CN115788476B - 一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于掘进机控制管理技术领域，具体公开提供的一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统，该基于物联网的矿用掘进机智能控制系统包括掘进距离监测分析模块、摆臂速度监测分析模块、掘进姿态监测分析模块、掘进机作业控制评定解析模块和掘进机机作业控制终端；本发明通过从掘进距离、摆臂速度和掘进姿态这三个层面对掘进机的掘进过程进行控制，实现了掘进机掘进过程的多维度控制，不仅打破了当前笼统式控制方式中存在的局限性和单一性，还有效确保了掘进机掘进作业的顺利性、稳定性和安全性。同时还有效降低了掘进机超挖或者欠挖现象的发生概率，从而确保了掘进机掘进作业的的可靠性。

Description

一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统

技术领域

本发明属于掘进机控制管理技术领域，涉及到一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统。

背景技术

随着石油天然气等能源的价格上涨，煤炭成为备欢迎的能源，其未来需求量必然十分巨大，在此背景下刺激了煤矿开采产业的快速发展，而掘进机作为煤炭开采的主要机械设备，其控制的重要性和必要性不言而喻。

矿用掘进机主要用于煤巷道的开挖，其受掘进面的影响，位姿处于不断变化的状态，因此其位姿也成为了掘进机主要控制要素。

现有技术如申请公开号为CN113931649A的中国发明专利申请公开的一种巷道掘进机位姿调控方法，其主要以巷道掘进机位姿调控方法偏差补偿界限为依据，结合巷道掘进机位姿调控方法目标轨迹与实际位姿，提出掘进机位姿调控方法过程中大位姿偏差状况下通过控制掘进机行走机构实现机体纠偏以及小位姿偏差状况下通过控制截割臂液压系统实现截割臂补偿的方法实现巷道掘进机位姿调控方法的自动位姿调控方法，从而减少巷道超挖或欠挖的问题。

针对上述技术方案，可知当前对掘进机的位姿进行调控时主要通过测量的方式将实际的位姿与目标位姿进行对比，进而进行调控，侧重在于不同偏差程度上的位姿纠偏问题，对位姿调控需求的确认主要还是依赖于各种测量部件的测量，掘进机在掘进过程中其掘进位置以及掘进时摆臂速度均会对掘进机的掘进作业产生较大的干扰，因此，当前技术还存在以下几个层面的问题：1、对掘进机作业调控对象较为笼统和单一，存在一定的局限性和片面性，无法确保掘进机掘进作业的顺利性和掘进机掘进作业的稳定性，同时当前调控的结果受位姿测量部件精度的影响较大。

2、掘进机摆臂速度确认的精准性与掘进机的生产率成正比关系，当前缺乏掘进机摆臂速度层面的控制，无法保障掘进机的掘进速度，进而无法保障掘进机的掘进效率。

3、掘进机掘进位置的精准性影响了掘进机掘进作业的安全性和高效性，当前缺乏掘进机掘进掘进作业距离层面的控制，无法保障掘进机作业的安全性和高效性，同时也无法保障掘进作业的可靠性。

发明内容

鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明提供一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统，该系统包括：掘进距离监测分析模块，用于当掘进机开始作业时，对其掘进距离进行监测分析，得到掘进机作业距离符合指数，其具体包括掘进环境监测单元、掘进位置监测单元和掘进距离分析单元。

摆臂速度监测分析模块，用于对掘进机的摆臂速度进行监测分析，得到掘进机摆臂速度符合指数，其具体包括掘进机体信息采集单元、掘进位面信息采集单元和摆臂速度分析单元。

掘进姿态监测分析模块，用于对掘进机的掘进姿态进行监测分析，得到掘进机掘进姿态符合指数，其具体包括截割断面信息采集单元和掘进姿态分析单元。

掘进机作业控制评定解析模块，用于对掘进机的掘进距离、摆臂速度和掘进姿态进行控制评定和解析，得到掘进机对应的目标调控信息，其具体包括掘进距离评定解析单元、摆臂速度评定解析单元和掘进姿态评定解析单元。

掘进机作业控制终端，用于按照掘进机的目标调控信息，对掘进机进行对应控制。

优选地，所述掘进环境监测单元用于对掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的粉尘浓度和风速进行监测；

所述掘进位置监测单元用于对掘进机各次掘进时其所在掘进位置的掘进深度进行监测；

所述掘进距离分析单元用于根据掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的粉尘浓度、风速以及掘进深度，计算得出掘进机作业距离符合指数。

优选地，所述掘进机作业距离符合指数，具体计算过程包括以下步骤：将掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的粉尘浓度和掘进深度分别记为和，i表示第i次掘进，。

基于掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的风速，设定粉尘增量评定干扰权重因子，并记为。

通过计算公式计算掘进机作业距离符合指数，并记为，其具体计算公式如下：，其中，分别表示为设定的粉尘增量偏差、掘进深度偏差对应的作业距离符合评估占比权重，为设定的单位掘进深度对应的预计粉尘浓度增量，表示掘进机第i+1次掘进时其所在掘进位置内的粉尘浓度,为设定的参照粉尘浓度偏差，为设定的掘进机在第i次掘进时对应的参照掘进深度，为设定的掘进距离评估修正因子。

优选地，所述掘进机体信息采集单元用于当掘进机处于作业阶段时通过掘进机搭载的振动传感器进行实时振动频率监测，得到掘进机处于作业阶段时对应实时监测的振动频率，同时通过掘进机底部四周安置的GPS定位仪进行位置监测，得到掘进机底部四周监测的位置信息。

所述掘进位面信息采集单元用于对掘进机对应掘进平面的粗糙度和硬度进行监测，得到掘进机对应掘进平面的粗糙度和硬度。

所述摆臂速度分析单元用于从掘进机作业管理后台提取当前对应的摆臂速度，由此对掘进机的摆臂速度进行分析，得到掘进机摆臂速度符合指数。

优选地，所述对掘进机的摆臂速度进行分析，具体分析过程包括以下步骤：基于掘进机当前对应的摆臂速度，将其与设定的各摆臂速度对应的适宜掘进平面粗糙度和适宜掘进平面硬度进行对比，得到掘进机当前摆臂速度对应的适宜掘进平面粗糙度和适宜掘进平面硬度，分别记为和。

基于掘进机底部四周监测的位置信息，计算得出掘进机底座稳定度，并记为。

从掘进机处于作业阶段时对应实时监测的振动频率中提取当前所处时间点对应监测的振动频率，记为。

将掘进机对应掘进平面的粗糙度和硬度分别记为和，进而通过计算公式计算掘进机摆臂速度符合指数，并记为，其具体计算公式如下：,其中，分别表示为设定的掘进面参照粗糙度差、参照硬度差，分别为设定的参照底座稳定度、参照振动频率，e为自然常数，分别表示为设定的粗糙度差、硬度差对应摆臂速度评估占比权重。

优选地，所述截割断面信息采集单元用于对掘进机对应截割断面的中心点位置和轮廓进行采集。

所述掘进姿态分析单元用于根据掘进机对应截割断面的中心点位置和轮廓，分析掘进机掘进姿态符合指数。

优选地，所述掘进机掘进姿态符合指数具体分析过程包括以下步骤：基于掘进机对应截割断面的中心点位置和轮廓，计算掘进机对应截割断面的掘进位置偏离度和掘进曲线符合度分别记为和。

通过计算公式计算掘进机掘进姿态符合指数，并记为，其具体计算公式如下：，其中，和分别表示为设定的掘进机截割断面对应的许可掘进位置偏离度、参照掘进曲线符合度阈值，分别表示为设定的掘进位置偏离度、掘进曲线符合度对应掘进姿态符合评估占比权重因子，为设定的掘进姿态评估修正因子。

优选地，所述掘进距离评定解析单元用于对掘进机对应的掘进距离进行评定解析，具体评定解析过程为：将掘进机作业距离符合指数与设定的参照掘进机作业距离符合指数进行对比，若掘进机作业距离符合指数小于参照掘进机作业距离符合指数，判定掘进机需要进行掘进距离调控。

当掘进机需要进行掘进距离调控时，从掘进机作业管理后台提取当前对应设定的掘进距离，记为，依据分析公式当掘进机需要进行掘进距离调控时，从掘进机作业管理后台提取当前对应设定的掘进距离，记为，依据分析公式分析得到掘进机对应的目标掘进距离，其中，为设定的参照许可掘进粉尘偏差量；表示设定常数，。

基于掘进机对应的目标掘进距离，确认得到掘进机对应的掘进距离调控值和掘进距离调控方式，并作为掘进机对应的目标调控信息。

优选地，所述摆臂速度评定解析单元用于对掘进机对应的摆臂速度进行评定解析，其具体评定解析过程为：将掘进机摆臂速度符合指数与设定的参照掘进机摆臂速度符合指数进行对比，若掘进机摆臂速度符合指数小于参照掘进机摆臂速度符合指数，则判定掘进机需要进行摆臂速度调控。

当掘进机需要进行摆臂速度调控时，将掘进机当前对应的摆臂速度记为，依据计算公式计算得出掘进机对应的目标摆臂速度，为设定的参照单位摆臂速度符合指数差对应的单位变更速度值，为设定的参照掘进机摆臂速度符合指数。

基于掘进机对应的目标摆臂速度，确认得到掘进机对应的摆臂速度离调控值和摆臂速度调控方式，并作为掘进机对应的目标调控信息。

优选地，所述掘进姿态评定解析单元具体用于对掘进机的掘进姿态进行评定解析，其具体评定过程为：将掘进机掘进姿态符合指数与设定的参照掘进机掘进姿态符合指数进行对比，若掘进机掘进姿态符合指数小于参照掘进机掘进姿态符合指数，则判定掘进机需要进行姿态调控。

同时将掘进机对应截割断面的中心点位置导入设定的参照坐标系中，得到掘进机对应截割断面的中心点位置坐标，记为。

将掘进机对应截割断面的中心点位置坐标分别导入设定的航向角、俯仰角以及滚动角分析公式中，计算掘进机当前对应的实际航向角、实际俯仰角和实际滚动角，分别记为和，其中，实际航向角、实际俯仰角和实际滚动角的具体分析公式分别如下：

。

。

。

从掘进机作业管理后台提取掘进机当前对应设定的航向角、俯仰角和滚动角，由此基于掘进机当前对应的实际航向角、实际俯仰角和实际滚动角，确认得到掘进机对应的调控航向角、航向角调控方式、调控俯仰角、俯仰角调控方式、调控滚动角和滚动角调控方式，并作为掘进机对应的目标调控信息。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：（1）本发明通过从掘进距离、摆臂速度和掘进姿态这三个层面对掘进机的掘进过程进行控制，实现了掘进机掘进过程的多维度控制，不仅打破了当前笼统式控制方式中存在的局限性和单一性，还有效确保了掘进机掘进作业的顺利性、稳定性和安全性。

（2）本发明通过对掘进机掘进距离进行分析和控制，有效提高了掘进机掘进作业的高效性和可靠性，同时还有效降低了掘进机超挖或者欠挖现象的发生概率，从而确保了掘进机掘进作业的的可靠性，并且在一定程度上还有效规避了掘进机作业失误率。

（3）本发明通过对掘进机的摆臂速度进行分析和控制，一方面在保障掘进机掘进速度的基础上有效提升了掘进机的掘进速度设定的合理性和规范性，另一方面促进了掘进的掘进效率，同时还有效降低了掘进机截臂作业的损耗度。

（4）本发明在对掘进机掘进位姿进行分析控制时，通过根据其截割断面的位置情况和曲线情况这两个维度进行分析，打破了当前对位姿测量部件依赖性过大的局限性，缓解了位姿测量部件精度对其位姿调控的影响，从而提高了掘进机位姿控制的及时性和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明系统各模块连接示意图。

图2为本发明掘进距离监测分析模块结构示意图。

图3为本发明摆臂速度监测分析模块结构示意图。

图4为本发明掘进姿态监测分析模块结构示意图。

图5为本发明掘进机作业控制评定解析模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本申请所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

请参阅图1所示，本发明提供了一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统，包括掘进距离监测分析模块、摆臂速度监测分析模块、掘进姿态监测分析模块、掘进机作业控制评定解析模块和掘进机作业控制终端。

上述中，掘进机作业控制评定解析模块分别与掘进距离监测分析模块、摆臂速度监测分析模块、掘进姿态监测分析模块和掘进机作业控制终端。

请参阅图2所示，所述掘进距离监测分析模块，用于当掘进机开始作业时，对其掘进距离进行监测分析，得到掘进机作业距离符合指数，其具体包括掘进环境监测单元、掘进位置监测单元和掘进距离分析单元。

具体地，所述掘进环境监测单元用于对掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的粉尘浓度和风速进行监测，其中，粉尘浓度通过灰尘浓度监测仪监测得到，风速通过风速测定仪监测得到。

所述掘进位置监测单元用于对掘进机各次掘进时其所在掘进位置的掘进深度进行监测。

需要说明的是，掘进深度的具体监测过程包括以下步骤：当掘进机开始掘进之前通过掘进机搭载的激光测距仪对掘进机与其掘进位置之间的水平距离进行监测，并记为初始水平间距。

当掘进机各次掘进时通过掘进机搭载的激光测距仪对掘进机与其掘进位置之间的水平距离进行监测，并作为各次掘进水平间距。

将各次掘进水平间距与各次掘进水平间距进行作差，得到各次掘进水平间距差，并作为各次掘进的掘进深度。

所述掘进距离分析单元用于根据掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的粉尘浓度、风速以及掘进深度，计算得出掘进机作业距离符合指数。

进一步地，掘进机作业距离符合指数，具体计算过程包括以下步骤：将掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的粉尘浓度和掘进深度分别记为和，i表示第i次掘进，。

基于掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的风速，设定粉尘增量评定干扰权重因子，并记为。

需要说明的是，粉尘增量评定干扰权重因子具体设定过程为：将掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的风速记为，依据计算公式计算得出粉尘增量评定干扰权重因子，为设定的参照灰尘干扰风速阈值，为设定常数，X>1，为设定粉尘干扰修正因子。

通过计算公式计算掘进机作业距离符合指数，并记为，其具体计算公式如下：，其中，分别表示为设定的粉尘增量偏差、掘进深度偏差对应的作业距离符合评估占比权重，为设定的单位掘进深度对应的预计粉尘浓度增量，表示掘进机第i+1次掘进时其所在掘进位置内的粉尘浓度,为设定的参照粉尘浓度偏差，为设定的掘进机在第i次掘进时对应的参照掘进深度，为设定的掘进距离评估修正因子。

本发明实施例通过对掘进机掘进距离进行分析和控制，有效提高了掘进机掘进作业的高效性和可靠性，同时还有效降低了掘进机超挖或者欠挖现象的发生概率，从而确保了掘进机掘进作业的的可靠性，并且在一定程度上还有效规避了掘进机作业失误率。

请参阅图3所示，所述摆臂速度监测分析模块，用于对掘进机的摆臂速度进行监测分析，得到掘进机摆臂速度符合指数，其具体包括掘进机体信息采集单元、掘进位面信息采集单元和摆臂速度分析单元。

具体地，所述掘进机体信息采集单元用于当掘进机处于作业阶段时通过掘进机搭载的振动传感器进行实时振动频率监测，得到掘进机处于作业阶段时对应实时监测的振动频率，同时通过掘进机底部四周安置的GPS定位仪进行位置监测，得到掘进机底部四周监测的位置信息，其中，位置信息包括经度、纬度和海拔高度。

所述掘进位面信息采集单元用于对掘进机对应掘进平面的粗糙度和硬度进行监测，得到掘进机对应掘进平面的粗糙度和硬度。

需要说明的是，硬度通过硬度计监测得到，粗糙度的具体监测过程包括以下步骤：对掘进机对应掘进平面进行图像采集，得到掘进机对于掘进平面图像，从掘进机对于掘进平面的图像中提取掘进平面轮廓，进而将掘进平面轮廓与预设光滑平面轮廓进行重叠对比，得到掘进机平面轮廓与光滑平面轮廓的重叠面积，依据粗糙度计算公式计算得到掘进机对应掘进平面的粗糙度。

所述摆臂速度分析单元用于从掘进机作业管理后台提取当前对应的摆臂速度，由此对掘进机的摆臂速度进行分析，得到掘进机摆臂速度符合指数。

进一步地，对掘进机的摆臂速度进行分析，具体分析过程包括以下步骤：步骤1、基于掘进机当前对应的摆臂速度，将其与设定的各摆臂速度对应的适宜掘进平面粗糙度和适宜掘进平面硬度进行对比，得到掘进机当前摆臂速度对应的适宜掘进平面粗糙度和适宜掘进平面硬度，分别记为和。

步骤2、基于掘进机底部四周监测的位置信息，计算得出掘进机底座稳定度，并记为。

需要说明的是，掘进机底座稳定度具体计算过程包括以下步骤：从掘进机底部四周监测的位置信息中提取经度、纬度和海拔高度，并将其导入设定的三维坐标系中，得到掘进机底部四周对应的三维位置坐标，进而提取掘进机底部四周对应的高度坐标分量。

将掘进机底部四周对应的高度坐标分量按照逆时针顺序依次编号为，进而依据计算公式计算得到掘进机对应的底座稳定度，为设定的参照许可偏差高度,e为自然常数。

步骤3、从掘进机处于作业阶段时对应实时监测的振动频率中提取当前所处时间点对应监测的振动频率，记为。

步骤4、将掘进机对应掘进平面的粗糙度和硬度分别记为和，进而通过计算公式计算掘进机摆臂速度符合指数，并记为，其具体计算公式如下：,其中，分别表示为设定的掘进面参照粗糙度差、参照硬度差，分别为设定的参照底座稳定度、参照振动频率，e为自然常数，分别表示为设定的粗糙度差、硬度差对应摆臂速度评估占比权重。

本发明实施例通过对掘进机的摆臂速度进行分析和控制，一方面在保障掘进机掘进速度的基础上有效提升了掘进机的掘进速度设定的合理性和规范性，另一方面促进了掘进的掘进效率，同时还有效降低了掘进机截臂作业的损耗度。

请参阅图4所示，所述掘进姿态监测分析模块，用于对掘进机的掘进姿态进行监测分析，得到掘进机掘进姿态符合指数，其具体包括截割断面信息采集单元和掘进姿态分析单元。

具体地，所述截割断面信息采集单元用于对掘进机对应截割断面的中心点位置和轮廓进行采集。

所述掘进姿态分析单元用于根据掘进机对应截割断面的中心点位置和轮廓，分析掘进机掘进姿态符合指数。

进一步地，掘进机掘进姿态符合指数具体分析过程包括以下步骤：第一步、基于掘进机对应截割断面的中心点位置和轮廓，计算掘进机对应截割断面的掘进位置偏离度和掘进曲线符合度分别记为和。

需要说明的是，掘进位置偏离度的具体计算过程为：从掘进机作业管理后台提取掘进机对应截割断面的设定中心点位置，并记为目标中心点位置，将掘进机对应截割断面的中心点位置和目标中心点位置导入设定的参照三维坐标系中，得到掘进机对应截割断面的中心点位置坐标和目标中心点位置坐标，分别记为和；

依据分析公式分析得到截割断面对应的掘进位置偏离度，为设定许可偏移误差量，为设定掘进位置修正因子。

还需要说明的是，掘进曲线符合度具体计算过程为：从掘进机作业管理后台提取掘进机对应截割断面的设定截割断面轮廓，记为目标截割断面轮廓，并提取目标截割断面轮廓面积，记为。

将掘进机对应的截割断面的轮廓与其目标截割断面轮廓进行重合对比，得到掘进机对应截割断面的重合面积，记为；

依据分析公式分析得到掘进曲线符合度，为设定的参照重合比。

第二步、通过计算公式计算掘进机掘进姿态符合指数，并记为，其具体计算公式如下：，其中，和分别表示为设定的掘进机截割断面对应的许可掘进位置偏离度、参照掘进曲线符合度阈值，分别表示为设定的掘进位置偏离度、掘进曲线符合度对应掘进姿态符合评估占比权重因子，为设定的掘进姿态评估修正因子。

本发明实施例在对掘进机掘进位姿进行分析控制时，通过根据其截割断面的位置情况和曲线情况这两个维度进行分析，打破了当前对位姿测量部件依赖性过大的局限性，缓解了位姿测量部件精度对其位姿调控的影响，从而提高了掘进机位姿控制的及时性和准确性。

请参阅图5所示，所述掘进机作业控制评定解析模块，用于对掘进机的掘进距离、摆臂速度和掘进姿态进行控制评定和解析，得到掘进机对应的目标调控信息，其具体包括掘进距离评定解析单元、摆臂速度评定解析单元和掘进姿态评定解析单元。

示例性地，所述掘进距离评定解析单元用于对掘进机对应的掘进距离进行评定解析，具体评定解析过程为：将掘进机作业距离符合指数与设定的参照掘进机作业距离符合指数进行对比，若掘进机作业距离符合指数小于参照掘进机作业距离符合指数，判定掘进机需要进行掘进距离调控；

当掘进机需要进行掘进距离调控时，从掘进机作业管理后台提取当前对应设定的掘进距离，记为，依据分析公式当掘进机需要进行掘进距离调控时，从掘进机作业管理后台提取当前对应设定的掘进距离，记为，依据分析公式分析得到掘进机对应的目标掘进距离，其中，为设定的参照许可掘进粉尘偏差量；表示设定常数，。

基于掘进机对应的目标掘进距离，确认得到掘进机对应的掘进距离调控值和掘进距离调控方式，并作为掘进机对应的目标调控信息。

需要说明的是，掘进机对应的掘进距离调控值和掘进距离调控方式具体确认过程包括：将掘进机对应的目标掘进距离与其当前设定的掘进距离进行作差，将差值作为掘进机对应的掘进距离调控值。

若掘进机对应的目标掘进距离与其当前设定的掘进距离的差值小于零，则将掘进机对应掘进距离的调控方式记为前进调控，反之则将掘进机对应掘进距离的调控方式记为后退调控。

示例性地，所述摆臂速度评定解析单元用于对掘进机对应的摆臂速度进行评定解析，其具体评定解析过程为：将掘进机摆臂速度符合指数与设定的参照掘进机摆臂速度符合指数进行对比，若掘进机摆臂速度符合指数小于参照掘进机摆臂速度符合指数，则判定掘进机需要进行摆臂速度调控。

当掘进机需要进行摆臂速度调控时，将掘进机当前对应的摆臂速度记为，依据计算公式计算得出掘进机对应的目标摆臂速度，为设定的参照单位摆臂速度符合指数差对应的单位变更速度值，为设定的参照掘进机摆臂速度符合指数。

基于掘进机对应的目标摆臂速度，确认得到掘进机对应的摆臂速度离调控值和摆臂速度调控方式，并作为掘进机对应的目标调控信息。

需要说明的是，掘进机对应的摆臂速度离调控值和摆臂速度调控方式的具体确认过程为：将掘进机对应的目标摆臂速度与其当前对应的摆臂速度进行作差，得到掘进机对应的摆臂速度差，并作为进机对应的摆臂速度离调控值。

当掘进机对应的摆臂速度差大于0时，将增加摆臂速度作为掘进机对应的摆臂速度调控方式，当掘进机对应的摆臂速度差小于0时，将减小摆臂速度作为掘进机对应的摆臂速度调控方式。

又一示例性地，所述掘进姿态评定解析单元具体用于对掘进机的掘进姿态进行评定解析，其具体评定过程为：将掘进机掘进姿态符合指数与设定的参照掘进机掘进姿态符合指数进行对比，若掘进机掘进姿态符合指数小于参照掘进机掘进姿态符合指数，则判定掘进机需要进行姿态调控。

提取掘进机对应截割断面的中心点位置坐标，并将掘进机对应截割断面的中心点位置坐标分别导入设定的航向角、俯仰角以及滚动角分析公式中，计算掘进机当前对应的实际航向角、实际俯仰角和实际滚动角，分别记为和，其中，实际航向角、实际俯仰角和实际滚动角的具体分析公式分别如下：

。

。

。

需要说明的是，。

在一个具体实施例中，一般定义载体的右、前、上三个方向构成右手系，绕向前的轴旋转就是滚动角，绕向右的轴旋转就是俯仰角，绕向上的轴旋转就是航向角，在标准坐标系中，绕x轴旋转为航向角，绕y轴旋转为俯仰角，绕z轴旋转为滚动角。

从掘进机作业管理后台提取掘进机当前对应设定的航向角、俯仰角和滚动角，由此基于掘进机当前对应的实际航向角、实际俯仰角和实际滚动角，确认得到掘进机对应的调控航向角、航向角调控方式、调控俯仰角、俯仰角调控方式、调控滚动角和滚动角调控方式，并作为掘进机对应的目标调控信息。

需要说明的是，掘进机对应的调控航向角、航向角调控方式、调控俯仰角、俯仰角调控方式、调控滚动角和滚动角调控方式的确认原理与掘进机对应的摆臂速度离调控值和摆臂速度调控方式的具体确认原理相同，在此不进行赘述。

本发明实施例通过对掘进机的目标调控信息进行分析，有效确保了掘进机掘进过程控制的可靠性和准确性，从而减少了掘进机掘进过程控制的误差率，同时还促进了掘进机掘进过程的控制进程，实现了掘进机的自动化控制，智能化水平高。

所述掘进机作业控制终端，用于按照掘进机的目标调控信息，对掘进机进行对应控制。

本发明实施例通过从掘进距离、摆臂速度和掘进姿态这三个层面对掘进机的掘进过程进行控制，实现了掘进机掘进过程的多维度控制，不仅打破了当前笼统式控制方式中存在的局限性和单一性，还有效确保了掘进机掘进作业的顺利性、稳定性和安全性。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本申请所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统，其特征在于：该系统包括：

掘进距离监测分析模块，用于当掘进机开始作业时，对其掘进距离进行监测分析，得到掘进机作业距离符合指数，其具体包括掘进环境监测单元、掘进位置监测单元和掘进距离分析单元；

摆臂速度监测分析模块，用于对掘进机的摆臂速度进行监测分析，得到掘进机摆臂速度符合指数，其具体包括掘进机体信息采集单元、掘进位面信息采集单元和摆臂速度分析单元；

掘进姿态监测分析模块，用于对掘进机的掘进姿态进行监测分析，得到掘进机掘进姿态符合指数，其具体包括截割断面信息采集单元和掘进姿态分析单元；

掘进机作业控制评定解析模块，用于对掘进机的掘进距离、摆臂速度和掘进姿态进行控制评定和解析，得到掘进机对应的目标调控信息，其具体包括掘进距离评定解析单元、摆臂速度评定解析单元和掘进姿态评定解析单元；

掘进机作业控制终端，用于按照掘进机的目标调控信息，对掘进机进行对应控制；

所述掘进环境监测单元用于对掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的粉尘浓度和风速进行监测；

所述掘进位置监测单元用于对掘进机各次掘进时其所在掘进位置的掘进深度进行监测；

所述掘进距离分析单元用于根据掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的粉尘浓度、风速以及掘进深度，计算得出掘进机作业距离符合指数；

所述掘进机体信息采集单元用于当掘进机处于作业阶段时通过掘进机搭载的振动传感器进行实时振动频率监测，得到掘进机处于作业阶段时对应实时监测的振动频率，同时通过掘进机底部四周安置的GPS定位仪进行位置监测，得到掘进机底部四周监测的位置信息；

所述掘进位面信息采集单元用于对掘进机对应掘进平面的粗糙度和硬度进行监测，得到掘进机对应掘进平面的粗糙度和硬度；

所述摆臂速度分析单元用于从掘进机作业管理后台提取当前对应的摆臂速度，由此对掘进机的摆臂速度进行分析，得到掘进机摆臂速度符合指数；

所述截割断面信息采集单元用于对掘进机对应截割断面的中心点位置和轮廓进行采集；

所述掘进姿态分析单元用于根据掘进机对应截割断面的中心点位置和轮廓，分析掘进机掘进姿态符合指数。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统，其特征在于：所述掘进机作业距离符合指数，具体计算过程包括以下步骤：

将掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的粉尘浓度和掘进深度分别记为 和，i表示第i次掘进，；

基于掘进机各次掘进时其所在掘进位置内的风速，设定粉尘增量评定干扰权重因子，并记为；

通过计算公式计算掘进机作业距离符合指数，并记为，其具体计算公式如下：

，其中，分别表示为设定的粉尘增量偏差、掘进深度偏差对应的作业距离符合评估占比权重，为设定的单位掘进深度对应的预计粉尘浓度增量，表示掘进机第i+1次掘进时其所在掘进位置内的粉尘浓度,为设定的参照粉尘浓度偏差，为设定的掘进机在第i次掘进时对应的参照掘进深度，为设定的掘进距离评估修正因子。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统，其特征在于：所述对掘进机的摆臂速度进行分析，具体分析过程包括以下步骤：

基于掘进机当前对应的摆臂速度，将其与设定的各摆臂速度对应的适宜掘进平面粗糙度和适宜掘进平面硬度进行对比，得到掘进机当前摆臂速度对应的适宜掘进平面粗糙度和适宜掘进平面硬度，分别记为和；

基于掘进机底部四周监测的位置信息，计算得出掘进机底座稳定度，并记为；

从掘进机处于作业阶段时对应实时监测的振动频率中提取当前所处时间点对应监测的振动频率，记为；

将掘进机对应掘进平面的粗糙度和硬度分别记为和，进而通过计算公式计算掘进机摆臂速度符合指数，并记为，其具体计算公式如下：

,其中，分别表示为设定的掘进面参照粗糙度差、参照硬度差，分别为设定的参照底座稳定度、参照振动频率，e为自然常数，分别表示为设定的粗糙度差、硬度差对应摆臂速度评估占比权重。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统，其特征在于：所述掘进机掘进姿态符合指数具体分析过程包括以下步骤：

基于掘进机对应截割断面的中心点位置和轮廓，计算掘进机对应截割断面的掘进位置偏离度和掘进曲线符合度分别记为和；

通过计算公式计算掘进机掘进姿态符合指数，并记为，其具体计算公式如下：

，其中，和分别表示为设定的掘进机截割断面对应的许可掘进位置偏离度、参照掘进曲线符合度阈值，分别表示为设定的掘进位置偏离度、掘进曲线符合度对应掘进姿态符合评估占比权重因子，为设定的掘进姿态评估修正因子。

5.根据权利要求2所述的一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统，其特征在于：所述掘进距离评定解析单元用于对掘进机对应的掘进距离进行评定解析，具体评定解析过程为：

将掘进机作业距离符合指数与设定的参照掘进机作业距离符合指数进行对比，若掘进机作业距离符合指数小于参照掘进机作业距离符合指数，判定掘进机需要进行掘进距离调控；

当掘进机需要进行掘进距离调控时，从掘进机作业管理后台提取当前对应设定的掘进距离，记为，依据分析公式分析得到掘进机对应的目标掘进距离，其中，为设定的参照许可掘进粉尘偏差量；

基于掘进机对应的目标掘进距离，确认得到掘进机对应的掘进距离调控值和掘进距离调控方式，并作为掘进机对应的目标调控信息。

6.根据权利要求3所述的一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统，其特征在于：所述摆臂速度评定解析单元用于对掘进机对应的摆臂速度进行评定解析，其具体评定解析过程为：

将掘进机摆臂速度符合指数与设定的参照掘进机摆臂速度符合指数进行对比，若掘进机摆臂速度符合指数小于参照掘进机摆臂速度符合指数，则判定掘进机需要进行摆臂速度调控；

当掘进机需要进行摆臂速度调控时，将掘进机当前对应的摆臂速度记为，依据计算公式计算得出掘进机对应的目标摆臂速度，为设定的参照单位摆臂速度符合指数差对应的单位变更速度值，为设定的参照掘进机摆臂速度符合指数；

基于掘进机对应的目标摆臂速度，确认得到掘进机对应的摆臂速度离调控值和摆臂速度调控方式，并作为掘进机对应的目标调控信息。

7.根据权利要求4所述的一种基于物联网的矿用掘进机智能控制系统，其特征在于：所述掘进姿态评定解析单元具体用于对掘进机的掘进姿态进行评定解析，其具体评定过程为：

将掘进机掘进姿态符合指数与设定的参照掘进机掘进姿态符合指数进行对比，若掘进机掘进姿态符合指数小于参照掘进机掘进姿态符合指数，则判定掘进机需要进行姿态调控；

同时将掘进机对应截割断面的中心点位置导入设定的参照坐标系中，得到掘进机对应截割断面的中心点位置坐标，记为；

将掘进机对应截割断面的中心点位置坐标分别导入设定的航向角、俯仰角以及滚动角分析公式中，计算掘进机当前对应的实际航向角、实际俯仰角和实际滚动角，分别记为和，其中，实际航向角、实际俯仰角和实际滚动角的具体分析公式分别如下：

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从掘进机作业管理后台提取掘进机当前对应设定的航向角、俯仰角和滚动角，由此基于掘进机当前对应的实际航向角、实际俯仰角和实际滚动角，确认得到掘进机对应的调控航向角、航向角调控方式、调控俯仰角、俯仰角调控方式、调控滚动角和滚动角调控方式，并作为掘进机对应的目标调控信息。

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