CN112901198B - 一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机及施工方法，包括：变频调速自动行走机构设于机体的下方；变频调速自动行走机构用于带动机体在煤矿岩巷下的移动；悬臂液压破碎锤组连接于机体的前方；悬臂液压破碎锤组用于破碎岩石；自动接杆多功能钻臂通过伸缩工作臂与机体相连，自动接杆多功能钻臂用于对岩石钻孔；高速摄像装置设置于机体的上方；高速摄像装置用于拍摄巷道掌子面图像；接触传感器用于感知第一接触信号和第二接触信号；变频调速自动行走机构、悬臂液压破碎锤组、自动接杆多功能钻臂、高速摄像装置以及接触传感器均与中央控制器连接，中央控制器用于智能调控整个装置的运行。本发明能够实现掘锚机的高效全自动工作。

Description

一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机及施工方法

技术领域

本发明涉及智能矿山开发技术领域，特别是涉及一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机及施工方法。

背景技术

目前，在矿山开发技术领域，大型现代化矿井基本实现了机械化作业，但由于井下煤岩层的开采难易程度不同，特别是对于硬岩掘进，普通掘进机无法满足工况要求，掘进工作效率大大降低，同时也限制了边帮锚固作业和掘进打孔作业。另外，掘进机在使用过程中，需要工人根据具体情况实施作业，操作过程十分复杂，对工人的操作要求较多，难以及时应对意外情况，工人的安全隐患较大。而手持式钻机在作业过程中会产生很多粉末，工人长时间近距离接触不免会对身体造成一系列损伤。

随着人工智能技术的快速发展，计算机感知、计算、控制技术结合图像识别、语音识别、深度认知学习、网络神经构建等技术给各行各业带来了无限的应用前景。将机器人技术应用于智能矿山开发领域，可以大幅度降低人工劳动强度，提高矿山开发的安全性和生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机及施工方法，以解决现有技术中掘进工作效率低，人工劳动强度大以及安全性低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机，包括：机体、变频调速自动行走机构、悬臂液压破碎锤组、自动接杆多功能钻臂、高速摄像装置、接触传感器和中央控制器；

所述变频调速自动行走机构设于所述机体的下方；所述变频调速自动行走机构为履带式；所述变频调速自动行走机构用于带动所述机体在煤矿岩巷下的移动；

所述悬臂液压破碎锤组连接于机体的前方；所述悬臂液压破碎锤组用于破碎岩石；

所述自动接杆多功能钻臂通过伸缩工作臂与所述机体相连，所述自动接杆多功能钻臂设置于所述机体的两侧；所述自动接杆多功能钻臂用于对岩石钻孔；

所述高速摄像装置设置于所述机体的上方；所述高速摄像装置用于拍摄巷道掌子面图像；

所述接触传感器用于感知第一接触信号和第二接触信号；

所述变频调速自动行走机构、所述悬臂液压破碎锤组、所述自动接杆多功能钻臂、所述高速摄像装置以及所述接触传感器均与所述中央控制器连接，所述中央控制器用于智能调控整个装置的运行；所述中央控制器根据所述第一接触信号、所述第二接触信号以及巷道掌子面图像控制所述变频调速自动行走机构、所述悬臂液压破碎锤组和所述自动接杆多功能钻臂工作。

可选的，所述悬臂液压破碎锤组具体包括：锤头、激光雷达装置、固定螺栓、伸缩连接架、第一固定耳座、回转销栓、第一伸缩油缸、第一回转油缸、回弹装置、固定销栓、弹性固定板、锤头连接杆和第一接触传感器；

所述锤头通过所述固定螺栓与所述机体固定连接，所述回转销栓将所述悬臂液压破碎锤组与所述机体铰接，所述第一伸缩油缸的一端通过所述伸缩连接架与所述第一固定耳座铰接，所述第一伸缩油缸的另一端与所述机体铰接，通过所述第一伸缩油缸控制所述锤头的伸缩冲击；

所述第一回转油缸的一端与所述悬臂液压破碎锤组铰接，所述第一回转油缸的另一端与所述机体铰接，通过所述第一回转油缸的工作控制所述悬臂液压破碎锤组的工作角度；

所述回弹装置设置于所述锤头与所述锤头连接杆中间，所述回弹装置用于缓解对所述机体的冲击力；

所述激光雷达装置设于所述悬臂液压破碎锤组的前方；所述激光雷达装置与所述中央控制器连接；所述激光雷达装置用于巷道掌子面的位置信息；

所述第一接触传感器设置于所述悬臂液压破碎锤组的正前方，所述第一接触传感器用于感应第一接触信号；所述第一接触信号为所述悬臂液压破碎锤组与巷道掌子面的接触信号。

可选的，所述自动接杆多功能钻臂具体包括：第一支撑油缸、支撑耳座、支撑臂、第二伸缩油缸、钻杆推进器、驱动旋转马达、钻杆仓、钻臂和第二接触传感器；

所述第一支撑油缸的一端通过所述支撑耳座与所述支撑臂连接，所述支撑臂与所述第二伸缩油缸铰接，所述第一支撑油缸用于支撑所述钻臂的竖向稳定；

所述第二伸缩油缸控制所述钻臂的伸缩移动，所述钻杆推进器连接所述钻杆仓和所述第二伸缩油缸，通过所述钻杆推进器中固定钻杆推动所述钻杆仓中的钻杆至所述钻臂中，实现自动接杆；

所述驱动旋转马达位于所述钻杆仓的端部，所述驱动旋转马达用于实现接杆后所述钻杆仓的旋转；

所述钻杆仓的端部有固定钳口，所述固定钳口用于固定旋转后的位置；

所述钻臂的端部设置有所述第二接触传感器，所述第二接触传感器用于感知第二接触信号，所述第二接触信号为所述自动接杆多功能钻臂与所述巷道掌子面的接触信号。

可选的，还包括：临时支护装置；所述临时支护装置设于所述机体的上方，所述临时支护装置用于为巷道10提供支撑力；

所述临时支护装置包括第二支撑油缸、第三伸缩油缸、旋转销栓、第二固定耳座和支撑板；

所述第二支撑油缸通过所述第二固定耳座与所述第三伸缩油缸铰接，所述第二支撑油缸用于改变所述临时支护装置的位置；所述第三伸缩油缸控制所述支撑板的升降；所述支撑板用于支撑巷道10顶部。

可选的，所述临时支护装置的上端设置金属防护架。

可选的，还包括：巡航雷达定位控制装置；

所述巡航雷达定位控制装置与所述中央控制器连接；所述巡航雷达定位控制装置用于检测所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机相对于巷道的位置。

可选的，所述中央控制器具体包括：数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和机体控制模块；

所述数据采集模块与所述高速摄像装置、所述悬臂液压破碎锤组、所述自动接杆多功能钻臂以及所述巡航雷达定位控制装置连接，所述数据采集模块用于采集所述巷道掌子面图像、击打数据、锚入数据以及所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的位置；

所述数据处理模块与所述数据采集模块连接，所述数据处理模块用于对所述巷道掌子面图像、击打数据、锚入数据以及所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的位置进行数据处理，得到处理结果；所述处理结果包括图片信息、击打频率、锚入深度、位置信息；

所述数据传输模块与所述数据处理模块连接，所述数据传输模块用于传输所述处理结果至所述机体控制模块；

所述机体控制模块与所述数据传输模块连接，所述机体控制模块用于根据所述处理结果对所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机进行控制。

可选的，所述机体控制模块具体包括：定位子系统、动力子系统、行进子系统和通讯子系统；

所述定位子系统用于对所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机进行定位；

所述动力子系统用于对所述变频调速自动行走机构、所述悬臂液压破碎锤组以及所述自动接杆多功能钻臂提供动力；

所述行进子系统用于对所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机发送移动指令控制所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机移动；

所述通讯子系统用于发送所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的工作状态至客户端。

可选的，还包括：电气控制系统和液压控制系统；

所述电气控制系统与所述中央控制器连接；所述电气控制系统用于控制所述机体的电气装置；

所述液压控制系统与所述中央控制器连接；所述液压控制系统用于控制机体的液压装置。

一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的施工方法，所述施工方法具体包括：

获取测量点以及巷道掌子面图像；所述测量点为预先在巷道掌子面埋设二维激光反射贴片；所述巷道掌子面图像为由高速摄像装置拍摄的图片；

获取激光雷达装置测量数据；

根据激光雷达装置测量数据确定各个所述测量点在所述巷道掌子面图像上的相对位置，确定巷道掌子面全局信息；所述全局信息为巷道掌子面基于二维坐标系的位置坐标；

根据所述巷道掌子面全局信息确定所述巷道掌子面图像内的有效钻孔位置、钻孔数量以及悬臂液压破碎锤组的有效冲击位置；

获取第一接触信号以及第二接触信号；所述第一接触信号为所述悬臂液压破碎锤组与巷道掌子面的接触信号；所述第二接触信号为所述自动接杆多功能钻臂与所述巷道掌子面的接触信号；

根据所述第一接触信号以及所述第二接触信号确定基于图像识别的智能悬臂式掘锚机相对巷道掌子面的距离、钻孔方位以及冲击角度；

根据所述有效钻孔位置、所述钻孔数量、所述有效冲击位置、所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机相对巷道掌子面的距离、所述钻孔方位以及所述冲击角度控制悬臂式掘锚机的自动施工。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明涉及的基于图像识别的智能悬臂式掘锚机及施工方法，通过在悬臂式掘锚机上安装接触传感器和高速摄像装置来感知机体及巷道的全局信息并控制悬臂式掘进机沿着固定轨道行进，可以有效的提高工作频率和效率；液压破碎锤组与自动接杆多功能钻臂的相互补充，可实现锚固打孔、冲击掘进一次成型，实现了设备集约化，降低了生产成本，提高了生产效率，并且极大的保证了施工安全性；锚杆钻臂采用自动接杆，代替了人工接杆，提高了施工安全性及施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的主视图；

图2为本发明一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的俯视图；

图3为本发明悬臂液压破碎锤组的主视图；

图4为本发明悬臂液压破碎锤组的俯视图；

图5为本发明自动接杆多功能钻臂的主视图；

图6为本发明钻杆仓的示意图；

图7为本发明钻杆仓的侧视图；

图8为本发明临时支护装置的主视图；

图9为本发明中央控制器的示意图；

图10为本发明巷道的示意图；

图11为本发明一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的施工方法流程图；

图12为本发明一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的行进指令流程图。

符号说明：

1-悬臂液压破碎锤组；2-自动接杆多功能钻臂；3-临时支护装置；4-高速摄像装置；5-液压控制系统；6-中央控制器；7-变频调速自动行走机构；8-电气控制系统；9-巡航雷达定位控制装置；10-巷道；

1-1-锤头；1-2-激光雷达装置；1-3-固定销栓；1-4-固定螺栓；1-5-弹性固定板；1-6-伸缩连接架；1-7-回弹装置；1-8-第一伸缩油缸；1-9-回转销栓；1-10-第一回转油缸；1-11-锤头连接杆；1-12-第一固定耳座；1-13-第一接触传感器；

2-1-钻臂；2-2-钻杆仓；2-3-驱动旋转马达；2-4-钻杆推进器；2-5-第二伸缩油缸；2-6-支撑臂；2-7-第一支撑油缸；2-8-钻杆；2-9-支撑耳座；2-10-第二接触传感器；

3-1-支撑板；3-2-第三伸缩油缸；3-3-旋转销栓；3-4-第二固定耳座；3-5-第二支撑油缸；

10-1-巷道边帮；10-2-反射贴片；10-3；巷道掌子面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

本发明的目的是提供一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机及施工方法，以解决现有技术中掘进工作效率低，人工劳动强度大以及安全性低的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明涉及的一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的主视图，图2为本发明一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的俯视图，如图1、图2所示，基于图像识别的智能悬臂式掘锚机包括：机体、变频调速自动行走机构7、悬臂液压破碎锤组1、自动接杆多功能钻臂2、高速摄像装置4、接触传感器和中央控制器6。

所述变频调速自动行走机构7设于所述机体的下方；所述变频调速自动行走机构7为履带式；所述变频调速自动行走机构7用于带动所述机体在煤矿岩巷下的移动。

所述悬臂液压破碎锤组1连接于机体的前方；所述悬臂液压破碎锤组1用于破碎岩石。

所述自动接杆多功能钻臂2通过伸缩工作臂与所述机体相连，所述自动接杆多功能钻臂2设置于所述机体的两侧；所述自动接杆多功能钻臂2用于对岩石钻孔。

所述高速摄像装置4设置于所述机体的上方；所述高速摄像装置4用于拍摄巷道掌子面图像；拍摄范围覆盖巷道掌子面10-3全部冲击区域，用于拍摄巷道掌子面图像并将图片数据传递回无线发射装置。

所述接触传感器用于感知第一接触信号和第二接触信号。

所述变频调速自动行走机构7、所述悬臂液压破碎锤组1、所述自动接杆多功能钻臂2、所述的高速摄像装置4以及所述接触传感器均与所述中央控制器6连接，所述中央控制器6用于智能调控整个装置的运行；所述中央控制器6根据所述第一接触信号、所述第二接触信号以及巷道掌子面图像控制所述变频调速自动行走机构7、所述悬臂液压破碎锤组1和所述自动接杆多功能钻臂2工作。

作为一种可选的实施方式，图3为本发明悬臂液压破碎锤组1的主视图，图4为本发明悬臂液压破碎锤组1的俯视图，如图3和图4所示，所述悬臂液压破碎锤组1具体包括：锤头1-1、激光雷达装置1-2、固定螺栓1-4、伸缩连接架1-6、第一固定耳座1-12、回转销栓1-9、第一伸缩油缸1-8、第一回转油缸1-10、回弹装置1-7、固定销栓1-3、弹性固定板1-5、锤头连接杆1-11和第一接触传感器1-13。

所述锤头1-1通过所述固定螺栓1-4与所述机体固定连接，所述回转销栓1-9将所述悬臂液压破碎锤组1与所述机体铰接，所述第一伸缩油缸1-8的一端通过所述伸缩连接架1-6与所述第一固定耳座1-12铰接，所述第一伸缩油缸1-8的另一端与所述机体铰接，通过所述第一伸缩油缸1-8控制所述锤头1-1的伸缩冲击。

所述第一回转油缸1-10的一端与所述悬臂液压破碎锤组1铰接，所述第一回转油缸1-10的另一端与所述机体铰接，通过所述第一回转油缸1-10的工作控制所述悬臂液压破碎锤组1的工作角度。

所述回弹装置1-7设置于所述锤头1-1与所述锤头连接杆1-11中间，所述回弹装置1-7用于缓解对所述机体的冲击力。

所述激光雷达装置1-2设于所述悬臂液压破碎锤组1的前方；所述激光雷达装置1-2与所述中央控制器6连接；所述激光雷达装置1-2用于测量巷道掌子面10-3的位置信息。

所述第一接触传感器1-13设置于所述悬臂液压破碎锤组1的正前方，所述第一接触传感器1-13用于感应第一接触信号；所述第一接触信号为所述悬臂液压破碎锤组1与巷道掌子面10-3的接触信号。

作为一种可选的实施方式，图5为本发明自动接杆多功能钻臂2的主视图，如图5所示，所述自动接杆多功能钻臂2具体包括：第一支撑油缸2-7、支撑耳座2-9、支撑臂2-6、第二伸缩油缸2-5、钻杆推进器2-4、驱动旋转马达2-3、钻杆仓2-2、钻臂2-1和第二接触传感器2-10。

所述第一支撑油缸2-7的一端通过所述支撑耳座2-9与所述支撑臂2-6连接，所述支撑臂2-6与第二伸缩油缸2-5铰接，所述第一支撑油缸2-7用于支撑所述钻臂2-1的竖向稳定。

所述第二伸缩油缸2-5控制所述钻臂2-1的伸缩移动，所述钻杆推进器2-4连接所述钻杆仓2-2和所述第二伸缩油缸2-5，通过所述钻杆推进器2-4中固定钻杆推动所述钻杆仓2-2中的钻杆至所述钻臂2-1中，实现自动接杆；所述钻杆仓2-2如图6和图7所示。

所述驱动旋转马达2-3位于所述钻杆仓2-2的端部，所述驱动旋转马达2-3用于实现接杆后所述钻杆仓2-2的旋转。

所述钻杆仓2-2的端部有固定钳口，所述固定钳口用于固定旋转后的位置。

所述钻臂2-1的端部设置有所述第二接触传感器2-10，所述第二接触传感器2-10用于感知第二接触信号，所述第二接触信号为所述自动接杆多功能钻臂2与所述巷道掌子面10-3的接触信号。

所述自动接杆多功能钻臂2采用全自动机械式接杆机构，该机构不仅具有钻杆推进和钻杆仓2-2旋转功能，还能通过钻杆推进装置倒退及驱动旋转马达2-3的倒转实现钻杆在钻杆库与接杆位置的来回传送。

所述自动接杆多功能钻臂2分为两组，通过伸缩油缸与固定耳座的铰接设置于机体部的两侧，两组钻臂可成“＝”字形到“八”字形的变化，组成顶板锚固施工组及巷道10掘进打孔施工组，每组钻臂一次可自动接杆施工9根锚杆。

作为一种可选的实施方式，基于图像识别的智能悬臂式掘锚机还包括：临时支护装置3，如图8所示；所述临时支护装置3设于所述机体的上方，所述临时支护装置3用于为巷道10提供支撑力；临时支护装置3可通过第二支撑油缸3-5的伸缩实现前后位置的移动，不局限于垂直方向，支撑板3-1通过固定销栓1-3可旋转，旋转角度为±45°。

所述临时支护装置3包括第二支撑油缸3-5、第三伸缩油缸3-2、旋转销栓3-3、第二固定耳座3-4和支撑板3-1。

第二支撑油缸3-5通过所述第二固定耳座3-4与所述第三伸缩油缸3-2铰接，所述第二支撑油缸3-5用于改变所述临时支护装置3的位置；所述第三伸缩油缸3-2控制所述支撑板3-1的升降；所述支撑板3-1用于支撑巷道10顶部。

作为一种可选的实施方式，所述临时支护装置3的上端设置金属防护架。

作为一种可选的实施方式，基于图像识别的智能悬臂式掘锚机还包括：巡航雷达定位控制装置9。

所述巡航雷达定位控制装置9与所述中央控制器6连接；所述巡航雷达定位控制装置9用于检测所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机相对于巷道10的位置。

所述巡航雷达定位控制装置9及多个接触传感器实时感应的信号传递给中央控制器6，以控制变频调速自动行走机构7的步距及机体相对于巷道10的位置，同时控制破碎锤组及自动接杆多功能钻臂2相对巷道10的位置、工作状态。巷道10如图10所示，10-1为巷道边帮，10-2为反射贴片，10-3为巷道掌子面。

作为一种可选的实施方式，基于图像识别的智能悬臂式掘锚机还包括：数据处理系统；所述的数据处理系统包括信息获取模块和当前掘进状态确定模块，信息获取模块用于输入钻臂2-1的直径r及冲击量程，当前掘进状态确定模块用于获取悬臂式掘进机当前掘进状态。

作为一种可选的实施方式，如图9所示，所述中央控制器6具体包括：数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和机体控制模块。

所述数据采集模块与所述高速摄像装置4、所述悬臂液压破碎锤组1、所述自动接杆多功能钻臂2以及所述巡航雷达定位控制装置9连接，所述数据采集模块用于采集所述巷道掌子面图像、击打数据、锚入数据以及所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的位置；

所述数据采集模块通过高速摄像装置4进行图片拍摄，用于获取巷道掌子面10-3第一个样本图像，通过数据传输模块及数据处理模块，对第一个样本图像进行分析处理，图像处理包括裁剪、旋转、添加标记等多种方式，处理完成后对图片铺设深度神经网络，用于确定钻孔点及破碎锤组冲击位置，同时对第二个样本图像进行预处理，得到每个第一个样本图像对应的尺度不同的预分析样本图像。

所述数据处理模块与所述数据采集模块连接，所述数据处理模块用于对所述巷道掌子面图像、击打数据、锚入数据以及所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的位置进行数据处理，得到处理结果；所述处理结果包括图片信息、击打频率、锚入深度、位置信息；所述数据处理模块还用于实时分析机体的结构性能，智能控制机体的工作状态及安全预警分析。

所述数据传输模块与所述数据处理模块连接，所述数据传输模块用于传输所述处理结果至所述机体控制模块。

所述机体控制模块与所述数据传输模块连接，所述机体控制模块用于根据所述处理结果对所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机进行控制。

作为一种可选的实施方式，所述机体控制模块具体包括：定位子系统、动力子系统、行进子系统和通讯子系统。

所述定位子系统用于对所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机进行定位。

所述动力子系统用于对所述变频调速自动行走机构7、所述悬臂液压破碎锤组1以及所述自动接杆多功能钻臂2提供动力。

所述行进子系统用于对所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机发送移动指令控制所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机移动。

所述通讯子系统用于发送所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的工作状态至客户端。

作为一种可选的实施方式，如图1所示，基于图像识别的智能悬臂式掘锚机还包括：电气控制系统和液压控制系统。

所述电气控制系统与所述中央控制器6连接；所述电气控制系统用于控制所述机体的电气装置。

所述液压控制系统与所述中央控制器6连接；所述液压控制系统用于控制机体的液压装置。

图11为本发明一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的施工方法，如图11所示，所述施工方法具体包括：

S101：获取测量点以及巷道掌子面图像；所述测量点为预先在巷道掌子面10-3埋设二维激光反射贴片10-2；所述巷道掌子面图像为由高速摄像装置4拍摄的图片。

S102：获取激光雷达装置1-2测量数据。

S103：根据激光雷达装置1-2发射的测量数据确定各个所述测量点在所述巷道掌子面图像上的相对位置，确定巷道掌子面10-3全局信息；所述全局信息为巷道掌子面基于二维坐标系的位置坐标；

S104：根据所述巷道掌子面10-3全局信息确定所述巷道掌子面图像内的有效钻孔位置、钻孔数量以及悬臂液压破碎锤组1的有效冲击位置。

S105：获取第一接触信号以及第二接触信号；所述第一接触信号为所述悬臂液压破碎锤组1与巷道掌子面10-3的接触信号；所述第二接触信号为所述自动接杆多功能钻臂2与所述巷道掌子面10-3的接触信号。

S106：根据所述第一接触信号以及所述第二接触信号确定基于图像识别的智能悬臂式掘锚机相对巷道掌子面10-3的距离、钻孔方位以及冲击角度。

S107：根据所述有效钻孔位置、所述钻孔数量、所述有效冲击位置、所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机相对巷道掌子面10-3的距离、所述钻孔方位以及所述冲击角度控制悬臂式掘锚机的自动施工。

图12为本发明一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的行进指令流程图，如图12所示，具体包括以下步骤：

S201：获取基于图像识别的悬臂式掘锚机相对于巷道10的位置信息。

S202：中央控制器6根据所述位置信息生成行进指令。

S203：变频调速自动行走机构7根据行进指令行进至工作位置开始工作。

1.本发明基于悬臂式掘锚机，结合图像识别技术智能控制悬臂式掘锚机，利用区块链网络处理分析数据的方式，极大的节省了人力物力，有助于巷道10掘进工作的自动化。

2.在悬臂式掘锚机上安装多种传感器和高速摄像装置4来感知机体及巷道的全局信息并控制悬臂式掘进机沿着固定轨道行进，可以有效的提高工作频率和效率。

3.本发明液压破碎锤组和自动接杆多功能钻臂相互补充，可实现顶板支护、锚固打孔、冲击掘进一次成型，实现了设备集约化，降低了生产成本，提高了生产效率。

4.本发明锚杆钻臂采用自动接杆，代替了人工接杆，提高了施工安全性及施工效率。

5.本发明在悬臂式掘进机基础上增加临时支护装置，极大保证了施工安全性。

6.本发明的基于图像识别的智能悬臂式掘锚机在矿山巷道掘进、顶板锚固、打孔作业领域实现了自动掘进、自动打孔、自动锚钻、自动接杆、自主定向巡航等全自动智能化施工，人工作业减少了工作量，改善劳动环境，提高了安全系数和作业效率。

基于现有钻车在自动化作业方面的缺陷和不足，设计了基于图像识别的智能悬臂式掘锚机，并且介绍了其施工方法，以实现煤矿岩巷的高效自动化掘锚作业。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机，其特征在于，包括：机体、变频调速自动行走机构、悬臂液压破碎锤组、自动接杆多功能钻臂、高速摄像装置、接触传感器和中央控制器；

所述变频调速自动行走机构设于所述机体的下方；所述变频调速自动行走机构为履带式；所述变频调速自动行走机构用于带动所述机体在煤矿岩巷下的移动；

所述悬臂液压破碎锤组连接于机体的前方；所述悬臂液压破碎锤组用于破碎岩石；

所述悬臂液压破碎锤组具体包括：锤头、激光雷达装置、固定螺栓、伸缩连接架、第一固定耳座、回转销栓、第一伸缩油缸、第一回转油缸、回弹装置、固定销栓、弹性固定板、锤头连接杆和第一接触传感器；

所述锤头通过所述固定螺栓与所述机体固定连接，所述回转销栓将所述悬臂液压破碎锤组与所述机体铰接，所述第一伸缩油缸的一端通过所述伸缩连接架与所述第一固定耳座铰接，所述第一伸缩油缸的另一端与所述机体铰接，通过所述第一伸缩油缸控制所述锤头的伸缩冲击；

所述第一回转油缸的一端与所述悬臂液压破碎锤组铰接，所述第一回转油缸的另一端与所述机体铰接，通过所述第一回转油缸的工作控制所述悬臂液压破碎锤组的工作角度；

所述回弹装置设置于所述锤头与所述锤头连接杆中间，所述回弹装置用于缓解对所述机体的冲击力；

所述激光雷达装置设于所述悬臂液压破碎锤组的前方；所述激光雷达装置与所述中央控制器连接；所述激光雷达装置用于测量巷道掌子面的位置信息；

所述第一接触传感器设置于所述悬臂液压破碎锤组的正前方，所述第一接触传感器用于感应第一接触信号；所述第一接触信号为所述悬臂液压破碎锤组与巷道掌子面的接触信号；

所述自动接杆多功能钻臂通过伸缩工作臂与所述机体相连，所述自动接杆多功能钻臂设置于所述机体的两侧；所述自动接杆多功能钻臂用于对岩石钻孔；

所述高速摄像装置设置于所述机体的上方；所述高速摄像装置用于拍摄巷道掌子面图像；

所述接触传感器用于感知第一接触信号和第二接触信号；

所述变频调速自动行走机构、所述悬臂液压破碎锤组、所述自动接杆多功能钻臂、所述高速摄像装置以及所述接触传感器均与所述中央控制器连接，所述中央控制器用于智能调控整个装置的运行；所述中央控制器根据所述第一接触信号、所述第二接触信号以及巷道掌子面图像控制所述变频调速自动行走机构、所述悬臂液压破碎锤组和所述自动接杆多功能钻臂工作。

2.根据权利要求1所述的基于图像识别的智能悬臂式掘锚机，其特征在于，所述自动接杆多功能钻臂具体包括：第一支撑油缸、支撑耳座、支撑臂、第二伸缩油缸、钻杆推进器、驱动旋转马达、钻杆仓、钻臂和第二接触传感器；

所述第一支撑油缸的一端通过所述支撑耳座与所述支撑臂连接，所述支撑臂与所述第二伸缩油缸铰接，所述第一支撑油缸用于支撑所述钻臂的竖向稳定；

所述第二伸缩油缸控制所述钻臂的伸缩移动，所述钻杆推进器连接所述钻杆仓和所述第二伸缩油缸，通过所述钻杆推进器中固定钻杆推动所述钻杆仓中的钻杆至所述钻臂中，实现自动接杆；

所述驱动旋转马达位于所述钻杆仓的端部，所述驱动旋转马达用于实现接杆后所述钻杆仓的旋转；

所述钻杆仓的端部有固定钳口，所述固定钳口用于固定旋转后的位置；

所述钻臂的端部设置有所述第二接触传感器，所述第二接触传感器用于感知第二接触信号，所述第二接触信号为所述自动接杆多功能钻臂与所述巷道掌子面的接触信号。

3.根据权利要求2所述的基于图像识别的智能悬臂式掘锚机，其特征在于，还包括：临时支护装置；所述临时支护装置设于所述机体的上方，所述临时支护装置用于为巷道提供支撑力；

所述临时支护装置包括第二支撑油缸、第三伸缩油缸、旋转销栓、第二固定耳座和支撑板；

所述第二支撑油缸通过所述第二固定耳座与所述第三伸缩油缸铰接，所述第二支撑油缸用于改变所述临时支护装置的位置；所述第三伸缩油缸控制所述支撑板的升降；所述支撑板用于支撑巷道顶部。

4.根据权利要求3所述的基于图像识别的智能悬臂式掘锚机，其特征在于，所述临时支护装置的上端设置金属防护架。

5.根据权利要求4所述的基于图像识别的智能悬臂式掘锚机，其特征在于，还包括：巡航雷达定位控制装置；

所述巡航雷达定位控制装置与所述中央控制器连接；所述巡航雷达定位控制装置用于检测所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机相对于巷道的位置。

6.根据权利要求5所述的基于图像识别的智能悬臂式掘锚机，其特征在于，所述中央控制器具体包括：数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和机体控制模块；

所述数据采集模块与所述高速摄像装置、所述悬臂液压破碎锤组、所述自动接杆多功能钻臂以及所述巡航雷达定位控制装置连接，所述数据采集模块用于采集所述巷道掌子面图像、击打数据、锚入数据以及所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的位置；

所述数据处理模块与所述数据采集模块连接，所述数据处理模块用于对所述巷道掌子面图像、击打数据、锚入数据以及所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的位置进行数据处理，得到处理结果；所述处理结果包括图片信息、击打频率、锚入深度、位置信息；

所述数据传输模块与所述数据处理模块连接，所述数据传输模块用于传输所述处理结果至所述机体控制模块；

所述机体控制模块与所述数据传输模块连接，所述机体控制模块用于根据所述处理结果对所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机进行控制。

7.根据权利要求6所述的基于图像识别的智能悬臂式掘锚机，其特征在于，所述机体控制模块具体包括：定位子系统、动力子系统、行进子系统和通讯子系统；

所述定位子系统用于对所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机进行定位；

所述动力子系统用于对所述变频调速自动行走机构、所述悬臂液压破碎锤组以及所述自动接杆多功能钻臂提供动力；

所述行进子系统用于对所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机发送移动指令控制所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机移动；

所述通讯子系统用于发送所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的工作状态至客户端。

8.根据权利要求1所述的基于图像识别的智能悬臂式掘锚机，其特征在于，还包括：电气控制系统和液压控制系统；

所述电气控制系统与所述中央控制器连接；所述电气控制系统用于控制所述机体的电气装置；

所述液压控制系统与所述中央控制器连接；所述液压控制系统用于控制机体的液压装置。

9.一种基于图像识别的智能悬臂式掘锚机的施工方法，其特征在于，所述施工方法应用于权利要求1-8任一所述的基于图像识别的智能悬臂式掘锚机，所述施工方法具体包括：

获取测量点以及巷道掌子面图像；所述测量点为预先在巷道掌子面埋设二维激光反射贴片；所述巷道掌子面图像为由高速摄像装置拍摄的图片；

获取激光雷达装置测量数据；

根据激光雷达装置测量数据确定各个所述测量点在所述巷道掌子面图像上的相对位置，确定巷道掌子面全局信息；所述全局信息为巷道掌子面基于二维坐标系的位置坐标；

根据所述巷道掌子面全局信息确定所述巷道掌子面图像内的有效钻孔位置、钻孔数量以及悬臂液压破碎锤组的有效冲击位置；

获取第一接触信号以及第二接触信号；所述第一接触信号为所述悬臂液压破碎锤组与巷道掌子面的接触信号；所述第二接触信号为所述自动接杆多功能钻臂与所述巷道掌子面的接触信号；

根据所述第一接触信号以及所述第二接触信号确定基于图像识别的智能悬臂式掘锚机相对巷道掌子面的距离、钻孔方位以及冲击角度；

根据所述有效钻孔位置、所述钻孔数量、所述有效冲击位置、所述基于图像识别的智能悬臂式掘锚机相对巷道掌子面的距离、所述钻孔方位以及所述冲击角度控制悬臂式掘锚机的自动施工。

Images