煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于煤矿井下运输机器人设计制造技术领域，公开了一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置，包括：状态监测保护系统：包括本安型保护主机和多个本安型状态监测传感器，所述本安型保护主机用于根据所述状态监测传感器得到辅助运输机器人的运行状态参数，并根据运行参数分级下达安全指令给整机控制器；防碰撞实时监控系统：包括防爆毫米波雷达组和激光测距探头组，用于监控辅助运输机器人与巷道壁和障碍物的距离数据，并发送给整机控制器；感知融合预警系统：包括激光雷达、深度相机和高性能图形处理器，整机控制器用于执行分级响应动作。本发明专利技术提高了煤矿井下辅助运输机器人的运行安全性，可以广泛应用于煤矿运输领域。运输领域。运输领域。

【技术实现步骤摘要】
煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置


[0001]本专利技术属于煤矿井下运输机器人设计制造
，具体涉及一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置。

技术介绍

[0002]随着我国煤炭产业综采自动化技术、综掘系列装备等领域接连实现重大突破，建设全生产过程智能化、信息化、机器人化的智慧矿井已成为煤炭产业的发展方向。辅助运输系统是整个煤炭生产体系中的关键环节，其技术水平和作业效率直接关系到煤矿生产减人增效目标的达成。实现井下物料标准化装载、智能化配送、自动化转运和无人化运输的连续型辅助运输工艺是智慧矿井建设的必要条件和技术支撑。而当前现有的煤矿辅助运输系统难以适应智能综采工作面、无人掘进工作面等的发展需求，亟需发展结合清洁动力、物联网和自动驾驶等技术的智能辅助运输系统，弥补智慧矿山建设的辅运短板。煤矿无轨辅助运输机器人是矿井智能辅助运输系统的配套装备。在煤矿井下深部受限空间内，通过机器视觉、无线通信、惯性导航、人工智能等技术，实现可靠的环境感知、精确的定位导航和快速的路径规划等功能，以完成矿井下物料运输的自动化和无人化。煤矿无轨辅助运输机器人需要在煤矿井下完成长距离物料运输工作，与其它井下设备相比，行驶速度相对较快，作业范围广，对安全性和可靠性要求较高。根据煤矿井下的安全要求，井下运输设备和车辆必须设置安全保护系统，现有的车载安全保护装置主要针对有人驾驶车辆设计，其保护功能的涵盖范围和信息化水平难以满足无轨辅助运输机器人的使用需求。将煤矿井下设备的保护系统和智能化传感技术相结合，针对无轨辅助运输机器人的结构特点和使用工况，设计一款安全冗余度高，智能化水平先进的保护装置，对煤矿无轨辅助运输机器人的实际应用，推动矿井智能辅助运输系统的建设具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术克服现有技术存在的不足，为了保障机器人在井下进行运输作业时的安全性，提供了一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置，其通过生成不同优先级的安全指令，实现保护措施的分级响应，所述安全指令包括：预测监控级、报警降速级、紧急制动级、整机断电级四个优先级；所述多级安全保护装置包括：状态监测保护系统：包括本安型保护主机和多个本安型状态监测传感器，所述本安型保护主机用于接收并处理所述状态监测传感器得到的辅助运输机器人的运行状态参数，然后发送给所述整机控制器；防碰撞实时监控系统：包括防爆毫米波雷达组和激光测距探头组，用于监控辅助运输机器人与巷道壁和障碍物的距离数据，并发送给整机控制器；感知融合预警系统：包括激光雷达、深度相机和高性能图形处理器，所述激光雷达和深
度相机用于实时获取巷道环境的点云信息、视频图像和深度数据并发送给所述高性能图形处理器，高性能图形处理器用于根据接收的数据进行计算分析和数据融合，确定机器人行驶路线上可探测范围内的障碍物信息，提取出关键距离数据后发送给所述整机控制器；整机控制器：用于接收所述状态监测保护系统和感知融合预警系统实时发送的数据，生成预测监控级或报警降速级的安全指令；还用于根据所述防碰撞实时监控系统发送的距离数据，生成紧急制动级的安全指令，并下发至对应的执行部件执行制动停车和紧急避障动作；以及用于在巷道瓦斯浓度数据超过安全阈值时，生成整机断电级的安全指令，控制运输机器人的电池管理单元切断整机供电，同时实施制动抱死动作。
[0005]所述辅助运输机器人底盘四角分别设置有一个隔爆型传感器箱，底盘前后分别设置有一个位于中线上的隔爆控制箱；所述防碰撞实时监控系统中，激光测距探头组包括八个激光测距探头，两两布置在其中一个隔爆型传感器箱中，用于监控机器人与巷道壁或其他障碍物的安全距离，防爆毫米波雷达组包括四个防爆毫米波雷达，分别布置在辅助运输机器人底盘四个侧面的中心位置，分别用于监控前、后、左、右四个方向上障碍物与机器人的安全距离；所述感知融合预警系统包括十个深度相机和两个激光雷达；其中八个深度相机分别两两布置在其中一个隔爆型传感器箱中，另外两个深度相机分别布置在一个隔爆控制箱中，并位于辅助机器人底盘的前端和后端中线上；所述两个激光雷达分别设置一个隔爆控制箱中，其激光点阵透过位于隔爆控制箱上表面的环形隔爆玻璃面进行探测工作，用于获取辅助运输机器人上方的环境点云图像。
[0006]所述隔爆型传感器箱的截面为对称五边形结构，位于对称线上的第一条边对应的侧面用于将隔爆型传感器箱固定在辅助运输机器人的底盘上，其余四条边所对应的侧面均设置有防爆玻璃，靠近第一条边的两条第二条边对应的侧面设置的防爆玻璃用于设置深度相机，远离第一条边的两条第三条边对应的侧面互相垂直，其上设置的防爆玻璃用于设置激光测距探头，且两条第三条边分别与机器人行走方向垂直和平行。
[0007]所述整机控制器、本安型保护主机和高性能图形处理器均设置在所述隔爆控制箱中。
[0008]所述本安型状态监测传感器包括本安型甲烷传感器、本安型压力传感器、本安型液位传感器、本安型温度传感器、本安型转速传感器，所述本安型甲烷传感器用于采集巷道瓦斯浓度数据；本安型压力传感器用于采集机器人液压系统工作压力；本安型液位传感器用于采集油箱和水箱的液位数据；本安型温度传感器用于采集制动、冷却和动力部件的温度数据；本安型转速传感器用于采集电机转速数据和车轮转速数据。
[0009]所述本安型保护主机还用于对所述本安型状态监测传感器的采集数据进行计算处理，并对故障进行预判。
[0010]感知融合预警系统还包括设置在所述隔爆控制箱中的数据交换机和高速以太网LAN总线；所述深度相机和激光雷达通过高速以太网LAN总线与数据交换机连接，所述数据交换机与所述高性能图形处理器连接。
[0011]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术实施例提供了一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置，该装置包括状态监测保护系统、防碰撞实时监控系统、融合感知预警系统和整机控制器，可实现环境瓦斯浓度监测、巷道行驶环境感知、
障碍物距离信息反馈、人员及车辆接近预警、系统运行状态诊断等功能，可为煤矿无轨辅助运输机器人提供高冗余度的安全保护功能，并利用保护措施的分级响应功能，具备在一般情况下对系统安全的感知预警能力和在紧急情况下快速有效执行避险动作的能力，为煤矿辅助运输机器人在井下的实际应用提供了一种有效的安全保护装置。在执行安全保护功能时，该保护装置将采集信息进行计算处理，根据安全威胁程度，将保护动作指令划分为四个层级：预测监控级、报警降速级、紧急制动级和整机断电级，实施保护措施的分级响应，实现在一般情况下对系统安全的感知预警，以及在紧急情况下避险动作的快速执行。本专利技术对保障煤矿无轨辅助运输机器人作业安全、实现智能无人运输装备在煤矿井下应用、推动煤矿辅助运输系统智能化和无人化建设具有重要意义。
附图说明
[0012]图1为本专利技术实施例提供的一种无轨辅助运输机器人高冗余度安全保护装置结构框图；图2为本专利技术实施例中冗余度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置，其特征在于，其通过生成不同优先级的安全指令，实现保护措施的分级响应，所述安全指令包括：预测监控级、报警降速级、紧急制动级、整机断电级四个优先级；所述多级安全保护装置包括：状态监测保护系统：包括本安型保护主机和多个本安型状态监测传感器，所述本安型保护主机用于接收并处理所述状态监测传感器得到的辅助运输机器人的运行状态参数，然后发送给所述整机控制器；防碰撞实时监控系统：包括防爆毫米波雷达组和激光测距探头组，用于监控辅助运输机器人与巷道壁和障碍物的距离数据，并发送给整机控制器；感知融合预警系统：包括激光雷达、深度相机和高性能图形处理器，所述激光雷达和深度相机用于实时获取巷道环境的点云信息、视频图像和深度数据并发送给所述高性能图形处理器，高性能图形处理器用于根据接收的数据进行计算分析和数据融合，确定机器人行驶路线上可探测范围内的障碍物信息，提取出关键距离数据后发送给所述整机控制器；整机控制器：用于接收所述状态监测保护系统和感知融合预警系统实时发送的数据，生成预测监控级或报警降速级的安全指令；还用于根据所述防碰撞实时监控系统发送的距离数据，生成紧急制动级的安全指令，并下发至对应的执行部件执行制动停车和紧急避障动作；以及用于在巷道瓦斯浓度数据超过安全阈值时，生成整机断电级的安全指令，控制运输机器人的电池管理单元切断整机供电，同时实施制动抱死动作。2.根据权利要求1所述的一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置，其特征在于，所述辅助运输机器人底盘四角分别设置有一个隔爆型传感器箱，底盘前后分别设置有一个位于中线上的隔爆控制箱；所述防碰撞实时监控系统中，激光测距探头组包括八个激光测距探头，两两布置在其中一个隔爆型传感器箱中，用于监控机器人与巷道壁或其他障碍物的安全距离，防爆毫米波雷达组包括四个防爆毫米波雷达，分别布置在辅助运输机器人底盘四个侧面的中心位置，分别用于监控前、后、左、右四个方向上障碍物与机器人的安全距离；所述感知融合预警系统包括十个深度相机和两个激光雷达；其中八个深度相机分别两两布置在其中一个隔爆型传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝明锐，袁晓明，刘志更，周德华，布朋生，吉强，李大明，仇博，张婷，金雪琪，刘玉荣，张鹏，宋栋，桑盛远，马亚丽，毕跃起，
申请(专利权)人：山西天地煤机装备有限公司，
类型：发明
国别省市：