CN207924507U - 无轨胶轮车智能车载系统及其井下车辆定位系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了无轨胶轮车智能车载系统及其井下车辆定位系统。无轨胶轮车智能车载系统是在无轨胶轮车上设置隔爆控制柜，分为主腔体、电源腔和接线腔，主腔体内设有电源管理模块、信息交换模块、隔离模块、惯性导航模块、和工控机；在隔爆控制柜的外部设有本质安全型感知模块和隔爆型感知模块。井下车辆定位系统包括无轨胶轮车智能车载系统上的无线传感器网络节点模块、设置在巷道不同位置的无线传感器网络锚节点和设置在煤矿调度室的调度系统服务器。本实用新型克服了依赖单一传感器进行感知与定位的安全性问题，保证了车辆在井下恶劣环境的可靠感知与定位能力。
Description
技术领域
本实用新型属于煤矿辅助运输设备领域，特别涉及了无轨胶轮车智能车载系统及其井下车辆定位系统。
背景技术
煤矿辅助运输设备承担着除煤炭运输外的包括人员、材料、工具、设备、矸石等其他各种生产资料的运输任务，是煤矿生产企业重点使用且不可或缺的设备。无轨胶轮车工作于各盘区、大巷，进行人员与设备运输或材料和设备的铲运。随着我国煤矿开采条件的改善，在条件较好的矿井，该类设备可从地面直接沿斜井驶入各盘区大巷。无轨胶轮车以其高效性、机动性、安全性以及强运载能力，在设备和人员运输方面应用越来越广泛。
无轨胶轮车的智能驾驶系统设计相较于地面车辆的难度主要表现在：
(1)煤矿辅助运输车辆及搭载的各类电气设备，必须满足煤矿安全规程规定和GB3836爆炸性环境系列标准的指标，所有设备必须严格满足防爆安全要求。目前地面无人驾驶系统并没有可以满足此类要求的产品和设计，无法直接应用于井下环境；
(2)井下环境照度低，而且工作场景中存在煤尘、粉尘、水汽等，对于视觉、激光、红外、超声等传感器的性能会造成较大影响，依赖单一类类型传感器进行感知和定位可靠性不足；
(3)井下巷道错综复杂，无法利用地面无人驾驶车辆使用的GPS等设备进行定位，且用于通讯和感知的传感器发出的信号可能被屏蔽、吸收以及存在多路径效应，给辅助运输车辆的可靠定位和感知安全性带来巨大挑战，直接从调度室遥控车辆可能存在通讯中断造成安全事故的情况，需要车辆自身具备自主感知、局部运动规划和控制能力。
(4)煤矿辅助运输车辆工作场景复杂，巷道宽度和可行驶区域、回转与避让范围有限，可能存在矿工、移动车辆、静止设备等障碍物，给车辆自主驾驶带来巨大的难度，仅依赖车辆自身进行感知和控制，当出现车辆会车、临时加车等情况时，其中一辆车需要退回到最近避让空间，降低了整体辅助运输效率，因此需要统一调度的智能化调度系统；
(5)目前井下调度室的调度系统主要是对人员和设备状态的基本信息进行监控，对于无轨胶轮车及其他车辆的监控通常为摄像头定点监控，无法连续获得车辆准确位置，且目前的调度策略仅为简单的任务计划制定，无法为车辆的最优路径和任务规划做指导，无法从车辆本身的轨迹规划和控制层面进一步提高井下辅助运输效率。
实用新型内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本实用新型旨在提供无轨胶轮车智能车载系统及其井下车辆定位系统，克服依赖单一传感器进行感知与定位的安全性问题，保证车辆在井下恶劣环境的可靠感知与定位能力。
为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：
一种无轨胶轮车智能车载系统，在无轨胶轮车上设置隔爆控制柜，该隔爆控制柜包括3个腔体：主腔体、电源腔和接线腔；所述主腔体内设有电源管理模块、电流传感器、继电器模组、电源转换模组、本安电源模组、信息交换模块、隔离模块、惯性导航模块和工控机；所述电源腔内设有电源模块；在隔爆控制柜的外部设有本质安全型感知模块和隔爆型感知模块；所述本质安全型感知模块包括无线传感器网络节点模块、多线激光雷达感知模块、二维激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块、车载声呐感知模块和速度测量模块；所述隔爆型感知模块包括隔爆型红外摄像头模块、隔爆型红外夜视仪模块和隔爆型TOF相机感知模块；所述电源管理模块采集电源模块的温度和电压信号判断电源工作状态，电流传感器采集各支路电流并反馈给电源管理模块，电源管理模块根据电源和支路电流信息控制控制器模组，控制器模组包括多个继电器模块，分别控制各非安电路和本安电路的通断；非安电路通过电源转换模组将电源模块的输出转换为不同电压，分别为隔爆控制柜内部的信息交换模块、惯性导航模块、工控机以及隔爆控制柜外部的隔爆型感知模块供电；本安电路通过本安电源模组将电源模块的输出转换为不同的本安电压，分别为隔爆控制柜内部的隔离模块和隔爆控制柜外部的本质安全型感知模块供电；所述接线腔内安装接线端子，通过接线端子实现隔爆控制柜内部电路与外部电路的连接，本质安全型感知模块通过接线端子与隔离模块的输入端相连，隔离模块和惯性导航模块的输出端与信息交换模块的输入端相连，隔爆型感知模块通过接线端子与信息交换模块的输入端相连，信息交换模块的输出端与工控机相连。
基于上述技术方案的优选方案，多线激光雷达感知模块安装于无轨胶轮车的车体上部；二维激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块安装于无轨胶轮车的车体前部下方；车载声呐感知模块安装于车身侧方和后方；隔爆型红外摄像头模块、隔爆型红外夜视仪模块、无线传感器网络节点模块安装于车体上方；速度测量模块安装于四个车轮处；隔爆型TOF相机感知模块安装于车后方两侧。
基于上述技术方案的优选方案，无轨胶轮车的形式包括但不限于井下人员运输车和设备铲运车；无轨胶轮车为无方向盘的完全自主驾驶形式，或保留方向盘能够进行人工接管的形式。
基于上述无轨胶轮车智能车载系统的井下车辆定位系统，包括无轨胶轮车智能车载系统上的无线传感器网络节点模块、设置在煤矿巷道两侧不同位置的无线传感器网络锚节点和设置在煤矿调度室的调度系统服务器，各无线传感器网络锚节点的绝对位置已知；无轨胶轮车在行驶过程中，无线传感器网络节点模块检测巷道中无线传感器网络锚节点发出的信号强度，自动组网通信，并基于无线传感器网络进行车辆定位，无线传感器网络锚节点将无轨胶轮车获取的感知数据和定位信息通过有线网络传输至调度系统服务器。
基于上述技术方案的优选方案，所述井下车辆定位系统还包括设置在煤矿巷道两侧不同位置的井下监视摄像机，它拍摄井下车辆的图像信息并通过有线网络传输至调度系统服务器。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本实用新型具有冗余的感知与定位传感器，克服了依赖单一传感器进行感知与定位的安全性问题，保证了车辆在井下恶劣环境的可靠感知与定位能力，且设计满足矿用设备防爆安全要求。根据多种类型的感知数据以及无线传感器网络定位信息感知井下巷道路况信息和车辆的实时位置信息，为调度系统做出全局规划提供了有效、可靠的决策依据。
附图说明
图1是本实用新型车辆设备安装前向轴测图；
图2是本实用新型车辆设备安装后向轴测图；
图3是本实用新型智能车载系统架构与模块连接图；
图4是本实用新型井下定位系统结构图；
标号说明：1、无轨胶轮车；2、无线传感器网络节点模块；3、多线激光雷达感知模块；4、隔爆型红外摄像头模块；5、隔爆红外夜视仪模块；6、毫米波雷达感知模块；7、二维激光雷达感知模块；8、隔爆控制柜；9、隔爆型TOF相机感知模块；10、车载声呐感知模块；11速度测量模块；12、电源模块；13、电源管理模块；14、电流传感器；15、继电器模组；16、电源转换模组；17、本安电源模组；18、信息交换模块；19、隔离模块；20、惯性导航模块；21、工控机；22、接线端子；23、车载控制器。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。
如图1与图2所示，本实用新型设计的无轨胶轮车智能车载系统，包括无轨胶轮车1、无线传感器网络节点模块2、多线激光雷达感知模块3、隔爆型红外摄像头模块4、隔爆红外夜视仪模块5、毫米波雷达感知模块6、二维激光雷达感知模块7、隔爆控制柜8、隔爆型TOF相机感知模块9、车载声呐感知模块10、速度测量模块11。其中，多线激光雷达感知模块3安装于无轨胶轮车1车体上部，二维激光雷达感知模块7、毫米波雷达感知模块6安装于无轨胶轮车车体前部下方，车载声呐感知模块10安装于车身侧方和后方，隔爆型红外摄像头模块4、隔爆红外夜视仪模块5、无线传感器网络节点模块2安装于车体上方，速度测量模块11安装于四个车轮处，隔爆型TOF相机感知模块9安装于车后方两侧。
如图3所示，隔爆控制柜8安装于车厢内，分为三个腔。电源腔内安装有电源模块12。主腔体内安装电源管理模块13、电流传感器14、继电器模组15、电源转换模组16、本安电源模组17、信息交换模块18、隔离模块19、惯性导航模块20和工控机21。其中，电源管理模块13采集电源模块12的温度与电压信号判断电池工作状态，同时连接电流传感器14和继电器模组15。电流传感器14分别采集各支路电流，反馈给电源管理模块13。电源管理模块13根据各支路电流和电池信息综合判断，控制继电器模组15通断。继电器模组15包含多个继电器模块，分别控制各非安和本安电路通断。非安电路使用的电源转换模组16将电源模块输出的电源转换为不同电压，分别为壳体内部的信息交换模块18、惯性导航模块20、工控机21以及控制柜外部的隔爆型红外摄像头模块4、隔爆型红外夜视仪模块5、隔爆型TOF相机感知模块9供电。本安电路使用的本安电源模组17将电源模块输出的电源转换为不同的本安电源电压，分别为控制柜内部的隔离模块19以及控制柜外部的本质安全型传感模块——包括多线激光雷达感知模块3、二维激光雷达感知模块6、毫米波雷达感知模块7、车载声呐感知模块10、速度测量模块11、无线传感器网络节点模块2供电。接线腔安装接线端子22，控制柜内部电气电路的本安电源、非安电源、本安信号、非安信号分别与外部电气电路的对应传感器接口连接。上述本质安全型感知模块的信号线通过接线端子22连接到隔离模块19，隔离模块19内部包含多个信号隔离安全栅，进行信号隔离后连接到信息交换模块18。惯性导航模块20信号线连接到信息交换模块18，隔爆型感知模块信号线经过接线端子22连接到信息交换模块18。工控机21的信号线连接到信息交换模块18。
无轨式无轨胶轮车的形式包括但不限于井下人员运输车和设备铲运车；车辆本身可以为无方向盘的完全自主驾驶形式，或保留方向盘可进行人工接管的形式。
各传感器感知模块的数量和安装位置可以根据无轨胶轮车的实际结构进行调整，包括安装位置和使用数量。各传感器感知模块可以根据选用传感器的功能特点，采用不同的防爆形式，例如本安、隔爆、浇封等。
本实用新型还包括基于上述无轨胶轮车智能车载系统的井下车辆定位系统，包括无轨胶轮车智能车载系统上的无线传感器网络节点模块、设置在煤矿巷道两侧不同位置的无线传感器网络锚节点和设置在煤矿调度室的调度系统服务器，各无线传感器网络锚节点的绝对位置已知；无轨胶轮车在行驶过程中，无线传感器网络节点模块检测巷道中无线传感器网络锚节点发出的信号强度，自动组网通信，并基于无线传感器网络进行车辆定位，无线传感器网络锚节点将无轨胶轮车获取的感知数据和定位信息通过有线网络传输至调度系统服务器。
为了提高井下车辆的定位精度，所述井下车辆定位系统还包括设置在煤矿巷道两侧不同位置的井下监视摄像机，这些摄像机拍摄井下车辆的图像信息并通过有线网络传输至调度系统服务器，调度系统服务器综合感知数据、无线传感器网络定位信息和摄像机的图像信息，得到精确的井下车辆定位结果。
调度系统服务器可以根据车辆定位结果对井下车辆进行统一调度，通过无线传感器网络向各车辆下发相应的调度指令，车载控制器23根据调度指令通过车辆控制总线将控制信号发送给车辆的线控油门、刹车、转向控制器。
实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
Claims (5)
1.一种无轨胶轮车智能车载系统，其特征在于：在无轨胶轮车上设置隔爆控制柜，该隔爆控制柜包括3个腔体：主腔体、电源腔和接线腔；所述主腔体内设有电源管理模块、电流传感器、继电器模组、电源转换模组、本安电源模组、信息交换模块、隔离模块、惯性导航模块和工控机；所述电源腔内设有电源模块；在隔爆控制柜的外部设有本质安全型感知模块和隔爆型感知模块；所述本质安全型感知模块包括无线传感器网络节点模块、多线激光雷达感知模块、二维激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块、车载声呐感知模块和速度测量模块；所述隔爆型感知模块包括隔爆型红外摄像头模块、隔爆型红外夜视仪模块和隔爆型TOF相机感知模块；所述电源管理模块采集电源模块的温度和电压信号判断电源工作状态，电流传感器采集各支路电流并反馈给电源管理模块，电源管理模块根据电源和支路电流信息控制控制器模组，控制器模组包括多个继电器模块，分别控制各非安电路和本安电路的通断；非安电路通过电源转换模组将电源模块的输出转换为不同电压，分别为隔爆控制柜内部的信息交换模块、惯性导航模块、工控机以及隔爆控制柜外部的隔爆型感知模块供电；本安电路通过本安电源模组将电源模块的输出转换为不同的本安电压，分别为隔爆控制柜内部的隔离模块和隔爆控制柜外部的本质安全型感知模块供电；所述接线腔内安装接线端子，通过接线端子实现隔爆控制柜内部电路与外部电路的连接，本质安全型感知模块通过接线端子与隔离模块的输入端相连，隔离模块和惯性导航模块的输出端与信息交换模块的输入端相连，隔爆型感知模块通过接线端子与信息交换模块的输入端相连，信息交换模块的输出端与工控机相连。
2.根据权利要求1所述无轨胶轮车智能车载系统，其特征在于：多线激光雷达感知模块安装于无轨胶轮车的车体上部；二维激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块安装于无轨胶轮车的车体前部下方；车载声呐感知模块安装于车身侧方和后方；隔爆型红外摄像头模块、隔爆型红外夜视仪模块、无线传感器网络节点模块安装于车体上方；速度测量模块安装于四个车轮处；隔爆型TOF相机感知模块安装于车后方两侧。
3.根据权利要求1所述无轨胶轮车智能车载系统，其特征在于：无轨胶轮车的形式包括但不限于井下人员运输车和设备铲运车；无轨胶轮车为无方向盘的完全自主驾驶形式，或保留方向盘能够进行人工接管的形式。
4.基于权利要求1所述无轨胶轮车智能车载系统的井下车辆定位系统，其特征在于：包括无轨胶轮车智能车载系统上的无线传感器网络节点模块、设置在煤矿巷道两侧不同位置的无线传感器网络锚节点和设置在煤矿调度室的调度系统服务器，各无线传感器网络锚节点的绝对位置已知；无轨胶轮车在行驶过程中，无线传感器网络节点模块检测巷道中无线传感器网络锚节点发出的信号强度，自动组网通信，并基于无线传感器网络进行车辆定位，无线传感器网络锚节点将无轨胶轮车获取的感知数据和定位信息通过有线网络传输至调度系统服务器。
5.根据权利要求4所述井下车辆定位系统，其特征在于：还包括设置在煤矿巷道两侧不同位置的井下监视摄像机，它拍摄井下车辆的图像信息并通过有线网络传输至调度系统服务器。
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Cited By (3)
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| CN111315010A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-06-19 | 北京无线电计量测试研究所 | 管廊人员定位系统 |
| CN111376851A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-07 | 浙江吉利控股集团有限公司 | 汽车定位系统、方法及汽车 |
| CN113002396A (zh) * | 2020-04-14 | 2021-06-22 | 青岛慧拓智能机器有限公司 | 一种用于自动驾驶矿用车辆的环境感知系统及矿用车辆 |
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