煤炭智能探测方法及探测系统与流程

本发明涉及采煤设备技术领域，尤其涉及一种煤炭智能探测方法及探测系统。

背景技术：

煤矿采煤过程中，为了避免矿洞由于通风不畅而存在可燃易爆和有毒气体，经常需要对矿洞进行气体探测，现有技术中的探测系统多为探测机器人。

机器人进入矿洞之后为了有较强的越障能力，往往设计的比较小巧，一般不可能设计高度超过1m的机器人。但是煤矿安全规程规定了瓦斯等危险气体的检测高度不能低于1.5m。

公开号为cn102601802a的专利中公开了一种煤矿探测机器人自动回弹式探测机构，其能够对超过1.5m高处的气体进行检测，且在遇到障碍物时能够倒伏，避免探测器的损坏，但是该专利中的技术自动化程度较低，且底部不具有防撞性能，使探测机器人的安全性能较低。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

技术实现要素：

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种煤炭智能探测方法及探测系统，其结构简单，探测效果好，安全性高，检测装置无需人工控制，自动化程度高，降低人工成本。

为了实现上述目的，本发明提供一种煤炭智能探测方法，包括如下步骤：

步骤一在控制器中输入探测杆的高度；

步骤二将探测系统放置于矿洞中，启动第一电机，使所述探测系统在矿洞中进行探测行走；行走过程中，测距传感器不断对底座与上方障碍物之间的距离进行检测；

步骤三如果所述测距传感器检测的所述底座与上方障碍物之间的距离大于所述探测杆的高度，则该检测数据忽略；如果所述底座与上方障碍物之间的距离小于所述探测杆的高度，则所述测距传感器将检测数据输入所述控制器中；

步骤四所述控制器的数据处理单元计算所述探测杆应该倾倒的最大角度；

步骤五所述控制器控制回弹驱动件工作，使所述探测杆倾倒，并通过角度位移传感器检测所述探测杆倾倒的实际角度，所述角度位移传感器检测的所述实际角度传输到所述控制器中；

步骤六所述控制器的数据处理单元比较所述实际角度和最大角度的大小；通过所述实际角度和最大角度的大小，控制所述回弹驱动件的工作；

步骤七所述测距传感器检测的所述底座与上方障碍物之间的距离大于所述探测杆的高度，且所述测距传感器检测的持续时间大于10s，则所述控制器控制所述回弹驱动件工作，使所述探测杆重新回到竖直状态。

根据本发明的煤炭智能探测方法，本发明还提供一种用于煤炭智能探测方法的探测系统，包括底座，所述底座中设有驱动结构和防撞结构，所述底座的上部设有探测结构；

所述探测结构包括探测杆，所述探测杆的顶端固接探测器，所述探测杆的底端连接万向球，所述万向球卡接于球座中，所述球座的一侧开设有侧槽；所述探测杆的一侧设有回弹组件，所述回弹组件包括回弹杆，所述回弹杆倾斜设置，所述回弹杆的一端铰接滑动球，所述滑动球卡接于滑槽中，所述滑槽固接所述探测杆；所述回弹杆的另一端连接回弹驱动件；

所述底座的上面设有用于检测所述底座与上方障碍物之间的距离的测距传感器；所述探测杆的底部设有用于检测所述探测杆倾倒角度的角度位移传感器。

根据本发明的煤炭智能探测系统，所述驱动结构包括对称设置于所述底座两侧的若干组驱动轮，位于同侧的所述驱动轮均绕接履带，所述履带的内侧与所述驱动轮啮合连接，所述驱动轮连接驱动组件；

所述防撞结构包括设置于所述底座前端的防撞板，所述防撞板连接缓冲结构；所述底座的内部设有缓冲腔，所述缓冲腔中设置有气瓶，所述气瓶连接两个气囊，所述气瓶电连接所述缓冲结构。

根据本发明的煤炭智能探测系统，所述缓冲腔中设有将所述缓冲腔分隔为左腔和右腔的分隔板，所述左腔中设置所述缓冲结构，所述右腔中设置所述气瓶；所述缓冲结构包括第一缓冲杆，所述第一缓冲杆活动穿入所述左腔中，所述第一缓冲杆的端部连接主动板，所述第一缓冲杆位于所述主动板和缓冲腔左侧壁之间的部分套接第一缓冲弹簧；所述缓冲结构还包括从动板，所述从动板连接第二缓冲杆，所述第二缓冲杆活动穿过固定板，所述固定板固定于所述左腔中，所述第二缓冲杆位于所述从动板和固定板之间的部分套接第二缓冲弹簧；所述分隔板位于所述左腔的一侧还设有与所述第二缓冲杆对应使用的轻触开关，所述轻触开关电连接所述气瓶的电磁阀。

根据本发明的煤炭智能探测系统，所述驱动组件包括设置于所述底座上的第一电机，所述第一电机连接主动轮，所述主动轮与从动轮相互啮合，所述从动轮固定套接驱动轴，所述驱动轴的两端分别连接所述驱动轮。

根据本发明的煤炭智能探测系统，所述探测杆的高度不低于1.5m。

根据本发明的煤炭智能探测系统，所述回弹杆与水平面具有35～60度的夹角。

根据本发明的煤炭智能探测系统，所述探测杆位于所述回弹杆相反的一侧与所述底座之间连接弹性件。

根据本发明的煤炭智能探测系统，所述弹性件为弹簧或者橡皮筋。

本发明的目的在于提供一种煤炭智能探测方法及探测系统，通过在底座上设置驱动结构和防撞结构，驱动结构驱动探测系统在矿洞中进行探测作业，防撞结构能对探测系统的底座进行防撞保护，降低障碍物的撞击力对底座的损坏，提高探测系统的安全性能；底座的上部设有探测结构，探测结构上还设有回弹组件，探测结构能够探测1.5m高度以上的空气，达到煤矿安全规程的规定，当有障碍物时，回弹组件能够使探测杆倒伏，避免过高的障碍物碰撞到探测器，使探测器发生损坏；防撞结构和探测结构均连接控制器，通过控制器控制探测结构的倒伏，无需人工控制。综上所述，本发明的有益效果是：结构简单，探测效果好，安全性高，检测装置无需人工控制，自动化程度高，降低人工成本。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明底座的俯视结构示意图；

图3是本发明侧槽的俯视结构示意图；

在图中：1-底座，11-驱动轮，12-驱动轴，13-从动轮，14-主动轮，15-第一电机，16-履带；2-探测杆，21-探测器，22-万向球，23-球座，24-侧槽；3-回弹杆，31-滑动球，311-滑槽；32-回弹驱动杆，321-固定块；4-弹性件，5-防撞板，51-第一缓冲杆，52-主动板，53-第一缓冲弹簧，54-固定板，55-从动版，56-第二缓冲杆，57-第二缓冲弹簧，58-轻触开关；6-缓冲腔，61-分隔板，62-气瓶，63-管路，64-气囊；7-角度位移传感器，71-测距传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明提供了一种煤炭智能探测系统，包括底座1，底座1中设有驱动结构和防撞结构，底座1的上部设有探测结构。

探测结构包括探测杆2，探测杆2的高度不低于1.5m，探测杆2的顶端固接探测器21，探测杆2的底端连接万向球22，万向球22卡接于球座23中，且万向球22能在球座23中转动，球座23固接底座1；参见图3，球座23的一侧开设有侧槽24，当探测杆2呈竖直状态时，万向球22卡接于球座23中，当探测杆2需要向一侧倾倒时，万向球22能够在球座23中发生转动，使万向球22上部连接的探测杆2向侧槽24中发生倾倒。探测杆2的一侧设有回弹组件，回弹组件包括回弹杆3，回弹杆3倾斜设置，本发明中，回弹杆3与水平面具有35～60度的夹角；回弹杆3的一端铰接滑动球31，滑动球31卡接于滑槽311中，且滑动球31能够在滑槽311中上下滑动，滑槽311固接探测杆2；回弹杆3的另一端连接回弹驱动件32，回弹驱动件32固接固定块321，固定块321设置于底座1上。

使用过程中，回弹驱动件32工作，使回弹杆3收缩，由于回弹杆3铰接的滑动球31卡接于滑槽311中，滑槽311固接探测杆2，因此，回弹杆3的收缩将带动探测杆2向回弹杆3收缩的方向倾倒。探测杆2倾倒过程中，回弹杆3与滑动球31之间的角度发生变化，且滑动球31在滑槽311中滑动。

本发明中，回弹驱动件32为气缸，回弹杆3为气缸的活塞轴。

作为一种优选的方案，探测杆2位于回弹杆3相反的一侧与底座1之间连接弹性件4，弹性件4为弹簧或者橡皮筋。当探测杆2向回弹杆3收缩的方向倾倒时，弹性件4被拉长，当探测杆2重新回到竖直状态时，弹性件4复位；弹性件4能够帮助探测杆2顺利回到竖直状态，且对于竖直状态的探测杆2起到一定的支撑作用。

参见图2，驱动结构包括对称设置于底座1两侧的若干组驱动轮11，位于同侧的驱动轮11均绕接履带16，履带16的内侧与驱动轮11啮合连接，驱动轮11连接驱动组件；驱动组件包括设置于底座1上的第一电机15，第一电机15连接主动轮14，主动轮14与从动轮13相互啮合，从动轮13固定套接驱动轴12，驱动轴12的两端分别连接驱动轮11。

工作过程中，通过第一电机15驱动主动轮14转动，主动轮14带动从动轮13转动，从而带动驱动轴12转动，驱动轴12驱动其两端的驱动轮11转动，从而使履带16带动底座1向前后移动，使探测系统能够在矿洞中顺利完成探测工作。本发明中，驱动轮11至少设有三组。

防撞结构包括设置于底座1前端的防撞板5，防撞板5连接缓冲结构；底座1的内部还设有缓冲腔6，缓冲腔6中设有分隔板61，分隔板61将缓冲腔6分隔为左腔和右腔，左腔中设置上述缓冲结构，右腔中设置有气瓶62，气瓶62中装有高压气体，气瓶62通过管路63连接两个气囊64，气囊64设置于缓冲腔6的两侧，且设置于底座1靠近防撞板5处的边缘位置。

缓冲结构包括第一缓冲杆51，第一缓冲杆51活动穿入缓冲腔6的左腔中，第一缓冲杆51的端部连接主动板52，第一缓冲杆51位于主动板52和缓冲腔6左侧壁之间的部分套接第一缓冲弹簧53；缓冲结构还包括从动板55，从动板55连接第二缓冲杆56，第二缓冲杆56活动穿过固定板54，固定板54固定于缓冲腔6的左腔中，第二缓冲杆56位于从动板55和固定板54之间的部分套接第二缓冲弹簧57；分隔板61位于左腔的一侧还设有与第二缓冲杆56对应使用的轻触开关58，轻触开关58电连接气瓶62的电磁阀。

探测系统在矿洞中行进时，如果遇到障碍物，障碍物首先撞击在防撞板5上，防撞板5带动第一缓冲杆51和主动板52向缓冲腔6中的右侧移动，如果撞击力较小，通过第一缓冲杆51和第一缓冲弹簧53将撞击力缓冲掉，避免障碍物直接撞击底座；如果撞击力较大，主动板52会撞击在从动板55上，从动板55带动第二缓冲杆56继续向右侧移动，第二缓冲杆56撞击轻触开关58，轻触开关58将信号传递给气瓶62的电磁阀，电磁阀打开，将高压气体通过管路63导入两个气囊64中，气囊64充气后迅速膨胀并弹出缓冲腔6，弹出后的气囊64填充在防撞板5与底座1的前端面之间，起到减震、防护的作用，降低撞击力对底座1的损坏。

本发明中，回弹驱动件32、轻触开关58、气瓶62的电磁阀均连接控制器。当轻触开关58收到由防撞板5、主动板52、从动板55依次传递过来的撞击信号后，轻触开关58将该信号传递给控制器，控制器控制回弹驱动件32工作，使探测杆2倒伏，避免过高的障碍物碰撞到探测器21，使探测器21发生损坏。越过障碍物之后，探测器21能够重新复位，探测器21的高度完全能够满足对气体的检测。

底座1的上面设有用于检测底座1与上方障碍物之间的距离的测距传感器71，本发明中，测距传感器71为超声波测距传感器；探测杆2的底部设有用于检测探测杆2倾倒角度的角度位移传感器7。测距传感器71和角度位移传感器7均电连接控制器。

本发明还提供一种煤炭智能探测方法，包括如下步骤：

步骤一在控制器中输入探测杆2的高度h。

步骤二将探测系统放置于矿洞中，启动第一电机15，使探测系统在矿洞中进行探测行走；行走过程中，测距传感器71不断对底座1与上方障碍物之间的距离a进行检测。

步骤三如果测距传感器71检测的底座1与上方障碍物之间的距离a大于探测杆2的高度h，则该检测数据忽略；如果底座1与上方障碍物之间的距离a小于探测杆2的高度h，则将该检测数据输入控制器中。

步骤四控制器的数据处理单元计算探测杆2应该倾倒的最大角度α，即sinα＝a/h。

步骤五控制器控制回弹驱动件32工作，使探测杆2倾倒，并通过角度位移传感器7检测探测杆2倾倒的实际角度β，角度位移传感器7检测的实际角度β传输到控制器中。

步骤六控制器的数据处理单元比较实际角度β和最大角度α的大小，通过实际角度β和最大角度α的大小，控制回弹驱动件32的工作。当β<α时，探测杆2最顶端低于上方障碍物，说明探测杆2能够安全通过障碍物，控制器可以控制回弹驱动件32停止工作；当β≥α时，探测杆2最顶端高于上方障碍物或者与上方障碍物处于同等高度，说明探测杆2不能安全通过障碍物，控制器需要控制回弹驱动件32继续工作。

步骤七如果测距传感器71检测的底座1与上方障碍物之间的距离a大于探测杆2的高度h，且测距传感器71检测的时间持续10s以上，说明探测杆2已经安全通过上一个障碍物，控制器可以控制回弹驱动件32工作，使探测杆2重新回到竖直状态。

综上所述，本发明通过在底座上设置驱动结构和防撞结构，驱动结构驱动探测系统在矿洞中进行探测作业，防撞结构能对探测系统的底座进行防撞保护，降低障碍物的撞击力对底座的损坏，提高探测系统的安全性能；底座的上部设有探测结构，探测结构上还设有回弹组件，探测结构能够探测1.5m高度以上的空气，达到煤矿安全规程的规定，当有障碍物时，回弹组件能够使探测杆倒伏，避免过高的障碍物碰撞到探测器，使探测器发生损坏；防撞结构和探测结构均连接控制器，通过控制器控制探测结构的倒伏，无需人工控制。综上所述，本发明的有益效果是：结构简单，探测效果好，安全性高，检测装置无需人工控制，自动化程度高，降低人工成本。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。