PL199252B1

PL199252B1 - Układ sterowania dla automatyzacji układu ciągłego transportu i sposób automatyzacji układu ciągłego transportu

Info

Publication number: PL199252B1
Application number: PL365615A
Authority: PL
Inventors: Robert H. Sturges; Michael Twigger; Amnart Kanarat
Original assignee: Dbt America Inc; Virginia Tech Intell Prop
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2008-08-29
Also published as: CN100541369C; CN1991305A; ZA200302814B; WO2002030792A3; US20040054434A1; CN1991653A; PL365615A1; AU1306602A; UA77662C2; CA2425443C; CN1991305B; CA2425443A1; WO2002030792A2; AU2002213066B2; MXPA03003165A; BR0114562A; US7076346B2; CN1474764A; CN100400360C

Abstract

Wynalazek dotyczy zautomatyzowanego urz adzenia i sposobu ci ag lego transportowania, prze- znaczonych do stosowania w podziemnych srodowiskach górniczych. Ka zdy ruchomy pomostowy srodek transportu (10) zawiera srodki do pomiaru odleg lo sci (70) i po lo zenia k atowego (74) dla okre- slania po lo zenia srodka transportu (10) i po lo zenia k atowego doczepianych przeno sników (30). Srodki do okre slania wysoko sci stropu (76) s a wykorzystywane do regulacji wysoko sci przeno sników (30). W ka zdym srodku transportu (10) sygna ly z ró znych czujników pomiarowych s a odbierane przez elek- troniczny sterownik (80), który oblicza po lozenie i kierunek ustawienia srodka transportu (10) i przeno- sników (30). Sterownik wytycza optymaln a drog e ruchu srodka transportu (10) i oblicza pr edko sc ru- chu ka zdego dzia laj acego niezale znie zespo lu torowego pomostowego srodka transportu tak, aby srodek transportu (10) i przeno snik (30) jecha ly mo zliwe zgodnie z wytyczn a drog a ruchu. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ sterowania dla automatyzacji układu ciągłego transportu i sposób automatyzacji ukł adu cią g ł ego transportu.

Przedstawiony wynalazek dotyczy ogólnie automatycznie sterowanych pojazdów, a szczególnie urządzenia i sposobu służącego do zautomatyzowania działania jednego albo więcej podziemnych pojazdów górniczych, stosowanych w górnictwie przy urobku przebiegającym w ruchu ciągłym.

Przy urabianiu podziemnym, takim jak np. występującym w górnictwie węglowym, niezbędne jest ze względów związanych z wydajnością, ciągłe działanie urządzeń urabiających węgiel na przodku. Dlatego, muszą być dostępne środki do szybkiego i ciągłego transportowania sypkiego materiału uzyskanego ze ściany górniczej, do obszaru oddalonego od tej ściany. Jeden z takich układów do ciągłego transportu, który jest stosowany obecnie w kopalniach węgla, zawiera szereg przegubowo połączonych ze sobą mechanizmów przenośnikowych. Elementy tego układu stosowane są podczas eksploatacji, przebiegającej z użyciem maszyny nazwanej continuous miner. Maszyna ta rozbija duże kawałki węgla po to, aby ułatwić ich transport do oddalonych obszarów. Niektóre elementy, które wchodzą w skład takich układów, mogą być samobieżnymi gąsienicowymi ruchomymi urządzeniami przenośnikowymi, podczas gdy inne, mogą być przenośnikami, które stosowane są do sprzęgania albo łączenia ruchomych urządzeń. Stosowane w układzie ciągłego transportu urządzenia ruchome, są niekiedy nazywane ruchomymi pomostowymi środkami transportu (MCB), i są głównie łańcuchowymi urządzeniami przenośnikowymi na podwoziu gąsienicowym, z których każdy jest obsługiwany i kierowany przez pracownika kopalni.

W ukł adzie cią g ł ego transportu, który moż e zawierać np. kilka ruchomych pomostowych ś rodków transportu, pierwszy z nich jest umiejscowiony tak, aby był blisko miejsca wyładowywania maszyny continuous miner. Ruchomy pomostowy środek transportu porusza się współbieżnie z maszyną continuous miner, i odbiera urobiony materiał z kosza samowyładowczego. Alternatywnie, podajnikkruszarka może być umieszczony pomiędzy maszyną continuous miner, a ruchomym pomostowym środkiem transportu, aby rozdrabniać większe kawałki urobionego materiału. Wyładowczy koniec ruchomego pomostowego środka transportu jest przegubowo połączony z następnym elementem układu transportu, ogólnie biorąc z doczepionym przenośnikiem pomostowym, albo naczepą. Szereg przegubowo połączonych ruchomych pomostowych środków transportu i pomostowych przenośników, stanowi środki służące do uzyskania ciągłego układu transportu wokół narożników i umożliwiają ich ruch, który zsynchronizowany jest z ruchem maszyny continuous miner. Konwencjonalny ruchomy pomostowy środek transportu MBC ma przedni i tylny element służący do przedłużania przenośnika, który może być podnoszony albo opuszczany pod kontrolą operatora. Te stopnie swobody są zasadnicze dla zachowywania prześwitów odpowiednich końców doczepianego przenośnika, od stropu i podł ogi kopalni, ze wzglę du na zmieniają ce się spadki i wzniesienia. Dodawanie par pojazdów gą sienicowych i przenośników pomostowych, może wydłużyć całkowitą długość układu, wymaganą dla określonego urobku. Ostatni przenośnik pomostowy jest sprzęgnięty albo ustawiony w jednej linii z przenoś nikiem taś mowym, zamocowanym podczas uż ytkowania do podł o ż a. Dlatego, cią g ł y ukł ad transportu dostarcza szybkie i wydajne środki do transportowania urobionego materiału z przodka.

Wiele połączonych środków transportu MBC i doczepionych przenośników pomostowych może rozciągać się zygzakami na odległość np. kilkuset stóp. Ich elementy muszą być w stanie posuwać się zgodnie z bieżącym urobkiem maszyny continuous miner, podczas wykonywania różnych zakrętów. W części związanej z dopasowaniem działania układu, każdy środek transportu MBC, na jednym albo obu końcach zawiera wózek jednoosiowy podpierający naczepę. Wózek ten może przesuwać się wzdłużnie, dostarczając punkt zamocowania dla odpowiedniego przenośnika pomostowego. Jednoosiowy wózek podpierający naczepę pozwala na posuwanie się do przodu czołowego środka transportu MBC, wraz z towarzyszącym mu tylnym środkiem transportu. Tylny przenośnik pomostowy, także będzie przesuwać do przodu wózek tylnego MBC. Tylny środek transportu MBC może być nieruchomy podczas przesuwania się elementów będących na przedzie. Tylny MBC może później posuwać się naprzód w podobny sposób, ciągnąc następny doczepiony przenośnik pomostowy i wózek podpierający naczepę. W ten sposób, połączone elementy mogą przesuwać się asynchronicznie, chociaż operator MBC, zazwyczaj nie może widzieć MBC, który jest przed nim, albo za nim, a ma tylko widok ograniczający się do przenośników dołączonych do jego MBC. Operator MBC ma wyłącznie widok ograniczony do ściany znajdującej się naprzeciwko kabiny kierowcy, a jego widok ściany znajdującej się w bezpośrednim sąsiedztwie jego kabiny jest ograniczony przez warunki oświetlenioPL 199 252 B1 we i odległość od niej. Ponadto, każdy konwencjonalny MBC wymaga, aby podczas urobku, w kabinie cały czas był obecny operator. Szczególnie w długim zespole złożonym ze środków transportu MCB i doczepianych przenośników, zastosowanie wielu czynności wykonywanych przez człowieka, powoduje zwiększenie kosztów ogólnych i zwiększa możliwości spowodowania obrażeń pracownika.

Dlatego, niezbędny jest układ ciągłego transportu, który ogranicza udział pracy człowieka w sterowaniu układem, i zwiększa zdolność dokładnego określania położenia całego układu transportu.

MBC, albo doczepiany przenośnik pomostowy, może wymagać związanych z terenem regulacji wysokości, dla zapewnienia prześwitu względem stropu chodnika. MBC i przenośniki pomostowe muszą zatrzymywać się i pozostawać nieruchome podczas ręcznej regulacji ich wysokości.

Z opisu patentowego US 5751211 znany jest ukł ad ostrzegania o przeszkodzie dla pojazdu, zawierający środki wykrywające przeszkodę do wykrywania odległości od przeszkody i kąta pod którym jest usytuowana przeszkoda w obszarze wykrywania określonym przez dany kąt i w danej szerokości, oraz środki ostrzegające do wytwarzania sygnału alarmowego, gdy przeszkoda wykryta przez te środki wykrywające przeszkodę spełnia ustalone uprzednio warunki. Układ zawiera także środki wykrywające barierę ochronną, środki wykrywające zakrzywienia drogi, oraz środki korygujące warunki ostrzegania.

Układ sterowania dla automatyzacji układu ciągłego transportu za pomocą sterowania zautomatyzowanym pojazdem dwu-gąsienicowym albo kołowym przez labirynt, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ten pojazd zawiera przednią część dołączoną obrotowo poprzez pierwszy wózek do podłużnej sąsiedniej przedniej konstrukcji i tylną część dołączoną obrotowo do podłużnej sąsiedniej tylnej konstrukcji, przy czym podłużna tylna konstrukcja jest dołączona do drugiego wózka, a każdy wózek zapewnia w danym czasie minimalnie dostępną odległość przesunięcia pomiędzy pojazdem a odpowiadają c ą mu konstrukcją , zaś labirynt stanowi ą ś ciany, które tworzą skrzyż owania, każ de skrzyżowanie ma kąt o w zasadzie takiej samej liczbie stopni, gdzie liczba stopni jest znana, a ponadto zawiera:

- sterownik gą sienic albo kó ł , który ma okres cyklu sterowania;

- pierwszy czujnik umieszczony na lewym boku pojazdu, do uzyskiwania pierwszego zestawu danych odległości;

- drugi czujnik umieszczony na prawym boku pojazdu, do uzyskiwania drugiego zestawu danych odległości, a pierwszy i drugi czujnik służą do wyznaczania szerokości labiryntu pomiędzy ścianami sąsiadującymi z pojazdem;

- ś rodki do wyznaczania, dla każ dego zestawu danych odległ o ś ci, najwię kszej grupy okreś lonej przez kolejne odległości o różnicach mniejszych od ustawionego progu;

- ś rodki do dzielenia, dla każ dego zestawu danych odległ o ś ci, największej grupy na podgrupy, stosując rekursywną metodę liniowego rozkładu, gdzie każda podgrupa określa linię;

- ś rodki do wybierania, dla każdego zestawu danych odległości, podgrupy, którą określa najdłuższa linia, przy czym ściana po każdej stronie pojazdu jest przedstawiona za pomocą odpowiednio wybranej podgrupy;

- ś rodki do wybierania z tabeli zbudowanej na podstawie szerokości i liczby stopni, krzywej wielomianowej, która minimalizuje funkcję kosztów, gdzie wybrana krzywa wielomianowa przedstawia drogę, która daje największą pewność, że pojazd i przednia i tylna konstrukcja nie będą zderzać się ze ścianami labiryntu;

- ś rodki do wyznaczania punktu wzd ł u ż drogi przedstawionej przez krzywą wielomianową o najmniejszej odległości od środka pojazdu, czyli do wyznaczania najbliższego punktu;

- środki do wyznaczania kąta pomiędzy osią podłużną pojazdu, a styczną do najbliższego punktu;

- środki do wyznaczania najkrótszej z odległości jazdy pierwszego wózka i drugiego wózka;

- środki do wyznaczania prę dkoś ci jazdy wymaganej, aby pojazd pokonywał najkrótszą odległość jazdy podczas okresu cyklu sterowania;

- środki do wyznaczania, na podstawie prędkości jazdy, prędkości ką towej względem najbliższego punktu;

- środki do wyznaczania prędkości prawej i lewej gąsienicy albo prędkości kół, na podstawie prędkości jazdy i prędkości kątowej; i

- środki do aktywowania sterownika w celu zwiększania prę dkoś ci pojazdu, zgodnie z lewą i prawą prędkością, przy czym pojazd jest kierowany w kierunku najbliższego punktu wzdłuż drogi wielomianowej.

PL 199 252 B1

Pojazdem jest ruchomy pomostowy środek transportowy, który ma lewą i prawą gąsienicę, zaś jego część przednia ma przesuwny pierwszy wózek, który jest obrotowo dołączony do przedniej konstrukcji, którą jest pierwszy pomostowy przenośnik a tylna konstrukcja jest drugim pomostowym przenośnikiem dołączonym do drugiego ruchomego pomostowego środka transportowego, który ma drugi wózek, przy czym układ zawiera ponadto:

- dwie pł yty sterownika servo PIC dołączone do lewej i prawej gą sienicy;

- czujniki, pierwszy i drugi, które s ą laserowymi skanerami podczerwieni;

- ś rodki do filtrowania danych odległ o ś ci, które przedstawiają są siedni pomostowy przenoś nik uwzględniając pierwszy albo drugi czujnik, przy czym sąsiedni pomostowy przenośnik nie jest interpretowany jako część ścian labiryntu, a środki do filtrowania zawierają potencjometr kątowy dołączony pomiędzy ruchomym pomostowym środkiem transportowym a sąsiednim pomostowym przenośnikiem; i

- środki do wyznaczania najkrótszej z dwu odległoś ci jazdy, które zawierają pierwszy potencjometr liniowy dołączony pomiędzy pierwszym wózkiem a ruchomym pomostowym środkiem transportowym i drugi potencjometr liniowy dołączony pomiędzy tylną konstrukcją a drugim wózkiem.

Sposób automatyzacji układu ciągłego transportu za pomocą sterowania zautomatyzowanym pojazdem dwu-gąsienicowym albo kołowym przez labirynt, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosuje się pojazd zawierający sterownik gąsienic, który ma okres cyklu sterowania, zaś pojazd ma przednią część dołączoną obrotowo poprzez pierwszy wózek do podłużnej sąsiedniej przedniej konstrukcji i tylną część dołączoną obrotowo do podłużnej sąsiedniej tylnej konstrukcji, przy czym podłużna tylna konstrukcja jest dołączona do drugiego wózka, a każdy wózek zapewnia w danym czasie minimalnie dostępną odległość przesunięcia pomiędzy pojazdem a odpowiadającą mu konstrukcją, zaś labirynt stanowią ściany, które tworzą skrzyżowania, i każde skrzyżowanie ma kąt o w zasadzie takiej samej liczbie stopni, gdzie liczba stopni jest znana, i w tym sposobie uzyskuje się pierwszy zestaw danych odległości z czujnika umieszczonego na lewym boku pojazdu;

uzyskuje się drugi zestaw danych odległości z czujnika umieszczonego na prawym boku pojazdu, wyznacza się, dla każdego zestawu danych odległości, największą grupę określoną przez kolejne odległości o różnicach mniejszych od ustawionego progu, dzieli się, dla każdego zestawu danych odległości, największą grupę na podgrupy, stosując rekursywną metodę liniowego rozkładu, gdzie każda podgrupa określa linię; wybiera się, dla każdego zestawu danych odległości, dwie podgrupy, które określają dwie najdłuższe linie, za pomocą których ściana po każdej stronie pojazdu jest przedstawiona za pomocą odpowiednio wybranych podgrup;

określa się globalny układ współrzędnych na podstawie dwu najdłuższych linii, wyznacza się szerokość labiryntu pomiędzy ścianami sąsiadującymi z pojazdem, wybiera się z tabeli zbudowanej na podstawie szerokości i liczby stopni, krzywą wielomianową, która minimalizuje funkcję kosztów, gdzie krzywa wielomianowa przedstawia drogę, która daje największą pewność, że pojazd i przednia i tylna konstrukcja nie będą zderzać się ze ścianami labiryntu, wyznacza się punkt wzdłuż zakrzywionej drogi przedstawionej przez krzywą wielomianową o najmniejszej odległości od środka pojazdu, przez co wyznacza się najbliższy punkt, wyznacza się kąt pomiędzy osią podłużną pojazdu, a styczną do najbliższego punktu, wyznacza się najkrótszą z odległości jazdy pierwszego wózka i drugiego wózka, wyznacza się prędkość jazdy wymaganej, aby pojazd pokonywał najkrótszą odległość jazdy podczas okresu cyklu sterowania, wyznacza się, na podstawie prędkości jazdy, prędkość kątową względem najbliższego punktu, wyznacza się prędkość prawej i lewej gąsienicy albo koła, na podstawie prędkość jazdy i prędkości kątowej; i zwiększa się prędkość pojazdu za pomocą sterownika, zgodnie z lewą i prawą prędkością, przy czym pojazd kieruje się w kierunku najbliższego punktu wzdłuż zakrzywionej drogi wielomianowej.

Sposób automatyzacji układu ciągłego transportu za pomocą wyznaczania pozycji i ustawienia kierunku zautomatyzowanego pojazdu w odniesieniu do ściany sąsiadującej z pojazdem, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pojazd jest połączony obrotowo z sąsiednią konstrukcją usytuowaną w obszarze i w tym sposobie uzyskuje się dane odległości z czujnika umieszczonego na pojeździe, odfiltrowywuje się potencjalnie błędne dane, przy czym w ramach tego odfiltrowywania, wyznacza się pozycję sąsiedniej konstrukcji i odrzuca się dane, które odpowiadają obszarowi, w którym znajduje się sąsiednia konstrukcja,

PL 199 252 B1 wyznacza się największą grupę danych odległości określoną przez kolejne odległości o różnicach mniejszych od ustawionego progu, dzieli się tę największą grupę danych odległości na podgrupy, stosując rekursywną metodę liniowego rozkładu, gdzie każda podgrupa określa linię, i wybiera się podgrupę, która określa najdłuższą linię, przy czym ściana jest przedstawiona za pomocą wybranej podgrupy.

Pozycję innego pojazdu uzyskuje się za pomocą wyznaczania kąta sąsiedniej konstrukcji w odniesieniu do tego pojazdu.

Przed operacją dzielenia, odfiltrowywuje się potencjalnie błędne dane, przy czym pomija się dane, które wyrażają zmierzoną odległość większą od określonej wartości granicznej.

W operacji uzyskiwania danych odległości mierzy się odległość od punktu znajdującego się na pojeździe do jakiegokolwiek przedmiotu umieszczonego w sąsiedztwie pojazdu w płaszczyźnie poziomej, a w operacji pomiaru mierzy się wiele odległości w łuku rozciągającym się od tego punktu i leżących w płaszczyźnie poziomej, przy czym dane odleg łości zawierają wiele kolejno zmierzonych odległości pomiędzy punktem znajdującym się na pojeździe a jakimkolwiek przedmiotem umieszczonym w płaszczyźnie poziomej.

W operacji wyznaczania wyznacza się róż nicę zmierzonej odległ oś ci pomiędzy są siednimi pomiarami, określa się, czy ta różnica jest większa od ustalonej wartości progowej i dzieli się dane odległości na dwa sąsiednie pomiary, jeśli różnica pomiędzy dwoma sąsiednimi pomiarami jest większa niż ustawiona wartość progowa.

W operacji wybierania wybiera się dwie podgrupy, które określają dwie najdłuższe linie, przy czym ściana jest przedstawiona za pomocą wybranych dwu podgrup.

Po operacji wybierania, określa się globalny układ współrzędnych na podstawie dwu najdłuższych linii.

Jako zautomatyzowany pojazd stosuje się pojazd górniczy umieszczony w kopalni, i w ramach sposobu wyznacza się pozycję i kierunek ustawienia zautomatyzowanego pojazdu górniczego w odniesieniu do ściany sąsiadującej z obydwoma bokami pojazdu, przy czym uzyskuje się pierwszy zestaw danych odległości z czujnika umieszczonego na pierwszym boku pojazdu, uzyskuje się drugi zestaw danych odległości z czujnika umieszczonego na drugim boku pojazdu, wyznacza się, dla każdego zestawu danych odległości, największą grupę określoną przez kolejne odległości o różnicach mniejszych od ustawionego progu, dzieli się, dla każdego zestawu danych odległości, największą grupę na podgrupy, stosując rekursywną metodę liniowego rozkładu, gdzie każda podgrupa określa linię; i wybiera się, dla każdego zestawu danych odległości, podgrupę, która określa najdłuższą linię, przy czym środowisko kopalni przedstawia się za pomocą wybranej podgrupy z pierwszych i drugich danych odległości.

Sposób automatyzacji układu ciągłego transportu za pomocą projektowania drogi dla zautomatyzowanego pojazdu przez labirynt, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosuje się pojazd mający przednią część dołączoną obrotowo do podłużnej sąsiedniej przedniej konstrukcji i tylną część dołączoną obrotowo do podłużnej sąsiedniej tylnej konstrukcji, przy czym labirynt stanowią ściany, które tworzą skrzyżowania, każde skrzyżowanie ma kąt o w zasadzie takiej samej liczbie stopni, gdzie liczba stopni jest znana, a także pozycja i ustalony kierunek pojazdu w odniesieniu do labiryntu jest znany, i w tym sposobie wyznacza się szerokość labiryntu pomiędzy ścianami sąsiadującymi z pojazdem; i wybiera się z tabeli zbudowanej na podstawie szerokości i liczby stopni, krzywą wielomianową, która minimalizuje funkcję kosztów, przy czym wybrana krzywa wielomianowa przedstawia drogę, która daje największą pewność, że pojazd i przednia i tylna konstrukcja nie będą zderzać się ze ścianami labiryntu.

Tabelę generuje się w trybie offline, a ponadto w tym sposobie:

a) generuje się krzywą wielomianową dla labiryntu o pierwszej szerokości i pierwszym kącie, na podstawie parametrów przedstawiających dopuszczalną pozycję i ustawienie kierunku pojazdu i tylnych i przednich konstrukcji i zestawu przypadkowych współczynników;

b) powtarza się powyższy etap a) generowania krzywej wielomianowej wiele razy, za każdym razem z innym zestawem przypadkowych współczynników;

c) wyznacza się współczynniki krzywej wielomianowej o funkcji minimalnych kosztów,

PL 199 252 B1

d) zapamiętuje się współczynniki krzywej przedstawiające funkcję minimalnych kosztów i odpowiednio pierwszą szerokość i pierwszy kąt, w tabeli; i

e) powtarza się powyższe etapy a) do d) dla uzyskania następnych wartości szerokości i kąta, aby utworzyć tabelę zawierającą współczynniki przedstawiające funkcję zminimalizowanych kosztów dla danej szerokości i kąta.

Tworzy się co najmniej jeden kąt pomiędzy pojazdem a sąsiednią konstrukcją, przy czym przy śledzeniu krzywej są tolerancje błędów, i ponadto waży się funkcję kosztów jako funkcję zminimalizowaną, jeśli zminimalizowane są kąty pomiędzy pojazdem a sąsiednią konstrukcją;

waży się funkcję kosztów jako funkcję zminimalizowaną, jeśli prześwity pomiędzy konstrukcjami i labiryntem podczas pokonywania zakrętu są zmaksymilizowane; i waży się funkcję kosztów jako funkcję zminimalizowaną, jeśli tolerancje błędów pojazdu przy śledzeniu krzywej są zmaksymilizowane.

Sposób automatyzacji układu ciągłego transportu za pomocą śledzenia drogi dla pojazdu dwugąsienicowego albo dwukołowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosuje się pojazd zawierający sterownik gąsienic albo kół, który ma okres cyklu sterowania, przy czym pojazd jest dołączony do co najmniej jednej konstrukcji poprzez wózek, zaś wózek zapewnia w danym czasie minimalnie dostępną odległość przesunięcia pomiędzy pojazdem a konstrukcją, a ponadto pozycja i ustawienie kierunku pojazdu w globalnym układzie współrzędnych są znane oraz znane są współczynniki drogi wielomianowej wykreślonej w globalnym układzie współrzędnych, i w tym sposobie:

wyznacza się punkt wzdłuż drogi przedstawionej przez krzywą wielomianową o najmniejszej odległości od środka pojazdu, przez co wyznacza się najbliższy punkt, wyznacza się kąt pomiędzy osią podłużną pojazdu, a styczną do najbliższego punktu, wyznacza się odległość jazdy pomiędzy pojazdem a konstrukcją, wyznacza się prędkość jazdy wymaganą, aby pojazd pokonywał odległość jazdy podczas okresu cyklu sterowania, wyznacza się, na podstawie prędkości jazdy, prędkość kątową pojazdu względem najbliższego punktu, wyznacza się prędkość prawej i lewej gąsienicy albo prędkość kół, na podstawie prędkości jazdy i prędkości kątowej; i zwiększa się prędkość pojazdu poprzez aktywowanie sterownika, zgodnie z lewą i prawą prędkością, przy czym pojazd kieruje się w kierunku najbliższego punktu wzdłuż drogi wielomianowej.

Wynalazek pozwala na wykrywanie położenia ruchomego pomostowego środka transportu, oraz umożliwia automatyczne podnoszenie i opuszczanie przenośnika, w zależności od warunków wyznaczanych przez strop i podłogę chodnika. Wynalazek umożliwia określanie kąta pomiędzy doczepianym przenośnikiem, a co najmniej jednym ruchomym pomostowym środkiem transportu, oraz określanie ruchu zarówno pojedynczego, jak i wielu ruchomych pomostowych środków transportu i przenoś ników doczepnych, stanowią cych część cią g ł ego ukł adu transportu. Wynalazek pozwala na zautomatyzowanie całego układu ciągłego transportu.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na załączonym rysunku (gdzie podobne liczby oznaczają identyczne elementy), na którym fig. 1 jest bocznym rzutem pionowym konwencjonalnego ruchomego pomostowego środka transportu i przenośnika doczepianego, zmodyfikowanego i używanego zgodnie z ujawnionym urządzeniem i sposobem, fig. 2 jest widokiem z góry podziemnego wyrobiska, przedstawiającym ogólnie położenie i konfigurację układu ciągłego transportu, zautomatyzowanego zgodnie z przedstawionym wynalazkiem, fig. 3 jest widokiem z góry, który schematycznie przedstawia rozmieszczenie czujników zgodnie z przedstawionym wynalazkiem, fig. 4 jest schematem blokowym przedstawiającym sygnały wejściowe i wyjściowe przesyłane do/z sterownika elektronicznego, fig. 5 jest schematem technologicznym podstawowego procesu sterowania według przedstawionego wynalazku, fig. 6 jest wykresem przedstawiającym wyniki typowego rekursywnego rozkładu danych odległości, fig. 7 jest schematem technologicznym przedstawiającym liniowy algorytm wyszukiwania według przedstawionego wynalazku, fig. 8 przedstawia graficzne porównanie układu współrzędnych skanera pomiarowego, z globalnym układem współrzędnych pomiarowych, fig. 9 jest widokiem z góry typowego projektu drogi według przedstawionego wynalazku, wraz ze związanymi z nią pomiarami, fig. 10 jest schematem technologicznym przedstawiającym algorytm Hooke'a i Jeeves'a.

PL 199 252 B1

Elementy mechaniczne

W korzystnym przykł adzie wykonania, co najmniej jedna para skł adają ca się z ruchomego pomostowego środka transportu (MBC) i doczepionych jednostek przenośnikowych (naczep), stanowiących ciągły układ transportu, jest zautomatyzowana w taki sposób, że nawigacja przeprowadzana w podziemnej części kopalni może przebiegać bez, albo przy niewielkim współudziale operatora. W jednym z przykładów wykonania, automatyzacja procesu osiągana jest poprzez zastosowanie szeregu czujników zamontowanych na każdym MBC oraz sterownika elektronicznego, który odbiera dane z odpowiednich czujników, przetwarza dane za pomocą jednego albo wię cej algorytmów, a nastę pnie przesyła rozkazy do mechanizmów związanych z ruchem i ustalaniem wysokości MBC. Chociaż w korzystnym przykł adzie wykonania, każ dy MBC moż e działa ć (nawigować ) niezależ nie od innego MBC w zespole związanym z maszyną continous miner, bierze się pod uwagę to, że każdy sterownik MBC może wymieniać dane i współpracować ze sterownikami innych ruchomych środków MBC.

Przykładowy ruchomy pomostowy środek transportu 10 i parę pojedynczych doczepianych pomostowych przenośników 30 pokazuje fig. 1. MBC 10 porusza się za pomocą zespołu składającego się z pary gąsienic 12. Ze względu na to, że lewy i prawy zespół gąsienic 12 działają niezależnie, zakręcanie wykonywane jest za pomocą różnicowania prędkości pomiędzy odpowiednimi zespołami gąsienic. Każdy MBC zawiera tylne jarzmo żeńskie 14 i przednie jarzmo męskie 18. Jarzmo żeńskie 14 jest z kolei określone przez otwór 16, służący do połączenia sworznia połączeniowego 38 jarzma męskiego 36 tylnego doczepianego przenośnika. Odpowiednio, jarzmo typu męskiego 18 zawiera sworzeń połączeniowy 20, służący do połączenia otworu 34 żeńskiego jarzma 32, przedniego doczepianego przenośnika 30. W jednym z przykładów wykonania wynalazku, występuje jarzmo męskie 18 i część przesuwnego jednoosiowego ruchomego wózka 22, zamocowanego do prowadnicy 28. Jarzmo typu męskiego 18 może być podnoszone i opuszczane w stosunku do wózka 22, za pomocą znanych konwencjonalnych środków, np. środków hydraulicznych 24, które umożliwiają podnoszenie i opuszczanie odpowiedniego doczepianego przenoś nika 30. W podobny sposób, jarzmo typu ż e ń skiego 14 może być także podnoszone i opuszczane, umożliwiając podnoszenie i opuszczanie odpowiedniego tylnego doczepianego przenośnika 30, (który nie jest pokazany), jeśli jest to wymagane i odpowiednio osprzętowane. Należ y wziąć pod uwagę to, że położenie jarzma typu męskiego 18 i odpowiadające mu jarzmo typu żeńskiego 32, może być przeciwne, niż pokazane na fig. 1. Na przykład, jarzmo typu żeńskiego 32, może występować w MCB 10, którego jarzmo typu męskiego 18 może występować w doczepionym przenośniku 30.

Ogólny widok ciągłego urabiania i transportu w podziemnej części kopalni przedstawiony jest na fig. 2. Maszyna nazwana continuous miner 40 urabia caliznę węglową albo inne materiały, które mogą tu występować 42, przedstawione na fig. 2 jako zakreskowane pola kopalni. Uprzednio urobione części kopalni 44, są przedstawione na fig. 2 jako pola niezakreskowane. Maszyna nazwana continuous miner 40 przekazuje urobiony materiał do pierwszego MBC 10A. Następnie, za pomocą pierwszego doczepianego przenośnika 30A dołączonego pomiędzy MCB 10A i MCB 10B, materiał ten jest doprowadzany do następnego MCB 10B. W zależności od pokonywanej odległości, aby wydłużyć zestaw ciągłego transportu urobku, mogą być zastosowane dodatkowe ruchome pomostowe środki transportu MBC i doczepiane przenośniki, np. 10C, 10D, 10E i 30B, 30C, 30E. Do krańcowego doczepionego przenośnika 30E dołączona jest na stałe przedłużalna taśma przenośnika 50, która odprowadza urobiony materiał do odpowiedniego pojazdu poruszającego się ruchem wahadłowym, układu przenośnikowego, albo innych środków znajdujących się poza kopalnią.

Gdy maszyna continuous miner podczas urabiania przesuwa się do przodu, ruchome pomostowe środki transportu MCB 10A-E i doczepione przenośniki 30A-E także przesuwają się do przodu. Podobnie, MCB i doczepione przenośniki poruszają się do tyłu, aby umożliwić maszynie continuous miner wycofanie z obszaru urobku. W konwencjonalnym układzie ciągłego transportu, każdy MBC 10A-E byłby prowadzony przez kierowcę, którego zadaniem byłoby kierowanie MCB i dołączonymi przenośnikami w całej kopalni, szczególnie wokół filarów nieurobionego materiału 60. Filary nieurobionego materiału 60 i pozostały nieurobiony materiał 42, ogólnie biorąc wyznaczają ściany kopalni 62, przez które musi nawigować układ ciągłego transportu.

Figura 3 przedstawia schematyczny układ głównego czujnika korzystnego przykładu wykonania wynalazku. MBC 10B i doczepiony przenośnik 30B są przedstawione wraz z widokiem cząstkowym doczepionego przenośnika 30A i MBC 10C. Jak zostanie to opisane bardziej wyczerpująco poniżej, zautomatyzowany układ ciągłego transportu według wynalazku wykorzystuje trzy rodzaje elementów czujników. Pierwsze elementy czujników stanowią środki 70 służące do pomiaru odległości. Środki 70

PL 199 252 B1 do pomiaru odległości mierzą odległość pomiędzy MBC a przyległą ścianą kopalni. Stosowany jest co najmniej jeden środek do pomiaru odległości, ale korzystne jest stosowanie wielu takich środków. Umieszczenie środków do pomiaru odległości na wzdłużnych bokach MBC zostało uznane za optymalne ze względu na dokładność pomiarów. W korzystnym przykładzie wykonania, jako środki do pomiaru odległości zostały użyte laserowe odległościomierze podczerwieni SICK (SICK Optik, Inc., Germany). Alternatywnie, do wzdłużnych boków MBC w wielu miejscach mogą być także zamocowane bezdotykowe urządzenia do pomiaru odległości, takie jak ultradźwiękowe urządzenia pomiarowe firmy Massa Technologies, Hingham, MA. Następne, alternatywne przykłady wykonania środków do ustalania odległości, obejmują czujniki stykowe wykonujące takie same pomiary, takie jak bierne albo ruchome szczelinomierze, które wykrywają obecność ściany za pomocą sensorów, albo za pomocą zamykania lokalnego obwodu elektrycznego za pośrednictwem styku. W takich elektrycznych przykładach wykonania wykorzystujących styk, napięcia i prądy muszą spełniać stosowne lokalne górnicze normy bezpieczeństwa, jako samoistnie bezpieczne. Osoba wystarczająco zaznajomiona z tą dziedziną zda sobie sprawę z tego, że ruchome albo bierne szczelinomierze będą wymagały środków do wykrywania względnej siły albo momentu obrotowego wywieranego na taki szczelinomierz, jako warunku rozróżnienia ruchu bez oporu szczelinomierza w powietrzu od przerywanego albo ustalonego zetknięcia z bardziej sztywną ścianą kopalni.

Drugim rodzajem czujnika użytego w zautomatyzowanym układzie ciągłego transportu według wynalazku są środki 76 do określania wysokości, służące do pomiaru prześwitu pomiędzy MBC 10 z dołączonymi doczepianymi przenoś nikami 30 a podł ogą albo podł ogą i stropem korytarza kopalni. Każdy MBC 10 korzystnie wymaga tylko jednego środka 76 do określania wysokości, ale nadmiarowo może być użytych wiele środków 76. Jak opisano to bardziej szczegółowo poniżej, w odpowiedzi na pomiary uzyskane za pomocą środków określania wysokości, wysokość dołączonych doczepionych przenośników 30 w stosunku do podłogi kopalni może być regulowana albo za pomocą hydraulicznego podnoszenia i opuszczania jednoosiowego wózka 22 podpierającego naczepę za pomocą jego urządzenia hydraulicznego 24, albo osłony wysokości samego MBC 10 za pomocą urządzenia hydraulicznego 26 zamontowanego w zespole napędowym 12, pokazanych schematycznie na fig. 1.

W korzystnym przykł adzie wykonania wedł ug wynalazku, ś rodkiem do okreś lania wysokoś ci jest ultradźwiękowe urządzenie do pomiaru odległości, takie jak wytwarzane przez Massa Technologies (Hingham, MA). Jak wiadomo, tego rodzaju urządzenia wysyłają sygnał ultradźwiękowy, który zostaje odbity od właściwej powierzchni, takiej jak strop albo podłoga kopalni, i na tej podstawie obliczana jest odległość pomiędzy powierzchnią a czujnikiem. Czujnik musi wykrywać tę odległość albo prześwit z określoną częstotliwością, np. większą niż jeden pomiar na sekundę. Wykryto, że częstotliwość większa niż 100 pomiarów na sekundę powodowałaby znacznie większą ilość danych, niezbędną do niezawodnego sterowania bieżącą prędkością pojazdu, rzędu jednej stopy na sekundę.

Jeden z alternatywnych przykładów wykonania określania i sterowania wysokością zawiera wyłącznik krańcowy, do którego dołączona jest krótka elastyczna stalowa lina. Proksymalny koniec stalowej liny jest na trwałe dołączony do dźwigni wyłącznika krańcowego. Dystalny koniec stalowej liny wystaje spod przenośnika i wlecze się po podłodze kopalni, gdy pojazd porusza się do przodu i do tyłu. Jeżeli stalowa lina nie dotyka podłogi, jej względny kierunek ustawienia jest niemal pionowy, co wykrywa wyłącznik krańcowy. Wyłącznik krańcowy z kolei, sygnalizuje hydraulicznemu zaworowi sterującemu podnośnikiem przenośnika jego obniżenie. W przypadku, gdy stalowa lina wlecze się po podłodze kopalni, jej względny kierunek ustawienia będzie daleki od pionowego, co także wykrywa wyłącznik krańcowy. Wyłącznik krańcowy z kolei sygnalizuje hydraulicznemu zaworowi sterującemu podnośnikiem przenośnika jego podniesienie. Osoba zaznajomiona z tą dziedziną zda sobie sprawę z tego, ż e wyłącznik krań cowy bę dzie korzystnie przedstawiał strefę nieczuł o ś ci braku dział ania przy sterowaniu podnośnika, gdy stalowa lina ślizga się po podłodze kopalni i jej względny kierunek ustawienia będzie zbliżony do pionowego.

MBC, taki jak pokazany na fig. 1, jest dołączony do przednich i tylnych jarzm 18, 14, sworznia 20 albo gniazda 16, które łączy odpowiadające im gniazdo 34 albo sworzeń 38 doczepionego przenośnika 30. Te sworznie i gniazda umożliwiają uzyskiwanie ruchu w azymucie wynoszącym przeszło 180 stopni, kątowej swobody ruchu w elewacji wynoszącej dziesięć do dwudziestu stopni i kątowej swobody ruchu przechyłowego wynoszącego kilka stopni. Jak wyjaśniono uprzednio, MBC wyposażony jest w przesuwny wózek 22 podpierają cy naczepę , na którym zamontowany jest jeden ze sworzni i gniazdo dołączania doczepianego przenośnika. Jak ujawniono uprzednio na fig. 1, wózek jest przesuwnie zamocowany do prowadnicy 28. Ruch tego wózka nadaje wzdłużną swobodę ruchu przesuwnemu

PL 199 252 B1 połączeniu pomiędzy jednym z doczepionych przenośników a MBC, typowo dla wychodzącego na zewnątrz końca MBC. W odniesieniu ponownie do fig. 3, środki 72 określające położenie wózka, takie jak potencjometr są zamontowane do każdego MBC 10, aby wykrywać i rejestrować ruch względny wózka 22 na prowadnicy 28 tak, że gdy zostanie osiągnięty ustalony wcześniej wynik pomiaru, sterownik 80 MBC może określić, że układ ciągłego transportu porusza się do przodu albo do tyłu i jaka jest jego prędkość. Z drugiej strony, jeśli pierwszy MBC 10A porusza się do przodu to będzie ciągnął tylny doczepiony przenośnik 30A do przodu. Tylny przenośnik 30A będzie przednim przenośnikiem w stosunku do drugiego MCB 10B i będzie dołączony do wózka 22 MBC 10B. Doczepiony przenośnik 30A będzie ciągnął wózek 22 do przodu na prowadnicy 28, której ruch będzie wykrywany przez liniowy potencjometr 72. Może to być sygnałem dla sterownika 80 (fig. 4), że wymagany jest ruch do przodu.

Stopnie swobody ruchu występujące pomiędzy MBC i dołączonym przenośnikiem stanowią podstawę przy łączeniu jednostek układu ciągłego transportu, ze względu na utrzymywanie swobody ruchu przy sterowaniu wokół filarów kopalni i pozwalają na to, że aby kierować MBC, prędkości i położenia każdego MBC nie są dokładnie zsynchronizowane poza zakresem wystarczającym na wykorzystanie umiejętności operatora, albo w przypadku tego wynalazku sterownika komputerowego. Jeżeli kąty pomiędzy środkami transportu MBC a dołączonymi przenośnikami są za duże, zachodzi niebezpieczeństwo, że cały układ ciągłego transportu złoży się jak scyzoryk, albo jego część przewróci się. Położenie doczepianego przenośnika 30 jest wyznaczane pośrednio, za pomocą wykrywania kąta pomiędzy MBC 10 a przenośnikiem 30 w miejscu połączenia odpowiedniego sworznia i gniazda. Dlatego, trzeci rodzaj czujnika, który został wykorzystany w wynalazczym układzie zautomatyzowanego transportu i zilustrowany na fig. 3 stanowi środki 74 pomiaru kąta, służące do wyznaczania kąta pomiędzy MBC 10 a dołączonym przenośnikiem 30. Ponieważ MBC 10 na ogół ma dołączony przedni i tylny przenośnik 30, każdy MBC 10 będzie zawierał dwa zestawy środków 74 pomiaru kąta. W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, środkiem 74 pomiaru kąta jest potencjometr kątowy albo obrotowy, znane jako konwencjonalne w tej dziedzinie techniki. Pomiędzy potencjometrem a punktem zamocowania na sworzniu umieszczone jest konwencjonalne elastyczne połączenie sprzęgające, dostosowujące się do ruchów kątowych, które nie są w płaszczyźnie. Według najlepszej wiedzy wynalazców, taki element nie występuje w żadnym z połączeń sprzętu górniczego. Ponadto, dominujący sposób dołączania takich powiązanych urządzeń wykazuje duże luzy pomiędzy z zasady cylindrycznym sworzniem i z reguły stożkowym gniazdem. Kuliste połączenie stosowane w konwencjonalnych przyczepach nie byłoby odpowiednie do tego celu, ponieważ nie ma tu dogodnego miejsca do umieszczenia potencjometru. Aktualny wynalazek korzystnie obejmuje zamocowanie takiego potencjometru w kulistej konstrukcji połączenia, aby zminimalizować ruchy boczne tak, że może być zastosowane połączenie elastyczne.

Działanie urządzenia

Jak zostanie to opisane szczegółowo poniżej, w celu automatyzacji elementów układu ciągłego transportu (MCB 10 i doczepianych przenośników 30), dane uzyskane z odpowiednich czujników muszą zostać zgromadzone, scalone i przetworzone tak, żeby układ ciągłego transportu mógł być poruszany w stosunku do przesuwającej się do przodu maszyny continuous miner 40, a doczepiane przenośniki mogły być opuszczane w wyniku reakcji na odległość pomiędzy podłogą a stropem. Figura 4 ilustruje główny układ wejść/wyjść według wynalazku, który jest przedmiotem zainteresowania.

Dla działania układu ciągłego transportu kluczowe znaczenie ma elektroniczny sterownik 80. Ponieważ każdy MBC 10 może, a najlepiej, gdy może, działać niezależnie od innego MCB będącego w ł a ń cuchu transportu, to każ dy MBC 10 zawiera wł asny sterownik 80. Aktualnie, sterownikiem 80 dla każdego MBC jest komputer osobisty. Sterownik MBC jest zrealizowany na PC działającym w systemie operacyjnym WINDOWS OS (Microsoft, Inc., Redmond, Washington), z procesorem CPU działającym z zegarem o częstotliwości min. 200 MHz (Intel, Inc., Santa Clara, California) i pamięcią RAM min. 64 MB. Graficzny język programowania LABVIEW (National Instruments, Austin, Texas) stosowany jest jako program narzędziowy do zbierania danych z odpowiednich czujników. Wszystkie algorytmy sterowania są napisane w języku programowania C i przedstawione w odpowiednim formacie, który może być wywoływany z języka programowania LABYIEW. Sterowniki zbudowane w oparciu o komputery PC komunikują się z czujnikami każ dego MCB poprzez łącza i szeregowe albo równoległe. Każdy MCB jest wyposażony w lewy i prawy sterownik prędkości gąsienic, albo sterowniki 82, 84 układu napędu, będące częścią zespołów napędu gąsienic. Lewy i prawy sterownik układu napędu 82, 84 zawierają ponadto płyty sterowania układu napędu. Płyty te odbierają instrukcje prędkości ze sterownika 80 i wykonują sterowanie prędkością gąsienic przebiegające w pętli zamkniętej, utrzymu10

PL 199 252 B1 jąc rzeczywiste prędkości gąsienic tak, aby prędkości te były jak najbardziej zbliżone do żądanych, z uwzglę dnieniem poś lizgu i korekcji błędu.

Ogólnie biorąc, dane z czujników są odbierane przez sterownik 80 ze środków 70 pomiaru odległości, środków 76 określających wysokość i środków 74 związanych z pomiarem kąta. Czujniki i sterownik 80 mogą w sposób ciągły monitorować położenie MBC. Alternatywnie, po odbiorze sygnału o z góry określonej wartości z potencjometru liniowego 72, sterownik 80 ma informację, ż e przedni doczepiony przenośnik 30A porusza wózek 22 do przodu albo do tyłu i stąd sterowany MBC może poruszać się do przodu albo do tyłu. Jak zostanie to wyjaśnione szczegółowo w dalszym opisie, sterownik 80 przetwarza dane odebrane z czujników i oblicza drogę ruchu MBC, którą przebiega pod kontrolą tego sterownika. Następnie, sterownik określa, czy przedni albo tylny, czy też obydwa doczepione przenośniki powinny być podniesione albo opuszczone, w zależności od odległości pomiędzy podłogą albo stropem. Następnie sterownik przesyła sygnały wykonawcze ruchu do kart sterowników napędu 88, 90 lewego i prawego sterownika napędu 82, 84, jednego albo obydwu zespołów gąsienic 12. Sterownik 80 zasygnalizuje także podniesienie albo opuszczenie wózka, jeśli zachodzi taka potrzeba przy zmianie prześwitu dla stropu. Sterownik 80 może także przekazywać relewantne dane pomiarowe, w postaci odczytywalnej przez użytkownika, do wyświetlacza 96. Dla przypadków, gdy wymagana jest interwencja człowieka, do sterownika 80 dołączone jest ręczne sterowanie 94.

Figura 5 przedstawia bardziej szczegółowo schemat technologiczny uprzednio opisanego procesu wejścia/wyjścia. Wszystkie porty komunikacyjne są inicjalizowane w kroku 100, a potem w kroku 102 następuje inicjalizacja czujników pomiaru odległości (laserowych odległościomierzy SICK). Czujniki kąta i wysokości są inicjalizowane w kroku 104, a karty sterowników układu napędu są inicjalizowane w kroku 106. Kroki inicjalizacji 100, 102, 104 i 106 są na ogół wykonywane przez sterownik 80 na początku operacji urabiania. Po rozpoczęciu urobku, sterownik wysyła żądania zgłoszenia danych o odległ o ś ci ze skanerów laserowych i czujników 108 ką ta i wysokoś ci. Laserowe skanery odległ o ś ci i czujniki przekazują zwrotnie żądane dane i odczyty do sterownika 80. W kroku 110, pierwotne, nieobrobione dane są zapamiętywane i przetwarzane na właściwą postać. Pierwotne dane związane z odległością, z tablicy numerycznej zawierającej 181 elementów, są przetwarzane na macierz 2 na 181, gdzie wiersze pierwszy i drugi przedstawiają, odpowiednio, kąty i odpowiednie zmierzone odległości. Odczyty z obrotowych i liniowych potencjometrów są przetwarzane, odpowiednio, na kąty (w stopniach) i długości (w calach/metrach). W kroku 112 sterownik wyciąga znaczące linie obszaru danych, stosując liniowy algorytm wyszukiwania (LFA). Następnie sterownik, na podstawie wyników uzyskiwanych z LFA, w kroku 114, oblicza aktualne położenie MBC i dołącza globalny układ współrzędnych do wyników z LFA w kroku 116. Droga ruchu wytwarzana jest przez sterownik w kroku 118, a prę dkoś ci dwóch zespoł ów gą sienic są obliczane na podstawie wzglę dnego błędu poł o ż enia i kierunku MBC w stosunku do drogi ruchu w kroku 120. Kroki 110-120 zostaną dalej rozpracowane szczegółowo, a zwłaszcza szczegóły liniowego algorytmu wyszukiwania LFA.

Jeżeli nastąpiło przełączenie na sterowanie ręczne 122, to program sterujący jest zatrzymywany, krok 124. Dodatkowo, maszyna continuous miner 40 i każdy MBC 10 zawierają mechanizm stopu awaryjnego. W kroku 126 sterownik sprawdza, czy wciśnięty został przycisk stopu awaryjnego, i jeśli tak, to w kroku 128 ustawia instrukcje prędkości gąsienic na wartość zerową. Na koniec, w kroku 130 sterownik przesyła instrukcje prędkości gąsienic do kart sterowników napędów. W wyniku tego MBC będzie poruszał się we właściwym kierunku, dopóki nie zostanie wciśnięty przycisk stopu awaryjnego, co spowoduje zatrzymanie ruchu MBC. Następnie sekwencja sterowania poprzez pętlę 132 wraca do kroku 108.

Przy automatyzacji poruszania się MBC z doczepionymi przenośnikami, występuje kilka czynników fizycznych, które muszą być uwzględnione. Na przykład, położenie osi przegubowych pomiędzy MBC a doczepianymi przenośnikami wyznacza geometrię układu ciągłego transportu i stąd konieczne jest, aby prowadziły odpowiednie segmenty MBC/doczepiane przenośniki bez jakichkolwiek innych sił. Przy znacznych siłach wzajemnego oddziaływania, przy osiągalnych największych prędkościach, aby utrzymać kierowanie w tolerancji, niezbędne jest sterowanie kompensacyjne. Oddziaływanie sił grawitacji i sił przenoszonych przez sworznie nie jest bezpośrednio mierzalne w terenie, ale wpływa na działanie układu napędu MBC. Automatyczne sterowanie MBC wymaga także wiedzy o aktualnej prędkości (mierzonej z napędzanych kół) i obliczania wskazanej prędkości, częściowo na podstawie aktualnego i przewidywanego odchylenia od założonej drogi ruchu. Przy założeniu, że ma miejsce planowanie drogi ruchu, nowa zasada sterowania będzie próbkować ostatnią historię konfiguracji układu w sąsiedztwie MBC, zastosuje wewnętrzny model przewidzianego poślizgu i skompensuje

PL 199 252 B1 żądaną prędkość ze względu na ten poślizg. Historia konfiguracji układu (położenia i kąty każdego połączenia układu pojazdów) silnie wpływa na żądaną kompensację, ponieważ może dostarczyć dwie informacje: pierwszą, o tym jak zmieniły się w ostatnim czasie warunki podłoża i warunki wrażliwości na ukształtowanie podłoża, ze względu na aktualną konfigurację. Na przykład, gdy wszystkie kąty doczepionych przenośników są bliskie zeru, boczny poślizg jest funkcją wyłącznie ciężkości, lokalnego pochylenia i powierzchniowego naprężenia ścinającego. Jeżeli jednak obydwa przenośniki tworzą kąt 90°, sąsiednie MBC wywierają moment obrotowy i boczną siłę ścinającą na dany MBC, które z łatwością likwidują te tendencje. Sam sterownik musi rozpatrywać te i inne czynniki, i kompensować je.

A) Poruszanie się MBC/doczepionego przenośnika

Projektowanie systemu nawigacji dla układu ciągłego transportu jest skomplikowane, ponieważ układ ciągłego transportu ma wiele wyjątkowych cech charakterystycznych. Na przykład, ruch układu ciągłego transportu jest kierowany zarówno przez więzy holonomiczne, jak i więzy nieholonomiczne. Ponadto, liczba stopni swobody układu zmienia się w zależności od jego konfiguracji, a model pojazdów gąsienicowych układu jest bardzo złożony. Te cechy charakterystyczne stanowią problemy związane z nawigacją i powodują, że problemy te stawiają bardzo wysokie wymagania.

Podstawowym celem występującym przy nawigacji w układzie ciągłego transportu w podziemnym środowisku kopalni jest uzyskiwanie poprawnego położenia każdego MCB, we właściwym miejscu i czasie. Aby osiągnąć ten efekt, każdy MBC układu transportu musi ściśle poruszać się zgodnie z wirtualną drogą ruchu w odniesieniu do podłogi kopalni. Wirtualna droga ruchu jest generowana przez projektanta drogi na podstawie danych środowiskowych, wykrywanych np. przez dalmierze laserowe. Wykorzystując fakt, że każdy MBC może poruszać się niezależnie w granicach możliwości poruszania się wózka, po określeniu aktualnej pozycji każdego MBC, układ może sterować ruchem każdego MBC w taki sposób, że ściśle powtarza zaprojektowaną drogę ruchu i jednocześnie nie narusza ograniczeń wprowadzanych przez wózek. Ponieważ MBC mogą poruszać się w sposób od siebie niezależny, bardziej efektywne jest, gdy każdy MBC ma sterownik lokalny, niż gdy jest jeden scentralizowany sterownik dla wszystkich MBC.

Jedną z podstawowych informacji, którą każdy autonomiczny układ ruchu musi znać, jest aktualna pozycja i kierunek ustawienia (POSE). Dlatego układ musi mieć zdolność samolokalizacji w swoim środowisku pracy. W przedstawionym wynalazku, dane o odległości uzyskiwane ze skanera laserowego umożliwiają obliczanie aktualnej POSE środka transportu MBC. Przy zastosowaniu liniowego algorytmu wyszukiwania (LFA), z zakresu danych wyciągane są dwie najdłuższe linie proste, przy użyciu rekursywnej liniowej techniki rozkładu. Algorytm LFA pracuje w danej chwili na danych uzyskiwanych z jednego skanera laserowego. W odniesieniu do fig. 7, w kroku 202 LFA odbiera danych odległości zgromadzone przez LABVIEW w postaci macierzy 2 na 181, gdzie pierwszy i drugi wiersz przedstawiają odpowiednio, kąty i odpowiednie odległości. Ponieważ rozdzielczość kątowa skanera laserowego wynosi 1°, otrzymujemy 181 wartości od 0° do 180°. Po zebraniu danych odległości, algorytm w kroku 204 odfiltrowuje złe albo zbędne dane za pomocą sprawdzenia kątów przekazywanych za pomocą potencjometrów pomiaru kąta, zarówno przednich jak i tylnych doczepianych przenośników, odrzucając początkowe i końcowe sekcje danych odległości dla tych kątów. Zapobiega to mieszaniu się w algorytmie danych odległości ze ścian kopalni i z układu ciągłego transportu. Jednocześnie, aby uniknąć błędnej interpretacji danych odległości, algorytm pomija wszystkie dane odległości, które odpowiadają zmierzonej odległości, większej niż ustalona wartość graniczna. W kroku 206, poprzez sprawdzanie różnicy wartości kolejnych zmierzonych odległości, dane odległości są następnie dzielone na grupy. Kiedy różnica zmierzonej odległości jest większa od ustalonego wcześniej progu, to w tym punkcie dane odległości są dzielone. Pomaga to oddzielać profile różnych ścian kopalni, które przeszkadzają sobie wzajemnie. Po podzieleniu danych odległości na grupy, do dalszej analizy zostanie wybrana największa grupa, zawierająca najdłuższą linię.

W kroku 208 algorytm przechodzi następnie do rozkładu wybranej grupy danych odległości na podgrupy, stosując rekursywną metodę rozkładu liniowego. Metoda ta może być najlepiej wyjaśniona w odniesieniu do fig. 6. Podana jest tu grupa punktów. Metoda rozpoczyna się od linii łączącej pierwszy i ostatni punkt, pokazanej na fig. 6 linią przerywaną, należące do danej grupy. Następnie obliczana jest odległość każdego punktu grupy od tej linii. Jeżeli największa odległość przekracza określoną wartość graniczną, to algorytm rozkłada grupę w punkcie, który odpowiada największej odległości od linii. Teraz grupa jest rozłożona na dwie podgrupy i taka sama procedura, (łączenie linią pierwszego i ostatniego punktu w każdej podgrupie, obliczanie odległości każdego punktu od linii, itd.), stosowana jest następnie dla dwóch pozostałych grup. Procedura trwa tak długo, dopóki nie zostanie osiągnięta

PL 199 252 B1 określona wartość graniczna dla wszystkich podgrup. W wyniku otrzymano cztery grupy punktów wyróżnionych na fig. 6 linią ciągłą. Po dokonaniu rozkładu danych odległości na podgrupy, w kroku 210 zostaną wybrane dwie największe podgrupy, które przedstawiają dwie najdłuższe linie w danych odległości. W tym przypadku, aby ustalić linie danych odległości, zostaną wybrane grupy pierwsza i trzecia, licząc od lewej strony. Te dwie linie przedstawiają w przybliżeniu pełny profil ścian kopalni, uchwycony przez skanery laserowe w dowolnej chwili, które mogą być użyte do określania POSE środka transportu MBC w każdym cyklu sterowania.

Po zastosowaniu algorytmu wyszukiwania, do obliczenia i określenia na tej podstawie POSE środka transportu, sterownik stosuje algorytm lokalizacji. Na początku, algorytm ustala globalny układ współrzędnych, taki jak przedstawiony na fig. 8. Kąt pomiędzy dwiema uzyskanymi uprzednio liniami określa położenie i kierunek ustawienia układu współrzędnych. Jeżeli wielkość kąta jest większa od określonej wielkości progowej, powiedzmy 160°, dwie linie tworzą niemal linię prostą. W tym przypadku, algorytm może wstawić początek układu współrzędnych w dowolnym miejscu wzdłuż jednej z tych dwu linii; jednakże, w korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, dla uproszczenia, punkt wyznaczający początek układu współrzędnych jest umieszczony wzdłuż tych dwu linii, najbliżej punktu początku układu współrzędnych skanera laserowego. Kierunek ustawienia układu współrzędnych jest określany przez ustawienie osi Y w tym samym kierunku, co dwusieczna kąta. Z strony, jeżeli wielkość kąta jest mniejsza od określonej wielkości progowej, to położenie początku układu współrzędnych jest punktem przecięcia tych dwóch linii, podczas gdy kierunek ustawienia może być określany za pomocą wyżej wspomnianego sposobu.

Ponieważ dane odległości są mierzone w układzie współrzędnych skanera laserowego, trzeba przekształcić punkty z układu współrzędnych skanera na globalny układ współrzędnych. W odniesieniu do fig. 8, załóżmy, że POSE obiektu wyrażona w globalnym układzie współrzędnych określona jest jako (x, y, θ) i załóżmy, że (dx, dy, dθ) jest POSE globalnego układu współrzędnych układu współrzędnych skanera. Kierunek ustawienia osi x układu współrzędnych, d0, jest wyznaczany z równania dθ = γ - (π/2) radianów. Ponieważ wiadomo, gdzie zostały zainstalowane na MBC skanery laserowe, znany jest geometryczny środek MBC w odniesieniu do każdego czujnika. Przekształcenie współrzędnej POSE obiektu z układu współrzędnych skanera na globalny układ współrzędnych może być wykonane za pomocą następujących równań:

(1)

R'

- R' 0 org i

(2) θ = φ - d3 gdzie rcos^) - sin(dO)

R = sin(dO) - cos(dO)

Porg = [dx dy]^T (X, Y, Φ) = POSE w układzie współrzędnych skanera.

Ponieważ znane jest dokładne położenie skanera na MBC, POSE środka geometrii MBC w układzie współrzędnych skanera jest także znane. Z wcześniejszego obliczenia znane są także współrzędne (dx, dy, dθ). Stąd, położenie MBC w globalnym układzie współrzędnych może być wyznaczone przy użyciu powyżej przedstawionych równań (1) i (2).

Po wyznaczeniu położenia, zautomatyzowany MBC wymaga następnie określenia, gdzie powinien jechać. Planowanie drogi ruchu jest jednym z najtrudniejszych problemów w robotyce ruchu. Jedno z podejść do rozwiązania problemu planowania drogi ruchu oparte jest na pojęciu obszaru konfiguracji o maksymalnym prześwicie pomiędzy doczepionymi przenośnikami a ścianami kopalni, przyjętym jako optymalne kryterium. Jednakże podejście przyjęte w tym wynalazku, opisane szczegółowo poniżej, bierze pod uwagę wiele optymalnych kryteriów.

PL 199 252 B1

W odniesieniu do fig. 9, typowe zakrę ty (γ ) w kopalni wynoszą 90, 120 i 135 stopni. Niewielkie zmiany tych kątów zazwyczaj wynikają z błędów układu naprowadzania maszyny continuous miner 40. Średnia szerokość U korytarza kopalni wynosi zazwyczaj 20 stóp. W oparciu o wartości γ i U, może być zdefiniowany konkretny rodzaj zakrętu. Jedną z funkcji strategii planowania drogi ruchu jest to, że dla określonych wymiarów układu ciągłego transportu (CHS), strategia planowania drogi ruchu może generować najbardziej bezpieczną drogę, którą musi przebyć każdy MBC układu CHS, co pokazano linią przerywaną 300. Do tego zadania został opracowany algorytm projektowania drogi ruchu. Danymi wejściowymi dla tego algorytmu są wymiary korytarza kopalni (γ i U) i CHS, obydwa punkty końca drogi ruchu i nachylenia w tych punktach. Na podstawie tych danych wejściowych algorytm wyszukiwania generuje szereg wielomianów krzywych czwartego stopnia, drogę ruchu MBC spełniającą warunki punktu końcowego i oszacowuje funkcję kosztów dla każdej krzywej wielomianu. Funkcja kosztu J definiowana jest następująco:

L ^J = J ^(wi^{aa (s)} + ^w2^^2(s) ^{- W}3^{d2 (s}) ^{- WU}rr ^(s))ds gdzie w1, w2, w3 i w4 są współczynnikami ważenia. α jest ką tem pomię dzy przodem MBC a doczepionym przenoś nikiem. β jest ką tem pomię dzy tył em MBC a doczepionym przenoś nikiem. d jest minimalnym prześ witem pomię dzy doczepionym przenoś nikiem a ś cianami.

u_err jest maksymalnym dopuszczalnym błędem prędkości gąsienic.

S jest długością łuku.

L jest całkowitą długością drogi.

Przedmiotem wyszukiwania jest znalezienie drogi ruchu, która minimalizuje funkcję kosztów. Algorytm wyszukiwania stosuje sposób optymalizacji nazwany metodą Hooke'a i Jeeves'a. Bada ona obszar wyszukiwania i zachowuje kierunek wyszukiwania, który przy każdej iteracji daje minimalną wartość funkcji kosztów. Wyszukiwanie zostanie zakończone, gdy różnica pomiędzy wielkością funkcji kosztów dla aktualnej i poprzedniej iteracji jest mniejsza od określonej liczby, albo gdy liczba iteracji przekracza wartość graniczną. Sieć działań metody Hooke'a i Jeeves'a przedstawiony jest na fig. 10, gdzie x0, x1..xn przedstawiają opisane dalej współczynniki drogi. Interpretacja funkcji kosztów polega na tym, że kąty pomiędzy każdym segmentem CHS muszą zostać zminimalizowane, innymi słowy, ustawienie CHS powinno być tak prostoliniowe jak to tylko jest możliwe, aby zabezpieczyć CHS przed składaniem się. Odwrotnie, prześwit doczepionego przenośnika musi być zmaksymalizowany dla całego zakrętu, aby uniknąć możliwej kolizji. Jednocześnie, zaprojektowana droga musi mieć wysoką tolerancję błędu dla każdego MCB, albo można powiedzieć, że droga pozwala na to, że MBC mogą mieć duży błąd sterowania prędkością gąsienic, aby pokonać zakręt. W tym kontekście słowo pokonać oznacza, że układ wykonuje skręty bez zderzania się ze ścianami.

Przy szacowaniu kosztu każdej z krzywych wielomianowych, para MBC porusza się dokładnie wzdłuż wygenerowanej drogi, podczas gdy długość doczepionego przenośnika utrzymuje je z dala od siebie. Cała długość drogi jest podzielona na małe kroki. W każdym kroku, w którym poruszają się MBC, za pomocą środków geometrycznych są w prosty sposób wyznaczane wartością α, β i d, ale u_errdla każdego MBC może być uzyskany wyłącznie za pomocą symulacji komputerowych. Symulacja następuje w głównej procedurze algorytmu wyszukiwania. Najpierw oblicza ona, dla aktualnego układu MBC, prędkości gąsienic MBC dla następnego cyklu sterowania. Prędkości te są nazywane prędkościami znamionowymi, tzn. prędkościami, które muszą być dokładnie utrzymywane przez MBC, aby zagwarantować, że po wykonaniu jednego cyklu sterowania MBC osiąga następną konfigurację na drodze. Jednakże, niemożliwe jest, aby MBC zrealizował dokładnie zadane znamionowe prędkości. Występuje kilka czynników, takich jak poślizg i błąd sterowania, które wnoszą błąd do prędkości znamionowych, a ten błąd prędkości jest modelowany jako procent prędkości znamionowej. Aby obliczyć aktualne prędkości, które realizuje MBC podczas jednego cyklu sterowania, stosowane są następujące równania:

^Ur,actual = ⁽¹ ± ^uerr) θ' ^up,norm ^υ l,actual = ⁽¹ ± ^uerr) θ' ^ul,norm

Przyjęte są dwa założenia: że u_err jest taka sama dla obu gąsienic, i że u_r,_actual i ui,_actuai są stałe podczas jednego cyklu sterowania. Wartość u_err jest zawsze dodatnia i nie ma górnej wartości gra14

PL 199 252 B1 nicznej. Symulacja rozpoczyna się od zerowej wartości u_err i oblicza prędkość netto MBC w jednym cyklu sterowania. Następnie proces symulacji sprawdza, czy występuje jakakolwiek kolizja między MBC a ścianami kopalni. Jeżeli nie ma kolizji, proces symulacji kolejno zwiększa wartość u_err aż do momentu pojawienia się kolizji. Wartość u_err, która powoduje kolizję jest maksymalnym dopuszczalnym błędem sterowania prędkości dla tej konfiguracji MBC. Koszt każdej drogi może być uzyskany przez zsumowanie wszystkich podniesionych do kwadratu as, es, ds, i u_errs wzdłuż całej przewidywanej drogi.

Przy zakręcie 90°, droga rozpoczyna się od środka przejścia z jednego korytarza do drugiego. Pozwala to na łączenie drogi z prostych dróg występujących po obu stronach zakrętu. Współczynniki równania takiej drogi o szerokości 20 stóp (ft) i 22 stóp są wymienione w przedstawionej poniżej tabeli 1, wraz ze współczynnikami drogi dla zakrętów o kątach (Deg.) 120 i 135 stopni.

T a b e l a 1

U (ft.)	Y (Deg.)	a	b	c
20	90	0,0308	0	-13.447
20	120	0,0165	0	-10.711
20	135	0,0111	0	-10.064
22	90
22	120

₂ gdzie γ = ax² + bx + c

Specjaliści w tej dziedzinie zauważą, że przedstawione powyżej równanie kwadratowe ma na celu rozwiązanie współczynników drogi. Chociaż równanie to jest z pewnością wystarczające do uzyskania właściwie zaprojektowanej drogi, to im więcej zostanie wprowadzonych współczynników, tym bardziej dokładny będzie projekt drogi. Jednak, należy zdawać sobie sprawę, że im większa jest liczba stosowanych współczynników, tym dłuższy jest czas potrzebny na obliczenia. Dlatego najbardziej korzystne jest użycie równania wielomianu czwartego rzędu w następującej postaci:

γ = c0x⁴ + c1x³ + c2x² + c2x² + c3x + c4

Całkowita droga każdego MBC będzie składała się z szeregu zmieniających się zakrętów i prostych odcinków, w zależności od położenia MBC w kopalni; jednakże wyjątek stanowi specjalny rodzaj zakrętu nazywany zakrętem S, który uważany jest za z najtrudniejszy. Droga zakrętu S składa się z dwóch połączonych kaskadowo ze sobą zakrętów. Ponieważ obydwa końce zakrętu S nie znajdują się w środku korytarzy, to obydwa końce zakrętu S muszą być dołączone do dróg prostych. Stąd niemożliwe jest, aby zakręty S występowały jeden za drugim. Jednakże występuje to tylko w kopalniach z zakrętami 90 stopni, ponieważ kopalnie z zakrętami 120 i 135 stopni nie mają wystarczającej przestrzeni na to, aby zakręt S zaczynał się i kończył w środku korytarza kopalni.

Ponieważ uzyskanie optymalnej drogi zabiera algorytmowi wyszukiwania wiele godzin, niemożliwe jest wykonywanie projektu drogi w trybie online. Problem ten jest rozwiązywany przez prowadzenie projektowania drogi w trybie offline, dla możliwych rodzajów zakrętów i zakładanie tabeli przeglądowej zawierającej współczynniki drogi odpowiadające każdemu określonemu zakrętowi (takiej, jak tabela 1). Gdy sterownik MBC określi rodzaj zakrętu, za pomocą interpolacji sterownik w sposób ciągły może obliczać właściwe współczynniki drogi z tabeli przeglądowej. Pomimo że droga wygenerowana przez takie podejście do problemu jest trochę nieoptymalna w porównaniu do obliczeń wykonywanych bezpośrednio, wyniki testów w symulowanej kopalni wykazują minimalne pogorszenie nawigacji wykonywanej przez sam układ.

Jak dotąd, MBC zna swoją aktualną POSE, a droga, którą musi przebyć musi następnie określić, jak MBC osiągnie żądane miejsce przeznaczenia. Algorytm śledzenia drogi oblicza zarówno prędkości zespołu gąsienic MBC tak, że MBC może dokładnie śledzić drogę. Ponieważ istnieje bogata literatura dotycząca sterownia śledzeniem drogi dwukołowych robotów, które ze względu na kinematykę są identyczne z pojazdami gąsienicowymi, przedstawiony wynalazek implementuje algorytm śledzenia drogi zaproponowany przez Auglar'a i innych, ogłoszony na zorganizowanej przez Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników IEEE Międzynarodowej Konferencji Robotyki i Automatyki, LeuPL 199 252 B1 ven, Belgia, Maj 1998, zatytułowany „Robust Path-Following Control with Exponential Stability for Mobile Robots”.

Jako dane wejściowe sterownika MBC, w każdej chwili śledzenia drogi potrzebne są dwa parametry: y_e i 0_e. y_e jest najmniejszą odległością od środka MBC do drogi, a θθ jest błędem kierunkowości zmierzonym w stosunku do stycznej do drogi. Przy danej prędkości do przodu albo do tyłu, v, prędkość kątowa MBC może być obliczona z następującego wyrażenia:

ω= -4v ^(αι^α2)γ. + ^(αι +^α2)sini| lsign^(v) gdzie α1 i α2 są stałymi wzmocnień sterownika, które muszą być ustawiane, aby odebrać żądaną odpowiedź śledzenia MBC.

Prędkość v jest bezpośrednio związana z dopuszczalnymi poprzecznymi odległościami wózka MBC i bezpośrednio za wózkiem w kierunku ruchu. Porównywane są obydwie poprzeczne odległości wózka, i wybrana zostaje ta, która ma mniejszą wartość, a odległość ta może być oznaczona jako suwak.

Prędkość do przodu albo do tyłu może być zatem obliczona ze wzoru:

± dolly v =-T gdzie v ma wartość dodatnią/ujemną przy poruszaniu się, odpowiednio do przodu/do tyłu. T jest okresem cyklu sterowania wyrażonym w sekundach.

± dolly jest prędkością wózka uzyskaną z potencjometru liniowego.

Następnie, prędkości lewej i prawej gąsienicy mogą być wyznaczone ze wzoru:

V =v + mB

V1 = v mB gdzie

B jest odległością między gąsienicami.

Algorytm śledzenia drogi, obejmujący algorytm projektowania drogi, jest korzystnie zaimplementowany w powszechnie używanym języku komputerowym C. Korzystne jest także łączenie obu algorytmów w jeden program, ponieważ obydwa algorytmy używają wielu wspólnych informacji.

B) Wysokość doczepionego przenośnika

W przedstawionym wynalazku, elewacja przedniego i tylnego przenośnika jest sterowana za pomocą ciągłego przetwarzania pomiarów odległości z czujnika określającego wysokość, obliczania różnicy w stosunku do nastawy i przykładanie sygnału proporcjonalnego do tej różnicy otwierającego hydrauliczny zawór sterowania 24 (patrz fig. 1). Etap przetwarzania obejmuje porównywanie pomiarów odległości z pewną ilością poprzednich pomiarów, obliczanie średniej ruchomej wielu cykli, odrzucanie danych spoza zakresu i obliczanie średniej dla kilku cykli. W wyniku otrzymuje się wiarygodny pomiar prześwitu przy potencjalnie zakłócanych warunkach gromadzenia danych, przy minimalizacji opóźnienia, które występuje przy zastosowaniu konwencjonalnego filtru dolnoprzepustowego. Specjaliści w tej dziedzinie zrozumieją, że duża liczba filtrów analogowych albo filtrów zrealizowanych w technice cyfrowej może być substytutem dla właśnie opisanych korzystnych przykładów wykonania.

Nastawa (nastawy) sterowania elewacją są korzystnie określane przez operatora kopalni i są używane przez procesor pomiarowy jako dane wejściowe. W tym przypadku, pojedynczy pomiar odległości, np. tylko odległości podłogi, nastawa określa docelową wartość odległości, poniżej której elewacja wymaga podniesienia i poniżej której elewacja wymaga opuszczenia. W przypadku podwójnych pomiarów odległości, np. odległości podłogi i stropu, nastawy określają pasmo braku reakcji dla sterowania elewacją, jak również docelową wartość odległości, poniżej której elewacja wymaga podniesienia i poniżej której elewacja wymaga opuszczenia. Następną zaletą jest zastosowanie podwójnych

PL 199 252 B1 pomiarów dla nadmiarowości, poprzez wprowadzenie w procesorze pomiarowym przełącznika służącego do określania, który z sygnałów pomiarowych jest ważny. Specjaliści w tej dziedzinie dostrzegą, że aby uzyskać odpowiedź zbliżoną do znacznie stłumionej, powinna być dobrana proporcja zmierzonych odległości w stosunku do nastawy. W tej dziedzinie dobrze znane są techniki sterowania, np. przy zastosowaniu regulatora PID.

Oprócz bezpośredniego zastosowania opisanego powyżej wynalazku, dla specjalistów w tej dziedzinie będzie oczywiste, że mogą być robione inne modyfikacje i zmiany w sposobie przedstawionego wynalazku, bez odchodzenia od zakresu, idei albo doktryny wynalazku.

Dlatego, intencją wynalazców jest, aby opis wynalazku był rozważany jako ilustrujący, a wynalazek ograniczony jest określeniami zawartymi w zastrzeżeniach i zawartych w nich ekwiwalentach.

Claims

1. Układ sterowania dla automatyzacji układu ciągłego transportu za pomocą sterowania zautomatyzowanym pojazdem dwu-gąsienicowym albo kołowym przez labirynt, znamienny tym, że ten pojazd zawiera przednią część dołączoną obrotowo poprzez pierwszy wózek do podłużnej sąsiedniej przedniej konstrukcji i tylną część dołączoną obrotowo do podłużnej sąsiedniej tylnej konstrukcji, przy czym podłużna tylna konstrukcja jest dołączona do drugiego wózka, a każdy wózek zapewnia w danym czasie minimalnie dostępną odległość przesunięcia pomiędzy pojazdem a odpowiadającą mu konstrukcją, zaś labirynt stanowią ściany, które tworzą skrzyżowania, każde skrzyżowanie ma kąt o w zasadzie takiej samej liczbie stopni, gdzie liczba stopni jest znana, a ponadto zawiera:

- sterownik (80) gąsienic albo kół, który ma okres cyklu sterowania;

- środki do wyznaczania, dla każdego zestawu danych odległości, największej grupy określonej przez kolejne odległości o różnicach mniejszych od ustawionego progu;

- środki do dzielenia, dla każdego zestawu danych odległości, największej grupy na podgrupy, stosując rekursywną metodę liniowego rozkładu, gdzie każda podgrupa określa linię;

- środki do wybierania, dla każdego zestawu danych odległości, podgrupy, którą określa najdłuższa linia, przy czym ściana po każdej stronie pojazdu jest przedstawiona za pomocą odpowiednio wybranej podgrupy;

- środki do wybierania z tabeli zbudowanej na podstawie szerokości i liczby stopni, krzywej wielomianowej, która minimalizuje funkcję kosztów, gdzie wybrana krzywa wielomianowa przedstawia drogę, która daje największą pewność, że pojazd i przednia i tylna konstrukcja nie będą zderzać się ze ścianami labiryntu;

- środki do wyznaczania punktu wzdłuż drogi przedstawionej przez krzywą wielomianową o najmniejszej odległości od środka pojazdu, czyli do wyznaczania najbliższego punktu;

- środki do wyznaczania prędkości jazdy wymaganej, aby pojazd pokonywał najkrótszą odległość jazdy podczas okresu cyklu sterowania;

- środki do wyznaczania, na podstawie prędkości jazdy, prędkości kątowej względem najbliższego punktu;

- środki do aktywowania sterownika (80) w celu zwiększanie prędkości pojazdu, zgodnie z lewą i prawą prędkością, przy czym pojazd jest kierowany w kierunku najbliższego punktu wzdłuż drogi wielomianowej.

2. Układ sterowania według zastrz. 1, znamienny tym, że pojazdem jest ruchomy pomostowy środek transportowy (10), który ma lewą i prawą gąsienicę (12), zaś jego część przednia ma przesuwny pierwszy wózek, który jest obrotowo dołączony do przedniej konstrukcji, którą jest pierwszy pomostowy przenośnik (30) a tylna konstrukcja jest drugim pomostowym przenośnikiem (30) dołączonym

PL 199 252 B1 do drugiego ruchomego pomostowego środka transportowego (10), który ma drugi wózek, przy czym układ zawiera ponadto:

- dwie pł yty sterownika servo PIC dołączone do lewej i prawej gą sienicy;

- czujniki, pierwszy i drugi, które s ą laserowymi skanerami podczerwieni;

- środki do filtrowania danych odległości, które przedstawiają sąsiedni pomostowy przenośnik (30) uwzględniając pierwszy albo drugi czujnik, przy czym sąsiedni pomostowy przenośnik (30) nie jest interpretowany jako część ścian labiryntu, a środki do filtrowania zawierają potencjometr kątowy dołączony pomiędzy ruchomym pomostowym środkiem transportowym (10) a sąsiednim pomostowym przenośnikiem (30); i

- środki do wyznaczania najkrótszej z dwu odległości jazdy, które zawierają pierwszy potencjometr liniowy dołączony pomiędzy pierwszym wózkiem a ruchomym pomostowym środkiem transportowym (10) i drugi potencjometr liniowy dołączony pomiędzy tylną konstrukcją a drugim wózkiem.

3. Sposób automatyzacji układu ciągłego transportu za pomocą sterowania zautomatyzowanym pojazdem dwu-gąsienicowym albo kołowym przez labirynt, znamienny tym, że stosuje się pojazd zawierający sterownik (80) gąsienic, który ma okres cyklu sterowania, zaś pojazd ma przednią część dołączoną obrotowo poprzez pierwszy wózek do podłużnej sąsiedniej przedniej konstrukcji i tylną część dołączoną obrotowo do podłużnej sąsiedniej tylnej konstrukcji, przy czym podłużna tylna konstrukcja jest dołączona do drugiego wózka, a każdy wózek zapewnia w danym czasie minimalnie dostępną odległość przesunięcia pomiędzy pojazdem a odpowiadającą mu konstrukcją, zaś labirynt stanowią ściany, które tworzą skrzyżowania, i każde skrzyżowanie ma kąt o w zasadzie takiej samej liczbie stopni, gdzie liczba stopni jest znana, i w tym sposobie uzyskuje się pierwszy zestaw danych odległości z czujnika umieszczonego na lewym boku pojazdu;

określa się globalny układ współrzędnych na podstawie dwu najdłuższych linii, wyznacza się szerokość labiryntu pomiędzy ścianami sąsiadującymi z pojazdem, wybiera się z tabeli zbudowanej na podstawie szerokości i liczby stopni, krzywą wielomianową, która minimalizuje funkcję kosztów, gdzie krzywa wielomianowa przedstawia drogę, która daje największą pewność, że pojazd i przednia i tylna konstrukcja nie będą zderzać się ze ścianami labiryntu, wyznacza się punkt wzdłuż zakrzywionej drogi przedstawionej przez krzywą wielomianową o najmniejszej odległości od środka pojazdu, przez co wyznacza się najbliższy punkt, wyznacza się kąt pomiędzy osią podłużną pojazdu, a styczną do najbliższego punktu, wyznacza się najkrótszą z odległości jazdy pierwszego wózka i drugiego wózka, wyznacza się prędkość jazdy wymaganej, aby pojazd pokonywał najkrótszą odległość jazdy podczas okresu cyklu sterowania, wyznacza się, na podstawie prędkości jazdy, prędkość kątową względem najbliższego punktu, wyznacza się prędkość prawej i lewej gąsienicy albo koła, na podstawie prędkość jazdy i prędkości kątowej; i zwiększa się prędkość pojazdu za pomocą sterownika (80), zgodnie z lewą i prawą prędkością, przy czym pojazd kieruje się w kierunku najbliższego punktu wzdłuż zakrzywionej drogi wielomianowej.

4. Sposób automatyzacji układu ciągłego transportu za pomocą wyznaczania pozycji i ustawienia kierunku zautomatyzowanego pojazdu w odniesieniu do ściany sąsiadującej z pojazdem, znamienny tym, że pojazd jest połączony obrotowo z sąsiednią konstrukcją usytuowaną w obszarze i w tym sposobie uzyskuje się dane odległości z czujnika umieszczonego na pojeździe, odfiltrowywuje się potencjalnie błędne dane, przy czym w ramach tego odfiltrowywania, wyznacza się pozycję sąsiedniej konstrukcji i odrzuca się dane, które odpowiadają obszarowi, w którym znajduje się sąsiednia konstrukcja, wyznacza się największą grupę danych odległości określoną przez kolejne odległości o różnicach mniejszych od ustawionego progu,

PL 199 252 B1 dzieli się tę największą grupę danych odległości na podgrupy, stosując rekursywną metodę liniowego rozkładu, gdzie każda podgrupa określa linię, i wybiera się podgrupę, która określa najdłuższą linię, przy czym ściana jest przedstawiona za pomocą wybranej podgrupy.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, ż e pozycję innego pojazdu uzyskuje się za pomocą wyznaczania kąta sąsiedniej konstrukcji w odniesieniu do tego pojazdu.

6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że przed operacją dzielenia, odfiltrowywuje się potencjalnie błędne dane, przy czym pomija się dane, które wyrażają zmierzoną odległość większą od określonej wartości granicznej.

7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, ż e w operacji uzyskiwania danych odległ o ś ci mierzy się odległość od punktu znajdującego się na pojeździe do jakiegokolwiek przedmiotu umieszczonego w sąsiedztwie pojazdu w płaszczyźnie poziomej, a w operacji pomiaru mierzy się wiele odległości w łuku rozciągającym się od tego punktu i leżących w płaszczyźnie poziomej, przy czym dane odległości zawierają wiele kolejno zmierzonych odległości pomiędzy punktem znajdującym się na pojeździe a jakimkolwiek przedmiotem umieszczonym w płaszczyźnie poziomej.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że w operacji wyznaczania wyznacza się róż nicę zmierzonej odległości pomiędzy sąsiednimi pomiarami, określa się, czy ta różnica jest większa od ustalonej wartości progowej i dzieli się dane odległości na dwa sąsiednie pomiary, jeśli różnica pomiędzy dwoma sąsiednimi pomiarami jest większa niż ustawiona wartość progowa.

9. Sposób wedł ug zastrz. 4, znamienny tym, ż e w operacji wybierania wybiera się dwie podgrupy, które określają dwie najdłuższe linie, przy czym ściana jest przedstawiona za pomocą wybranych dwu podgrup.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że po operacji wybierania, określa się globalny układ współrzędnych na podstawie dwu najdłuższych linii.

11. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że jako zautomatyzowany pojazd stosuje się pojazd górniczy umieszczony w kopalni, i w ramach sposobu wyznacza się pozycję i kierunek ustawienia zautomatyzowanego pojazdu górniczego w odniesieniu do ściany sąsiadującej z obydwoma bokami pojazdu, przy czym uzyskuje się pierwszy zestaw danych odległości z czujnika umieszczonego na pierwszym boku pojazdu, uzyskuje się drugi zestaw danych odległości z czujnika umieszczonego na drugim boku pojazdu, wyznacza się, dla każdego zestawu danych odległości, największą grupę określoną przez kolejne odległości o różnicach mniejszych od ustawionego progu, dzieli się, dla każdego zestawu danych odległości, największą grupę na podgrupy, stosując rekursywną metodę liniowego rozkładu, gdzie każda podgrupa określa linię; i wybiera się, dla każdego zestawu danych odległości, podgrupę, która określa najdłuższą linię, przy czym środowisko kopalni przedstawia się za pomocą wybranej podgrupy z pierwszych i drugich danych odległości.

12. Sposób automatyzacji układu ciągłego transportu za pomocą projektowania drogi dla zautomatyzowanego pojazdu przez labirynt, znamienny tym, że stosuje się pojazd mający przednią część dołączoną obrotowo do podłużnej sąsiedniej przedniej konstrukcji i tylną część dołączoną obrotowo do podłużnej sąsiedniej tylnej konstrukcji, przy czym labirynt stanowią ściany, które tworzą skrzyżowania, każde skrzyżowanie ma kąt o w zasadzie takiej samej liczbie stopni, gdzie liczba stopni jest znana, a także pozycja i ustalony kierunek pojazdu w odniesieniu do labiryntu jest znany, i w tym sposobie wyznacza się szerokość labiryntu pomiędzy ścianami sąsiadującymi z pojazdem; i wybiera się z tabeli zbudowanej na podstawie szerokości i liczby stopni, krzywą wielomianową, która minimalizuje funkcję kosztów, przy czym wybrana krzywa wielomianowa przedstawia drogę, która daje największą pewność, że pojazd i przednia i tylna konstrukcja nie będą zderzać się ze ścianami labiryntu.

13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że tabelę generuje się w trybie offline, a ponadto w tym sposobie:

PL 199 252 B1

14. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że tworzy się co najmniej jeden kąt pomiędzy pojazdem a sąsiednią konstrukcją, przy czym przy śledzeniu krzywej są tolerancje błędów, i ponadto waży się funkcję kosztów jako funkcję zminimalizowaną, jeśli zminimalizowane są kąty pomiędzy pojazdem a sąsiednią konstrukcją;

15. Sposób automatyzacji układu ciągłego transportu za pomocą śledzenia drogi dla pojazdu dwu-gąsienicowego albo dwukołowego, znamienny tym, że stosuje się pojazd zawierający sterownik (80) gąsienic albo kół, który ma okres cyklu sterowania, przy czym pojazd jest dołączony do co najmniej jednej konstrukcji poprzez wózek, zaś wózek zapewnia w danym czasie minimalnie dostępną odległość przesunięcia pomiędzy pojazdem a konstrukcją, a ponadto pozycja i ustawienie kierunku pojazdu w globalnym układzie współrzędnych są znane oraz znane są współczynniki drogi wielomianowej wykreślonej w globalnym układzie współrzędnych, i w tym sposobie:

wyznacza się punkt wzdłuż drogi przedstawionej przez krzywą wielomianową o najmniejszej odległości od środka pojazdu, przez co wyznacza się najbliższy punkt, wyznacza się kąt pomiędzy osią podłużną pojazdu, a styczną do najbliższego punktu, wyznacza się odległość jazdy pomiędzy pojazdem a konstrukcją, wyznacza się prędkość jazdy wymaganą, aby pojazd pokonywał odległość jazdy podczas okresu cyklu sterowania, wyznacza się, na podstawie prędkości jazdy, prędkość kątową pojazdu względem najbliższego punktu, wyznacza się prędkość prawej i lewej gąsienicy albo prędkość kół, na podstawie prędkości jazdy i prędkości kątowej; i zwiększa się prędkość pojazdu poprzez aktywowanie sterownika (80), zgodnie z lewą i prawą prędkością, przy czym pojazd kieruje się w kierunku najbliższego punktu wzdłuż drogi wielomianowej.