CN114988135B - 掘锚装备姿态自适应控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种掘锚装备姿态自适应控制系统及控制方法，该控制系统中，掘锚一体机设置有第一测距装置，用于测量掘锚一体机与巷道内壁之间的距离；掘锚一体机和/或锚运破台车设置有第一位置检测装置，用于检测掘锚一体机的出料部位与锚运破台车的接料部位之间的位置关系，掘锚一体机设置有第一位置调节装置，用于调节掘锚一体机的出料部位与锚运破台车的接料部位相对接；锚运破台车和/或输送机设置有第二位置检测装置，用于检测锚运破台车的出料部位与输送机的接料部位之间的位置关系，锚运破台车设置有第二位置调节装置，用于调节锚运破台车的出料部位与输送机的接料部位相对接。本发明解决了掘锚装备易发生碰撞、落煤不准确的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及巷道掘进技术领域，进一步的，涉及一种掘锚装备姿态自适应控制系统及控制方法，尤其涉及一种适用于煤矿巷道的掘锚成套装备姿态自适应控制系统及控制方法。
背景技术
煤矿快速掘锚成套装备主要由掘锚一体机、锚运破台车、二运带式输送机等设备组成(其中，掘锚一体机主要用于煤矿巷道的掘进，并具有输送、锚固、除尘以及超前钻探等功能；锚运破台车设置于掘锚一体机的后部，锚运破台车主要用于对掘锚一体机运送来的物料进行破碎、转运，并具有锚固、除尘等功能；二运带式输送机设置于锚运破台车的后部，二运带式输送机主要用于对锚运破台车转运送的煤炭进行运输，其连接煤矿煤炭输送系统)，在巷道掘进过程中，由于粉尘大、能见度低等情况，设备操作人员无法准确判断各设备之间的相互距离，容易造成锚运破台车与掘锚一体机之间发生碰撞、掘锚一体机无法准确落煤到锚运破台车的料斗内、锚运破台车无法准确落煤到二运带式输送机上等问题。
随着科技的进步，煤矿采掘设备的智能化成为发展的方向，在实现设备定位、姿态调整方面的研究日渐增多。在掘进过程中虽然存在能够对巷道侧壁以及各设备之间的距离进行检测的系统和方法，但均为人工操作设备，仅能为控制设备姿态和不同设备之间的相对距离提供参考，无法解决设备碰撞以及无法准确落煤的问题，也无法将操作人员解放出来，不能真正实现设备姿态的自适应控制。
针对相关技术中煤矿掘锚装备中设备之间易发生碰撞、落煤不准确的问题，目前尚未给出有效的解决方案。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种掘锚装备姿态自适应控制系统及控制方法，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掘锚装备姿态自适应控制系统及控制方法，可实现对掘锚设备的姿态感知和自动调整，有效解决巷道掘进过程中各设备之间发生碰撞以及落煤不准确的问题。
本发明的另一目的在于提供一种掘锚装备姿态自适应控制系统及控制方法，集掘锚一体机、锚运破台车和二运带式输送机的传感数据的采集和姿态控制于一体，集成度、自动化程度以及运行效率均得到提高，而且减少了人员成本，适于推广使用。
本发明的目的可采用下列方案来实现：
本发明提供了一种掘锚装备姿态自适应控制系统，包括掘锚一体机、锚运破台车和输送机，所述掘锚一体机上设置有多个第一测距装置，用于测量所述掘锚一体机与巷道内壁之间的距离；
所述掘锚一体机和/或所述锚运破台车上设置有第一位置检测装置，用于检测所述掘锚一体机的出料部位与所述锚运破台车的接料部位之间的第一位置关系，所述掘锚一体机上设置有第一位置调节装置，用于根据所述第一位置关系调节所述掘锚一体机的出料部位与所述锚运破台车的接料部位相对接；
所述锚运破台车和/或所述输送机上设置有第二位置检测装置，用于检测所述锚运破台车的出料部位与所述输送机的接料部位之间的第二位置关系，所述锚运破台车上设置有第二位置调节装置，用于根据所述第二位置关系调节所述锚运破台车的出料部位与所述输送机的接料部位相对接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述掘锚一体机上设置有惯性导航系统，用于检测所述掘锚一体机在所述巷道内的位置、姿态信息。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一测距装置至少包括第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器和第四测距传感器，所述第一测距传感器和所述第四测距传感器分别相对设置于所述掘锚一体机后部的两侧，所述第二测距传感器和所述第三测距传感器分别相对设置于所述掘锚一体机前部的两侧。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一位置检测装置包括第二测距装置，所述掘锚一体机的后部设置有刮板输送机，所述第二测距装置设置于所述刮板输送机上，用于检测所述刮板输送机的卸料口与锚运破台车接料口之间的距离。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一位置检测装置包括第一红外相机，所述第一红外相机设置于所述掘锚一体机或所述刮板输送机或所述锚运破台车上，用于监测所述刮板输送机的卸料口与锚运破台车接料口之间的位置关系。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一位置调节装置包括调节所述刮板输送机在竖向上的升降高度的第一升降油缸和调节所述刮板输送机在水平方向上偏转角度的第一摆动油缸，分别用于调节所述刮板输送机的卸料口的竖向高度和水平角度。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一位置检测装置包括检测所述第一升降油缸的活塞杆伸出量的第一位移传感器和检测所述第一摆动油缸的活塞杆伸出量的第二位移传感器，用于确定所述刮板输送机的卸料口的位置。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二位置检测装置包括第二红外相机，所述锚运破台车的后部设置有转载机，所述第二红外相机设置于所述锚运破台车或所述转载机或所述输送机上，用于监测所述转载机的卸料口与输送机接料口之间的位置关系。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二位置调节装置包括调节所述转载机在竖向上的升降高度的第二升降油缸和调节所述转载机在水平方向上偏转角度的第二摆动油缸，分别用于调节所述转载机的卸料口的竖向高度和水平角度。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二位置检测装置包括检测所述第二升降油缸的活塞杆伸出量的第三位移传感器和检测所述第二摆动油缸的活塞杆伸出量的第四位移传感器，用于确定所述转载机的卸料口的位置。
在本发明的一较佳实施方式中，所述掘锚装备姿态自适应控制系统包括上位机和下位机，所述惯性导航系统、所述第一测距装置、所述第一位置检测装置和所述第二位置检测装置分别通过所述下位机与所述上位机连接，所述上位机还通过所述下位机分别与所述第一位置调节装置、所述第二位置调节装置、掘锚一体机行走系统端和锚运破台车行走系统连接。
本发明提供了一种掘锚装备姿态自适应控制方法，所述控制方法包括：
确定所述掘锚一体机在巷道内的位置，并控制所述掘锚一体机处于预设姿态和预设位置上；
采集所述掘锚一体机的出料部位与锚运破台车的接料部位之间的第一位置关系；
根据所述第一位置关系调节所述掘锚一体机的出料部位的位置，以使所述掘锚一体机的出料部位在竖向上对准所述锚运破台车的接料部位；
采集所述锚运破台车的出料部位与输送机的接料部位之间的第二位置关系；
根据所述第二位置关系调节所述锚运破台车的出料部位的位置，以使所述锚运破台车的出料部位在竖向上对准所述锚运破台车的接料部位。
在本发明的一较佳实施方式中，所述确定所述掘锚一体机在巷道内的位置，并控制所述掘锚一体机处于预设姿态和预设位置上，包括：
步骤S101：采集掘锚一体机在巷道内的位置、姿态信息，同时采集所述掘锚一体机与巷道内壁之间距离信息；
步骤S102：对比所述位置、姿态信息与所述距离信息，以确定所述掘锚一体机在巷道内是否发生偏转或平移；
步骤S103：若所述掘锚一体机发生偏转或平移，则控制所述掘锚一体机处于预设姿态和预设位置上。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一位置关系包括刮板输送机的卸料口与锚运破台车接料口之间的距离L5，且满足L0＜L5＜L0+△L，其中，L5为刮板输送机的卸料口与锚运破台车接料口之间的距离，L0为刮板输送机的卸料口与锚运破台车接料口不发生碰撞的最小安全距离，△L为刮板输送机的卸料口与锚运破台车接料口不发生碰撞的最小安全距离与最大安全距离的增量。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一位置关系包括刮板输送机的卸料口在竖向上的高度H1与锚运破台车接料口在竖向上的高度h1之间的高度关系，且满足H1＞h1+△H，其中，H1为刮板输送机的卸料口在竖向上的高度；h1为锚运破台车接料口在竖向上的高度，△H为刮板输送机的卸料口在竖向上的高度变化值。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一位置关系包括刮板输送机的卸料口相对于所述锚运破台车接料口在水平方向上的偏转角度，且满足A1＜△α,B1＜△α,其中，A1和B1分别为刮板输送机的卸料口向巷道的两相对侧内壁方向上偏转的角度，△α为刮板输送机的卸料口的最大允许偏转角度。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二位置关系包括转载机的卸料口在竖向上的高度H2与输送机接料口在竖向上的高度h2之间的高度关系，且满足H2＞h2+△h，其中，H2为转载机的卸料口在竖向上的高度；h2为输送机接料口在竖向上的高度，△h为转载机的卸料口在竖向上的高度变化值。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二位置关系包括所述转载机的卸料口相对于所述输送机接料口在水平方向上的偏转角度，且满足A2＜△β,B2＜△β,其中，A2和B2分别为转载机的卸料口向巷道的两相对侧内壁方向上偏转的角度，△β为转载机的卸料口的最大允许偏转角度。
由上所述，本发明掘锚装备姿态自适应控制系统及控制方法的特点及优点是：
本发明可对掘锚一体机在巷道内的位置以及姿态信息进行采集，并控制掘锚一体机处于预设位置以及姿态；另外，通过第一位置检测装置可检测掘锚一体机的出料部位与锚运破台车的接料部位之间的第一位置关系，并通过第一位置调节装置调节掘锚一体机的出料部位与锚运破台车的接料部位在不发生碰撞的情况下准确对接；通过第二位置检测装置可检测锚运破台车的出料部位与输送机的接料部位之间的第二位置关系，并通过第二位置调节装置调节锚运破台车的出料部位与输送机的接料部位在不发生碰撞的情况下准确对接，从而实现对掘锚设备的姿态感知和自动调整，即使在粉尘较大的环境中，操作人员依然能够准确或者各设备之间的位置关系以及各设备的姿态，有效避免了设备之间的相互碰撞以及落煤不准确的情况发生，保证掘锚装备的稳定工作。
本发明中集掘锚一体机、锚运破台车和输送机的传感数据的采集和姿态控制于一体，集成度、自动化程度以及运行效率均得到提高，减少了人员成本，而且使得掘进作业更加安全、高效，适于推广使用。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
其中：
图1：为本发明掘锚装备姿态自适应控制系统的正视图。
图2：为本发明掘锚装备姿态自适应控制系统的俯视图。
图3：为本发明掘锚装备姿态自适应控制系统的控制框图。
图4：为本发明掘锚装备姿态自适应控制系统中第一测距装置的结构框图。
图5：为本发明掘锚装备姿态自适应控制系统中第一位置检测装置的结构框图。
图6：为本发明掘锚装备姿态自适应控制系统中第一位置调节装置的结构框图。
图7：为本发明掘锚装备姿态自适应控制系统中第二位置检测装置的结构框图。
图8：为本发明掘锚装备姿态自适应控制系统中第二位置调节装置的结构框图。
本发明中的附图标号为：
1、掘锚一体机； 101、惯性导航系统；
102、掘锚一体机行走系统； 103、第一升降油缸；
104、刮板输送机； 105、第二测距装置；
106、第一电机； 107、第一减速器；
108、第一摆动油缸； 109、第一测距装置；
1091、第一测距传感器； 1092、第二测距传感器；
1093、第三测距传感器； 1094、第四测距传感器；
110、第一位移传感器； 111、第二位移传感器；
2、锚运破台车； 201、锚运破台车接料口；
202、第一红外相机； 203、锚运破台车行走系统；
204、第二升降油缸； 205、转载机；
206、第二电机； 207、第二减速器；
208、第二摆动油缸； 209、第三位移传感器；
210、第四位移传感器； 3、输送机；
301、输送机接料口； 302、第二红外相机；
4、上位机； 5、下位机；
6、第一电比例多路阀； 7、第二电比例多路阀；
100、第一位置检测装置； 200、第一位置调节装置；
300、第二位置检测装置； 400、第二位置调节装置。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
实施方式一
如图1至图8所示，本发明提供了一种掘锚装备姿态自适应控制系统，该掘锚装备姿态自适应控制系统包括掘锚一体机1、锚运破台车2和输送机3，掘锚一体机1设置有多个第一测距装置109，用于测量掘锚一体机1与巷道内壁之间的距离；掘锚一体机1和/或锚运破台车2上设置有第一位置检测装置100，用于检测掘锚一体机1的出料部位与锚运破台车2的接料部位之间的第一位置关系，掘锚一体机1上设置有第一位置调节装置200，用于根据第一位置关系调节掘锚一体机1的出料部位与锚运破台车2的接料部位相对接；锚运破台车2和/或输送机3上设置有第二位置检测装置300，用于检测锚运破台车2的出料部位与输送机3的接料部位之间的第二位置关系，锚运破台车2上设置有第二位置调节装置400，用于根据第二位置关系调节锚运破台车2的出料部位与输送机3的接料部相对接。
本发明可对掘锚一体机1在巷道内的位置以及姿态信息进行采集，并根据采集到的信息控制掘锚一体机1调整至预设位置以及姿态；另外，通过第一位置检测装置100可检测掘锚一体机1的出料部位与锚运破台车2的接料部位之间的第一位置关系，并通过第一位置调节装置200调节掘锚一体机1的出料部位与锚运破台车2的接料部位在不发生碰撞的情况下准确对接，确保煤料通过掘锚一体机1的出料部位运送至锚运破台车2的接料部位中，不会发生煤料洒落的情况；通过第二位置检测装置300可检测锚运破台车2的出料部位与输送机3的接料部位之间的第二位置关系，并通过第二位置调节装置400调节锚运破台车2的出料部位与输送机3的接料部位在不发生碰撞的情况下准确对接，确保煤料通过锚运破台车2的出料部位运送至输送机3的接料部位中，不会发生煤料洒落的情况。通过上述操控可实现对掘锚设备的姿态感知和自动调整，即使在粉尘较大的环境中，操作人员依然能够准确获知各设备之间(如：掘锚一体机1的出料部位与锚运破台车2的接料部位之间以及锚运破台车2的出料部位与输送机3的接料部位之间)的位置关系以及各设备的姿态，有效避免了设备之间的相互碰撞以及落煤不准确的情况发生，保证掘锚装备的稳定工作。本发明中集掘锚一体机1、锚运破台车2和输送机3的传感数据的采集和姿态控制于一体，集成度、自动化程度以及运行效率均得到提高，减少了人员成本，而且使得掘进作业更加安全、高效，适于推广使用。
进一步的，输送机3可为但不限于二运带式输送机。
在本发明的一个可选实施例中，如图1、图3所示，掘锚一体机1的平台上设置有惯性导航系统101，通过惯性导航系统101可检测掘锚一体机1在巷道内的位置、姿态信息。通过将惯性导航系统101检测到的位置、姿态信息与第一测距装置109测量的距离信息进行对比，以判断掘锚一体机1在巷道内是否发生偏转或平移；若确定掘锚一体机1在巷道内发生了偏转或平移，并且上述两个检测结果一致或误差在预设的允许范围内，则可对掘锚一体机行走系统102进行控制，实现掘锚一体机1的姿态和位置的调整，有效避免系统误判等情况的发生。
在本发明的一个可选实施例中，如图2至图4所示，第一测距装置109至少包括第一测距传感器1091、第二测距传感器1092、第三测距传感器1093和第四测距传感器1094，第一测距传感器1091和第四测距传感器1094分别相对设置于掘锚一体机1后部的两侧(具体的，在图2的掘进方向上，第一测距传感器1091设置于掘锚一体机1后部的左侧，第四测距传感器1094设置于掘锚一体机1后部的右侧)，第二测距传感器1092和第三测距传感器1093分别相对设置于掘锚一体机1前部的两侧(具体的，在图2的掘进方向上，第二测距传感器1092设置于掘锚一体机1前部的左侧，第三测距传感器1093设置于掘锚一体机1前部的右侧)。在掘进过程中，通过第二测距传感器1092和第三测距传感器1093分别检测掘锚一体机1前部的左侧和右侧距离巷道左侧内壁和右侧内壁之间的距离分别为L2和L1，通过第一测距传感器1091和第四测距传感器1094分别检测掘锚一体机1后部的左侧和右侧距离巷道左侧内壁和右侧内壁之间的距离分别为L4和L3，根据掘锚一体机1多个位置与巷道内壁之间的距离，可对掘锚一体机1在巷道内的位置以及姿态进行判断，从而获知掘锚一体机1在巷道内是否发生偏转或平移。
在本发明的一个可选实施例中，如图1、图5所示，第一位置检测装置100包括第二测距装置105，掘锚一体机1的后部设置有刮板输送机104，第二测距装置105设置于刮板输送机104的下部，用于检测刮板输送机104的卸料口与锚运破台车接料口201之间的距离。通过第二测距装置105检测到的数据，可控制锚运破台车行走系统203跟随掘锚一体机1行进，需要保证锚运破台车接料口201与刮板输送机104的卸料口之间不发生碰撞，又不会出现洒落煤料的情况。在实际工作状态下，在刮板输送机104的卸料口处设置有第一电机106和第一减速器107，则需要保证锚运破台车接料口201不会与第一电机106和第一减速器107发生碰撞。
进一步的，第二测距装置105可为但不限于测距传感器。
在本发明的一个可选实施例中，如图1、图2、图6所示，第一位置调节装置200包括调节刮板输送机104在竖向上的升降高度的第一升降油缸103和调节刮板输送机104在水平方向上偏转角度的第一摆动油缸108，第一升降油缸103的缸体部分与掘锚一体机1的主体部分铰接，第一升降油缸103的活塞杆部分与刮板输送机104的底部铰接，通过控制第一升降油缸103的活塞杆的伸出量来调节刮板输送机104的卸料口的竖向高度；第一摆动油缸108的缸体部分与掘锚一体机1的主体部分铰接，第一摆动油缸108的活塞杆部分与刮板输送机104的底部铰接，第一摆动油缸108的缸体部分与掘锚一体机1的主体部分之间的铰接轴与第一升降油缸103的缸体部分与掘锚一体机1的主体部分之间的铰接轴的方向相垂直，通过控制第一摆动油缸108的活塞杆的伸出量来调节刮板输送机104的卸料口在水平方向的摆动角度。需要说明的是，上述的第一升降油缸103与刮板输送机104之间，以及第一摆动油缸108与刮板输送机104之间的连接结构为现有结构，在此不做具体说明；当然，第一升降油缸103与刮板输送机104之间，以及第一摆动油缸108与刮板输送机104之间还可采用其他连接方式以及连接结构，保证能够对刮板输送机104的卸料口的竖向高度以及水平方向的摆动角度进行调控即可，在此不做限定。
进一步的，如图1、图5所示，第一位置检测装置100还包括检测第一升降油缸103的活塞杆伸出量的第一位移传感器110和检测第一摆动油缸108的活塞杆伸出量的第二位移传感器111，通过检测第一升降油缸103的活塞杆伸出量以及第一摆动油缸108的活塞杆伸出量，可确定刮板输送机104的卸料口的位置，从而保证锚运破台车接料口201与刮板输送机104的卸料口不发生碰撞，又不会出现洒落煤料的情况。
进一步的，如图1、图2、图5所示，第一位置检测装置100还包括第一红外相机202，第一红外相机202设置于掘锚一体机1或刮板输送机104或锚运破台车2上，用于监测刮板输送机104的卸料口与锚运破台车接料口201之间的位置关系，通过判断刮板输送机104的卸料口相对于锚运破台车接料口201的偏转角度，对第一摆动油缸108的活塞杆的伸出量进行控制，使刮板输送机104的卸料口始终位于锚运破台车接料口201的接料范围内。
在本发明的一个具体实施例中，如图1、图2所示，第一红外相机202可采用防尘红外双目相机，且防尘红外双目相机设置于锚运破台车2的顶部且位于锚运破台车接料口201的后方，能够对刮板输送机104的卸料口相对于锚运破台车接料口201的偏转角度进行监测即可，对其具体设置位置不做限定。
在本发明的一个可选实施例中，如图1、图2、图7所示，第二位置检测装置300包括第二红外相机302，锚运破台车2的后部设置有转载机205，第二红外相机302设置于锚运破台车2或转载机205或输送机3上，用于监测转载机205的卸料口与输送机接料口301之间的位置关系。通过判断转载机205的卸料口相对于输送机接料口301的偏转角度，对第二摆动油缸208的活塞杆的伸出量进行控制，使转载机205的卸料口始终位于输送机接料口301的接料范围内，保证转载机205的卸料口与输送机接料口301不发生碰撞，又不会出现洒落煤料的情况。
在本发明的一个具体实施例中，如图1、图2所示，第二红外相机302可采用防尘红外双目相机，且防尘红外双目相机设置于输送机3的顶部且位于输送机接料口301的后方，能够对转载机205的卸料口相对于输送机接料口301的偏转角度进行监测即可，对其具体设置位置不做限定。
在本发明得有一个可选实施例中，如图1、图2、图8所示，第二位置调节装置400包括调节转载机205在竖向上的升降高度的第二升降油缸204和调节转载机205在水平方向上偏转角度的第二摆动油缸208，第二升降油缸204的缸体部分与锚运破台车2的主体部分铰接，第二升降油缸204的活塞杆部分与转载机205的底部铰接，通过控制第二升降油缸204的活塞杆的伸出量来调节转载机205的卸料口的竖向高度；第二摆动油缸208的缸体部分与转载机205的主体部分铰接，第二摆动油缸208的活塞杆部分与转载机205的底部铰接，第二摆动油缸208的缸体部分与转载机205的主体部分之间的铰接轴与第二升降油缸204的缸体部分与转载机205的主体部分之间的铰接轴的方向相垂直，通过控制第二摆动油缸208的活塞杆的伸出量来调节转载机205的卸料口在水平方向的摆动角度。需要说明的是，上述的第二升降油缸204与转载机205之间，以及第二摆动油缸208与转载机205之间的连接结构为现有结构，在此不做具体说明；当然，第二升降油缸204与转载机205之间，以及第二摆动油缸208与转载机205之间还可采用其他连接方式以及连接结构，保证能够对转载机205的卸料口的竖向高度以及水平方向的摆动角度进行调控即可，在此不做限定。
进一步的，如图1、图2、图7所示，第二位置检测装置300还包括检测第二升降油缸204的活塞杆伸出量的第三位移传感器209和检测第二摆动油缸208的活塞杆伸出量的第四位移传感器210，通过检测第二升降油缸204的活塞杆伸出量以及第二摆动油缸208的活塞杆伸出量，可确定转载机205的卸料口的位置，从而保证输送机接料口301与转载机205的卸料口不发生碰撞，又不会出现洒落煤料的情况。
在本发明的一个可选实施例中，如图3至图8所示，掘锚装备姿态自适应控制系统包括上位机4和下位机5，惯性导航系统101的检测信号输出端、第一测距装置109的检测信号输出端、第一位置检测装置100检测信号输出端和第二位置检测装置300检测信号输出端分别通过下位机5与上位机4的检测信号接收端连接，上位机4的控制信号输出端通过下位机5分别与第一位置调节装置200的控制端、第二位置调节装置400的控制端、掘锚一体机行走系统102的控制端和锚运破台车行走系统203的控制端连接，对掘锚一体机1、锚运破台车2和输送机3进行集中控制。具体的，第二测距装置105、第一测距传感器1091、第二测距传感器1092、第三测距传感器1093、第四测距传感器1094、第一位移传感器110、第二位移传感器111、第三位移传感器209以及第四位移传感器210将各自检测到的信号传输到下位机5，下位机5将信号传输到上位机4；另外，第一红外相机202和第二红外相机302将采集到的图像信号直接传输至上位机4；惯性导航系统101将检测到的掘锚一体机1的姿态、位置信号传输至上位机4；上位机4根据其预设的数据信息对输入的信号进行处理和判断，向下位机5发送控制指令，分别控制掘锚一体机行走系统102和锚运破台车行走系统203的移动，以及控制刮板输送机104的竖向升降运动、水平摆动，以及转载机205的竖向升降运动、水平摆动等运动，实现煤矿掘锚成套装备在掘进过程中的姿态自适应，达到设备不碰撞、煤料不洒落的目的。其中，可通过控制电比例多路阀各口的通断状态来实现上述控制，如：设置有第一电比例多路阀6和第二电比例多路阀7，通过第一电比例多路阀6可对掘锚一体机1的左右行走以及刮板输送机104的竖向升降运动、水平摆动进行控制，通过第二电比例多路阀7可对锚运破台车2的左右行走以及转载机205的竖向升降运动、水平摆动进行控制。需要说明的是，第一电比例多路阀6和第二电比例多路阀7能完成上述控制即可，第一电比例多路阀6的各口以及第二电比例多路阀7的各口与对应管路之间具体是如何连接的，在此不做限定。
进一步的，上位机4可为但不限于工业计算机。
在本发明中，可将上述的各测距传感器、位移传感器和红外相机等检测元件更换为适合粉尘环境应用的无线传感器和具有学习能力的智能相机，以便能够更准确地感知设备的姿态和位置，确定各设备之间的位置关系。另外，还可与5G技术、物联网技术等相结合，实现掘进设备的云端互联互通，提高煤矿掘锚装备姿态自适应调整的智能化。
本发明的掘锚装备姿态自适应控制系统的特点及优点是：
一、该掘锚装备姿态自适应控制系统可实现对掘锚设备的姿态感知和自动调整，有效解决巷道掘进过程中各设备之间发生碰撞以及落煤不准确的问题。
二、该掘锚装备姿态自适应控制系统集掘锚一体机1、锚运破台车2和输送机3的传感数据的采集和姿态控制于一体，集成度、自动化程度以及运行效率均得到提高，而且减少了人员成本，使掘进作业更加安全、高效，适于推广使用。
实施方式二
如图1至图8所示，本发明提供了一种掘锚装备姿态自适应控制方法，该掘锚装备姿态自适应控制方法包括：
步骤S1：确定掘锚一体机1在巷道内的位置，并控制掘锚一体机1处于预设姿态和预设位置上；
进一步的，步骤S1包括：
步骤S101：采集掘锚一体机1在巷道内的位置、姿态信息，同时采集掘锚一体机1与巷道内壁之间距离信息；
步骤S102：对比位置、姿态信息与距离信息，以确定掘锚一体机1在巷道内是否发生偏转或平移，以及确定掘锚一体机1发生偏转或平移的范围；
步骤S103：若掘锚一体机1发生偏转或平移，则控制掘锚一体机1处于预设姿态和预设位置上。
步骤S2：采集掘锚一体机1的出料部位与锚运破台车2的接料部位之间的第一位置关系；
进一步的，如图1所示，第一位置关系包括刮板输送机104的卸料口与锚运破台车接料口201之间的距离L5，且应满足的条件为：
L0＜L5＜L0+△L，
其中，L5为刮板输送机104的卸料口与锚运破台车接料口201之间的距离，L0为刮板输送机104的卸料口与锚运破台车接料口201不发生碰撞的最小安全距离，△L为刮板输送机104的卸料口与锚运破台车接料口201不发生碰撞的最小安全距离与最大安全距离的增量(最小安全距离以及最大安全距离均需要保证煤料不洒落)，△L可根据刮板输送机104的卸料口与锚运破台车接料口201的实际范围自行设定，△L的设定范围可根据设备实际配套情况测量设定。
进一步的，如图1所示，第一位置关系还包括刮板输送机104的卸料口在竖向上的高度H1与锚运破台车接料口201在竖向上的高度h1之间的高度关系，且应满足的条件为：
H1＞h1+△H，
其中，H1为刮板输送机104的卸料口在竖向上的高度；h1为锚运破台车接料口201在竖向上的高度，△H为刮板输送机104的卸料口在竖向上的高度变化值，△H应大于0，且根据△H根据第一升降油缸103的活塞杆的最大伸出量(即：第一升降油缸103的最大行程)来确定，即：△H大于0且小于第一升降油缸103的活塞杆在最大伸出位置时刮板输送机104的卸料口所对应的高度。
进一步的，如图2所示，第一位置关系还包括刮板输送机104的卸料口相对于锚运破台车接料口201在水平方向上的偏转角度，且应满足的条件为：
A1＜△α,B1＜△α,
其中，A1和B1分别为刮板输送机104的卸料口向巷道的两相对侧内壁方向上偏转的角度，△α为刮板输送机104的卸料口的最大允许偏转角度，△α可根据刮板输送机104的卸料口与锚运破台车接料口201的实际范围自行设定，△α的设定范围可根据设备实际配套情况测量设定。
步骤S3：根据第一位置关系调节掘锚一体机1的出料部位的位置，以使掘锚一体机1的出料部位与锚运破台车2的接料部位相分离(即：不发生碰撞)，且掘锚一体机1的出料部位在竖向上对准锚运破台车2的接料部位；若刮板输送机104的卸料口与锚运破台车接料口201之间的第一位置关系不满足上述要求(即：掘锚一体机1与锚运破台车2之间发生碰撞或煤料洒落的情况)，则需要调节刮板输送机104的卸料口与锚运破台车接料口201之间的第一位置关系，确保掘锚一体机1与锚运破台车2之间不发生碰撞，并且不出现煤料洒落的情况。
步骤S4：采集锚运破台车2的出料部位与输送机3的接料部位之间的第二位置关系；
进一步的，如图1所示，第二位置关系还包括转载机205的卸料口在竖向上的高度H2与输送机接料口301在竖向上的高度h2之间的高度关系，且应满足的条件为：
H2＞h2+△h，
其中，H2为转载机205的卸料口在竖向上的高度；h2为输送机接料口301在竖向上的高度，△h为转载机205的卸料口在竖向上的高度变化值，△h应大于0，且根据△h根据第二升降油缸204的活塞杆的最大伸出量(即：第二升降油缸204的最大行程)来确定，即：△h大于0且小于第二升降油缸204的活塞杆在最大伸出位置时转载机205的卸料口所对应的高度。
进一步的，如图2所示，第二位置关系包括转载机205的卸料口相对于输送机接料口301在水平方向上的偏转角度，且应满足的条件为：
A2＜△β,B2＜△β,
其中，A2和B2分别为转载机205的卸料口向巷道的两相对侧内壁方向上偏转的角度，△β为转载机205的卸料口的最大允许偏转角度，△β可根据转载机205的卸料口与输送机接料口301的实际范围自行设定，△β的设定范围可根据设备实际配套情况测量设定。
步骤S5：根据第二位置关系调节锚运破台车2的出料部位的位置，以使锚运破台车2的出料部位与输送机3的接料部位相分离(即：不发生碰撞)，且锚运破台车2的出料部位在竖向上对准锚运破台车2的接料部位。若转载机205的卸料口与输送机接料口301之间的第二位置关系不满足上述要求(即：锚运破台车2与输送机3之间发生碰撞或煤料洒落的情况)，则需要调节转载机205的卸料口与输送机接料口301之间的第二位置关系，确保锚运破台车2与输送机3之间不发生碰撞，并且不出现煤料洒落的情况。
本发明的掘锚装备姿态自适应控制方法的特点及优点是：
一、该掘锚装备姿态自适应控制方法，集掘锚一体机1、锚运破台车2和输送机3的传感数据的采集和姿态控制于一体，可实现对掘锚设备的姿态感知和自动调整，即使在粉尘较大的环境中，操作人员依然能够准确或者各设备之间的位置关系以及各设备的姿态，解决了设备掘进过程中因粉尘大，设备操作人员无法判断设备之间相互距离和设备姿态，而导致的设备相互碰撞和煤料洒落的问题，有效减少设备的损坏，提高设备的运行效率，保证掘锚装备的稳定工作。
二、该掘锚装备姿态自适应控制方法，集成度、自动化程度以及运行效率均得到提高，将无需单独安排锚运破台车2的操作人员以及输送机3的值守人员，减少了人员成本，使得掘进作业更加安全、高效，适于推广使用。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (13)
1.一种掘锚装备姿态自适应控制系统，包括掘锚一体机、锚运破台车和输送机，其特征在于：
所述掘锚一体机上设置有多个第一测距装置，用于测量所述掘锚一体机与巷道内壁之间的距离；
所述掘锚一体机和/或所述锚运破台车上设置有第一位置检测装置，用于检测所述掘锚一体机的出料部位与所述锚运破台车的接料部位之间的第一位置关系，所述掘锚一体机上设置有第一位置调节装置，用于根据所述第一位置关系调节所述掘锚一体机的出料部位与所述锚运破台车的接料部位相对接；
所述锚运破台车和/或所述输送机上设置有第二位置检测装置，用于检测所述锚运破台车的出料部位与所述输送机的接料部位之间的第二位置关系，所述锚运破台车上设置有第二位置调节装置，用于根据所述第二位置关系调节所述锚运破台车的出料部位与所述输送机的接料部位相对接；
所述第一位置检测装置包括第二测距装置，所述掘锚一体机的后部设置有刮板输送机，所述第二测距装置设置于所述刮板输送机上，用于检测所述刮板输送机的卸料口与锚运破台车接料口之间的距离；
所述第一位置调节装置包括调节所述刮板输送机在竖向上的升降高度的第一升降油缸和调节所述刮板输送机在水平方向上偏转角度的第一摆动油缸，分别用于调节所述刮板输送机的卸料口的竖向高度和水平角度；
所述第一位置检测装置包括检测所述第一升降油缸的活塞杆伸出量的第一位移传感器和检测所述第一摆动油缸的活塞杆伸出量的第二位移传感器，用于确定所述刮板输送机的卸料口的位置；
所述锚运破台车的后部设置有转载机，所述第二位置调节装置包括调节所述转载机在竖向上的升降高度的第二升降油缸和调节所述转载机在水平方向上偏转角度的第二摆动油缸，分别用于调节所述转载机的卸料口的竖向高度和水平角度；
所述第二位置检测装置包括检测所述第二升降油缸的活塞杆伸出量的第三位移传感器和检测所述第二摆动油缸的活塞杆伸出量的第四位移传感器，用于确定所述转载机的卸料口的位置。
2.如权利要求1所述的掘锚装备姿态自适应控制系统，其特征在于，所述掘锚一体机上设置有惯性导航系统，用于检测所述掘锚一体机在所述巷道内的位置、姿态信息。
3.如权利要求1所述的掘锚装备姿态自适应控制系统，其特征在于，所述第一测距装置至少包括第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器和第四测距传感器，所述第一测距传感器和所述第四测距传感器分别相对设置于所述掘锚一体机后部的两侧，所述第二测距传感器和所述第三测距传感器分别相对设置于所述掘锚一体机前部的两侧。
4.如权利要求1所述的掘锚装备姿态自适应控制系统，其特征在于，所述第一位置检测装置包括第一红外相机，所述第一红外相机设置于所述掘锚一体机或所述刮板输送机或所述锚运破台车上，用于监测所述刮板输送机的卸料口与锚运破台车接料口之间的位置关系。
5.如权利要求1所述的掘锚装备姿态自适应控制系统，其特征在于，所述第二位置检测装置包括第二红外相机，所述第二红外相机设置于所述锚运破台车或所述转载机或所述输送机上，用于监测所述转载机的卸料口与输送机接料口之间的位置关系。
6.如权利要求2所述的掘锚装备姿态自适应控制系统，其特征在于，所述掘锚装备姿态自适应控制系统包括上位机和下位机，所述惯性导航系统、所述第一测距装置、所述第一位置检测装置和所述第二位置检测装置分别通过所述下位机与所述上位机连接，所述上位机还通过所述下位机分别与所述第一位置调节装置、所述第二位置调节装置、掘锚一体机行走系统和锚运破台车行走系统连接。
7.一种掘锚装备姿态自适应控制方法，其采用上述权利要求1至6中任一项所述的掘锚装备姿态自适应控制系统，其特征在于，所述控制方法包括：
确定所述掘锚一体机在巷道内的位置，并控制所述掘锚一体机处于预设姿态和预设位置上；
采集所述掘锚一体机的出料部位与锚运破台车的接料部位之间的第一位置关系；
根据所述第一位置关系调节所述掘锚一体机的出料部位的位置，以使所述掘锚一体机的出料部位在竖向上对准所述锚运破台车的接料部位；
采集所述锚运破台车的出料部位与输送机的接料部位之间的第二位置关系；
根据所述第二位置关系调节所述锚运破台车的出料部位的位置，以使所述锚运破台车的出料部位在竖向上对准所述锚运破台车的接料部位。
8.如权利要求7所述的掘锚装备姿态自适应控制方法，其特征在于，所述确定所述掘锚一体机在巷道内的位置，并控制所述掘锚一体机处于预设姿态和预设位置上，包括：
步骤S101：采集掘锚一体机在巷道内的位置、姿态信息，同时采集所述掘锚一体机与巷道内壁之间距离信息；
步骤S102：对比所述位置、姿态信息与所述距离信息，以确定所述掘锚一体机在巷道内是否发生偏转或平移；
步骤S103：若所述掘锚一体机发生偏转或平移，则控制所述掘锚一体机处于预设姿态和预设位置上。
9.如权利要求7所述的掘锚装备姿态自适应控制方法，其特征在于，所述第一位置关系包括刮板输送机的卸料口与锚运破台车接料口之间的距离L5，且满足L0＜L5＜L0+△L，其中，L5为刮板输送机的卸料口与锚运破台车接料口之间的距离，L0为刮板输送机的卸料口与锚运破台车接料口不发生碰撞的最小安全距离，△L为刮板输送机的卸料口与锚运破台车接料口不发生碰撞的最小安全距离与最大安全距离的增量。
10.如权利要求7或9所述的掘锚装备姿态自适应控制方法，其特征在于，所述第一位置关系包括刮板输送机的卸料口在竖向上的高度H1与锚运破台车接料口在竖向上的高度h1之间的高度关系，且满足H1＞h1+△H，其中，H1为刮板输送机的卸料口在竖向上的高度；h1为锚运破台车接料口在竖向上的高度，△H为刮板输送机的卸料口在竖向上的高度变化值。
11.如权利要求7或9所述的掘锚装备姿态自适应控制方法，其特征在于，所述第一位置关系包括刮板输送机的卸料口相对于所述锚运破台车接料口在水平方向上的偏转角度，且满足A1＜△α, B1＜△α,其中，A1和B1分别为刮板输送机的卸料口向巷道的两相对侧内壁方向上偏转的角度，△α为刮板输送机的卸料口的最大允许偏转角度。
12.如权利要求7所述的掘锚装备姿态自适应控制方法，其特征在于，所述第二位置关系包括转载机的卸料口在竖向上的高度H2与输送机接料口在竖向上的高度h2之间的高度关系，且满足H2＞h2+△h，其中，H2为转载机的卸料口在竖向上的高度；h2为输送机接料口在竖向上的高度，△h为转载机的卸料口在竖向上的高度变化值。
13.如权利要求12所述的掘锚装备姿态自适应控制方法，其特征在于，所述第二位置关系包括所述转载机的卸料口相对于所述输送机接料口在水平方向上的偏转角度，且满足A2＜△β, B2＜△β,其中，A2和B2分别为转载机的卸料口向巷道的两相对侧内壁方向上偏转的角度，△β为转载机的卸料口的最大允许偏转角度。
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