CN114215538B - 一种基于可视化定位技术的掘进机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于可视化定位技术的掘进机，属于掘进机领域，包括筒型机壳、旋进钻头和控制中转基站，筒型机壳内固定有旋转机构，旋转机构的输出端固定有角度调节机构，旋进钻头固定在角度调节机构的输出端，筒型机壳的内底设有物料输送带，筒型机壳的外壁设有球形座，球形座上转动连接有环形支架，环形支架的内壁设有与球形座相匹配的球槽，环形支架的两侧与筒型机壳的外壁间均设有多个伸缩杆，多个伸缩杆等角度均分排布，本发明采用远程遥控的方式，适用于小型隧道的掘进工作，掘进效率高，掘进线路精准，全程可视化操控，安全系数高，具有市场前景，适合推广。
Description
技术领域
本发明涉及掘进机领域，更具体地说，涉及一种基于可视化定位技术的掘进机。
背景技术
悬臂式掘进机，因其安全可靠、单进效率远高于传统的炮掘工艺，目前已被广泛推广应用。但悬臂式掘进机截割煤岩时，由于司机所处位置原因，司机只能看到一侧的截割，另一侧往往需要有一位副司机专门看着并用灯光指示司机截割，同时，由于截割产尘和喷雾洒水等原因，司机和副司机均难以看清截割头位置与巷道轮廓的关系，大多是凭经验判断进行截割，导致巷道成形质量不好，司机更是难以把握。
煤炭作为我国现阶段的主体能源，未来相当长时期仍将是国民经济中长期稳定发展的基石。煤巷掘进工作方面，存在掘进机自动化水平低、作业人员多的装备技术问题，导致掘进作业人员事故率高、掘进效率低、连续作业质量差。近年来，随着煤机装备智能化的发展，煤巷掘进机实现远程控制的需求越来越迫切，而煤巷掘进机远程可视化系统需要为远程控制提供可靠的掘进机实时工况、图像、声音、机身与已掘进巷道的真实三维场景关系以及掘进机在真实的已掘进巷道下的运动状态的可视化信息。
现有的掘进机无法适用小型煤巷掘进作业，煤巷掘进方向调节不便捷且掘进成型面差，存在塌方危险，无法有效远程实时监控，为此我们提出一种基于可视化定位技术的掘进机来解决以上问题。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于可视化定位技术的掘进机，可以通过带有旋转机构、角度调节机构的旋进钻头与带有球形座的筒型机壳及带有球槽、履带推进机构、伸缩杆的环形支架间的相互配合，在使用时，预先在地面开设吊装井，并吊装井边侧铺设导入斜坡，此时由履带推进机构驱动掘进机整体沿导入斜坡进入吊装井内，由旋进钻头进行旋进挖掘工作，由旋转机构、角度调节机构调整旋进钻头的水平角度和竖直角度，达到挖掘面保持圆形前进，在掘进过程中，通过履带推进机构驱动前进，利用GPRS定位单元确定掘进方向，在需要调整掘进方向时，履带推进机构停止前进，并利用张紧机构张紧在已挖掘的洞笔壁，提供支持压力，由伸缩杆推动筒型机壳相对于环形支架发生偏转(球形座绕球槽旋转)，达到调整筒型机壳轴线方向的目的，进而可调节整体的掘进方向，本发明采用远程遥控的方式，适用于小型隧道的掘进工作，掘进效率高，掘进线路精准，全程可视化操控，安全系数高，具有市场前景，适合推广。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于可视化定位技术的掘进机，包括筒型机壳、旋进钻头和控制中转基站，所述筒型机壳内固定有旋转机构，所述旋转机构的输出端固定有角度调节机构，所述旋进钻头固定在角度调节机构的输出端，所述筒型机壳的内底设有物料输送带，所述筒型机壳的外壁设有球形座，所述球形座上转动连接有环形支架，所述环形支架的内壁设有与球形座相匹配的球槽，所述环形支架的两侧与筒型机壳的外壁间均设有多个伸缩杆，多个所述伸缩杆等角度均分排布，所述环形支架的外壁等角度均分排布有若干履带推进机构，所述筒型机壳内固定有GPRS定位单元、摄像头、旋进钻头的姿态传感器和控制单元，所述控制中转基站设置在地表，所述控制中转基站包括无线传输模块，所述控制单元通过线缆与控制中转基站通信连接，所述控制中转基站通过无线传输模块连接云端服务器，所述云端服务器包括计算机集群、卫星传输与接收模块、图像编辑模块，所述云端服务器通过卫星传输与接收模块远程连接遥感卫星和用户终端。本发明通过带有旋转机构、角度调节机构的旋进钻头与带有球形座的筒型机壳及带有球槽、履带推进机构、伸缩杆的环形支架间的相互配合，在使用时，预先在地面开设吊装井，并吊装井边侧铺设导入斜坡，此时由履带推进机构驱动掘进机整体沿导入斜坡进入吊装井内，由旋进钻头进行旋进挖掘工作，由旋转机构、角度调节机构调整旋进钻头的水平角度和竖直角度，达到挖掘面保持圆形前进，在掘进过程中，通过履带推进机构驱动前进，利用GPRS定位单元确定掘进方向，在需要调整掘进方向时，履带推进机构停止前进，并利用张紧机构张紧在已挖掘的洞笔壁，提供支持压力，由伸缩杆推动筒型机壳相对于环形支架发生偏转(球形座绕球槽旋转)，达到调整筒型机壳轴线方向的目的，进而可调节整体的掘进方向，本发明采用远程遥控的方式，适用于小型隧道的掘进工作，掘进效率高，掘进线路精准，全程可视化操控，安全系数高，具有市场前景，适合推广。
进一步的，所述用户终端包括用户APP和信息展示屏，所述信息展示屏设置在施工现场。
进一步的，所述履带推进机构通过张紧机构连接在环形支架上，所述张紧机构为液压力臂结构，所述张紧机构内设有记录其张紧距离的张紧行程传感器。
进一步的，所述筒型机壳的顶部一侧固定有弧形支撑板，所述弧形支撑板内固定有震动电机。通过带有震动电机的弧形支撑板的结构设计，一方面能有效防止已掘进隧道顶部发生松动塌方，影响旋进钻头的掘进工作，另一方面，通过震动电机的震动，使隧道顶部紧实，结合张紧机构的张紧挤压，使洞壁更加稳固和规则，便于后期施工和辅材的安装。
进一步的，所述旋转机构用于调节旋进钻头在水平面的摆动角度，所述角度调节机构用于调节旋进钻头在竖直面的摆动角度，所述旋转机构、角度调节机构均为液压驱动结构，所述旋转机构、角度调节机构的摆动角度均为-45°至45°，所述旋转机构内设有水平旋转角度传感器，所述角度调节机构内设有竖直旋转角度传感器。
进一步的，所述履带推进机构为电机驱动式履带轮结构，所述履带推进机构上设有记录行进距离的履带行程传感器。
进一步的，所述旋进钻头由燃油机驱动，所述旋进钻头上设有钻头温度传感器、钻头转速传感器。
进一步的，所述伸缩杆为液压伸缩杆结构，所述伸缩杆上设有记录其伸缩距离的伸缩杆行程传感器。
进一步的，所述筒型机壳内设有水平传感器，所述水平传感器用于记录物料输送带输料平面水平度。
进一步的，所述姿态传感器包括水平旋转角度传感器、竖直旋转角度传感器、水平传感器、钻头转速传感器、钻头温度传感器、履带行程传感器、伸缩杆行程传感器和张紧行程传感器，所述GPRS定位单元、摄像头及姿态传感器均通过导线与控制单元电性连接，所述控制单位为以微芯片为核心的电路板结构。通过云端服务器、用户终端和控制中转基站的结构设计，利用控制单位采集GPRS定位单元、摄像头和姿态传感器的数据，由线缆传递数据至控制中转基站，由控制中转基站的无线传输模块上传至云端服务器，云端服务器的计算机集群利用图像编辑模块将各类数据可视化动态编辑并转译打包(如掘进机的地理位置、掘进路线、掘进速度、掘进时间等)，再通过卫星传输与接收模块传递至用户终端，用户终端可实时远程可视化监控，有效提升了管理效率。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案通过带有旋转机构、角度调节机构的旋进钻头与带有球形座的筒型机壳及带有球槽、履带推进机构、伸缩杆的环形支架间的相互配合，在使用时，预先在地面开设吊装井，并吊装井边侧铺设导入斜坡，此时由履带推进机构驱动掘进机整体沿导入斜坡进入吊装井内，由旋进钻头进行旋进挖掘工作，由旋转机构、角度调节机构调整旋进钻头的水平角度和竖直角度，达到挖掘面保持圆形前进，在掘进过程中，通过履带推进机构驱动前进，利用GPRS定位单元确定掘进方向，在需要调整掘进方向时，履带推进机构停止前进，并利用张紧机构张紧在已挖掘的洞笔壁，提供支持压力，由伸缩杆推动筒型机壳相对于环形支架发生偏转(球形座绕球槽旋转)，达到调整筒型机壳轴线方向的目的，进而可调节整体的掘进方向，本发明采用远程遥控的方式，适用于小型隧道的掘进工作，掘进效率高，掘进线路精准，全程可视化操控，安全系数高，具有市场前景，适合推广。
(2)通过带有震动电机的弧形支撑板的结构设计，一方面能有效防止已掘进隧道顶部发生松动塌方，影响旋进钻头的掘进工作，另一方面，通过震动电机的震动，使隧道顶部紧实，结合张紧机构的张紧挤压，使洞壁更加稳固和规则，便于后期施工和辅材的安装。
(3)通过云端服务器、用户终端和控制中转基站的结构设计，利用控制单位采集GPRS定位单元、摄像头和姿态传感器的数据，由线缆传递数据至控制中转基站，由控制中转基站的无线传输模块上传至云端服务器，云端服务器的计算机集群利用图像编辑模块将各类数据可视化动态编辑并转译打包(如掘进机的地理位置、掘进路线、掘进速度、掘进时间等)，再通过卫星传输与接收模块传递至用户终端，用户终端可实时远程可视化监控，有效提升了管理效率。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明中提出的姿态传感器的原理框图；
图3为本发明的正面结构示意图；
图4为本发明的侧面结构示意图；
图5为本发明的剖面结构示意图；
图6为图5中A部的放大结构示意图；
图7为本发明的爆炸结构示意图；
图8为本发明中提出的筒型机壳的结构示意图；
图9为本发明中提出的环形支架的结构示意图；
图10为本发明中提出的旋进钻头的结构示意图。
图中标号说明：
旋进钻头1、钻头温度传感器11、钻头转速传感器12、筒型机壳2、弧形支撑板21、GPRS定位单元22、球形座23、旋转机构3、角度调节机构4、物料输送带5、环形支架6、球槽61、履带推进机构7、张紧机构71、伸缩杆8。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-10，一种基于可视化定位技术的掘进机，包括筒型机壳2、旋进钻头1和控制中转基站，筒型机壳2内固定有旋转机构3，旋转机构3的输出端固定有角度调节机构4，旋进钻头1固定在角度调节机构4的输出端，筒型机壳2的内底设有物料输送带5，筒型机壳2的外壁设有球形座23，球形座23上转动连接有环形支架6，环形支架6的内壁设有与球形座23相匹配的球槽61，环形支架6的两侧与筒型机壳2的外壁间均设有多个伸缩杆8，多个伸缩杆8等角度均分排布，环形支架6的外壁等角度均分排布有若干履带推进机构7，履带推进机构7通过张紧机构71连接在环形支架6上，张紧机构71为液压力臂结构，张紧机构71内设有记录其张紧距离的张紧行程传感器。
本发明通过带有旋转机构3、角度调节机构4的旋进钻头1与带有球形座23的筒型机壳2及带有球槽61、履带推进机构7、伸缩杆8的环形支架6间的相互配合，在使用时，预先在地面开设吊装井，并吊装井边侧铺设导入斜坡，此时由履带推进机构7驱动掘进机整体沿导入斜坡进入吊装井内，由旋进钻头1进行旋进挖掘工作，由旋转机构3、角度调节机构4调整旋进钻头1的水平角度和竖直角度，达到挖掘面保持圆形前进，在掘进过程中，通过履带推进机构7驱动前进，利用GPRS定位单元22确定掘进方向，在需要调整掘进方向时，履带推进机构7停止前进，并利用张紧机构71张紧在已挖掘的洞笔壁，提供支持压力，由伸缩杆8推动筒型机壳2相对于环形支架6发生偏转(球形座23绕球槽61旋转)，达到调整筒型机壳2轴线方向的目的，进而可调节整体的掘进方向，本发明采用远程遥控的方式，适用于小型隧道的掘进工作，掘进效率高，掘进线路精准，全程可视化操控，安全系数高，具有市场前景，适合推广。
请参阅图3，筒型机壳2的顶部一侧固定有弧形支撑板21，弧形支撑板21内固定有震动电机。通过带有震动电机的弧形支撑板21的结构设计，一方面能有效防止已掘进隧道顶部发生松动塌方，影响旋进钻头1的掘进工作，另一方面，通过震动电机的震动，使隧道顶部紧实，结合张紧机构71的张紧挤压，使洞壁更加稳固和规则，便于后期施工和辅材的安装。
请参阅图1-10，旋转机构3用于调节旋进钻头1在水平面的摆动角度，角度调节机构4用于调节旋进钻头1在竖直面的摆动角度，旋转机构3、角度调节机构4均为液压驱动结构，旋转机构3、角度调节机构4的摆动角度均为-45°至45°，旋转机构3内设有水平旋转角度传感器，角度调节机构4内设有竖直旋转角度传感器，履带推进机构7为电机驱动式履带轮结构，履带推进机构7上设有记录行进距离的履带行程传感器，旋进钻头1由燃油机驱动，旋进钻头1上设有钻头温度传感器11、钻头转速传感器12，伸缩杆8为液压伸缩杆结构，伸缩杆8上设有记录其伸缩距离的伸缩杆行程传感器，筒型机壳2内设有水平传感器，水平传感器用于记录物料输送带5输料平面水平度，姿态传感器包括水平旋转角度传感器、竖直旋转角度传感器、水平传感器、钻头转速传感器12、钻头温度传感器11、履带行程传感器、伸缩杆行程传感器和张紧行程传感器，GPRS定位单元22、摄像头及姿态传感器均通过导线与控制单元电性连接，控制单位为以微芯片为核心的电路板结构。
筒型机壳2内固定有GPRS定位单元22、摄像头、旋进钻头1的姿态传感器和控制单元，控制中转基站设置在地表，控制中转基站包括无线传输模块，控制单元通过线缆与控制中转基站通信连接，控制中转基站通过无线传输模块连接云端服务器，云端服务器包括计算机集群、卫星传输与接收模块、图像编辑模块，云端服务器通过卫星传输与接收模块远程连接遥感卫星和用户终端，用户终端包括用户APP和信息展示屏，信息展示屏设置在施工现场。
通过云端服务器、用户终端和控制中转基站的结构设计，利用控制单位采集GPRS定位单元22、摄像头和姿态传感器的数据，由线缆传递数据至控制中转基站，由控制中转基站的无线传输模块上传至云端服务器，云端服务器的计算机集群利用图像编辑模块将各类数据可视化动态编辑并转译打包(如掘进机的地理位置、掘进路线、掘进速度、掘进时间等)，再通过卫星传输与接收模块传递至用户终端，用户终端可实时远程可视化监控，有效提升了管理效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于可视化定位技术的掘进机，包括筒型机壳（2）、旋进钻头（1）和控制中转基站，其特征在于：所述筒型机壳（2）内固定有旋转机构（3），所述旋转机构（3）的输出端固定有角度调节机构（4），所述旋进钻头（1）固定在角度调节机构（4）的输出端，所述筒型机壳（2）的内底设有物料输送带（5），所述筒型机壳（2）的外壁设有球形座（23），所述球形座（23）上转动连接有环形支架（6），所述环形支架（6）的内壁设有与球形座（23）相匹配的球槽（61），所述环形支架（6）的两侧与筒型机壳（2）的外壁间均设有多个伸缩杆（8），多个所述伸缩杆（8）等角度均分排布，所述环形支架（6）的外壁等角度均分排布有若干履带推进机构（7），所述履带推进机构（7）通过张紧机构（71）连接在环形支架（6）上，所述张紧机构（71）为液压力臂结构，所述张紧机构（71）内设有记录其张紧距离的张紧行程传感器，所述筒型机壳（2）的顶部一侧固定有弧形支撑板（21），所述弧形支撑板（21）内固定有震动电机，所述筒型机壳（2）内固定有GPRS定位单元（22）、摄像头、旋进钻头（1）的姿态传感器和控制单元，所述控制中转基站设置在地表，所述控制中转基站包括无线传输模块，所述控制单元通过线缆与控制中转基站通信连接，所述控制中转基站通过无线传输模块连接云端服务器，所述云端服务器包括计算机集群、卫星传输与接收模块、图像编辑模块，所述云端服务器通过卫星传输与接收模块远程连接遥感卫星和用户终端，所述姿态传感器包括水平旋转角度传感器、竖直旋转角度传感器、水平传感器、钻头转速传感器（12）、钻头温度传感器（11）、履带行程传感器、伸缩杆行程传感器和张紧行程传感器，所述GPRS定位单元（22）、摄像头及姿态传感器均通过导线与控制单元电性连接，所述控制单元为以微芯片为核心的电路板结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于可视化定位技术的掘进机，其特征在于：所述用户终端包括用户APP和信息展示屏，所述信息展示屏设置在施工现场。
3.根据权利要求1所述的一种基于可视化定位技术的掘进机，其特征在于：所述旋转机构（3）用于调节旋进钻头（1）在水平面的摆动角度，所述角度调节机构（4）用于调节旋进钻头（1）在竖直面的摆动角度，所述旋转机构（3）、角度调节机构（4）均为液压驱动结构，所述旋转机构（3）、角度调节机构（4）的摆动角度均为-45°至45°，所述旋转机构（3）内设有水平旋转角度传感器，所述角度调节机构（4）内设有竖直旋转角度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于可视化定位技术的掘进机，其特征在于：所述履带推进机构（7）为电机驱动式履带轮结构，所述履带推进机构（7）上设有记录行进距离的履带行程传感器。
5.根据权利要求1所述的一种基于可视化定位技术的掘进机，其特征在于：所述旋进钻头（1）由燃油机驱动，所述旋进钻头（1）上设有钻头温度传感器（11）、钻头转速传感器（12）。
6.根据权利要求1所述的一种基于可视化定位技术的掘进机，其特征在于：所述伸缩杆（8）为液压伸缩杆结构，所述伸缩杆（8）上设有记录其伸缩距离的伸缩杆行程传感器。
7.根据权利要求1所述的一种基于可视化定位技术的掘进机，其特征在于：所述筒型机壳（2）内设有水平传感器，所述水平传感器用于记录物料输送带（5）输料平面水平度。
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