CN113845053B - 一种无人化无极绳绞车运输系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人化无极绳绞车运输系统及其控制方法，包括驱动系统、控制装置、感知系统、通讯系统和执行元件；驱动系统用于带动运输车辆到达指定位置，控制装置用于对信息进行分析和处理并控制整个系统运转，感知系统用于对巷道环境和梭车行驶状态进行感知，通讯系统用于信息的发送与传输；通过加装感知系统可以对梭车位置、车速、道岔、障碍物、行人等进行感知，通讯系统把数据发送到上位机，通过上位机分析处理数据，控制机械手进行电控操作台的各种按键、旋钮、手柄操作。本发明提高了系统智能化水平，不再需要操作台司机、跟车工、把钩工等人员参与，可自主完成行车、停车、卸料等工作，提高了运行效率和运行的安全性，极大地节省人力。

Description

一种无人化无极绳绞车运输系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种无极绳绞车运输系统，具体涉及一种无人化无极绳绞车运输系统及其控制方法。

背景技术

近年来，煤矿开采智能化已成为大势所趋。国家颁布的《关于推进煤矿智能化发展的指导意见》，提出推进煤矿设备科技创新，提高智能化水平。随着“智慧矿山”建设口号的提出，无人驾驶技术开始被应用到矿山井下有轨运输。无极绳绞车运输系统是煤矿井下巷道钢丝绳牵引轨道连续运输的重要设备，适用于长距离大倾角、多变坡、大吨位工况条件下的顺槽工作面、采区上(下)山和集中轨道巷等材料、设备的不经转载的直达运输，具有安装方便、操作简单、投资少、费用低、运输距离长及运输连续的优点。但是，当前煤矿井下所使用的无极绳绞车牵引系统过分依赖工人进行工作，一套牵引系统需要电控操作台操控人员、跟车工、把钩工等多名工人的协同配合才能工作，用工岗位多，智能化程度低。因此，加强对无极绳辅助牵引系统无人化技术的研究具有重要意义，有助于促使煤矿井下辅助运输系统向智能化和无人化方向发展。

目前，井下无极绳绞车运输系统多依赖工人在操作台根据采集的画面进行操控，如：专利201520140030.2公布的技术，工作人员通过显示屏观察网络摄像头拍摄到的巷道内的环境影像，通过无线摄像头观察梭车运动过程中的实时影像来进行控制；该技术依赖工人去识别画面信息，无人化程度低而且井下环境复杂，摄像头采集画面清晰度容易受到影响。目前也有绞车运输系统采用视频联动监控系统，如：专利202010592976.8公布的技术，利用无线摄像机和防爆摄像机采集的视频数据，经无线网络交换机和RS485总线发送到绞车司机操作台，操作台的隔爆计算机对视频数据进行显示，并利用卷积神经网络模型对视频数据进行分析，再将采集的视频数据经煤矿井下工业以太环网发送给调度室上位机；该运输系统依赖摄像机进行障碍物、行人进行检测，操作难度大容易发生误判，而且在重点路段和巷道的岔路口安装防爆摄像仪成本高。因此，需要提出一种更为可靠、结构简单、实用性更强、无人化操作的新型无极绳绞车运输系统，以提高煤矿井下辅助运输系统效率和智能化水平。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种无人化无极绳绞车运输系统及其控制方法，可以实现无极绳绞车无人化运行，提高了系统智能化、无人化水平。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无人化无极绳绞车运输系统，包括驱动系统、控制装置、感知系统、通讯系统和执行元件；

驱动系统包括绞车主机、张紧装置、导向轮组、梭车、托绳轮组、压绳轮组、尾轮和钢丝绳；钢丝绳先后经过绞车主机、张紧装置、导向轮组、梭车、托绳轮组、压绳轮组与尾轮后回到绞车主机形成封闭循环；

控制装置包括电控操作台和上位机；上位机设置在电控操作台旁边，并与电控操作台连接；

感知系统包括车速传感器、红外传感器、第一深度相机、超声波雷达、第二深度相机、第三深度相机、蓄电池、地标读卡器和电子标签；红外传感器与第一深度相机设置在梭车前端，超声波雷达设置在梭车前端和后端，蓄电池设置在梭车中部，第二深度相机、第三深度相机设置在梭车后端，车速传感器设置在梭车前车轮内侧，地标读卡器设置在梭车下方，电子标签以不同间距间隔设置在轨道中央；

通讯系统包括下位机和无线转换器，下位机设置在梭车上，无线转换器设置在巷道内，无线转换器与上位机连接；

执行元件包括机械手和自动车钩，机械手设置在电控操作台上，自动车钩安装在梭车尾部。

进一步的，所述机械手包括第一底座、水平电机、大臂、第一摇臂、第二摇臂和连接转珠；水平电机设置在第一底座上，大臂底端设置在第一底座上，大臂顶端与第一摇臂一端铰接，铰接处设有第一摇臂驱动电机，第一摇臂另一端与第二摇臂的一端铰接，铰接处设有第二摇臂驱动电机，第二摇臂的另一端端部设有连接转珠。

进一步的，还包括触杆组件，触杆组件通过连接转珠与第二摇臂连接，触杆组件上设有图像识别摄像头，图像识别摄像头与上位机电连接。

进一步的，还包括惯性测量单元、滑杆组件、滑杆、滑块夹头、滑块、抓手座和抓手；滑杆组件通过连接转珠与第二摇臂连接，惯性测量单元设置在滑杆组件上，滑杆顶端与滑杆组件连接，滑块通过滑块夹头滑动设置在滑杆上，滑杆底部安装有抓手座，抓手通过螺栓紧固安装在抓手座上。

进一步的，所述梭车上还设有防爆射灯和语音报警器。

进一步的，所述自动车钩包括下锁销转轴、副齿轮、第三底座、主齿轮、第二步进电机和钩体；主齿轮安装在第二步进电机上，第二步进电机通过第三底座与钩体连接，下锁销转轴顶端安装副齿轮并与主齿轮啮合；第二步进电机与下位机连接。

进一步的，还包括光电开关和矿用广播，光电开关设置在在运输点与卸料点处并与上位机连接，矿用广播设置在巷道顶部与上位机连接。

一种无人化无极绳绞车运输系统控制方法，包括以下步骤：

步骤一：运输车辆到达运输点，梭车向运输车辆靠近，自动车钩完成锁紧，梭车前进；

梭车向起始点返回，地标读卡器到达起始点电子标签上方，地标读卡器根据起始点电子标签的ID，向上位机发送位置信息，上位机检测到梭车到达起始点，上位机通过图像识别摄像头采集电控操作台表面按键图像，上位机分析处理图像后控制机械手按下停车按键，梭车停靠在起始点；同时第二深度相机开始采集运输点位置的图像信息，下位机把第二深度相机采集到的运输点图像信息发送到上位机；上位机分析第二深度相机采集到的图像信息并分析判断运输点是否存在运输车辆；若检测到运输车辆轮廓则上位机通过机械手操作按下后退按键控制梭车缓慢后退，同时第三深度相机开始采集车钩图像；当梭车向运输车辆靠近时，自动车钩与运输车辆的车钩相互碰撞钩舌相互锁紧；下位机把第三深度相机采集到的车钩图像发送到上位机，上位机分析车钩轮廓，通过车钩轮廓间隙判断出车钩是否锁紧完成，车钩锁紧则机械手按下停止按键，系统停车，此时车钩锁紧完成，系统准备发车；机械手按下前进按键，梭车开始前进，感知系统开始工作，红外传感器采集周围人体信号，第一深度相机采集轨道图像，上位机分析周围是否存在人员、轨道上是否存在障碍物；若梭车在起始点位置时上位机分析第二深度相机采集的运输点图像信息没有检测到运输车辆则梭车一直停靠在起始点；

步骤二：梭车行驶过程中，地标读卡器进行定位，车速传感器监测车速，红外传感器感知周围人体信号，深度相机进行行车记录并采集轨道信息；

梭车行驶过程中，地标读卡器、上位机、电子标签共同完成定位，当地标读卡器从电子标签正上方通过时，每经过一个电子标签，地标读卡器向上位机发送一次位置信息，上位机把位置信息发送给电控操作台；在平坦轨道路段，相邻两电子标签距离L1、梭车安全通过时间范围为t1、梭车实际通过时间为t，若实际通过时间t在安全通过时间范围t1之内，认为梭车行驶正常；反之认为梭车行驶发生故障，上位机控制机械手按下停车按键停车；

梭车行驶过程中，车速传感器实时向下位机发送车速信息，下位机通过无线转换器与上位机通信，上位机根据车速和梭车行驶位置，通过电控操作台控制梭车加速或减速；

梭车行驶过程中，红外传感器采集人体信号，并通过超声波雷达采集与人之间的距离，若距离在预设范围之内，则进行减速制动，若距离在预设范围之外，则正常行驶，若距离小于1.5m，则上位机控制机械手按下停车按键停车；待人员离开超出预设范围再次运行；

梭车行驶过程中，第一深度相机进行行车记录并采集轨道信息，第二深度相机进行行车记录；第一深度相机和第二深度相机采集到的行车信息储存在下位机内，下位机把第一深度相机采集到的轨道图像发送到上位机，上位机分析图像信息，图像中若检测到障碍物则通过机械手操作控制系统停车，若没有检测到障碍物则继续行驶；

梭车行驶过程中，第三深度相机采集车钩图像，上位机根据第三深度相机采集到的信息检测车钩轮廓间隙，从而分析出此时车钩是否锁紧良好，若轮廓间隙大于安全值则认为车钩分开，则上位机通过机械手按键操作控制系统停车；若轮廓间隙小于安全值则认为车钩锁紧良好，系统正常运行；

步骤三：梭车行驶到道岔口附近，上位机分析扳道是否到位；

梭车经过道岔口附近的电子标签时，上位机对深度相机采集到的图像进行处理，提取轨道边缘轮廓；最后，根据轨道边缘间距判断是否扳道到位；若轨道边缘间距小于安全值则认为扳道到位梭车继续行驶，否则上位机通过机械手按下停车按键停车，同时在电控操作台屏幕上显示扳道信息；

步骤四：梭车到达卸料点，系统停车，自动车钩脱钩，梭车返回起始点；

地标读卡器到达卸料点电子标签上方，地标读卡器根据卸料点电子标签停车ID向上位机发送信号，上位机根据ID检测到梭车到达卸料点，通过机械手按下停车按键停车；10s后上位机通过下位机控制第二步进电机旋转，钩舌打开，实现自动车钩脱钩；若梭车经过卸料点未能及时停车，梭车继续行驶通过光电开关时，光电开关闭合，上位机接收到信号则控制机械手按下停车按键，实现停车，10s后上位机通过下位机控制第二步进电机旋转，实现自动车钩脱钩；第三深度相机关闭不再采集车钩图像，同时下位机把第二深度相机采集到的图像发送给上位机分析处理；当运输车辆经转载离开梭车行驶轨道后，上位机检测出后方没有运输车辆轮廓，则10s后上位机通过机械手操作控制梭车返回到起始点。

与现有技术相比，本发明在电控操作台表面安装有机械手，可以根据上位机指令完成操作，代替了传统的电控操作台司机，节省人力。通过加入感知系统，可以在梭车行驶过程中感知梭车速度、周围人体信号、障碍物、道岔等，同时也可以通过上位机、地标读卡器与电子标签定位梭车行驶位置，地标读卡器安装简单工作可靠，成本低。梭车尾部装有自动车钩可以完成锁紧与脱钩，不在需要把钩工参与，极大地节省人力。

附图说明

图1为本发明的系统主视图；

图2为本发明的系统俯视图；

图3为本发明的按键机械手结构示意图；

图4为本发明的操控手柄机械手结构示意图；

图5为本发明的旋钮机械手结构示意图；

图6为本发明梭车结构示意图；

图7为本发明车钩锁紧示意图；

图8为本发明自动车钩结构示意图；

图中：1、电控操作台，2、机械手，3、上位机，4、绞车主机，5、张紧装置，6、导向轮组，7、梭车，8、自动车钩，9、运输车辆，10、矿用广播，11、无线转换器，12、CAN总线，13、光电开关，14、尾轮，15、托绳轮组，16、压绳轮组，17、电子标签，18、钢丝绳，201、固定孔，202、第一底座，203、水平电机，204、大臂，205、第一摇臂驱动电机，206、第一摇臂，207、触杆组件，208、图像识别摄像头，209、连接转珠，210、第二摇臂，211、第二摇臂驱动电机，220、惯性测量单元，221、滑杆组件，222、滑杆，223、滑块夹头，224、滑块，225、抓手座，226、抓手，230、第二底座，231、第一步进电机，233、旋钮套，701、车速传感器，702、下位机，703、红外传感器，704、防爆射灯，705、第一深度相机，706、超声波雷达，707、第二深度相机，708、第三深度相机，709、蓄电池，710、语音报警器，711、地标读卡器，801、下锁销转轴，802、副齿轮，803、第三底座，804、主齿轮，805、第二步进电机，806、钩体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

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。

本发明提供一种技术方案：如图1和图2所示，包括驱动系统、控制装置、感知系统、通讯系统和执行元件；

驱动系统包括绞车主机4、张紧装置5、导向轮组6、梭车7、托绳轮组15、压绳轮组16、尾轮14和钢丝绳18；绞车主机4、张紧装置5、导向轮组6设置在轨道前方的地面上，梭车7设置在轨道上，尾轮14设置在轨道的的后部，钢丝绳18先后经过绞车主机4、张紧装置5、导向轮组6、梭车7、托绳轮组15、压绳轮组16与尾轮14后回到绞车主机4形成封闭循环；绞车主机4通过电控操作台1进行控制，绞车主机4运行时通过钢丝绳18经张紧装置5、导向轮组6、托绳轮组15、压绳轮组16、尾轮14带动梭车7在轨道上运行，梭车7通过自动车钩8连接运输车辆9。

控制装置包括电控操作台1和上位机3；上位机3设置在电控操作台1旁边，并通过CAN总线12与电控操作台1连接通信；上位机3分析和各种处理传感器采集到的信息，把梭车7位置和车速信息通过CAN总线12发送给电控操作台1，电控操作台1把梭车7位置和车速显示在屏幕上；

如图6所示，感知系统包括车速传感器701、红外传感器703、第一深度相机705、超声波雷达706、第二深度相机707、第三深度相机708、蓄电池709、地标读卡器711和电子标签17；红外传感器703与第一深度相机705设置在梭车7前端，超声波雷达706设置在梭车7前端和后端，蓄电池709设置在梭车7中部，第二深度相机707、第三深度相机708设置在梭车7后端，车速传感器701设置在梭车7前车轮内侧，地标读卡器711设置在梭车7下方，梭车7上还设有防爆射灯704和语音报警器710，电子标签17以不同间距间隔设置在轨道中央，感知系统用于对巷道环境和梭车7行驶状态进行感知；不同电子标签17具有不同ID，梭车7行驶过程中的电子标签17为前进ID，初始点、卸料点位置电子标签17为停车ID，地标读卡器711每经过一个电子标签17会通过下位机702和CAN总线12向上位机3发送一次位置信息；地标读卡器711与上位机3根据不同标签ID通过机械手2操作，实现梭车7行驶与停车；地标读卡器711、红外传感器703、超声波雷达706、第一深度相机705、第二深度相机707、第三深度相机708将采集到的数据发送到下位机702；

通讯系统包括下位机702和无线转换器11，下位机702设置在梭车7上，无线转换器11设置在巷道内，下位机702以Wi-Fi传输的形式将数据传送给无线转换器11，无线转换器11通过CAN总线12与上位机3连接将数据发送给上位机3；蓄电池709与车速传感器701、下位机702、红外传感器703、防爆射灯704、第一深度相机705、超声波雷达706、第二深度相机707、第三深度相机708、语音报警器710和地标读卡器711电连接为其供电。

执行元件包括机械手2和自动车钩8，机械手2设置在电控操作台1上用于电控操作台1的操作，自动车钩8安装在梭车7尾部，与安装在运输车辆9前端的车钩配合使用。

如图3所示，机械手2包括第一底座202、水平电机203、大臂204、第一摇臂206、第二摇臂210和连接转珠209，第一底座202上设有用于和电控操作台1固定的固定孔201；水平电机203设置在第一底座202上，水平电机203工作带动整个机械手2水平方向移动，大臂204底端设置在第一底座202上，大臂204顶端与第一摇臂206一端铰接，铰接处设有第一摇臂驱动电机205，第一摇臂206另一端与第二摇臂210的一端铰接，铰接处设有第二摇臂驱动电机211，第一摇臂驱动电机205、第二摇臂驱动电机211工作带动整个机械手2垂直方向移动；第二摇臂210的另一端端部设有连接转珠209，触杆组件207通过连接转珠209与第二摇臂210连接，连接转珠209可以实现触杆组件207的多自由度转动；触杆组件207上设有图像识别摄像头208，图像识别摄像头208与上位机3电连接，图像识别摄像头208采集电控操作台1表面按键图像，上位机3分析处理图像并根据不同按键颜色对应不同按键确定按键相对于触杆组件207的位置，并通过水平电机203与驱动电机调节触杆组件207的位置进行按键操作；此种结构为按键机械手。

机械手2还可以是操控手柄机械手，如图4所示，惯性测量单元220、滑杆组件221、滑杆222、滑块夹头223、滑块224、抓手座225和抓手226；滑杆组件221通过连接转珠209与第二摇臂210连接，惯性测量单元220设置在滑杆组件221上，滑杆222顶端与滑杆组件221连接，滑块224通过滑块夹头223滑动设置在滑杆222上并可以上下滑动，滑杆222底部安装有抓手座225，抓手226通过螺栓紧固安装在抓手座225上；滑块224在滑杆222上下滑动带动抓手226张合夹紧操控手柄，滑块224通过滑块夹头223张合固定在滑杆222上。操控手柄机械手通过安装在滑杆组件221顶部的惯性测量单元220对位姿进行调整。

机械手2还可以是旋钮机械手，如图5所示，包括第二底座230、第一步进电机231和旋钮套232；通过第二底座230安装在电控操作台1表面，第一步进电机231固定在第二底座230上，第一步进电机231的转轴上安装旋钮套232，旋钮套232安装在操控旋钮上。通过控制第一步进电机231旋转带动操控旋钮，实现对操控旋钮的控制。

在卸料点靠近尾轮14方向3米处以及运输点靠近绞车主机4方向3米处分别布置一个光电开关13，光电开关13属于双重保护，防止梭车7到达指定地点不能及时停车；光电开关13通过CAN总线12与上位机3连接。在巷道顶部设置与上位机3连接的矿用广播10，便于对巷道内进行广播。

如图7和图8所示，自动车钩8在铁路货车17型车钩基础上进行改造，为实现自动脱钩，现对下锁销转轴801进行改造，主齿轮804安装在第二步进电机805上，第二步进电机805通过第三底座803与钩体806连接，下锁销转轴801顶端安装副齿轮802并与主齿轮804啮合，上位机3通过下位机702控制第二步进电机805旋转，带动下锁销转轴801转动，钩舌打开，实现脱钩。当梭车7到达卸料点时，地标读卡器711根据电子标签17的ID发送停车信号，上位机3通过下位机702控制第二步进电机805旋转带动下锁销转轴801转动车钩打开，卸料完成。

本发明运输系统控制方法为：运输车辆9设置在轨道上且位于梭车7的后方，运输车辆9前方的车钩与梭车7后方的自动车钩8连接；通过加装感知系统可以对梭车7的位置、车速、道岔、障碍物、行人等进行感知，通讯系统把数据发送到上位机3，通过上位机3分析处理数据，控制机械手2进行电控操作台1的各种按键、旋钮、手柄操作。

起始点为梭车7运料完成后返回的停靠位置，运输点为起始点后方3m处位置，用于停靠运输车辆；

步骤一：运输车辆9到达运输点，梭车7向运输车辆9靠近，自动车钩8完成锁紧，梭车7前进；

梭车7向起始点返回，地标读卡器711到达起始点电子标签17上方，地标读卡器711根据起始点电子标签17的ID，向上位机3发送位置信息，上位机3检测到梭车7到达起始点，上位机3通过图像识别摄像头208采集电控操作台1表面按键图像，上位机3分析处理图像并根据不同按键颜色对应不同按键来确定各按键位置，控制机械手2按下停车按键，梭车7停靠在起始点；同时第二深度相机707开始采集运输点位置的图像信息，下位机702每隔5s把第二深度相机707采集到的运输点图像信息发送到上位机3；上位机3分析第二深度相机707采集到的图像信息，利用卷积神经网络模型分析是否存在运输车辆9轮廓，判断运输点是否存在运输车辆9；若检测到运输车辆9轮廓则上位机3通过机械手2操作按下后退按键控制梭车7缓慢后退，同时第三深度相机708开始采集车钩图像；当梭车7向运输车辆9靠近时，自动车钩8与运输车辆9的车钩相互碰撞钩舌相互锁紧；下位机702每隔1s把第三深度相机708采集到的车钩图像发送到上位机3，上位机3利用卷积神经网络模型分析车钩轮廓，通过车钩轮廓间隙判断出车钩是否锁紧完成，车钩锁紧则机械手2按下停止按键，系统停车，此时车钩锁紧完成，系统准备发车；机械手2按下前进按键，梭车7开始前进，感知系统开始工作，红外传感器703采集周围人体信号，第一深度相机705采集轨道图像，上位机3分析周围是否存在人员、轨道上是否存在障碍物；若梭车7在起始点位置时上位机3分析第二深度相机707采集的运输点图像信息没有检测到运输车辆9则梭车7一直停靠在起始点；

步骤二：梭车7行驶过程中，地标读卡器711进行定位，车速传感器701监测车速，红外传感器703感知周围人体信号，深度相机进行行车记录并采集轨道信息；

梭车7行驶过程中，地标读卡器711、上位机3、电子标签17共同完成定位，当地标读卡器711从电子标签17正上方通过时，每经过一个电子标签17，地标读卡器711向上位机3发送一次位置信息，上位机3把位置信息发送给电控操作台1，电控操作台1在屏幕上的巷道地图模型中显示梭车7对应位置；同时根据使用环境不同，在平坦轨道路段，相邻两电子标签17距离L1、梭车7安全通过时间范围为t1、梭车7实际通过时间为t，若实际通过时间t在安全通过时间范围t1之内，认为梭车7行驶正常；反之认为梭车7行驶发生故障，上位机3控制机械手2按下停车按键停车；

梭车7行驶过程中，车速传感器701实时向下位机702发送车速信息，下位机702通过无线转换器11与上位机3通信，上位机3根据车速和梭车7行驶位置，通过电控操作台1控制梭车7加速或减速；

梭车7行驶过程中，红外传感器703采集人体信号，并通过超声波雷达706采集与人之间的距离，若距离在预设范围之内，则进行减速制动，若距离在预设范围之外，则正常行驶，若距离小于1.5m，则上位机3控制机械手2按下停车按键停车；待人员离开超出预设范围再次运行；

梭车7行驶过程中，第一深度相机705进行行车记录并采集轨道信息，第二深度相机707进行行车记录；第一深度相机705和第二深度相机707采集到的行车信息储存在下位机702内，下位机702每5s把第一深度相机705采集到的轨道图像经通讯系统发送到上位机3，上位机3添加有卷积神经网络模型，上位机3分析图像信息，图像中若检测到障碍物则通过机械手2操作控制系统停车，若没有检测到障碍物则继续行驶；

梭车7行驶过程中，第三深度相机708采集车钩图像，上位机3添加有卷积神经网络模型，上位机3根据第三深度相机708采集到的信息，利用卷积神经网络模型，检测车钩轮廓间隙，从而分析出此时车钩是否锁紧良好，若轮廓间隙大于安全值则认为车钩分开，则上位机3通过机械手2按键操作控制系统停车；若轮廓间隙小于安全值则认为车钩锁紧良好，系统正常运行；

步骤三：梭车7行驶到道岔口附近，上位机3分析扳道是否到位；

梭车7经过道岔口附近的电子标签17时，上位机3对深度相机采集到的图像进行处理，提取轨道边缘轮廓；最后，根据轨道边缘间距判断是否扳道到位；若轨道边缘间距小于安全值则认为扳道到位梭车7继续行驶，否则上位机3通过机械手2按下停车按键停车，同时在电控操作台1屏幕上显示扳道信息；

步骤四：梭车7到达卸料点，系统停车，自动车钩8脱钩，梭车7返回起始点；

地标读卡器711到达卸料点电子标签17上方，地标读卡器711根据卸料点电子标签17停车ID向上位机3发送信号，上位机3根据ID检测到梭车7到达卸料点，通过机械手2按下停车按键停车；10s后上位机3通过下位机702控制第二步进电机805旋转，钩舌打开，实现自动车钩8脱钩；若梭车7经过卸料点未能及时停车，梭车7继续行驶通过光电开关13时，光电开关13闭合，上位机3接收到信号则控制机械手2按下停车按键，实现停车，10s后上位机3控制通过下位机702第二步进电机805旋转，实现自动车钩8脱钩；第三深度相机708关闭不再采集车钩图像，同时下位机702每隔5s把第二深度相机707采集到的图像发送给上位机3，上位机3分析处理第二深度相机707采集到的图像信息；当运输车辆9经转载离开梭车7行驶轨道后，上位机3检测出后方没有运输车辆9轮廓，则10s后上位机3通过机械手2操作控制梭车7返回到起始点。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无人化无极绳绞车运输系统，包括驱动系统、控制装置、感知系统、通讯系统和执行元件；其特征在于：

驱动系统包括绞车主机（4）、张紧装置（5）、导向轮组（6）、梭车（7）、托绳轮组（15）、压绳轮组（16）、尾轮（14）和钢丝绳（18）；钢丝绳（18）先后经过绞车主机（4）、张紧装置（5）、导向轮组（6）、梭车（7）、托绳轮组（15）、压绳轮组（16）与尾轮（14）后回到绞车主机（4）形成封闭循环；

控制装置包括电控操作台（1）和上位机（3）；上位机（3）设置在电控操作台（1）旁边，并与电控操作台（1）连接；

感知系统包括车速传感器（701）、红外传感器（703）、第一深度相机（705）、超声波雷达（706）、第二深度相机（707）、第三深度相机（708）、蓄电池（709）、地标读卡器（711）和电子标签（17）；红外传感器（703）与第一深度相机（705）设置在梭车（7）前端，超声波雷达（706）设置在梭车（7）前端和后端，蓄电池（709）设置在梭车（7）中部，第二深度相机（707）、第三深度相机（708）设置在梭车（7）后端，车速传感器（701）设置在梭车（7）前车轮内侧，地标读卡器（711）设置在梭车（7）下方，电子标签（17）以不同间距间隔设置在轨道中央；

通讯系统包括下位机（702）和无线转换器（11），下位机（702）设置在梭车（7）上，无线转换器（11）设置在巷道内，无线转换器（11）与上位机（3）连接；

执行元件包括机械手（2）和自动车钩（8），机械手(2) 设置在电控操作台（1）上，自动车钩（8）安装在梭车（7）尾部。

2.根据权利要求1所述的一种无人化无极绳绞车运输系统，其特征在于，所述机械手（2）包括第一底座（202）、水平电机（203）、大臂（204）、第一摇臂（206）、第二摇臂（210）和连接转珠（209）；水平电机（203）设置在第一底座（202）上，大臂（204）底端设置在第一底座（202）上，大臂（204）顶端与第一摇臂（206）一端铰接，铰接处设有第一摇臂驱动电机（205），第一摇臂（206）另一端与第二摇臂（210）的一端铰接，铰接处设有第二摇臂驱动电机（211），第二摇臂（210）的另一端端部设有连接转珠（209）。

3.根据权利要求2所述的一种无人化无极绳绞车运输系统，其特征在于，还包括触杆组件（207），触杆组件（207）通过连接转珠（209）与第二摇臂（210）连接，触杆组件（207）上设有图像识别摄像头（208），图像识别摄像头（208）与上位机（3）电连接。

4.根据权利要求2所述的一种无人化无极绳绞车运输系统，其特征在于，还包括惯性测量单元（220）、滑杆组件（221）、滑杆（222）、滑块夹头（223）、滑块（224）、抓手座（225）和抓手（226）；滑杆组件（221）通过连接转珠（209）与第二摇臂（210）连接，惯性测量单元（220）设置在滑杆组件（221）上，滑杆（222）顶端与滑杆组件（221）连接，滑块（224）通过滑块夹头（223）滑动设置在滑杆（222）上，滑杆（222）底部安装有抓手座（225），抓手（226）通过螺栓紧固安装在抓手座（225）上。

5.根据权利要求1所述的一种无人化无极绳绞车运输系统，其特征在于，所述梭车（7）上还设有防爆射灯（704）和语音报警器（710）。

6.根据权利要求1所述的一种无人化无极绳绞车运输系统，其特征在于，所述自动车钩（8）包括下锁销转轴（801）、副齿轮（802）、第三底座（803）、主齿轮（804）、第二步进电机（805）和钩体（806）；主齿轮（804）安装在第二步进电机（805）上，第二步进电机（805）通过第三底座（803）与钩体（806）连接，下锁销转轴（801）顶端安装副齿轮（802）并与主齿轮（804）啮合；第二步进电机（805）与下位机（702）连接。

7.根据权利要求1所述的一种无人化无极绳绞车运输系统，其特征在于，还包括光电开关（13）和矿用广播（10），光电开关（13）设置在在运输点与卸料点处并与上位机（3）连接，矿用广播（10）设置在巷道顶部与上位机（3）连接。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种无人化无极绳绞车运输系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：运输车辆（9）到达运输点，梭车（7）向运输车辆（9）靠近，自动车钩（8）完成锁紧，梭车（7）前进；

梭车（7）向起始点返回，地标读卡器（711）到达起始点电子标签（17）上方，地标读卡器（711）根据起始点电子标签（17）的ID，向上位机（3）发送位置信息，上位机（3）检测到梭车（7）到达起始点，上位机（3）通过图像识别摄像头（208）采集电控操作台（1）表面按键图像，上位机（3）分析处理图像后控制机械手（2）按下停车按键，梭车（7）停靠在起始点；同时第二深度相机（707）开始采集运输点位置的图像信息，下位机（702）把第二深度相机（707）采集到的运输点图像信息发送到上位机（3）；上位机（3）分析第二深度相机（707）采集到的图像信息并分析判断运输点是否存在运输车辆（9）；若检测到运输车辆（9）轮廓则上位机（3）通过机械手（2）操作按下后退按键控制梭车（7）缓慢后退，同时第三深度相机（708）开始采集车钩图像；当梭车（7）向运输车辆（9）靠近时，自动车钩（8）与运输车辆（9）的车钩相互碰撞钩舌相互锁紧；下位机（702）把第三深度相机（708）采集到的车钩图像发送到上位机（3），上位机（3）分析车钩轮廓，通过车钩轮廓间隙判断出车钩是否锁紧完成，车钩锁紧则机械手（2）按下停止按键，系统停车，此时车钩锁紧完成，系统准备发车；机械手（2）按下前进按键，梭车（7）开始前进，感知系统开始工作，红外传感器（703）采集周围人体信号，第一深度相机（705）采集轨道图像，上位机（3）分析周围是否存在人员、轨道上是否存在障碍物；若梭车（7）在起始点位置时上位机（3）分析第二深度相机（707）采集的运输点图像信息没有检测到运输车辆（9）则梭车（7）一直停靠在起始点；

步骤二：梭车（7）行驶过程中，地标读卡器（711）进行定位，车速传感器（701）监测车速，红外传感器（703）感知周围人体信号，深度相机进行行车记录并采集轨道信息；

梭车（7）行驶过程中，地标读卡器（711）、上位机（3）、电子标签（17）共同完成定位，当地标读卡器（711）从电子标签（17）正上方通过时，每经过一个电子标签（17），地标读卡器（711）向上位机（3）发送一次位置信息，上位机（3）把位置信息发送给电控操作台（1）；在平坦轨道路段，相邻两电子标签（17）距离L1、梭车（7）安全通过时间范围为t1、梭车（7）实际通过时间为t，若实际通过时间t在安全通过时间范围t1之内，认为梭车（7）行驶正常；反之认为梭车（7）行驶发生故障，上位机（3）控制机械手（2）按下停车按键停车；

梭车（7）行驶过程中，车速传感器（701）实时向下位机（702）发送车速信息，下位机（702）通过无线转换器（11）与上位机（3）通信，上位机（3）根据车速和梭车（7）行驶位置，通过电控操作台（1）控制梭车（7）加速或减速；

梭车（7）行驶过程中，红外传感器（703）采集人体信号，并通过超声波雷达（706）采集与人之间的距离，若距离在预设范围之内，则进行减速制动，若距离在预设范围之外，则正常行驶，若距离小于1.5m，则上位机（3）控制机械手（2）按下停车按键停车；待人员离开超出预设范围再次运行；

梭车（7）行驶过程中，第一深度相机（705）进行行车记录并采集轨道信息，第二深度相机（707）进行行车记录；第一深度相机（705）和第二深度相机（707）采集到的行车信息储存在下位机（702）内，下位机（702）把第一深度相机（705）采集到的轨道图像发送到上位机（3），上位机（3）分析图像信息，图像中若检测到障碍物则通过机械手（2）操作控制系统停车，若没有检测到障碍物则继续行驶；

梭车（7）行驶过程中，第三深度相机（708）采集车钩图像，上位机（3）根据第三深度相机（708）采集到的信息检测车钩轮廓间隙，从而分析出此时车钩是否锁紧良好，若轮廓间隙大于安全值则认为车钩分开，则上位机（3）通过机械手（2）按键操作控制系统停车；若轮廓间隙小于安全值则认为车钩锁紧良好，系统正常运行；

步骤三：梭车（7）行驶到道岔口附近，上位机（3）分析扳道是否到位；

梭车（7）经过道岔口附近的电子标签（17）时，上位机（3）对深度相机采集到的图像进行处理，提取轨道边缘轮廓；最后，根据轨道边缘间距判断是否扳道到位；若轨道边缘间距小于安全值则认为扳道到位梭车（7）继续行驶，否则上位机（3）通过机械手（2）按下停车按键停车，同时在电控操作台（1）屏幕上显示扳道信息；

步骤四：梭车（7）到达卸料点，系统停车，自动车钩（8）脱钩，梭车（7）返回起始点；

地标读卡器（711）到达卸料点电子标签（17）上方，地标读卡器（711）根据卸料点电子标签（17）停车ID向上位机（3）发送信号，上位机（3）根据ID检测到梭车（7）到达卸料点，通过机械手（2）按下停车按键停车；10s后上位机（3）通过下位机（702）控制第二步进电机（805）旋转，钩舌打开，实现自动车钩（8）脱钩；若梭车（7）经过卸料点未能及时停车，梭车（7）继续行驶通过光电开关（13）时，光电开关（13）闭合，上位机（3）接收到信号则控制机械手（2）按下停车按键，实现停车，10s后上位机（3）通过下位机（702）控制第二步进电机（805）旋转，实现自动车钩（8）脱钩；第三深度相机（708）关闭不再采集车钩图像，同时下位机（702）把第二深度相机（707）采集到的图像发送给上位机（3）分析处理；当运输车辆（9）经转载离开梭车（7）行驶轨道后，上位机（3）检测出后方没有运输车辆（9）轮廓，则10s后上位机（3）通过机械手（2）操作控制梭车（7）返回到起始点。

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