[發明專利]一種基于數字孿生驅動的單軌吊車自動駕駛系統及方法

有效

• 申請號: 202110981866.5
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113741442B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 盧昊;許北練;朱真才;彭玉興;周公博;沈剛;湯裕;江帆
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;徐州立人單軌運輸裝備有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;B66C11/06;B66C13/16;B66C13/18;B66C13/48;B66C15/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

1.一種基于數字孿生驅動的單軌吊車自動駕駛系統，其特征在于：所述自動駕駛系統包括數據中轉系統、高速通訊鏈路、自動駕駛模塊、位于井下的道岔傳感器模塊和定位系統模塊以及位于井上的智能控制系統和數字孿生系統，其中：

所述數據中轉系統包括若干礦燈，若干所述礦燈間隔安裝在巷道內壁，所述數據中轉系統用于井上、井下數據傳輸；

所述高速通訊鏈路用于所述道岔傳感器模塊與所述數據中轉系統之間、所述定位系統模塊與所述數據中轉系統之間以及所述數據中轉系統與所述智能控制系統之間的數據傳輸；

所述自動駕駛模塊與所述數據中轉系統連接，且所述自動駕駛模塊安裝于每輛單軌吊車上，所述自動駕駛模塊用于控制單軌吊車實現無人駕駛；所述自動駕駛模塊包括狀態檢測模塊和單軌吊車控制模塊，其中：狀態檢測模塊用于判斷單軌吊車的兩種工作狀態，其一為忙碌狀態，其二為空閑狀態；單軌吊車的起吊鏈條上安裝有應力傳感器，當起吊鏈條上的應力傳感器測得應力值超出預設范圍時，自動駕駛模塊判斷單軌吊車處于忙碌狀態；當應力傳感器測得的應力值未超出預設范圍時，自動駕駛模塊判斷單軌吊車處于空閑狀態；

智能控制系統通過人工智能算法尋找距離運載點最近、且處于空閑狀態的單軌吊車；

所述道岔傳感器模塊包括若干道岔傳感器，若干所述道岔傳感器一一設置于每個道岔的每個活動軌處，所述道岔傳感器用于感知每個道岔的每個活動軌連接位置狀態；

所述定位系統模塊用于對巷道內表面的輪廓進行拾取，對軌道裝置進行定位以及實時定位井下每輛單軌吊車的地理位置，并將拾取、定位以及地理位置信息傳輸至所述數據中轉系統；

所述智能控制系統與所述數據中轉系統之間雙向傳輸，所述數據中轉系統與所述道岔傳感器模塊之間雙向傳輸，所述數據中轉系統與所述定位系統模塊之間雙向傳輸；

所述數字孿生系統與所述智能控制系統雙向傳輸；

所述定位系統模塊包括定位標簽與定位基站，其中：所述定位標簽安裝于巷道內表面對巷道內表面的輪廓進行拾取，并將拾取的位置信息傳輸至就近的所述定位基站，施加擬合算法將離散化的點狀輪廓擬合為連續性的曲面輪廓，即獲得巷道的三維模型；所述定位標簽還安裝于軌道裝置上對軌道裝置進行定位，并將定位的位置信息傳輸至就近的所述定位基站；所述定位標簽還安裝于單軌吊車上實時定位井下每輛單軌吊車的地理位置，并將地理位置信息傳輸至就近的所述定位基站；所述定位基站間隔布置在巷道內，所述定位基站與所述定位標簽之間通過無線網連接，所述定位基站接收所述定位標簽的位置信息；

所述智能控制系統包括數據收發單元、數據處理單元以及控制單元；

所述礦燈包括第一無線信號接收裝置、第一無線信號發射裝置、第一LIFI無線信號接收裝置以及第一LIFI無線信號發射裝置，所述數據收發單元連接與所述第一無線信號接收裝置、所述第一無線信號發射裝置分別連接；所述第一無線信號接收裝置與所述第一LIFI無線信號發射裝置有線連接；所述第一無線信號發射裝置與所述第一LIFI無線信號接收裝置有線連接；

所述自動駕駛模塊包括第二LIFI無線信號接收裝置，所述第二LIFI無線信號接收裝置通過LIFI無線通訊鏈路與所述第一LIFI無線信號發射裝置連接；

所述定位基站包括第二LIFI無線信號發射裝置，所述第二LIFI無線信號發射裝置通過LIFI無線通訊鏈路與所述第一LIFI無線信號接收裝置連接；

所述道岔傳感器模塊包括第三LIFI無線信號接收裝置和第三LIFI無線信號發射裝置，所述第三LIFI無線信號接收裝置通過LIFI無線通訊鏈路與所述第一LIFI無線信號發射裝置輸出端連接；所述第三LIFI無線信號發射裝置通過LIFI無線通訊鏈路與所述第一LIFI無線信號接收裝置連接；

定位系統模塊通過將若干定位標簽的位置信息傳輸至就近的定位基站，定位基站通過第二LIFI無線信號發射裝置將位置信息通過LIFI無線通訊鏈路傳輸至數據中轉系統，進而確定巷道內表面的輪廓、單軌吊車以及軌道裝置在井下的位置信息；道岔傳感器模塊通過第三LIFI無線信號發射裝置將道岔信息通過LIFI無線通訊鏈路輸送至數據中轉系統，第一LIFI無線信號發射裝置再將信息傳輸至數據收發單元，然后通過數據處理單元優化處理后傳輸至數字孿生系統中的動態數字孿生體模型；數字孿生系統根據道岔傳感器模塊的各個道岔傳感器采集的信息與定位標簽采集的位置信息，包括單軌吊車、巷道及軌道裝置，實時更新動態數字孿生體模型，將井下礦道與單軌吊運行狀態的真實三維信息轉化為虛擬世界的數字化三維信息，從而完成數據傳輸過程。