槽底部时，上挡板9和伸缩板28能够将进煤口完全关闭；

上挡板9上固定设置有伸缩板液压缸11，伸缩板液压缸11与PLC控制器连接，伸缩液压缸11的伸缩杆固定连接一S形连杆10，S形连杆10包括三段圆柱杆A、圆柱杆B和圆柱杆C，圆柱杆B较长，圆柱杆A和圆柱杆C较短，圆柱杆A、圆柱杆B和圆柱杆C依次固定连接整体上形成S形，伸缩液压缸11的伸缩杆固定连接圆柱杆A，圆柱杆C与铰接耳板12转动连接，铰接耳板12为一半圆状的块体，其侧面设有圆形凹口，S形连杆的圆柱杆C一端可以插入圆形凹口内实现转动连接。

实施例9：

一种移动巡检式浮煤清理系统，结构如实施例8所示，所不同的是，上挡板9的左右两边上部均设置有一连接圆柱31，铲斗主体15与上挡板9连接处设置有圆柱槽，上挡板9上连接圆柱31插入圆柱槽内进行转动连接，上挡板9能够以连接圆柱31为轴相对于铲斗主体转动；

铲斗主体15上固定设置有上挡板液压缸7，上挡板液压缸7与PLC控制器连接，激光雷达传感器16固定于上挡板液压缸7上，上挡板液压缸7通过曲柄连杆8与上挡板9连接，曲柄连杆8包括三段圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F，圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F依次转动连接，上挡板液压缸7的伸缩杆与圆柱杆D固定连接，圆柱杆F与上挡板9转动连接，具体的，上挡板9上设置有一半圆弧状耳板30，半圆弧状耳板30中部设置有孔，圆柱杆F穿过半圆弧状耳板的孔内，并采用销29连接，如图5所示，由于上挡板9与铲斗主体15转动连接，通过伸缩上挡板液压缸7可以实现上挡板9的上下翻动；

通过S形连杆10与伸缩板的铰接耳板12转动连接，由伸缩板液压缸11来控制伸缩板的运动，上挡板9和伸缩板28相互配合可实现铲斗进煤口的开关，防止在装煤完成后浮煤又滚出铲斗的事情发生，斗侧板采用圆弧设计，斗侧板中部向外凸出，使铲斗的装煤量增加，铲牙可以减小铲煤时的阻力。

实施例10：

一种移动巡检式浮煤清理系统的工作方法，初始状态为铲斗主体15位于车体2一侧上方，如图1状态，行走轮27与刮板输送机上的销轨啮合，滑靴18与刮板输送机的滑靴槽配合，电动机23驱动行走轮27行走，使车体前后移动，位于车体前后的双目CCD摄像机20实时采集前后方的图像，并计算距离，使车体2在前后移动或工作的时不会与采煤机或刮板输送机相撞，在车体2一侧的高度检测摄像机25实时检测浮煤层的高度，当浮煤层的高度达到设定值时，将信号经计算机传递给PLC控制器，PLC控制器控制行走轮停止行走，并且PLC控制器发送信号控制转角液压缸17、调节液压缸5、推进液压缸4动作，铲起达到高度处的煤，铲煤时，在转角液压缸和调节液压缸的配合下将铲斗抬高，并倾斜着从刮板输送机铲煤板处插入浮煤，靠伸长推进液压缸向铲斗内装煤；

当上挡板液压缸7上部的激光雷达传感器16检测到铲斗主体15与工作面的距离达到设定值时，激光雷达传感器16将信号传递给PLC控制器，PLC控制器控制推进液压缸停止推进，铲斗主体则停止推进，避免撞到煤壁，此时上挡板液压缸7的伸缩杆伸出使上挡板9向下转动，并且伸缩板液压缸11的伸缩板伸出，在上挡板9与伸缩板28的配合下将铲斗的进煤口关闭防止浮煤滚出，推进液压缸4向后收回推进液压缸的伸缩杆，进而铲斗收回；

车体2前后的双目CCD摄像机20实时检测车体前后是否适合卸煤，在适合卸煤的一方进行卸煤，当两侧都适合卸煤时，则在与刮板输送机运动方向一致的方向上卸煤，当前后两方都不适合卸煤的时候则继续等待，直到适合卸煤时才开始卸煤，卸煤时，旋转系统19旋转将铲斗及其里面的浮煤转到刮板输送机的溜槽正上方，上挡板液压缸7和伸缩板液压缸11动作，使铲斗的铲煤口打开卸煤；

至此一次浮煤清理结束，铲车恢复初始状态。

实施例11：

一种移动巡检式浮煤清理系统的工作方法，如实施例10所示，所不同的是，在进煤口关闭过程中，当推进液压缸4带动铲斗向前推进时，激光雷达传感器16实时检测铲斗与采煤工作面的距离，并发送到PLC控制器，当达到设定值后，PLC控制器控制推进液压缸4停止推进，并控制上挡板液压缸7的伸缩杆伸出，进而带动曲柄连杆8运动，由于曲柄连杆8由相互转动连接的三段圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F构成，灵活性大，在传递运动的时候阻力小，曲柄连杆8又与上挡板9转动连接，因此能够带动上挡板9绕着连接圆柱31转动，实现上挡板9的上下翻动的动作，在上挡板9向下翻动的同时，伸缩板液压缸11在PLC控制器的控制下将伸缩板液压缸11的伸缩杆伸出，带动S形连杆10运动，S形连杆10与铰接耳板12转动连接，进而带动伸缩板28从上挡板9中伸出，上挡板9向下翻动与伸缩板28的伸出同时进行，在上挡板9翻动为最终角度、伸缩板28伸出的最大长度时，进煤口关闭，即伸缩板28与铲斗主体15的下底板接触；

进煤口的打开的过程与关闭的顺序相反即可，PLC控制器控制上挡板液压缸7的伸缩杆缩回，进而带动曲柄连杆8运动，带动上挡板9绕着连接圆柱31转动，同时，伸缩板液压缸11在PLC控制器的控制下将伸缩板液压缸11的伸缩杆缩回，带动S形连杆10运动，S形连杆10与铰接耳板12转动连接，进而带动伸缩板28缩回至上挡板9中，上挡板9向上翻动与伸缩板28的缩回同时进行，直至伸缩板28全部缩回上挡板中，上挡板9向上翻转至与铲斗主体15的上板平行。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种移动巡检式浮煤清理系统，其特征在于，包括车体，所述车体上设置有滑动系统、机器视觉及控制系统、旋转系统和铲煤系统；

所述滑动系统设置于车体下方，用于与刮板输送机相互配合实现车体的前后移动，所述旋转系统能够相对于车体前后旋转，所述铲煤系统设置于车体一侧，并与旋转系统连接，用于铲煤；

所述机器视觉及控制系统包括相互连接的PLC控制器和机器视觉系统，机器视觉系统用于不断采集图像判断执行动作的时机，并将信号传递给PLC控制器，所述PLC控制器与滑动系统、旋转系统和铲煤系统的驱动机构均连接，用于分别控制车体的前后移动、铲煤系统的左右旋转以及铲煤系统的装煤和卸煤动作；

所述铲煤系统包括铲斗、推进液压缸、调节液压缸和转角液压缸，所述推进液压缸、调节液压缸和转角液压缸均与PLC控制器连接，所述铲斗包括铲斗主体，所述推进液压缸的缸筒与旋转系统铰接，推进液压缸的伸缩杆与铲斗主体通过连接耳板铰接，所述调节液压缸和转角液压缸相互配合使铲斗主体与水平面具有不同的角度，便于斜插入煤层；

所述调节液压缸的缸筒与推进液压缸的缸筒转动连接，调节液压缸的伸缩杆与旋转系统转动连接，转角液压缸的缸筒与推进液压缸的伸缩杆转动连接，转角液压缸的伸缩杆与铲斗主体转动连接，在调节液压缸的伸缩下使推进液压缸和铲斗主体绕着推进液压缸与旋转系统的连接处转动，再通过转角液压缸的伸缩使铲斗主体绕着连接耳板上下转动；

所述铲斗还包括斗侧板、铲牙、上挡板和伸缩板，铲斗主体与斗侧板固定连接，铲牙设置于铲斗主体的下底板外端部，铲斗主体与上挡板转动连接，所述上挡板两侧各设置有一长条形U型槽，伸缩板两侧嵌入长条形U型槽内，并能够沿长条形U型槽滑动，实现伸缩板相对于上挡板的伸缩；

所述上挡板的中部竖向设置有一长条形凹槽，所述伸缩板上固定设置有一铰接耳板，所述铰接耳板位于长条形凹槽内并伸出，铰接耳板能够沿长条形凹槽滑动，当铰接耳板滑动至长条形凹槽底部时，上挡板和伸缩板能够将进煤口完全关闭；

所述上挡板上固定设置有伸缩板液压缸，伸缩板液压缸与PLC控制器连接，伸缩液压缸的伸缩杆固定连接一S形连杆，S形连杆包括三段圆柱杆A、圆柱杆B和圆柱杆C，圆柱杆A、圆柱杆B和圆柱杆C依次固定连接形成S形，所述伸缩液压缸的伸缩杆固定连接圆柱杆A，圆柱杆C与铰接耳板转动连接。

2.根据权利要求1所述的移动巡检式浮煤清理系统，其特征在于，所述机器视觉系统包括视觉传感器、高速图像采集系统、专用图形处理系统和计算机，计算机与PLC控制器连接；

视觉传感器包括图像传感器和光投射器，图像传感器用于实时采集车体与采煤机或者刮板输送机的端部的距离以及浮煤层的高度，光投射器用于为图像传感器补光，图像传感器和光投射器均采用嵌入车体内部，并且外部有钢化玻璃保护；

视觉传感器所采集的模拟视频信号传输至高速图像采集系统，高速图像采集系统将模拟视频信号转换为数字图像信号，并将数字图像传送给专用图形处理系统进行视觉信号的处理，再传输给计算机，计算机与PLC控制器；

所述图像传感器包括位于车体前后的双目CCD摄像机和位于车体一侧的高度检测摄像机，光投射器包括位于双目CCD摄像机旁的LED灯和位于高度检测摄像机外围的LED灯环。

3.根据权利要求2所述的移动巡检式浮煤清理系统，其特征在于，所述视觉传感器还包括激光雷达传感器，激光雷达传感器位于铲煤系统上，用于检测采煤工作面与铲煤系统的铲斗之间的距离，避免在铲煤的时候相撞；

所述车体在铲煤系统设置于一侧设置有倾斜坡面；

所述车体底部设置有加强板，以保证车体整体的稳定性。

4.根据权利要求3所述的移动巡检式浮煤清理系统，其特征在于，所述滑动系统包括电动机、两个相同的齿轮减速箱、两个滑靴和两个支撑滑块，所述电动机位于车体上部，并与PLC控制器连接，两个支撑滑块分别设置于车体底部一侧前后方，两个滑靴分别设置于车体底部另一侧前后方，两个支撑滑块和两个滑靴将车体支撑在刮板输送机上；

所述齿轮减速箱内设有减速齿轮，电动机输出轴与两个齿轮减速箱内的减速齿轮的输入轴连接，两个支撑滑块内部均设置有行走轮，行走轮为齿形轮与刮板输送机的销轨配合，两个减速齿轮输出轴分别与两个行走轮连接，实现车体的前后移动。

5.根据权利要求4所述的移动巡检式浮煤清理系统，其特征在于，所述旋转系统位于车体的上部，旋转系统内设置有旋转电机，所述旋转电机与PLC控制器连接。

6.根据权利要求5所述的移动巡检式浮煤清理系统，其特征在于，所述上挡板的左右两边上部均设置有一连接圆柱，所述铲斗主体与上挡板连接处设置有圆柱槽，上挡板上连接圆柱插入圆柱槽内进行转动连接；

所述铲斗主体上固定设置有上挡板液压缸，上挡板液压缸与PLC控制器连接，激光雷达传感器固定于上挡板液压缸上，上挡板液压缸通过曲柄连杆与上挡板连接，所述曲柄连杆包括三段圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F，圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F依次转动连接，所述上挡板液压缸的伸缩杆与圆柱杆D固定连接，所述圆柱杆F与上挡板转动连接，具体的，上挡板上设置有一半圆弧状耳板，半圆弧状耳板中部设置有孔，所述圆柱杆F穿过半圆弧状耳板的孔内，并采用销连接。

7.一种权利要求6所述的移动巡检式浮煤清理系统的工作方法，其特征在于，初始状态为铲斗主体位于车体一侧上方，行走轮与刮板输送机上的销轨啮合，滑靴与刮板输送机的滑靴槽配合，电动机驱动行走轮行走，使车体前后移动，位于车体前后的双目CCD摄像机实时采集前后方的图像，并计算距离，使车体在前后移动或工作的时不会与采煤机或刮板输送机相撞，在车体一侧的高度检测摄像机实时检测浮煤层的高度，当浮煤层的高度达到设定值时，将信号经计算机传递给PLC控制器，PLC控制器控制行走轮停止行走，并且PLC控制器发送信号控制转角液压缸、调节液压缸、推进液压缸动作，铲起达到高度处的煤，铲煤时，在转角液压缸和调节液压缸的配合下将铲斗抬高，并倾斜着从刮板输送机铲煤板处插入浮煤，靠伸长推进液压缸向铲斗内装煤；

当上挡板液压缸上部的激光雷达传感器检测到铲斗主体与工作面的距离达到设定值时，激光雷达传感器将信号传递给PLC控制器，PLC控制器控制推进液压缸停止推进，铲斗主体则停止推进，避免撞到煤壁，此时上挡板液压缸的伸缩杆伸出使上挡板向下转动，并且伸缩板液压缸的伸缩板伸出，在上挡板与伸缩板的配合下将铲斗的进煤口关闭防止浮煤滚出，推进液压缸向后收回推进液压缸的伸缩杆，进而铲斗收回；

车体前后的双目CCD摄像机实时检测车体前后是否适合卸煤，在适合卸煤的一方进行卸煤，当两侧都适合卸煤时，则在与刮板输送机运动方向一致的方向上卸煤，当前后两方都不适合卸煤的时候则继续等待，直到适合卸煤时才开始卸煤，卸煤时，旋转系统旋转将铲斗及其里面的浮煤转到刮板输送机的溜槽正上方，上挡板液压缸和伸缩板液压缸动作，使铲斗的铲煤口打开卸煤；

至此一次浮煤清理结束，铲车恢复初始状态。

8.根据权利要求7所述的移动巡检式浮煤清理系统的工作方法，其特征在于，在进煤口关闭过程中，当推进液压缸带动铲斗向前推进时，激光雷达传感器实时检测铲斗与采煤工作面的距离，并发送到PLC控制器，当达到设定值后，PLC控制器控制推进液压缸停止推进，并控制上挡板液压缸的伸缩杆伸出，进而带动曲柄连杆运动，由于曲柄连杆由相互转动连接的三段圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F构成，曲柄连杆又与上挡板转动连接，因此能够带动上挡板绕着连接圆柱转动，实现上挡板的上下翻动的动作，在上挡板向下翻动的同时，伸缩板液压缸在PLC控制器的控制下将伸缩板液压缸的伸缩杆伸出，带动S形连杆运动，S形连杆与铰接耳板转动连接，进而带动伸缩板从上挡板中伸出，上挡板向下翻动与伸缩板的伸出同时进行，在上挡板翻动为最终角度、伸缩板伸出的最大长度时，进煤口关闭，即伸缩板与铲斗主体的下底板接触；

进煤口的打开的过程中，PLC控制器控制上挡板液压缸的伸缩杆缩回，进而带动曲柄连杆运动，带动上挡板绕着连接圆柱转动，同时，伸缩板液压缸在PLC控制器的控制下将伸缩板液压缸的伸缩杆缩回，带动S形连杆运动，S形连杆与铰接耳板转动连接，进而带动伸缩板缩回至上挡板中，上挡板向上翻动与伸缩板的缩回同时进行，直至伸缩板全部缩回上挡板中，上挡板向上翻转至与铲斗主体的上板平行。

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