一种带有旋转护架及护板的机器视觉切顶勘测设备及方法与流程

本发明属于煤层开采，尤其涉及一种带有旋转护架及护板的机器视觉切顶勘测设备及方法。

背景技术：

1、煤矿开采过程中，为减轻作业区顶板的压力，保障作业区的安全，在使作业区支护完毕后，将回采过程的地方顶板及时垮落，该项技术便称为“切顶”，其分界线也被称作切顶线。切顶过程推进中，对于切顶的方案设计决定着整个过程的安全性，为保障方案设计的准确性，常需要大量人员进入矿洞内观察，矿洞内碎石遍地，光线昏暗，工作人员难以准确计算矿洞内壁情况的同时，还容易被掉落的碎石砸伤，使得项目推进较为缓慢，但随着视觉技术的发展，目前市面上出现能够对物体进行扫描成像的设备。若将该类视觉技术应用于矿洞勘察设备当中，在保证数据采集稳定性的情况下，通过视觉扫描成像配合相关系统可快速准确的得出切顶方案，从而提高施工安全。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种带有旋转护架及护板的机器视觉切顶勘测设备及方法。本发明能够在保障内部器械不会受矿洞碎石影响，可全自动对在矿洞内行走并对矿洞进行影像数据以及立体数据采集，配合图像处理器与学习模块能够快速得到高精度的煤层结构数据和切顶方案。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种带有旋转护架及护板的机器视觉切顶勘测设备，包括基座,所述基座底部对称传动设置有两条履带，所述履带上方于基座端面上设有旋转护架，旋转护架包括转动盘，所述转动盘圆心处设置有转动主轴，所述转动主轴圆心上方设置有固定圆座，所述固定圆座与转动主轴相邻的端面上连接设置有多个可承受轴向转动扭力与径向伸缩压力的伸缩连接件，所述固定圆座外圆面上于转动盘端面上连接设置有半球形柔性网布制成的防护球罩，所述防护球罩外圆面上于固定圆座与转动盘之间沿圆周方向均匀设置有多个弧形的弹性钢丝制成的弧形筋板，所述防护球罩内于转动盘端面上固定设置有支撑台，所述支撑台上方于防护球罩一侧外圆面上设置有矩形开口，所述矩形开口内转动设置有用于监测矿洞内壁影像并生成立体数据的采集模块。柔性网布制成的防护球罩具有良好的缓冲效果，配合弹性钢丝制成的弧形筋板能够在碎石掉落时能够保障内部器械不会受到影响。

3、优选的，所述基座底部端面四角处设置有四块两两相邻的连接板，两两相邻的所述连接板外端面上均转动设置有传动轮，两个所述传动轮外圆面上传动设置有履带，其中一个所述连接板内侧端面上固定设置有第一驱动电机，所述第一驱动电机输出端穿过连接板端面连接设置于传动轮圆心处，所述基座底部端面上设置有弧形的防护底罩，所述转动盘圆心处设置的转动主轴底部一端伸到防护底罩内，所述转动主轴伸到防护底罩的外圆面上设置有第一齿环，所述第一齿环一侧于防护底罩内转动设置有第一齿轮，所述第一齿轮与第一齿环外圆面做啮合传动，所述第一齿轮上方与基座底部端面上固定设置有第二驱动电机，所述第二驱动电机输出端连接设置于第一齿轮上端面圆心处。履带的设置使得设备能够更好的在矿洞的复杂地面上行走。转动盘与转动主轴的设置使得采集模块能够度的对矿洞内部进行观测。

4、优选的，所述采集模块包括支撑台上方于矩形开口内转动设置的固定底板，所述固定底板远离防护球罩圆心一端设置有采集器，所述采集器外侧端面上沿直线方向均匀设置有多个摄像头，多个所述摄像头之间于采集器端面上设置有多个激光扫描器，所述采集器外壁面与矩形开口内侧壁之间连接设置有弹性布制成的防尘罩，所述采集器外侧转动设置有防护用防护板，所述防护板外侧端面上设置有弧形具有弹性的弹性弧板。防尘罩用于避免灰尘进入到矩形开口内，摄像头用于对矿洞内影像进行记录，激光扫描器会将矿洞内部扫描形成立体数据。

5、优选的，所述支撑台端面上固定设置有第一转动座，所述第一转动座内转动设置有第二转动座，所述第二转动座靠近矩形开口的端面上固定设置有固定底板，所述固定底板下方于第一转动座侧壁端面上固定设置有第三驱动电机，所述第三驱动电机输出端连接设置于第二转动座转动圆心处，所述固定底板远离第二转动座的端面于采集器一侧固定设置有固定竖板，所述固定竖板远离固定底板的一端伸出防尘罩，所述固定竖板伸出防尘罩的端面两侧设置有两个转动连板，两个所述转动连板之间转动设置有转动内杆，所述转动内杆外圆面上转动设置有防护板的一端，所述转动内杆一端伸出转动连板端面，所述转动连板外侧端面上固定设置有第四驱动电机，所述第四驱动电机输出端连接设置于转动内杆伸出转动连板的端面上。第二转动座与第一转动座的设置使得采集器能够进行角度调整，从而提高观测视野，防护板对在采集器工作时保障不影响其视野情况下，转动在其上端从而对其防护，小块碎石会被其端面上的弹性弧板弹走，当碎石下坠压力较大时，防护板受到冲击会向下转动盖在采集器端面上从而对其进行保护。

6、优选的，所述固定竖板靠近摄像头的端面上设置有用于清洗的喷雾器，所述喷雾器靠近采集器的端面上沿直线方向均匀设置有多个喷雾头，所述采集器端面上于摄像头上下两侧沿直线方向均匀设置有多个补光灯，所述固定竖板下方于支撑台底部设置有供液仓，所述供液仓一侧端面上连通设置有通液软管的一端，所述通液软管另一端连通设置于喷雾器侧壁上，所述支撑台一侧于转动盘端面上设置有图像处理器，所述图像处理器上端面设置有学习模块，所述图像处理器两侧于转动盘端面上对称设置有两个数据储存器，所述转动盘外侧于基座端面上设置有蓄电池。供液仓内部存放清洁液，喷雾头会喷出清洁液从而对采集器端面上的摄像头以及激光扫描器进行清洗。学习模块与图像处理器会通过对采集到的工作面影像数据进行分析，并用机器学习算法进行训练和优化，最终得到高精度的煤层结构数据和切顶方案。

7、优选的，所述伸缩连接件包括固定圆座与转动主轴相邻的端面上沿圆周方向均匀设置的多个上下一一对应的弹性管，上下对应的所述弹性管之间连接设置有内部填充弹性钢丝的伸缩波纹管，所述固定圆座圆心处设置有通气仓，所述固定圆座外圆面与转动盘端面上于多个弧形筋板之间沿圆周方向均匀设置有多个与防护球罩贴合的缓冲气垫，所述缓冲气垫外圆面上设置有充气便会膨胀的第一膨胀面，所述第一膨胀面外表面设置有多个缓冲胶圈，每个所述缓冲气垫均匀通气仓连接互通，所述通气仓上方与固定圆座顶部端面上设置有外圆面为倾斜状的喷气圆座，所述喷气圆座倾斜表面上沿圆周方向均匀设置有多个喷气斜口。内部填充弹性钢丝的伸缩波纹管即可对弹性管以及防护球罩进行支撑，在碰到碎石掉落时还可回缩将下坠力吸收。缓冲气垫在工作时会因为气体灌入将第一膨胀面向外鼓起，从而在碎石下坠时起到缓冲吸能的效果，从而提高防护效果。

8、优选的，所述固定圆座底部圆心处连通设置有通气软管的一端，所述通气软管另一端连通设置于转动主轴顶部端面上，所述转动主轴圆心处连通设置有连通内管，所述连通内管内设置有增压用供气泵机，所述供气泵机下方于防护底罩底部圆心处设置有过滤灰尘的过滤网口，所述通气软管外侧于每个上下对立的弹性管之间均连接设置有复位弹簧。伸缩波纹管在承受压力回缩后，复位弹簧会使其复位。

9、优选的，所述防护板靠近采集器的端面上设置有内部填充遇火气化膨胀物质的膨胀柔垫，所述膨胀柔垫内设置有引火器，所述引火器下方于膨胀柔垫靠近采集器的端面上沿直线方向均匀设置有多个提高与采集器端面摩擦力的防滑凸块。引火器会在防护板受到巨大压力时产生火花，从而将膨胀柔垫内填充的膨胀物质气化，使其快速鼓起，鼓起柔性的膨胀柔垫与采集器接触时可提高防护缓冲效果。

10、优选的，所述过滤网口上方于第一齿环底部端面上沿圆周方向均匀设置有多个折弯的折弯刷杆，所述折弯刷杆折弯面上沿直线方向均匀设置有多个与过滤网口接触的刷毛。第一齿环转动时折弯刷杆与刷毛便会对过滤网口进行刷洗。

11、为了达到上述目的，本发明还提出一种利用机器视觉技术的切顶设计设备配合的设计方法，包括以下使用步骤：

12、s1:工作人员将设备放置于矿洞前，随后启动设备，设备会通过履带进入到矿洞内，设备进入到矿洞内后转动盘便会转动矩形开口，从而调整采集器一侧摄像头与激光扫描器的观测方位，设置于转动盘内的第二转动座也会转动固定底板从而调整采集器上下角度；

13、s2:随后采集器端面上的摄像头以及激光扫描器便会启动，摄像头会将矿洞内切顶工作面上的影像数据记录，激光扫描器会将切顶工作面上的立体图像扫描，两者会将数据传送到图像处理器处；

14、s3:图像处理器以及顶部的学习模块会启动，图像处理器会完成工作面轮廓的数据化建模处理，学习模块学习模块会对采集到的工作面影像数据进行分析，并用机器学习算法进行训练和优化，最终得到高精度的煤层结构数据和切顶方案；

15、s4:数据储存器数据储存器内的计算机控制系统会与煤矿综采设备的各个控制单元进行联动通信，根据监控中心的指令，实现切顶设备的自动调节和切顶定位等动作，最终使装备能够准确地执行切顶任务；

16、s5:在采集器进行观测的过程中，补光灯会打开从而进行补光，喷雾器一端的喷雾头也会实时打开对摄像头以及激光扫描器进行灰尘清洗，采集器上方的防护板会对采集器进行碎石防护处理；

17、s6:设置于防护球罩外圆面上的缓冲气垫内部会充气，配合弧形筋板以及伸缩波纹管会对内部的各个器械进行防护，从而保障设备在矿洞内能够正常运行，设置于固定圆座端面上的喷气圆座外圆面上的喷气斜口会喷出气体，从而将设备周围的灰尘吹走，从而提高采集器的视野开阔性。

18、有益效果：

19、1.本发明通过激光扫描器与摄像头以及图像处理器与学习模块等零件的设计，使得设备能够自动进入到矿洞内对矿洞内部壁面进行观测数据采集，有效避免人员进入受伤的情况下，能够得到更高精度的煤层结构数据和切顶方案，配合数据储存器的系统能够让切顶设备能够准确地执行切顶任务，提高采煤效率和工作安全性。

20、2.本发明通过弧形筋板与缓冲气垫以及伸缩波纹管与复位弹簧等零件的设计，使得设备进入到矿洞内后当有碎石向下坠落时，缓冲气垫充气能够卸掉大部分下坠力情况下，弧形筋板与伸缩波纹管提高的硬性支撑可有效保障内部器械不会受到伤害，有效的提高了设备的安全性。

21、3.本发明通过防护板与膨胀柔垫以及喷雾器与补光灯零件的设计，使得采集器在对矿洞内部进行观测的过程中，设备能够对激光扫描器与摄像头进行灰尘清理并补光保障观测精准性的同时，还可防止碎石对采集器造成破坏，有效的提高了设备的使用寿命。