一种智能预警护巷机器车的制作方法

本实用新型涉及矿井施工设备技术领域，更具体地说，它涉及一种智能预警护巷机器车。

背景技术：

煤炭资源仍是保证我国“五基两带”建设的能源基石，随着开采强度(深度)的增加以及开采技术(方法)的进步，决定巷道围岩稳定性的应力场、位移场及裂隙场将发生显著变化。

传统的支护技术及支护工艺很难直接用于现代化矿井高效、绿色、安全生产，尤其对于综采工作面快速推进时动压巷道的安全维护问题，传统的加强支护技术包括锚杆支护配合单体液压支柱、门式支架以及自移式液压支架等，很难满足工作面快速推进时的及时支护要求，制约了工作面的快速推进开采工艺。

基于以上问题，如何保证回采巷道内快速加强支护成为该领域工程技术人员急需解决的技术难题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种智能预警护巷机器车，具有增强围岩断面加固的及时性，减少人力加固巷道围岩时面临危险作业的几率，降低人力成本的效果。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种智能预警护巷机器车，包括机车主体和控制系统；

所述机车主体包括车体、行驶驱动机构和支护机构，行驶驱动机构和支护机构均与主控制器电性连接；

所述控制系统包括围岩变形破坏预警模块、无线传输模块、路径规划模块、空间定位模块、避障模块、主控制器；其中，所述围岩变形破坏预警模块包括信号发射器、信号接收器、间隔布设在巷道的位移传感器，位移传感器均与信号发射器电性连接，信号接收器与主控制器电性连接；所述路径规划模块与所述主控制器通信连接；所述空间定位模块包括存储器和均匀分布在巷道底板上的定位传感器，存储器和定位传感器均与所述主控制器通信连接；所述避障模块包括安装在车体行驶前端的摄像机，摄像机与所述主控制器电性连接。

通过采用上述技术方案，当相应位移传感器监测到的围岩变形量达到预设置的预警值时，信号发射器发射的预警信号经无线传输模块传输至信号接收器；然后路径规划模块确认目标位置后规划出最优路线和行驶时间；主控制器根据最优路线和行驶时间控制机车主体行驶至目标后，接着驱动支护机构对相应围岩断面进行支护；在机车主体行驶经过定位传感器时，主控制器感应到相应定位传感器，并根据机车主体行驶距离定位自己相对定位传感器的相对坐标、相对零点的绝对坐标以及相对目标点的相对坐标，形成定位算法，以及将机车主体的行驶轨迹自动存储并记忆在存储器中，待机车主体完成护巷工作后可根据行驶轨迹原路返回到零点位置，形成记忆算法；避障模块根据摄像机获取的图像信息识别、判断障碍物，并作出相应的决策；增强了围岩断面加固的及时性，减少了人力加固巷道围岩时面临危险作业的几率，降低了围岩支护的人力成本。

本实用新型进一步设置为：所述车体包括底座、位于底座上方的圆形钢板以及第一驱动源，圆形钢板与底座相对转动连接，第一驱动源与主控制器电性连接，圆形钢板的圆周方向上套装有橡胶套。

通过采用上述技术方案，利用圆形钢板与底座相对转动连接，使得圆形钢板在水平面内旋转任意角度，减少机车主体的行驶轨迹和方向受干扰的情况发生。

本实用新型进一步设置为：所述行驶驱动机构包括四个球形车轮、传动机构和第二驱动源，球形车轮通过传动机构与第二驱动源的输出端连接，第二驱动源与主控制器电性连接。

通过采用上述技术方案，球形车轮沿水平方向做360度旋转，便于灵活调节机车主体的行驶方向，使得机车主体能够双向行驶，节省频繁掉头所需的空间资源。

本实用新型进一步设置为：所述支护机构包括框架式顶梁、油缸和多根液压支柱；所述油缸一端与圆形钢板固定连接，另一端与框架式顶梁固定连接；所述液压支柱伸缩后底端可与巷道底板接触，底座穿设有供液压支柱伸入的中心通孔。

通过采用上述技术方案，液压支柱伸缩后底端与巷道底板接触，便于将机车主体悬空，减少机车主体受压损坏的情况发生；油缸伸缩后，使得框架式顶梁与巷道顶板接触，便于对围岩断面进行支撑。

本实用新型进一步设置为：所述液压支柱为三根或四根，所述框架式顶梁为矩形、圆形或三角形的网格结构。

通过采用上述技术方案，便于增强框架式顶梁对围岩断面支撑的稳定性。

本实用新型进一步设置为：所述巷道壁内挖设有供机器车停放的停车硐室。

通过采用上述技术方案，便于临时停放机车主体。

本实用新型进一步设置为：所述无线传输模块为无线局域网。

通过采用上述技术方案，便于增强信号传输的稳定性。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：可重复性强、环保性能好、实施效率高、辅助运输和灾害预警处理智能无人化；增强了围岩断面加固的及时性，减少了人力加固巷道围岩时面临危险作业的几率，降低了人力成本；球形车轮沿水平方向做360度旋转，便于灵活调节机车主体的行驶方向，使得机车主体能够双向行驶，节省频繁掉头所需的空间资源；便于增强机车主体运行的可靠性，减少因巷道堵塞而影响围岩断面支护的情况发生。

附图说明

图1是本实用新型实施例中位移传感器的安装示意图；

图2是本实用新型实施例中机车主体的收拢状态结构示意图；

图3是本实用新型实施例中机车主体的打开状态结构示意图；

图4是本实用新型实施例中的架构框图。

图中：1、支护机构；11、框架式顶梁；12、油缸；13、液压支柱；2、车体；21、圆形钢板；22、底座；23、中心通孔；24、橡胶套；3、行驶驱动机构；31、球形车轮；4、摄像机；5、巷道；51、位移传感器；52、停车硐室；53、信号发射器；54、信号接收器；6、主控制器；7、定位传感器；71、存储器；8、路径规划模块。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本实用新型作进一步详细说明。

实施例：一种智能预警护巷机器车，如图2所示，包括机车主体和控制系统。机车主体包括车体2、行驶驱动机构3和支护机构1。其中，行驶驱动机构3用于根据主控制器6生成的行驶控制命令驱动车体2移动。支护机构1用于根据主控制器6生成的支护控制命令展开支撑预警断面的顶板。

如图1与图4所示，控制系统包括围岩变形破坏预警模块、无线传输模块、路径规划模块8、空间定位模块、避障模块和主控制器6。其中，围岩变形破坏预警模块包括信号发射器53、信号接收器54、间隔布设在巷道5的位移传感器51，位移传感器51均与信号发射器53电性连接，信号接收器54与主控制器6电性连接。在本实施例中，信号发射器53安装在巷道5内，信号接收器54安装在机车主体上。当相应位移传感器51监测到的围岩变形量达到预设置的预警值时，信号发射器53发射的预警信号经无线传输模块传输至信号接收器54。

如图4所示，路径规划模块8与主控制器6通信连接，用于根据预警信号获取相应预警断面的位置信息以及车体2的位置信息，并确定最优路线和行驶时间。在本实施例中，路径规划模块8为常规的gps定位系统中的路径规划单元，内置有巷道5的地图信息。

如图1与图4所示，空间定位模块包括存储器71和均匀分布在巷道5底板上的定位传感器7，存储器71和定位传感器7均与主控制器6通信连接。当车体2行驶经过相应定位传感器7时，定位传感器7将定位信息传输至主控制器6，主控制器6将车体2的行驶轨迹存储至存储器71以供车体2完成护巷工作后可原路返回到初始位置。在机车主体行驶经过定位传感器7时，主控制器6感应到相应定位传感器7，并根据机车主体行驶距离定位自己相对定位传感器7的相对坐标、相对零点的绝对坐标以及相对目标点的相对坐标，形成定位算法，以及将机车主体的行驶轨迹自动存储并记忆在存储器71中，待机车主体完成护巷工作后可根据行驶轨迹原路返回到零点位置，形成记忆算法。

如图2与图4所示，避障模块包括安装在车体2行驶前端的摄像机4，摄像机4与主控制器6电性连接。在本实施例中，车体2对称设置有两个摄像机4，主控制器6根据车体2行驶方向择一启动摄像机4。摄像机4将获取的车体2行驶图像信息传输至主控制器6。主控制器6根据图像信息实时识别行驶路径上障碍物的形状和轮廓，以及计算分析障碍物的大小和其对机器车安全行驶的作用规律后做出合理的判断和决策。

如图4所示，主控制器6用于分析处理各模块反馈的信息后生成相应的操作命令，以实现机器车完成自动化工作。

如图3与图4所示，车体2包括底座22、位于底座22上方的圆形钢板21以及第一驱动源(图中未显示)，圆形钢板21与底座22相对转动连接，第一驱动源与主控制器6电性连接，圆形钢板21的圆周方向上套装有橡胶套24。利用圆形钢板21与底座22相对转动连接，使得圆形钢板21在水平面内旋转任意角度，减少机车主体的行驶轨迹和方向受干扰的情况发生。

如图2与图4所示，行驶驱动机构3包括四个球形车轮31、传动机构和第二驱动源(图中未显示)，球形车轮31通过传动机构与第二驱动源的输出端连接，第二驱动源与主控制器6电性连接。在本实施例中，第一驱动源与第二驱动源均采用伺服电机。球形车轮31沿水平方向做360度旋转，便于灵活调节机车主体的行驶方向，使得机车主体能够双向行驶，节省频繁掉头所需的空间资源。

如图3所示，支护机构1包括框架式顶梁11、油缸12和多根液压支柱13。油缸12一端与圆形钢板21固定连接，另一端与框架式顶梁11固定连接；液压支柱13伸缩后底端可与巷道5底板接触，底座22穿设有供液压支柱13伸入的中心通孔23。液压支柱13伸缩后底端与巷道5底板接触，便于将机车主体悬空，减少机车主体受压损坏的情况发生；油缸12伸缩后，使得框架式顶梁11与巷道5顶板接触，便于对围岩断面进行支撑。

如图3所示，在本实施例中，液压支柱13采用四根，还可为三根。框架式顶梁11采用矩形的网格结构，还可为圆形或三角形的网格结构，便于增强框架式顶梁11对围岩断面支撑的稳定性。

如图1所示，巷道5壁内挖设有供机器车停放的停车硐室52，

停车硐室52沿巷道5延伸方向间隔布设，便于临时停放机车主体。

如图4所示在本实施例中，无线传输模块采用无线局域网，便于增强信号传输的稳定性。

在本实施例中，避障模块包括行驶模式、清理模式、停止模式三种模式。行驶模式，当障碍物的大小和形状不足以影响机器车安全行驶时，机器车正常行驶碾压障碍物。清理模式，当障碍物的大小和形状可以影响机器车安全行驶时，机器车停止前进，主控制器6生成障碍物处理命令；待障碍物处理完后，机器车继续向目标行驶。停止模式，当障碍物无法被及时处理或者路径上的断面收缩严重导致机器车无法通行时，主控制器6生成语音播报命令，提醒预警区域位置。便于增强机车主体运行的可靠性，减少因巷道5堵塞而影响围岩断面支护的情况发生。

工作过程：当相应位移传感器51监测到的围岩变形量达到预设置的预警值时，信号发射器53发射的预警信号经无线传输模块传输至信号接收器54；然后路径规划模块8确认目标位置后规划出最优路线和行驶时间；主控制器6根据最优路线和行驶时间控制机车主体行驶至目标后，接着驱动支护机构1对相应围岩断面进行支护；在机车主体行驶经过定位传感器7时，主控制器6感应到相应定位传感器7，并根据机车主体行驶距离定位自己相对定位传感器7的相对坐标、相对零点的绝对坐标以及相对目标点的相对坐标，形成定位算法，以及将机车主体的行驶轨迹自动存储并记忆在存储器71中，待机车主体完成护巷工作后可根据行驶轨迹原路返回到零点位置，形成记忆算法；避障模块根据摄像机4获取的图像信息识别、判断障碍物，并作出相应的决策；增强了围岩断面加固的及时性，减少了人力加固巷道5围岩时面临危险作业的几率，降低了围岩支护的人力成本。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。