[發明專利]基于機器視覺可自動規劃截割路徑的懸臂式掘進機及方法

有效

• 申請號: 201611161416.7
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106761738B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 劉送永;吳洪狀;杜長龍;江紅祥;沈剛;李偉;唐瑋;程誠;李洪盛;王浩東
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C35/24
• 分類號: E21C35/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種基于機器視覺可自動規劃截割路徑的懸臂式掘進機，包括懸臂式掘進機主體（2），其特征在于：所述的懸臂式掘進機主體（2）上設有基于機器視覺的控制系統（1），基于機器視覺的控制系統（1）通過隔振器（1-4）安裝在懸臂式掘進機主體（2）上的支承板（2-2）上；

所述的基于機器視覺的控制系統（1）包括PLC控制系統（1-1）、嵌入式微處理器系統（1-2）和機器視覺相機模塊（1-3），所述PLC控制系統（1-1）與嵌入式微處理器系統（1-2）都以集成柜的形式安裝，所述機器視覺相機模塊（1-3）通過防塵箱（1-3-1）固定安裝在集成柜上；機器視覺相機模塊（1-3）由嵌入式微處理器系統（1-2）控制，并對機器視覺相機模塊（1-3）所獲圖像進行處理，以此獲取巷道斷面煤層夾矸信息，并根據巷道斷面信息規劃好截割路徑，嵌入式微處理器系統（1-2）將規劃好的截割路徑信息傳遞給PLC控制系統（1-1），由PLC控制系統（1-1）根據截割路徑控制懸臂式掘進機的液壓部件，避開夾矸進行截割操作；

所述的機器視覺相機模塊（1-3）包括防塵箱（1-3-1）、防塵箱開關門（1-3-2）、開關門拉緊彈簧（1-3-3）、相機安裝板軌道（1-3-4）、工業相機（1-3-5）、探照燈（1-3-6）、相機安裝板（1-3-7）、電機安裝板（1-3-8）、步進電機（1-3-9）、凸輪（1-3-10）、楔塊（1-3-11）；所述的工業相機（1-3-5）安裝在相機安裝板（1-3-7）的上方前端；所述的探照燈（1-3-6）安裝在相機安裝板（1-3-7）的下方前端；所述的相機安裝板（1-3-7）安裝在相機安裝板軌道（1-3-4）內，并與凸輪（1-3-10）貼合，由凸輪驅動可在軌道內前后滑動；所述的相機安裝板軌道（1-3-4）焊接在防塵箱（1-3-1）的內部，左右各一；所述的凸輪（1-3-10）由步進電機（1-3-9）驅動，步進電機安裝在防塵箱（1-3-1）內部的電機安裝板（1-3-8）上；所述的防塵箱開關門（1-3-2）鉸接在防塵箱（1-3-1）的一側，左右各一，開關門上焊有楔塊（1-3-11），楔塊與相機安裝板（1-3-7）配合，作用為防止工業相機（1-3-5）接觸防塵箱開關門（1-3-2）；所述的開關門拉緊彈簧（1-3-3）一端連接防塵箱開關門（1-3-2），另一端連接防塵箱（1-3-1）內壁。

2.根據權利要求1所述的基于機器視覺可自動規劃截割路徑的懸臂式掘進機，其特征在于，所述的凸輪（1-3-10）外緣輪廓為雙同心圓弧形，即凸輪外緣由一大一小兩段圓弧以及兩段過渡圓弧組成，使相機安裝板（1-3-7）能夠在最高處停留，這樣，即使步進電機（1-3-9）存在角度偏差，也能保證相機每次工作時位置固定。

3.根據權利要求1或2所述掘進機的基于機器視覺可自動規劃截割路徑的懸臂式掘進方法，其特征在于包括如下步驟：

a.懸臂式掘進機主體（2）完成一次斷面截割后，收起懸臂式掘進機主體（2）的后支撐裝置、抬起前鏟板然后向前行走一段距離準備下一次斷面截割；

b.將懸臂式掘進機主體（2）的后支撐裝置、前鏟板放下，為了防止掘進機截割部（2-1）擋到巷道斷面，將掘進機截割部（2-1）擺到不影響機器視覺相機模塊（1-3）中工業相機（1-3-5）工作的另一側最下方；

c.機器視覺相機模塊（1-3）不工作時，由開關門拉緊彈簧（1-3-3）提供拉緊力使防塵箱（1-3-1）封閉；開始工作后，由PLC控制系統（1-1）控制步進電機（1-3-9）旋轉180°并向嵌入式微處理器系統（1-2）發出工作信號，此時，步進電機（1-3-9）驅動凸輪（1-3-10）旋轉180°，相機安裝板（1-3-7）向前移動，克服開關門拉緊彈簧（1-3-3）的拉力，通過楔塊（1-3-11）將防塵箱開關門（1-3-2）打開，嵌入式微處理器系統（1-2）控制工業相機（1-3-5）和探照燈（1-3-6）進行工作，獲取一次巷道斷面圖像，獲取圖像后，由嵌入式微處理器系統（1-2）向PLC控制系統（1-1）發出結束信號，PLC控制系統（1-1）控制步進電機（1-3-9）旋轉180°，防塵箱開關門（1-3-2）在開關門拉緊彈簧（1-3-3）的作用下，克服相機安裝板（1-3-7）在軌道中的摩擦力，通過楔塊（1-3-11）將相機安裝板（1-3-7）壓回防塵箱（1-3-1），再次封閉防塵箱（1-3-1），即完成了巷道斷面圖像獲取階段；

d.嵌入式微處理器系統（1-2）將獲取的巷道斷面圖像進行處理，并根據圖像處理結果規劃截割路徑，并將規劃好的截割路徑發送給PLC控制系統（1-1），然后由PLC控制系統（1-1）根據規劃好的截割路徑控制掘進機截割部（2-1）工作，即可進行下一次斷面截割；

e.重復步驟a、b、c和d多次，直至完成整個掘進工作面。