CN206769905U - 基于人工神经网络智能调节截割机构横摆过程的掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于人工神经网络智能调节截割机构横摆过程的掘进机，其包括截割头、截割臂、截割头以及截割臂驱动装置，所述截割臂驱动装置包括使截割臂上下运动的升降油缸、使截割臂左右摆动的回转油缸、回转台，所述回转台上设有角度传感器和左、右横摆限位开关，所述升降油缸由升降油泵电机驱动，所述回转油缸由回转油泵电机驱动，所述回转油泵电机连接有变频器，其还包括人工神经网络控制板，截割头上设有应力传感器，应力传感器、角度传感器和左、右横摆限位开关分别与人工神经网络控制板电性连接，所述人工神经网络控制板与所述变频器电性连接。所述掘进机可智能调节截割头左右横摆速度，保证横摆角度，实现矿井无人化。

Description

基于人工神经网络智能调节截割机构横摆过程的掘进机

技术领域：

本实用新型涉及一种掘进机，特别是一种基于人工神经网络智能调节截割机构横摆过程的掘进机。

背景技术：

目前，随着国内建设事业的高速度增长，我国掘进机械也迎来了飞速的发展。现有的掘进机没有设计截割头横向摆动角度指示功能，和对摆动速度的控制功能，在掘进过程中可能出现超挖、欠挖现象，导致矿井不够平整，挖掘质量不够好，影响掘进进度；其中对横摆速度的调节多是由人工控制完成，井下恶劣的工作环境会对掘进机操作人员的身体健康和安全带来很大的威胁。

实用新型内容：

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种基于人工神经网络智能调节横摆过程的掘进机，能够针对各种矿井情况对横摆速度进行控制，保证横摆角度，保证矿井挖掘质量。

本实用新型采用以下技术方案：提供一种基于人工神经网络智能调节截割机构横摆过程的掘进机，包括截割机构、截割机构驱动装置，所述截割机构包括截割头和截割臂，所述截割头设置在所述截割臂上，所述截割头上设有截齿，其特征在于：所述截齿上设有压力传感器；所述截割机构驱动装置包括截割头驱动装置和截割臂驱动装置，所述截割头驱动装置包括截割电机、截割减速器，所述截割电机经截割减速器和截割臂驱动截割头转动；所述截割臂驱动装置包括一对对称设置的同步升降油缸、回转台、一对对称设置的回转油缸、回转油泵电机和升降油泵电机，所述同步升降油缸分别与所述回转台和所述截割臂铰接，所述回转油缸分别与所述回转台和掘进机的本体架铰接，所述回转台与所述截割电机铰接，所述升降油泵电机通过油泵驱动所述同步升降油缸，所述回转油泵电机通过油泵驱动所述回转油缸，所述回转油泵电机连接有变频器，所述回转台上设有角度传感器和左、右横摆限位开关；

所述掘进机上设有人工神经网络控制板、放大处理模块、模数转换模块、存储模块，所述压力传感器通过导线依次与所述放大处理模块、所述模数转换模块、所述存储模块连接，所述存储模块通过无线信号发射器与所述人工神经网络控制板电性连接，所述角度传感器和所述左、右横摆限位开关分别与所述人工神经网络控制板电性连接，所述人工神经网络控制板与所述变频器电性连接。

所述人工神经网络控制板包括人工神经网络最优横摆速度生成模块、截割头减速机构传动比计算模块、转速调节ASR模块、转矩调节ATR模块、电磁转矩计算模块、磁链调节APSIR 模块、坐标转换模块、电流滞环比较器模块、逆变器模块、整流模块、电流模块，所述压力传感器的输出端与人工神经网络最优横摆速度生成模块的输入端连接，人工神经网络最优横摆速度生成模块的输出端与截割头减速机构传动比计算模块的输入端连接，截割头减速机构传动比计算模块的输出端与转速调节ASR模块的输入端连接，转速调节ASR模块的输出端与转矩调节ATR模块的输入端连接，转矩调节ATR模块的输出端与磁链调节APSIR模块的输出端共同连接坐标转换模块的输入端，坐标转换模块的输出端与电流滞环比较器模块的输入端连接，电流滞环比较器模块的输出端与逆变器模块的输入端连接，逆变器模块的输出端分别与整流模块、所述变频器的输入端连接，整流模块的输出端与逆变器模块的输入端连接，所述变频器的输出端与回转油泵电机的输入端连接，回转油泵电机的输出端分别与电流模块、转速调节ASR模块和电流滞环比较器模块的输入端连接，电流模块的输出端分别与磁链调节 APSIR模块、电磁转矩计算模块的输入端连接，电磁转矩计算模块的输出端与转矩调节ATR 模块的输入端连接。

所述角度传感器的输出端与所述人工神经网络控制板的输入端连接，所述人工神经网络控制板的输出端连接人工神经网络控制板的显示屏。

由上述技术方案可知，本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、所述回转台上设有角度传感器，可在所述人工神经网络控制板的显示屏上实时显示横摆角度，所述回转台上设有左、右横摆限位开关，当截割头到达左、右极限位置，所述左、右横摆限位开关触点动作，实现了截割头的左右自动往返运动，避免了超挖和欠挖的现象。

2、所述压力传感器通过导线依次与所述放大处理模块、所述模数转换模块、所述存储模块连接，所述存储模块通过无线信号发射器与所述人工神经网络控制板连接，所述人工神经网络控制板与所述变频器连接，所述变频器与所述回转油泵电机连接；所述压力传感器采集截割头截齿受力信号，经过放大、模数转换、存储后通过无线信号发射器输入至所述人工神经网络控制板，所述人工神经网络控制板对信号进行处理后输出脉冲信号驱动变频器，进而控制回转油泵电机的转速，实现对截割头横摆速度的控制，实现了矿井无人化，提高了掘进的质量和效率。

附图说明：

图1为本实用新型实施例提供的基于人工神经网络智能调节截割机构横摆过程的掘进机的整体结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中的截割头的径向剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的基于人工神经网络智能调节截割机构横摆过程的掘进机的人工神经网络控制板的各模块与变频器、回转油泵电机的连接结构框图。

本实施例中：1-截割头，2-截割臂，3-压力传感器，4-截割减速器，5-截割电机，6-同步升降油缸，7-回转台，8-回转油缸，9-本体架，10-角度传感器，11-横摆限位开关，12-存储模块，24-导线。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1和图2所示，本实用新型提供的基于人工神经网络智能调节截割机构横摆过程的掘进机，包括截割机构、截割机构驱动装置，所述截割机构包括截割头1和截割臂2，所述截割头1设置在所述截割臂2上，所述截割头1上设有截齿，所述截齿安装在所述截割头的截齿座上，每一所述截齿上均设有压力传感器3。

所述截割机构驱动装置包括截割头驱动装置和截割臂驱动装置，所述截割头驱动装置包括截割电机5、截割减速器4，所述截割电机5与所述截割减速器4连接，所述截割减速器4 与所述截割臂2连接，所述截割臂2的传动轴通过花键及螺钉与所述截割头1连接，所述截割电机5经过所述截割减速器4和所述截割臂2驱动所述截割头1转动；所述截割臂驱动装置包括一对对称设置的同步升降油缸6、回转台7、一对对称设置的回转油缸8、回转油泵电机和升降油泵电机，所述升降油泵电机通过油泵驱动所述同步升降油缸，所述回转油泵电机通过油泵驱动所述回转油缸。

所述同步升降油缸6分别与所述回转台7和所述截割臂2铰接，在所述同步升降油缸6 形成改变过程中，所述截割臂2绕其与所述回转台7的铰接点在垂直面内作上下摆动，当所述同步升降油缸6伸长时，所述截割臂2向上方摆动，当所述同步升降油缸6缩短时，所述截割臂2向下方摆动；所述回转油缸8分别与所述回转台7和掘进机的本体架9铰接，所述回转台7与所述截割电机4铰接，所述回转台7由所述对称设置的回转油缸8推动，在工作过程中，一侧的回转油缸8伸长，而另一侧的回转油缸8相应缩短，进而带动所述截割臂2 左右摆动，所述回转油泵电机连接有变频器，所述回转台上设有角度传感器10和左、右横摆限位开关11。

参考图1、图2和图3，所述掘进机上设有人工神经网络控制板、放大处理模块、模数转换模块、存储模块12，进一步地，所述存储模块12位于所述截割头1内部，所述压力传感器3通过导线24依次与所述放大处理模块、所述模数转换模块、所述存储模块12连接，所述存储模块12通过无线信号发射器与所述人工神经网络控制板电性连接，所述角度传感器 10和所述左、右横摆限位11开关分别与所述人工神经网络控制板电性连接，所述人工神经网络控制板与所述变频器电性连接。所述截割臂2的上下摆动和左右摆动由所述升降油泵电机、所述回转油泵电机分别驱动，所述同步升降油缸6和所述回转油缸8既可以单独运动也可以同时作复合运动。

如图4所示，所述人工神经网络控制板包括人工神经网络最优横摆速度生成模块、截割头减速机构传动比计算模块、转速调节ASR模块、转矩调节ATR模块、电磁转矩计算模块、磁链调节APSIR模块、坐标转换模块、电流滞环比较器模块、逆变器模块、整流模块、电流模块。所述压力传感器3的输出端与人工神经网络最优横摆速度生成模块的输入端连接，人工神经网络最优横摆速度生成模块的输出端与截割头减速机构传动比计算模块的输入端连接，截割头减速机构传动比计算模块的输出端与转速调节ASR模块的输入端连接，转速调节ASR 模块的输出端与转矩调节ATR模块的输入端连接，转矩调节ATR模块的输出端与磁链调节 APSIR模块的输出端共同连接坐标转换模块的输入端，坐标转换模块的输出端与电流滞环比较器模块的输入端连接，电流滞环比较器模块的输出端与逆变器模块的输入端连接，逆变器模块的输出端分别与整流模块、所述变频器的输入端连接，整流模块的输出端与逆变器模块的输入端连接，所述变频器的输出端与回转油泵电机的输入端连接，回转油泵电机的输出端分别与电流模块、转速调节ASR模块和电流滞环比较器模块的输入端连接，电流模块的输出端分别与磁链调节APSIR模块、电磁转矩计算模块的输入端连接，电磁转矩计算模块的输出端与转矩调节ATR模块的输入端连接。所述电流模块用于实现三相电流与二相电流的相互转变，所述整流模块用于将交流电转换成直流电。

所述压力传感器3采集截齿受力信号，所述截齿受力信号输入至人工神经网络最优横摆速度生成模块进行处理后得到最大横摆速度ω_b，最大横摆速度ω_b经过截割头减速机构传动比计算模块转化成推荐给回转油泵电机的理想转速n^*，理想转速n^*与回转油泵电机输出的实际转速n输入至转速调节ASR模块进行比较和处理后，得到理想转矩Te^*，理想转矩Te^*与经过电流模块、电磁转矩计算模块处理后的回转油泵电机实际转矩Te输入至转矩调节ATR模块进行比较和处理后得到回转油泵电机参考转子电流i_st ^*，具体地，所述回转油泵电机实际转矩 Te是由回转油泵电机的实际三相定子电流i_abc以及角速度ω_r经过所述电流模块和所述电磁转矩计算模块处理后得到的，所述回转油泵电机参考转子电流i_st ^*与经过电流模块、磁链调节 APSIR模块处理后得到的参考定子电流i_sm ^*经过坐标转换模块处理后得到回转油泵电机的参考三相定子电流i_abc ^*，回转油泵电机的参考三相定子电流i_abc ^*与回转油泵电机的实际三相定子电流i_abc输入至电流滞环比较器模块进行处理后产生6个脉冲信号，从而控制逆变器模块上 IGBT(绝缘栅双极型晶体管)导通或关闭，通过控制开关频率，调节变频器的频率，进而控制回转油泵电机的转速，实现所述回转油缸8伸出缩进的速度，对所述截割臂2的横摆速度进行调节。

所述人工神经网络控制板设有显示屏，所述角度传感器10采集所述截割臂2摆角信号输入至所述人工神经网络控制板，显示输出在所述显示屏上；所述左、右横摆限位开关11的输出端与所述人工神经网络控制板的输入端连接，当所述截割臂2运动到左右的极限位置时，所述左、右横摆限位开关11触点动作，通过所述人工神经网络控制板控制所述回转油缸8的运动，使得所述截割臂2自动左右往返运动。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种基于人工神经网络智能调节截割机构横摆过程的掘进机，其包括截割机构、截割机构驱动装置，所述截割机构包括截割头和截割臂，所述截割头设置在所述截割臂上，所述截割头上设有截齿，其特征在于：所述截齿上设有压力传感器；所述截割机构驱动装置包括截割头驱动装置和截割臂驱动装置，所述截割头驱动装置包括截割电机、截割减速器，所述截割电机经截割减速器和截割臂驱动截割头转动；所述截割臂驱动装置包括一对对称设置的同步升降油缸、回转台、一对对称设置的回转油缸、回转油泵电机和升降油泵电机，所述同步升降油缸分别与所述回转台和所述截割臂铰接，所述回转油缸分别与所述回转台和掘进机的本体架铰接，所述回转台与所述截割电机铰接，所述升降油泵电机通过油泵驱动所述同步升降油缸，所述回转油泵电机通过油泵驱动所述回转油缸，所述回转油泵电机连接有变频器，所述回转台上设有角度传感器和左、右横摆限位开关；

所述掘进机上设有人工神经网络控制板、放大处理模块、模数转换模块、存储模块，所述压力传感器通过导线依次与所述放大处理模块、所述模数转换模块、所述存储模块连接，所述存储模块通过无线信号发射器与所述人工神经网络控制板电性连接，所述角度传感器和所述左、右横摆限位开关分别与所述人工神经网络控制板电性连接，所述人工神经网络控制板与所述变频器电性连接。

2.根据权利要求1所述的基于人工神经网络智能调节截割机构横摆过程的掘进机，其特征在于：所述人工神经网络控制板包括人工神经网络最优横摆速度生成模块、截割头减速机构传动比计算模块、转速调节ASR模块、转矩调节ATR模块、电磁转矩计算模块、磁链调节APSIR模块、坐标转换模块、电流滞环比较器模块、逆变器模块、整流模块、电流模块，所述压力传感器的输出端与人工神经网络最优横摆速度生成模块的输入端连接，人工神经网络最优横摆速度生成模块的输出端与截割头减速机构传动比计算模块的输入端连接，截割头减速机构传动比计算模块的输出端与转速调节ASR模块的输入端连接，转速调节ASR模块的输出端与转矩调节ATR模块的输入端连接，转矩调节ATR模块的输出端与磁链调节APSIR模块的输出端共同连接坐标转换模块的输入端，坐标转换模块的输出端与电流滞环比较器模块的输入端连接，电流滞环比较器模块的输出端与逆变器模块的输入端连接，逆变器模块的输出端分别与整流模块、所述变频器的输入端连接，整流模块的输出端与逆变器模块的输入端连接，所述变频器的输出端与回转油泵电机的输入端连接，回转油泵电机的输出端分别与电流模块、转速调节ASR模块和电流滞环比较器模块的输入端连接，电流模块的输出端分别与磁链调节APSIR模块、电磁转矩计算模块的输入端连接，电磁转矩计算模块的输出端与转矩调节ATR模块的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的基于人工神经网络智能调节截割机构横摆过程的掘进机，其特征在于：所述角度传感器的输出端与所述人工神经网络控制板的输入端连接，所述人工神经网络控制板的输出端连接人工神经网络控制板的显示屏。