一种露天矿山的无人挖掘装载运输系统的制作方法

本发明涉及一种露天矿山的无人挖掘装载运输系统。

背景技术：

露天矿山的采矿过程一般包括爆破、挖掘、装载和运输四个过程。由于矿山内的路况均比较复杂，因此多采用人为操作各个过程所需的工程机械，工作环境差，而且危险性高。

由于矿山的挖掘普遍存在动作简单，挖掘机只需要执行一段连续重复的动作即可，因此有些矿山已采用无人挖掘机进行挖掘，同时配合无人装载，实现了矿山挖掘的半自动化。运输的过程则由于不确定因数较多，因此目前还需人为操作，难以实现无人化。

现有的无人运输车队均需配合一条路况非常好的特定道路才能实现，并且该无人运输车队采用的控制系统一般有两种，第一种是在每一辆汽车上均安装有路径导航装置，每一辆车均沿预设好的路径行驶；另一种是在车队的前方具有一辆头车，头车一般人为驾驶，头车选择行驶路径，头车和跟车之间安装跟随系统，后续的车队通过该跟随系统跟随头车的行进轨迹行驶。

跟随系统目前采用两种方式，一种是头车向跟车发送跟随固定频谱，跟车接收到跟随固定频谱的信息后，跟随头车沿着头车走过的路径行走，该方式适合低速且转弯角度大的路面行驶。另一种则是，头车和跟车均安装有GPS，头车行驶时实时生成行驶路径和位置信息，跟车则接收该行驶路径并按该行驶路径行驶，并根据GPS显示的自身位置信息和接收到的头车位置信息，计算保持一个安全距离。为了防止后车撞上前车，每辆跟车的前端均安装有毫米波雷达，通过该毫米波雷达测量和前车的距离，以保证行驶时保持在一个安全距离。

而对于露天矿山上的矿石运输车来说，由于露天矿山的路面并非坚硬的水泥路面，不像普通公路那么平整。路面在大吨位的运输车压过后，时间一长往往会产生塌陷造成路面不平整，且还存在一系列其它安全问题，因此仅直接采用现有汽车上的无人车队控制系统，将难以直接应用于露天矿山上的运输车队。

鉴于此，本发明人为此研制出一种露天矿山的无人挖掘装载运输系统，有效的解决了上述问题，本案由此产生。

技术实现要素：

本发明提供的一种露天矿山的无人挖掘装载运输系统，大大增加了矿山作业的自动化程度，减少了人员配置，增加了矿山的安全性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种露天矿山的无人挖掘装载运输系统，包括无人挖掘装载系统和无人运输车队控制系统；无人挖掘装载系统用于挖掘矿石并将矿石自动装载在矿石运输车上；

无人运输车队控制系统包括主控制室、头车和跟车，跟车为所述矿石运输车，跟车和头车之间安装跟随系统，跟车通过该跟随系统跟随头车的实际行进轨迹前行，头车采用差分GPS技术进行位置定位，主控制室用于实时与头车和跟车通信，头车内置用于记录安全行驶路径的路径记忆模块，头车沿该安全行驶路径行驶，头车还安装路面平整度检测装置，路面平整度检测装置用于检测车身倾角并内设报警倾角值和极限倾角值，路面平整度检测装置检测到位于所处路面位置的车身倾角大于等于该报警倾角值时，向主控制室发送该位置路面的不平整报警信息；路面平整度检测装置检测到位于所处路面位置的车身倾角大于等于该极限倾角值时，向主控制室发送该位置路面的不平整紧急报警信息，并控制头车和跟车停止前行。

所述报警倾角值小于极限倾角值，极限倾角值小于头车和跟车的实际翻车倾角值。

所述头车为非矿石运输车，头车两侧安装和跟车前后轮距一致的附加轮。

还包括报警解除装置，用于向主控制室发送报警解除信号，所述路面平整度检测装置为采用陀螺仪检测头车的车身倾角。

所述头车和跟车还安装有RFID识别模块和红外识别模块中的一种以上，RFID识别模块读取到具有RFID标签的移动物靠近时，控制头车和跟车停止前行；红外识别模块探测到人或动物靠近时，控制头车和跟车停止前行。

所述头车安装有四周测障用的声呐识别模块和/或头车的前端安装除障推土板，声呐识别模块检测到前方有障碍物时，控制头车和跟车停止前行，并向主控制室发送障碍报警信息。

所述头车和跟车行驶道路两侧的路边间隔安装信标，每个信标均安装有控制信号发射器、红外发射器和红外接收器，信标之间通过红外发射器和红外接收器连接，头车或跟车碰触红外发射器发射的红外线时，具有接收该红外线的信标向该头车或跟车发送远离控制信号，该头车或跟车接收到该远离控制信号时向远离该路边的方向偏离行驶。

所述无人挖掘装载系统包括无人挖掘机、推土机、斜坡道、输送装置和卸料装置，矿体外侧具有水平平台，水平平台外侧预设置斜坡道，无人挖掘机和推土机置于水平平台上，无人挖掘机用于自动挖掘矿体的矿石并将挖掘的矿石堆放在无人挖掘机行进轨迹的外侧，推土机用于将堆放的矿石推下斜坡道，输送装置的一端安装于斜坡道底部，输送装置另一端安装于卸料装置的卸料斗上方，卸料装置的出料口安装自动阀门，卸料装置下方安装检测跟车是否在出料口下方的感应器，感应器检测到跟车时打开自动阀门进行卸料。

所述无人挖掘机内置用于挖掘控制的单片机，所述无人挖掘机的行进轨迹为沿矿体边缘直线行走，所述矿石堆放呈直线形且和斜坡道平行布置。

所述输送装置安装有用于吸收矿石下落冲击力的缓冲床，缓冲床设置重物感应装置，重物感应装置检测到重物时驱动输送装置工作。

采用上述方案后，本发明通过无人挖掘装载系统用于挖掘矿石并将矿石自动装载在矿石运输车上后，再通过无人运输车队控制系统将矿石运输到指定地点，大大增加了矿山作业的自动化程度，减少了人员配置，增加了矿山的安全性能。

本发明主要是针对露天矿山的运输环境进行设计。露天矿山的路面由于用于行走重型的运输车，因此每天的路面状况均会有所不同，为此在头车上设置路径记忆模块，一般情况下，每天均需人为的驾驶头车在道路上行驶一圈，人为的预先按当天的安全路径行驶，头车的记忆模块则记录下该人为驾驶时的安全行驶路径，并在接下来的时间按该安全行驶路径行驶。

然由于装载了矿石的跟车较重，每次行驶过后，路面可能会被压陷造成路面不平整，为此头车还安装路面平整度检测装置。且将路面平整度检测装置的触发适应性的设计呈两种，一种报警倾角值和极限倾角值。检测到路面倾角达到报警倾角时，此时可以继续行驶，不会发生翻车的可能，控制室内的检测人员接受到该不平整报警信息时，即可组织人员进行抢修。当未及时抢修或其它原因导致路面倾角达到极限倾角值时，则控制头车和跟车停止前行，等待抢修，并向主控制室发送不平整紧急报警信息。

附图说明

图1是本实施例无人挖掘装载系统的结构示意图（省略无人挖掘机）；

图2是本实施无人挖掘机的挖掘示意图一；

图3是本实施无人挖掘机的挖掘示意图二；

图4是本实施例无人运输车队控制系统头车和跟车行驶时的结构示意图；

图5是本实施例无人运输车队控制系统头车和跟车行驶的基本流程图；

图6是本实施例头车和跟车的前视图之间的比较图；

图7是本实施例信标的结构示意图。

标号说明

无人挖掘机11，行进轨迹111，推土机12，斜坡道13，输送装置14，缓冲床141，重物感应装置142，卸料装置15，卸料斗151，出料口152，自动阀门153，感应器154，矿体16，扇形区域161，水平平台17，矿石堆放区18；

头车10，跟车20，路面平整度检测装置21，附加轮22，RFID识别模块23，红外识别模块24，声呐识别模块25，除障推土板26，信标27，控制信号发射器271，红外发射器272，红外接收器273，红外线28。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1和4所示，是本发明揭示的一种露天矿山的无人挖掘装载运输系统，包括无人挖掘装载系统和无人运输车队控制系统。主要是针对露天矿山的运输环境进行设计，最好的，在矿山划分出一部分区域作为无人作业区。

其中无人挖掘装载系统用于挖掘矿石并将矿石自动装载在矿石运输车上，如图1和图2所示，是本发明揭示的无人挖掘装载系统，包括无人挖掘机11、推土机12、斜坡道13、输送装置14和卸料装置15。

矿体16外侧具有水平平台17，水平平台17外侧预设置斜坡道13，无人挖掘机11和推土机12置于水平平台17上。如图2所示，无人挖掘机11用于自动挖掘矿体16的矿石，并将挖掘的矿石堆放在无人挖掘机11的行进轨迹111的外侧，无人挖掘机11的行进轨迹111为沿矿体16的边缘直线行走。

其中无人挖掘机11内置用于挖掘控制的单片机，结合图3所示，无人挖掘机11的整体挖掘步骤为：

第一步，无人挖掘机11行进至一个位置时，将其挖掘臂所及的扇形区域161的矿体16挖掘。基本动作为，挖掘臂旋转180度挖掘，然后转回180度倒掉矿石，不断重复，不同在于每一次挖掘后，继续挖掘转动的角度持续减小，直至挖至另一端。不同的挖掘动作均可以通过编程来完成，该技术为现有的技术；

第二步，之后无人挖掘机11沿原矿体16边缘直线行进两个挖掘臂的距离后停止，继续将其挖掘臂所及的扇形区域161的矿体16挖掘；

重复第二步。

直线行走的行进轨迹111，可保证无人挖掘机11挖出的每个扇形区域161均一致，保证后续矿体16边缘的整齐一致，且直线行走可保证矿石堆放区18呈直线形，便于推土机作业。推土机12则用于将堆放的矿石推下斜坡道13。

输送装置14的一端安装于斜坡道13底部，输送装置14另一端安装于卸料装置15的卸料斗151上方，输送装置14将斜坡道13上滚落的矿石输送至卸料斗151处储存。

输送装置14安装有缓冲床141，通过该缓冲床141吸收矿石下落产生的冲击力，起到设备保护的作用。缓冲床141设置重物感应装置142，重物感应装置142检测到矿石落下后驱动输送装置14工作，避免输送装置14空转浪费能耗。

卸料装置15的出料口152安装自动阀门153，卸料装置15下方安装检测矿石运输车（即下述的跟车20）是否在出料口152下方的感应器154。感应器154一但检测到矿石运输车处于出料口152下方，即控制自动阀门153打开进行自动装车。装完矿石后的矿石运输车即可加入下述的无人运输车队成为其中的一辆跟车20。

如图4所示，本实施例的无人运输车队控制系统，包括主控制室（图中未示出）、头车10和跟车20。主控制室用于实时与头车10和跟车20通信，主控制室可配备现场车辆的行径轨迹图，用于实时监控现场动态或工程进度、根据现场状况调度车辆、以及作出相关应急处理。跟车20为矿石运输车，矿石运输车具有改装难的问题，因此头车10采用非矿石运输车，以便于改装。

跟车20和头车10之间安装跟随系统，跟车20通过该跟随系统跟随头车10的实际行进轨迹前行，该技术可直接沿用现有汽车车队上的成熟技术。头车10采用差分GPS技术进行位置定位。

露天矿山的路面为泥土路面，并非像普通公路一样采用坚硬的水泥路面，经矿石运输车行走后，易将路面压坏，因此每天的路面状况均会有所不同。为此在头车10上内置有路径记忆模块，最好的，如图5所示，每天均人为的驾驶头车10先在道路上行驶一圈，人为预先选择出当天的安全行驶路径，头车10的记忆模块则记录下该人为驾驶时的安全行驶路径，并在接下来的时间按该安全行驶路径自动行驶，跟车20则跟随头车10自动行驶。

由于路面状况的多变性，使得该安全行驶路径也可能由于头车10或跟车20的经过而发生塌陷，塌陷的程度一但使头车10或跟车20倾斜角过大，将存在倾翻的危险。为此头车10还安装路面平整度检测装置21，路面平整度检测装置21为采用陀螺仪检测头车10的车身倾角，因车是否会倾翻取决于车身的倾斜角度，车身倾斜越厉害则代表该路面越不平整。路面平整度检测装置21内预设报警倾角值和极限倾角值，其中报警倾角值小于极限倾角值，因经后续跟车20压过后，该路面不平整的程度将可能进一步扩大，因此在选择报警倾角值时可根据实际路面情况综合考虑，确定需小于极限倾角值多少度，才能保证后续跟车20全部都能安全经过。极限倾角值小于头车10和跟车20的实际翻车倾角值，具体小于多少，需确保头车10不会发生倾翻，并且保证在头车10检测到即将达到该极限倾角值时，后续跟车10全部经过不会发生倾翻的危险。

路面平整度检测装置21检测到位于所处路面位置的车身倾角大于等于该报警倾角值时，向主控制室发送该位置路面的不平整报警信息，此时由于不会发生倾翻的危险，因此头车10和跟车20可继续向前行驶。

路面平整度检测装置21检测到位于所处路面位置的车身倾角大于等于该极限倾角值时，向主控制室发送该位置路面的不平整紧急报警信息，并且路面平整度检测装置21还直接控制头车10和跟车20停止前行，以防发生倾翻。

当主控制室的工作人员接收到不平整报警信息或不平整紧急报警信息，即组织抢修人员将不平整路面修平，同时通过报警解除装置（图中未示出），向主控制室发送报警解除信号。对于头车10和跟车20均停止前行的状况，抢修人员则需先切断头车10的自动控制权，改为手动控制。抢修完后，再恢复头车10的自动控制权。

由于只有头车10具有路面平整度检测装置21，而头车10和跟车20的车型不一样，如图6所示，在头车10的两侧安装和跟车20前后轮距一致的附加轮22。如此头车10在经过不平整路面时，其倾斜角度才能真实的反应跟车20的倾斜角度。

该系统主要基于无人环境，然当有考察人员进入或检修人员进入运输车队附近时，或矿区的其它设备进入运输车队附近时，为防止发生意外。头车10和跟车20还安装有RFID识别模块23(射频识别模块)，RFID识别模块23读取到具有RFID标签的移动物靠近时，控制头车10和跟车20停止前行。具有RFID标签的移动物有很多，比如安装有RFID标签的安全帽或身份标示牌等，进入的人员均需佩戴具有RFID标签的物品。安装有RFID标签的移动物也可以为矿区的其它作业设备。

为了防止无关人员或动物误闯入运输车队，头车10和跟车20还安装有红外识别模块24，红外识别模块24探测到人或动物靠近时，控制头车10和跟车20停止前行。

矿区的道路还有可能存在意外滚落的大石头、树木或其它车队无法通行的大型障碍物，为了防止车队撞上这些大型障碍物，头车10还安装有四周测障用的声呐识别模块25，声呐识别模块25检测到前方有大型障碍物时，控制头车10和跟车20停止前行，并向主控制室发送障碍报警信息，等待抢修人员。抢修人员搬离大型障碍物后，即可通过上述的报警解除装置向主控制室发送报警解除信号。

对于小障碍，通过在头车10前端安装的除障推土板26，即可自行解除障碍。

为了避免系统发生始料未及的意外故障，导致头车10或跟车20未按安全行驶路径行驶，发生驶离路面的情况发生，进行如下补救安全设置。如图4所示，即在头车10和跟车20行驶道路两侧的路边间隔安装信标27。如图7所示，每个信标27均安装有控制信号发射器271、红外发射器272和红外接收器273，信标27之间通过安装红外发射器272和红外接收器273连接。头车10或跟车20碰触红外发射器272发射的红外线28时，具有接收该红外线28的信标27通过其控制信号发射器271向该头车10或跟车20发送远离控制信号，该头车10或跟车20接收到该远离控制信号时向远离该路边的方向偏离行驶，防止头车10或跟车20驶离路面，发生倾翻的危险。

以上仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。