CN212388632U - 一种纯电驱动无人驾驶推煤机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纯电驱动无人驾驶推煤机，电驱动无人驾驶推煤机用于对煤场内煤炭进行堆取作业，煤场内安装有UWB定位模块、UWB定位基站、中控室控制系统，纯电驱动无人驾驶推煤机包括无人驾驶推煤机主体、角度传感器、UWB定位标签、激光模组检测装置、监控摄像头、超声波雷达，无人驾驶推煤机主体设有电机驱动系统，本实用新型提升传动系统效率，降低运行中产生的噪音，而变频功能调节电机转速方便，省去了体积庞大的变速器，能够实现对推煤机速度与功率的精密控制，为推煤机的无人驾驶提供了技术基础，本实用新型能有效提高无人驾驶的安全性与可靠性。

Description

一种纯电驱动无人驾驶推煤机

技术领域

本实用新型涉及一种推煤机，尤其涉及一种纯电驱动无人驾驶推煤机。

背景技术

企业煤场一般都用推煤机作为辅助机械进行煤炭堆取作业，推煤机基本上是采用柴油发动机，企业柴油作为危险品管理，增加了企业的管理难度，而且柴油发动机的维修保养非常麻烦。此外由于发动机受运行时间的影响必须要进行大修或者更换发动机，同时燃烧柴油作为动力不环保，将驱动由柴油发动机改为电动机，不但可以方便推煤机的使用及维护保养，也可以让推煤机运行更加环保，将是未来推煤机的发展方向。

作业方面，推煤机均需取得特殊作业证的司机轮班进行操作。随着封闭煤场实施，推煤机的作业环境将发生非常大的改变，粉尘含量高、温度高等使得推煤机司机很难在封闭的煤场环境中进行作业，因而煤场的堆取煤工作必须采用无人模式进行操作。推煤机作业为特种作业，一般一个煤场需配置多台推煤机及多位操作人员，出于成本和人员管理等因素考虑，一般企业也很少配备此类的特种作业人员，也需要采用机器换人方式，实施无人推煤机以降低企业成本。

无人驾驶现存的主要问题之一为机体在煤场中的定位，传统的GPS定位更适用于户外场景，当运用于室内型煤场时，信号易被建筑等障碍屏蔽，且处于运动状态下GPS往往很难定位，而现有的室内定位的方法如Wi-Fi定位、蓝牙定位、射频定位亦存在精度低，定位距离短等问题，需要在煤场中应用一种新的方法来克服当前问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有产品中的不足，提供一种纯电驱动无人驾驶推煤机。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种纯电驱动无人驾驶推煤机，所述电驱动无人驾驶推煤机用于对煤场内煤炭进行堆取作业，所述煤场内安装有UWB定位模块、UWB定位基站、中控室控制系统，所述纯电驱动无人驾驶推煤机包括无人驾驶推煤机主体、角度传感器、 UWB定位标签、激光模组检测装置、监控摄像头、超声波雷达，所述无人驾驶推煤机主体设有电机驱动系统，所述角度传感器、UWB定位标签、激光模组检测装置、监控摄像头、超声波雷达都安装在无人驾驶推煤机主体上，所述UWB定位模块、UWB定位基站都与中控室控制系统有线连接，所述激光模组检测装置与中控室控制系统无线连接，所述UWB定位基站、UWB定位模块都与UWB定位标签无线连接。

作为优选，电机驱动系统包括供能电池、第一稀土变频电机、第二稀土变频电机、液压模块、转向制动液压系统、工作装置液压系统、传动系统、行走系统、控制模块、运动控制装置系统，所述第一稀土变频电机、第二稀土变频电机、控制模块都与供能电池连接，所述第一稀土变频电机连接液压模块，所述转向制动液压系统、工作装置液压系统都连接液压模块，所述第二稀土变频电机连接传动系统，所述传动系统连接行走系统，所述控制模块连接运动控制装置系统。

作为优选，所述激光模组检测装置用于对煤场进行360度扫描，快速建出场地中煤堆及推煤机的三维模型及其线、面、体的图件数据。

作为优选，监控摄像头为两个，所述监控摄像头用于拍摄无人驾驶推煤机主体前后两个方向的工况图像。

作为优选，所述超声波雷达为两个，所述超声波雷达安装在无人驾驶推煤机主体的尾部的左右两端，

作为优选，超声波雷达用于检测无人驾驶推煤机主体的尾部的朝向。

作为优选，角度传感器安装在无人驾驶推煤机主体的顶部居中位置。

作为优选，UWB定位标签、激光模组检测装置安装在无人驾驶推煤机主体的顶部。

作为优选，所述传动系统包括减速器、转向制动器、转向离合器，所述第二稀土变频电机通过减速器连接转向制动器，所述转向制动器通过转向离合器连接行走系统。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的行走系统与液压模块都使用变频稀土电机驱动，相较于柴油发动机其能耗更低，绿色环保，且变频稀土电机坚固耐用、重量轻，易维护，低速大扭矩，简化常规驱动系统中间复杂的机械驱动装置，提升传动系统效率，降低运行中产生的噪音，而变频功能调节电机转速方便，省去了体积庞大的变速器，能够实现对推煤机速度与功率的精密控制；

车身定位系统对推煤机的空间位置通过UWB定位模块、UWB定位基站进行定位，该定位方式具有传输速率高、传输能力强、穿透力强、范围覆盖广、发射功率小、抗干扰效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等诸多优点，为推煤机的无人驾驶提供了技术基础，本实用新型能有效提高无人驾驶的安全性与可靠性。

附图说明

图1为无人驾驶推煤机主体的立体结构示意图；

图2为煤场内UWB定位模块、UWB定位基站、中控室控制系统的结构示意图；

图3为电机驱动系统的模块连接图；

图4为传动系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案作进一步说明：

如图1到图3所示，一种纯电驱动无人驾驶推煤机，所述电驱动无人驾驶推煤机用于对煤场内煤炭进行堆取作业，所述煤场内安装有UWB定位模块201、UWB定位基站202、中控室控制系统3，UWB定位基站202共9个，分布安装在煤场2上方的九个位置，中控室控制系统3包含光纤收发器、远程智能柜、上位机等设备，具备接收数据、发送命令与远程监控的功能。所述纯电驱动无人驾驶推煤机包括无人驾驶推煤机主体101、角度传感器102、UWB定位标签103、激光模组检测装置104、监控摄像头105、超声波雷达106，所述无人驾驶推煤机主体101设有电机驱动系统，所述角度传感器102、UWB定位标签103、激光模组检测装置104、监控摄像头105、超声波雷达106都安装在无人驾驶推煤机主体101上，所述UWB定位模块201、UWB定位基站202都与中控室控制系统3 有线连接，所述激光模组检测装置104与中控室控制系统3无线连接，所述UWB 定位基站202、UWB定位模块201都与UWB定位标签103无线连接。

如图3所示，电机驱动系统包括供能电池41、第一稀土变频电机42、第二稀土变频电机43、液压模块44、转向制动液压系统47、工作装置液压系统 48、传动系统45、行走系统49、控制模块46、运动控制装置系统50，所述第一稀土变频电机42、第二稀土变频电机43、控制模块46都与供能电池41连接，所述第一稀土变频电机42连接液压模块44，所述转向制动液压系统47、工作装置液压系统48都连接液压模块44，所述第二稀土变频电机43连接传动系统 45，所述传动系统45连接行走系统49，所述控制模块46连接运动控制装置系统50。

如图1所示，激光模组检测装置104用于对煤场进行360度扫描，快速建出场地中煤堆及推煤机的三维模型及其线、面、体的图件数据，监控摄像头105 为两个，所述监控摄像头105用于拍摄无人驾驶推煤机主体101前后两个方向的工况图像，所述超声波雷达106为两个，所述超声波雷达106安装在无人驾驶推煤机主体101的尾部的左右两端，所述超声波雷达106用于检测无人驾驶推煤机主体101的尾部的朝向，所述角度传感器102安装在无人驾驶推煤机主体101的顶部居中位置，UWB定位标签103、激光模组检测装置104安装在无人驾驶推煤机主体101的顶部。

如图4所示，所述传动系统45包括减速器451、转向制动器452、转向离合器453，所述第二稀土变频电机43通过减速器451连接转向制动器452，所述转向制动器452通过转向离合器453连接行走系统49。

本实用新型的推煤机的整套工作流程步骤如下：

首先，将UWB定位模块201、UWB定位基站202、中控室控制系统3安装在煤场内，在正式开始推煤作业之前，中控室控制系统3发送出发指令给UWB定位基站202定位无人驾驶推煤机，UWB定位基站202定位无人驾驶推煤机主体 101从初始停放位置按预先规划好的路径前往待机位置。

启动时，供电电池向第一稀土变频电机42、第二稀土变频电机43供电，第二稀土变频电机43启动，如图3、图4所示，第二稀土变频电机43转动，通过减速器451放大驱动力矩，最终传递到行走系统454，UWB定位基站202定位无人驾驶推煤机主体101行进。工程中需要调节转向及推耙状态时，供电电池向第一稀土变频电机42供电，第一稀土变频电机421带动整个液压系统作业，转向制动液压系统实现转向功能，工作装置液压系统实现推耙的缩放升降调整。过程中通过控制供能电池41频率，就能改变异步电动机的转速，从而调节UWB 定位基站202定位无人驾驶推煤机1的行进速度、转弯速度、推耙档位等参数。

UWB定位基站202定位无人驾驶推煤机主体101到达待机位置后，激光模组检测装置104以UWB定位基站202定位无人驾驶推煤机主体101为轴心，对煤场场地进行360度扫描，快速复建出场地中煤堆及推煤机的三维模型及其线、面、体等各种图件数据，并将数据通过无线网络传输至中控室控制系统3，建立空间定位所需的数据库，且根据激光模组检测装置104实时测量结果，实时更新数据库。

进一步的，对于智能改造煤场，安装有UWB定位基站202共计九个，对于 UWB定位基站202定位无人驾驶推煤机主体101，安装有UWB定位标签103一个，推煤作业时，设备协同完成对UWB定位基站202定位无人驾驶推煤机的空间定位，其流程如下：

第一步：安装在车身上的UWB定位标签103以UWB脉冲重复不间断发送数据帧；

第二步：UWB定位标签103发送的UWB脉冲串被安装在煤场中的UWB定位基站202接收；

第三步：每个UWB定位基站202利用高敏度的短脉冲侦测器测量每个UWB 定位标签103的数据帧到达接收器天线的时间；

第四步：UWB定位模块201参考UWB定位标签103发送过来的校准数据，确定UWB定位标签103达到不同UWB定位基站202之间的时间差，并利用四点或大于四点定位技术及TDOATime difference of Arrival算法来计算UWB定位标签103位置；

第五步：角度传感器102检测无人驾驶推煤机主体101倾斜状态信息，对无人驾驶推煤机主体101的实时方向角度进行测量，弥补定位精度。

第六步：无人驾驶推煤机主体101的定位数据通过无线网络传输到中控室控制系统3，结合激光模组检测装置104测量数据建立的模型数据库，通过数据统计、分析和运算，得到推煤作业的最佳路径。

第七步：中控室控制系统3发送最佳路径的作业指令，UWB定位基站202 定位无人驾驶推煤机主体101按规划好的最佳路径流程进行作业。

第八步：超声波雷达106在推煤作业中全程打开，当检测到UWB定位基站 202定位无人驾驶推煤机主体101后方出现障碍时，紧急停止UWB定位基站202 定位无人驾驶推煤机主体101的运行，避免发生意外碰撞，保障作业安全及财产安全。

九步：完成推煤作业后，中控室控制系统3发送返回指令，UWB定位基站 202定位无人驾驶推煤机主体101由工作区域返回初始停放位置并停机，等待下一次作业指令再开启。

本实用新型的行走系统与液压模块都使用变频稀土电机驱动，相较于柴油发动机其能耗更低，绿色环保，且变频稀土电机坚固耐用、重量轻，易维护，低速大扭矩，简化常规驱动系统中间复杂的机械驱动装置，提升传动系统效率，降低运行中产生的噪音，而变频功能调节电机转速方便，省去了体积庞大的变速器，能够实现对推煤机速度与功率的精密控制；

车身定位系统对推煤机的空间位置通过UWB定位模块、UWB定位基站进行定位，该定位方式具有传输速率高、传输能力强、穿透力强、范围覆盖广、发射功率小、抗干扰效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等诸多优点，为推煤机的无人驾驶提供了技术基础，本实用新型能有效提高无人驾驶的安全性与可靠性。

需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一种具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形，总之，本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种纯电驱动无人驾驶推煤机，所述电驱动无人驾驶推煤机用于对煤场内煤炭进行堆取作业，其特征在于，所述煤场内安装有UWB定位模块(201)、UWB定位基站(202)、中控室控制系统(3)，所述纯电驱动无人驾驶推煤机包括无人驾驶推煤机主体(101)、角度传感器(102)、UWB定位标签(103)、激光模组检测装置(104)、监控摄像头(105)、超声波雷达(106)，所述无人驾驶推煤机主体(101)设有电机驱动系统，所述角度传感器(102)、UWB定位标签(103)、激光模组检测装置(104)、监控摄像头(105)、超声波雷达(106)都安装在无人驾驶推煤机主体(101)上，所述UWB定位模块(201)、UWB定位基站(202)都与中控室控制系统(3)有线连接，所述激光模组检测装置(104)与中控室控制系统(3)无线连接，所述UWB定位基站(202)、UWB定位模块(201)都与UWB定位标签(103)无线连接。

2.根据权利要求1所述一种纯电驱动无人驾驶推煤机，其特征在于，所述电机驱动系统包括供能电池(41)、第一稀土变频电机(42)、第二稀土变频电机(43)、液压模块(44)、转向制动液压系统(47)、工作装置液压系统(48)、传动系统(45)、行走系统(49)、控制模块(46)、运动控制装置系统(50)，所述第一稀土变频电机(42)、第二稀土变频电机(43)、控制模块(46)都与供能电池(41)连接，所述第一稀土变频电机(42)连接液压模块(44)，所述转向制动液压系统(47)、工作装置液压系统(48)都连接液压模块(44)，所述第二稀土变频电机(43)连接传动系统(45)，所述传动系统(45)连接行走系统(49)，所述控制模块(46)连接运动控制装置系统(50)。

3.根据权利要求1所述一种纯电驱动无人驾驶推煤机，其特征在于，所述激光模组检测装置(104)用于对煤场进行360度扫描，快速建出场地中煤堆及推煤机的三维模型及其线、面、体的图件数据。

4.根据权利要求1所述一种纯电驱动无人驾驶推煤机，其特征在于，所述监控摄像头(105)为两个，所述监控摄像头(105)用于拍摄无人驾驶推煤机主体(101)前后两个方向的工况图像。

5.根据权利要求1所述一种纯电驱动无人驾驶推煤机，其特征在于，所述超声波雷达(106)为两个，所述超声波雷达(106)安装在无人驾驶推煤机主体(101)的尾部的左右两端。

6.根据权利要求1所述一种纯电驱动无人驾驶推煤机，其特征在于，所述超声波雷达(106)用于检测无人驾驶推煤机主体(101)的尾部的朝向。

7.根据权利要求1所述一种纯电驱动无人驾驶推煤机，其特征在于，所述角度传感器(102)安装在无人驾驶推煤机主体(101)的顶部居中位置。

8.根据权利要求1所述一种纯电驱动无人驾驶推煤机，其特征在于，所述UWB定位标签(103)、激光模组检测装置(104)安装在无人驾驶推煤机主体(101)的顶部。

9.根据权利要求2所述一种纯电驱动无人驾驶推煤机，其特征在于，所述传动系统(45)包括减速器(451)、转向制动器(452)、转向离合器(453)，所述第二稀土变频电机(43)通过减速器(451)连接转向制动器(452)，所述转向制动器(452)通过转向离合器(453)连接行走系统(49)。

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