DE112017000534T5 - Automated vision and multi-sensor fusion based automatic operation method for a coal recovery machine and related method - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende betrifft ein auf maschinellem Sehen und Multi-Sensor-Fusion basiertes automatisches Betriebssystem für eine Kohlengewinnungsmaschine und ein zugehöriges Verfahren. Das System umfasst einen Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörper, ein automatisches Bohrwellen-Fördersystem und ein automatisches Bohrwellen-Verbindungssystem. Dabei treibt das automatische Bohrwellen-Fördersystem über einen Bohrwellenzufuhr-Hydraulikzylinder (9) eine Bohrwellen-Zufuhrplattform (5) zur Bewegung entlang einer Abbaustrecke an, stellt die Höhenstellung einer hinzuzufügenden Bohrwelle (13) auf der Bohrwellen-Zufuhrplattform (5) über einen Hubhydraulikzylinder (11) ein und ermöglicht eine koaxiale Positionierung der hinzuzufügenden Bohrwelle (13) und der Arbeitsbohrwelle (6) mittels eines Verschiebungssensors (12) und eines Endschalters (10). Das automatische Bohrwellen-Verbindungssystem kann die Position und Winkelstellung einer CCD-Dual-Kamera mittels eines ein- und ausfahrbaren Roboterarms (14) einstellen, die Umfangsposition der hinzuzufügenden Bohrwelle (13) relativ zu der Arbeitsbohrwelle (6) mittels eines Rotationsmotors einstellen und über visuelle Positionierung die hinzuzufügende Bohrwelle (13) mit der Arbeitsbohrwelle (6) verbinden. Somit werden mit einem hohen Integrationsgrad und Automatisierungsgrad eine automatische Hinzufügung einer Bohrwelle während eines Arbeitsvorgangs und ein mannloser Betrieb verwirklicht, was zu einer effektiven Erhöhung der Kohlengewinnungseffizienz, einem zuverlässigen Betrieb und eingesparten Kosten beiträgt.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine bohrende Untertage-Kohlengewinnungsmaschine, konkret ein auf maschinellem Sehen und Multi-Sensor-Fusion basiertes automatisches Betriebsverfahren für eine Kohlengewinnungsmaschine und zugehöriges Verfahren.The present invention relates to a control system for a downhole drilling coal mining machine, and more particularly to a machine vision and multi-sensor fusion based automatic operation method for a coal mining machine and related method.
Technischer HintergrundTechnical background
China verfügt über reiche Vorräte an dünnen und sehr dünnen Kohlenflözen, die eine breite Verbreitung aufweisen. Jedoch herrscht bei derzeitigem Abbau dünner und sehr dünner Kohlenflöze ein niedriger Mechanisierungsgrad. Als eine speziell für den Abbau dünner und sehr dünner Kohlenflöze vorgesehene Anlage finden bohrende Kohlengewinnungsmaschinen dank einer geringen Höhe des Maschinenkörpers, einer hohen Leistung und anderer Vorteile breite Anwendung. Bei bestehenden bohrenden Kohlengewinnungsmaschinen erfolgen ein Hubvorgang mittels eines einschienigen Hebezeugs und ein manueller Verbindungsvorgang für Bohrwellen, der eine Einstellung mittels eines Feineinstellungsmechanismus aus einer Ratsche und einem Hydraulikzylinder benötigt, was zu einer niedrigen Steuergenauigkeit, einer langen Bohrwellen-Rüstzeit und einer wesentlich verringerten Kohlengewinnungseffizienz führt. Zudem wird die automatische Betriebssteuerung für eine bohrende Kohlengewinnungsmaschine weltweit wenig untersucht. Gegenüber anderen Anlagen wie Untertage-Kohlengewinnungsmaschine und Vortriebsmaschine liegt ein niedriger Mechanisierungsgrad vor. Bei einer bohrenden Kohlengewinnungsmaschine sind eine niedrige Gewinnungsrate von Kohlen, ein großer Energieverbrauch und eine wesentliche Verschwendung von Ressourcen, manuellem Aufwand und Anlagen beim Abbau dünner und sehr dünner Kohlenflöze zu erwarten.China has abundant supplies of thin and very thin coal seams, which are widely used. However, with the current mining of thin and very thin coal seams, a low degree of mechanization prevails. As a dedicated system for mining thin and very thin coal seams, drilling coal mining machines are widely used thanks to a low height of the machine body, high performance and other advantages. In existing drilling coal mining machines, hoist operation by means of a monorail hoist and manual shank drilling operation requires adjustment by means of a fine adjustment mechanism of a ratchet and hydraulic cylinder, resulting in low control accuracy, long bore shaft setup time, and significantly reduced coal recovery efficiency. In addition, the automatic operation control for a drilling coal mining machine is little studied worldwide. Compared to other facilities such as underground coal mining machine and tunneling machine is a low degree of mechanization. A drilling coal mining machine is expected to have low coal recovery rates, high energy consumption, and a significant waste of resources, manual effort, and equipment to mine thin and very thin coal seams.
Somit streben Fachleute auf diesem Gebiet an, ein auf maschinellem Sehen und Multi-Sensor-Fusion basiertes automatisches Betriebsverfahren für eine Kohlengewinnungsmaschine zu entwickeln, womit eine automatische Hinzufügung von Bohrwellen und ein mannloser Betrieb bei einem Arbeitsvorgang mit einem hohen Integrationsgrad und Automatisierungsgrad verwirklicht werden können.Thus, those skilled in the art are seeking to develop a machine vision and multi-sensor fusion automatic operation method for a coal mining machine, whereby automatic addition of boring shafts and unmanned operation can be realized in a high degree of integration and automation operation.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Überwinden der Nachteile im Stand der Technik ein auf maschinellem Sehen und Multi-Sensor-Fusion basiertes automatisches Betriebsverfahren für eine Kohlengewinnungsmaschine und ein zugehöriges Verfahren bereitzustellen, womit eine automatische Hinzufügung von Bohrwellen und ein mannloser Betrieb bei einem Arbeitsvorgang mit einem hohen Integrationsgrad und Automatisierungsgrad verwirklicht werden können, was zu einer erhöhten Kohlengewinnungseffizienz, einem zuverlässigen Betrieb und eingesparten Kosten beiträgt.The present invention has for its object to overcome the disadvantages of the prior art to provide a machine vision and multi-sensor fusion based automatic operating method for a coal mining machine and an associated method, thus providing an automatic addition of Bohrwellen and unmanned operation in a Operation with a high degree of integration and degree of automation can be realized, which contributes to increased coal recovery efficiency, reliable operation and saved costs.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die folgende Ausgestaltung:
- Ein auf maschinellem Sehen und Multi-Sensor-Fusion basiertes automatisches Betriebssystem für eine Kohlengewinnungsmaschine umfasst einen Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörper, ein automatisches Bohrwellen-Fördersystem und ein automatisches Bohrwellen-Verbindungssystem,
- wobei der Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörper einen Bohrmaschinenträger, einen seitlichen Stützmechanismus, einen Bohrmaschinen-Hubmechanismus, eine Bohrwellen-Drehplattform, eine Bohrwellen-Vorschubplattform, eine Arbeitsbohrwelle und eine Arbeitsbohrwellen-Stützteil umfasst und sich innerhalb einer Abbaustrecke, in der er arbeitet, bewegt,
- wobei der Bohrmaschinenträger horizontal an dem Bohrmaschinen-Hubmechanismus angeordnet ist, der zum Abstützen des Bohrmaschinenträgers und zum Einstellen seiner Höhenstellung dient, wobei der seitliche Stützmechanismus zwei Paare von seitlichen Stütz-Hydraulikzylindern umfasst und jedes Paar von seitlichen Stütz-Hydraulikzylindern eine an beiden Enden ein- und ausfahrbare Stützstange bildet, wobei die beiden Stützstangen jeweils horizontal vor bzw. hinter dem Bohrmaschinenträger angeordnet sind, um eine Abstützung und Befestigung des Bohrmaschinenträgers in Querrichtung zu ermöglichen, wobei die Bohrwellen-Vorschubplattform an dem Bohrmaschinenträger und die Bohrwellen-Drehplattform an der Bohrwellen-Vorschubplattform angeordnet sind, wobei die Arbeitsdrehwelle horizontal mit der Bohrwellen-Drehplattform verbunden und beim Drehen der Arbeitsbohrwelle unter Antrieb von der Bohrwellen-Drehplattform die Bohrwellen-Vorschubplattform die Bohrwellen-Drehplattform und die Arbeitsbohrwelle in Querrichtung vorschieben und somit in die Fahrbahnwand bohrt, und wobei das Arbeitsbohrwellen-Stützteil ein- und ausfahrbar an dem Bohrmaschinenträger angeordnet ist und zum Abstützen der Arbeitsbohrwelle beim Hinzufügen einer Bohrwelle dient,
- wobei das automatische Bohrwellen-Fördersystem einen Bohrwellenzufuhr-Hydraulikzylinder, eine Bohrwellen-Zufuhrplattform, eine hinzuzufügende Bohrwelle, einen Hubhydraulikzylinder und einen DSP-Prozessor umfasst, wobei die Bohrwellen-Zufuhrplattform entlang der Längenrichtung der Abbaustrecke vor oder hinter dem Bohrmaschinenträger angeordnet ist, mit dem Bohrwellenzufuhr-Hydraulikzylinder verbunden ist und durch den Bohrwellenzufuhr-Hydraulikzylinder zur Bewegung entlang der Abbaustrecke angetrieben wird, wobei die hinzuzufügende Bohrwelle über den Hubhydraulikzylinder horizontal und quer an der Bohrwellen-Zufuhrplattform angeordnet ist und hinsichtlich der Höhenstellung über den Hubhydraulikzylinder eingestellt wird, wobei sowohl an dem Arbeitsbohrwellen-Stützteil als auch an dem Hubhydraulikzylinder jeweils ein Verschiebungssensor vorgesehen und an dem Bohrmaschinenträger ein Endschalter vorgesehen sind, wobei sowohl der Verschiebungssensor als auch der Endschalter mit dem DSP-Prozessor verbunden sind, und wobei über den Verschiebungssensor und den Endschalter eine Anpassung bzw. Positionierung der hinzuzufügenden Bohrwelle bis zur koaxialen Ausrichtung mit der Arbeitsbohrwelle ermöglicht wird,
- wobei das automatische Bohrwellen-Verbindungssystem einen ein- und ausfahrbaren Roboterarm und eine CCD-Dual-Kamera (Charge Coupled Device) umfasst, wobei der ein- und ausfahrbare Roboterarm an der Bohrwellen-Drehplattform angeordnet und an dem obersten Ende des ein- und ausfahrbaren Roboterarms eine CCD-Dual-Kamera geklemmt ist, und wobei mittels der Rotationsmotors die Umfangsposition der hinzuzufügenden Bohrwelle relativ zu der Arbeitsbohrwelle eingestellt und über visuelle Positionierung eine automatische Verbindung der hinzuzufügenden Bohrwelle und der Arbeitsbohrwelle verwirklicht wird.
- A machine vision and multi-sensor fusion based automatic coal mining machine operating system includes a coal recovery machine main body, an automatic boring shaft conveyor system, and an automatic drilling shaft connection system.
- wherein the coal recovery machine main body comprises a drill support, a lateral support mechanism, a boring machine, a boring shaft rotating platform, a boring shaft feed platform, a working boring shaft and a working boring shaft support member, and moving within a mining path in which it operates;
- wherein the drill carrier is disposed horizontally on the drill lift mechanism for supporting the drill carrier and for adjusting its height position, the lateral support mechanism comprising two pairs of lateral support hydraulic cylinders and each pair of lateral support hydraulic cylinders having one at both ends. and extendable support bar, wherein the two support bars are each disposed horizontally in front of and behind the drill carrier to facilitate transverse support and attachment of the drill carrier, the drilling shaft feed platform on the drill carrier and the boring shaft rotating platform on the drilling shaft feed platform are arranged, wherein the working rotational shaft horizontally connected to the Bohrwellen-Drehplattform and while rotating the Arbeitsbohrwelle under drive from the Bohrwellen-Drehplattform the Bohrwellen-feed platform the Bohrwellen-Drehplattform and the Arbei tsbohrwelle advance in the transverse direction and thus drilled in the pavement wall, and wherein the working shaft support member is arranged on and extendable on the drill carrier and serves to support the Arbeitsbohrwelle when adding a drilling shaft,
- wherein the automatic drilling shaft delivery system comprises a drilling well supply hydraulic cylinder, a drilling shaft delivery platform, a drilling shaft to be added, a lifting hydraulic cylinder, and a DSP processor, wherein the Drill shaft feed platform along the length direction of the excavation line in front of or behind the drill carrier is connected to the Bohrwellaufufuhr hydraulic cylinder and is driven by the Bohrwellenzufuhr hydraulic cylinder for movement along the excavation distance, wherein the Bohrwelle to be added via the Hubhydraulikzylinder horizontally and transversely to the Bohrwellen Feed platform is arranged and adjusted in height position on the lifting hydraulic cylinder, wherein both provided on the Arbeitsbohrwellen-support member and on the Hubhydraulikzylinder respectively a displacement sensor and provided on the drill support a limit switch, wherein both the displacement sensor and the limit switch with the DSP Processor, and wherein via the displacement sensor and the limit switch, an adjustment or positioning of the Bohrwelle to be added allows up to coaxial alignment with the Arbeitsbohrwelle w ird,
- wherein the automatic drilling shaft connection system comprises a retractable and extendable robotic arm and a charge coupled device (CCD) dual camera, the retractable and extendable robotic arm disposed on the drilling shaft pivot platform and at the uppermost end of the retractable and extendable robotic arm a CCD dual camera is clamped, and wherein by means of the rotary motor, the circumferential position of the Bohrwelle to be added adjusted relative to the Arbeitsbohrwelle and visual positioning an automatic connection of the Bohrwelle to be added and the Bohrbohrwelle is realized.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sich der Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörper über einen Raupenfördermechanismus innerhalb einer Abbaustrecke bewegt, wobei an dem untersten Bereich des Bohrmaschinen-Hubmechanismus ein Schlitten vorgesehen ist, über den der Bohrmaschinenträger an einer Raupe des Raupenfördermechanismus angeordnet ist.Preferably, it is provided that the coal mining machine main body moves via a caterpillar conveyor mechanism within a mining path, wherein at the lowermost portion of the drill lifting mechanism, a carriage is provided, via which the drill carrier is arranged on a bead of the caterpillar feed mechanism.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an beiden Enden auf der linken bzw. rechten Seite des Bohrmaschinenträgers jeweils ein Infrarotsensor vorgesehen ist, über den der Abstand zwischen der bohrenden Kohlengewinnungsmaschine und der umgebenden Abbaustrecke echtzeitig erfasst wird, womit die Bewegungssicherheit der Kohlengewinnungsmaschine sichergestellt wird.It is preferably provided that an infrared sensor is provided at both ends on the left or right side of the drill carrier, over which the distance between the drilling coal mining machine and the surrounding mining route is detected real time, thus ensuring the safety of movement of the coal recovery machine.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Bohrwellen-Drehplattform einen Rotationsmotor und einen Motorhalter umfasst, wobei der Rotationsmotor über den Motorhalter an der Bohrwellen-Vorschubplattform angebracht ist.Preferably, it is provided that the drilling shaft rotation platform comprises a rotation motor and a motor holder, wherein the rotation motor is mounted on the Bohrwellen- feed platform via the motor holder.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Anzahl des Rotationsmotors der Anzahl der Arbeitsbohrwelle gleicht, wobei die Anzahl des ein- und ausfahrbaren Roboterarms der Anzahl des Rotationsmotors gleicht, so dass sie einander eineindeutig zugeordnet sind.It is preferably provided that the number of the rotary motor equals the number of the working drill shaft, wherein the number of the retractable and extendable robot arm is equal to the number of the rotary motor, so that they are uniquely associated with one another.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an einem Verbindungsende der Arbeitsbohrwelle und einem dem Rotationsmotor zugewandten Ende der hinzuzufügenden Bohrwelle jeweils eine erste Verbindungsvorrichtung und an einer Ausgangsseite des Rotationsmotors und einem der Arbeitsbohrwelle zugewandten Ende der hinzuzufügenden Bohrwelle jeweils eine zweite Verbindungsvorrichtung vorgesehen sind, wobei sowohl die erste Verbindungsvorrichtung als auch die zweite Verbindungsvorrichtung zylinderförmig ausgebildet sind und an ihrer äußeren Endfläche jeweils einen Konkav-Konvexblock mit drei Klemmbacken aufweisen, der je zu zweit aufeinander abgestimmt ist, wobei an der Mantelfläche der ersten Verbindungsvorrichtung und der zweiten Verbindungsvorrichtung jeweils drei entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnete Positionierzylinderkörper vorgesehen sind, wobei die Mittelachse des Positionierzylinderkörpers an der ersten Verbindungsvorrichtung parallel zu der Mittelachse eines Konvexblocks in dem zugeordneten Konkav-Konvexblock mit drei Klemmbacken verläuft, während die Mittelachse des Positionierzylinderkörpers an der zweiten Verbindungsvorrichtung parallel zu der Mittelachse eines Konkavblocks in dem zugeordneten Konkav-Konvexblock mit drei Klemmbacken verläuft, und wobei die Mittelachse der Positionierzylinderkörper an beiden Enden der hinzuzufügenden Bohrwelle parallel zueinander verläuft. Mit einer derartigen Verbindungsvorrichtung kann eine nahtlose Verbindung einer Bohrwelle mit irgendeiner Arbeitswinkelstellung ermöglicht werden.It is preferably provided that in each case a first connecting device and at one output side of the rotary motor and one of the Arbeitsbohrwelle facing the end of the Bohrwelle to be added a second connecting device are provided at a connecting end of the Bohrbohrwelle and a rotation motor to be added, wherein both the first connecting device and the second connecting device are cylindrical in shape and each have on their outer end face a concave convex block with three jaws, which is matched for each two, wherein on the lateral surface of the first connecting device and the second connecting device in each case three along the circumferential direction uniformly arranged positioning cylinder are provided, wherein the center axis of the Positionierzylinderkörpers on the first connecting device parallel to the central axis of a convex block i n is the associated concave convex block with three jaws, while the center axis of the positioning cylinder body at the second connecting device is parallel to the central axis of a concave block in the associated concave convex block with three jaws, and the central axis of the positioning cylinder bodies at both ends of the drilling shaft to be added parallel runs to each other. With such a connection device, a seamless connection of a drilling shaft with any working angle position can be made possible.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der ein- und ausfahrbare Roboterarm an dem Motorhalter angebracht ist und einen ersten Servomotor, einen zweiten Servomotor, einen dritten Servomotor, einen vierten Servomotor, einen fünften Servomotor und einen sechsten Servomotor umfasst, wobei der erste Servomotor den ein- und ausfahrbaren Roboterarm zur horizontalen Drehung, der zweite Servomotor und der dritte Servomotor den ein- und ausfahrbaren Roboterarm zum Schwingen nach oben und unten, der vierte Servomotor den ein- und ausfahrbaren Roboterarm zur Drehung in Umfangsrichtung, der fünfte Servomotor den ein- und ausfahrbaren Roboterarm zum Ein- und Ausfahren und der sechste Servomotor die durch den ein- und ausfahrbaren Roboterarm geklemmte CCD-Dual-Kamera zur Drehung antreiben.Preferably, it is provided that the retractable and extendable robot arm is attached to the motor holder and comprises a first servomotor, a second servomotor, a third servomotor, a fourth servomotor, a fifth servo motor and a sixth servo motor, wherein the first servomotor the on and retractable robot arm for horizontal rotation, the second servo motor and the third servomotor the retractable and extendable robot arm for swinging up and down, the fourth servomotor the retractable and extendable robot arm for rotation in the circumferential direction, the fifth servomotor the retractable and extendable robot arm for Retracting and extending and the sixth servomotor to drive the clamped by the retractable and robotic arm CCD dual camera for rotation.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die CCD-Dual-Kamera eine Wimpernschlag-Funktion aufweist, um durch einen unregelmäßigen Wimpernschlag ein Verstopfen der CCD-Dual-Kamera durch Staub während des Betriebs zu vermeiden. Preferably, it is provided that the CCD dual camera has an eyelash function in order to avoid clogging of the CCD dual camera by dust during operation by an irregular blink of an eye.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das automatische Bohrwellen-Verbindungssystem ferner eine Bilderfassungskarte, einen Industrie-PC, ein SPS-ausführbares Steuergerät (Speicherprogrammierbare Steuerung) und ein elektrohydraulisches Proportionalventil umfasst, wobei ein von der CCD-Dual-Kamera aufgenommenes Foto über die Bilderfassungskarte in Form von Daten an den Industrie-PC zur Verarbeitung übermittelt wird, wobei die Industrie-PC das SPS-ausführbare Steuergerät zur Steuerung der Öffnungsgröße des elektrohydraulischen Proportionalventils antreibt, um somit den Rotationsmotor zur Drehung anzutreiben und die Ausgangsseite des Rotationsmotors mit der hinzuzufügenden Bohrwelle zu verbinden.Preferably, it is contemplated that the automatic drilling shaft connection system further comprises an image acquisition board, an industrial PC, a PLC executable controller and an electrohydraulic proportional valve, wherein a photograph taken by the CCD dual camera is taken in the form of the image acquisition card from data to the industrial PC for processing, the industrial PC driving the PLC-executable control unit to control the opening size of the electrohydraulic proportional valve so as to drive the rotary motor for rotation and connect the output side of the rotary motor to the drilling shaft to be added.
Ein auf maschinellem Sehen und Multi-Sensor-Fusion basiertes automatisches Betriebsverfahren für eine Kohlengewinnungsmaschine umfasst folgende Schritte:
- Schritt A: Fördern eines Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörpers mittels eines Raupenfördermechanismus bis zu einer Arbeitsposition innerhalb einer Abbaustrecke, echtzeitiges Erfassen des Abstands zwischen der Kohlengewinnungsmaschine und der umgebenden Abbaustrecke über einen Infrarotsensor an einem Bohrmaschinenträger während der Bewegung und echtzeitige Anpassung der Förderrichtung und der Geschwindigkeit des Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörpers, um eine Bewegungsnavigation einer bohrenden Kohlengewinnungsmaschine zu ermöglichen,
- Schritt B: Einstellen der Höhenstellung des Bohrmaschinenträgers über einen Bohrmaschinen-Hubmechanismus, nachdem der Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörper die Arbeitsposition innerhalb der Abbaustrecke erreicht hat, Steuern eines seitlichen Stützmechanismus nach Anheben des Bohrmaschinenträgers bis zu der Abbaufront, um eine Abstützung und Befestigung des Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörpers in Querrichtung zu ermöglichen und somit Kohlenflöz abzubauen, Vorschieben und Bohren einer Bohrwellen-Drehplattform und der Arbeitsbohrwelle quer in die Fahrbahnwand unter Antrieb von einer Bohrwellen-Vorschubplattform bei gleichzeitiger Drehung der Arbeitsbohrwelle unter Antrieb von einem Rotationsmotor, Herausfördern der durch den Bohrkopf abgebauten Kohle mittels der Bohrwelle und Herausfördern der abgefallenen Kohle mittels eines Förderers,
- Schritt C: Beenden der Drehung des Rotationsmotors und Abstützen der Arbeitsbohrwelle über ein angehobenes Arbeitsbohrwellen-Stützteil nach völligem Bohren der Arbeitsbohrwelle in das Kohlenflöz, Entkoppeln der Ausgangsseite des Rotationsmotors von der Arbeitsbohrwelle, Zurückziehen der Bohrwellen-Drehplattform bis zu der Ausgangsposition unter Antrieb von der Bohrwellen-Vorschubplattform, um somit eine Bohrwelle hinzuzufügen,
- Schritt D: Anheben einer hinzuzufügenden Bohrwelle mittels eines Brückenkrans bis auf einen Hubhydraulikzylinder, Fördern der hinzuzufügenden Bohrwelle bis auf den Bohrmaschinenträger durch eine Bohrwellen-Zufuhrplattform unter Antrieb von einem Bohrwellenzufuhr-Hydraulikzylinder, Senden eines Signals durch einen Endschalter an einen DSP-Prozessor zur Verarbeitung, wenn die Bohrwellen-Zufuhrplattform die Stelle des Endschalters erreicht, Stillhalten der Bohrwellen-Zufuhrplattform durch einen Bohrwellenzufuhr-Hydraulikzylinder an der Stelle des Endschalters unter Steuerung von dem DSP-Prozessor, um eine genaue Positionierung der hinzuzufügenden Bohrwelle in der horizontalen Richtung zu ermöglichen, Einstellen der Höhenstellung der hinzuzufügenden Bohrwelle über den Hubhydraulikzylinder, Steuern der Höhenstellung der hinzuzufügenden Bohrwelle anhand der Rückkopplung eines Verschiebungssensors bei gleichzeitiger Steuerung des Hubhydraulikzylinders über den DSP-Prozessor in Abhängigkeit von der vertikalen Positionsinformation der Arbeitsbohrwelle, die von dem Verschiebungssensor an dem Arbeitsbohrwellen-Stützteil aufgezeichnet wird, um eine genaue Positionierung der hinzuzufügenden Bohrwelle in der vertikalen Richtung zu verwirklichen,
- Schritt E: Aufnehmen eines Satzes von Fotos einer ersten Verbindungsvorrichtung an der hinzuzufügenden Bohrwelle mittels einer CCD-Dual-Kamera nach koaxialer Positionierung der hinzuzufügenden Bohrwelle und der Arbeitsbohrwelle, Übermitteln der Daten über eine Bilderfassungskarte an einen Industrie-PC zur Verarbeitung, um Information über die Umfangsposition eines Positionierzylinderkörpers an der ersten Verbindungsvorrichtung der hinzuzufügenden Bohrwelle zu erhalten, Einstellen der Position und der Winkelstellung der CCD-Dual-Kamera über einen ein- und ausfahrbaren Roboterarm, so dass die erste Verbindungsvorrichtung der hinzuzufügenden Bohrwelle in der Mitte des Bildes liegt, Steuern der Öffnungsgröße eines elektrohydraulischen Proportionalventils durch ein SPS-ausführbares Steuergerät unter Antrieb von dem Industrie-PC nach erfolgter Einstellung, um den Rotationsmotor zur Drehung anzutreiben, Beenden der Drehung des Rotationsmotors, wenn die von der CCD-Dual-Kamera erfasste Umfangsposition des Positionierzylinderkörpers an dem Rotationsmotor der Umfangsposition des Positionierzylinderkörpers an der ersten Verbindungsvorrichtung der hinzuzufügenden Bohrwelle entspricht, wobei nun ein an der ersten Verbindungsvorrichtung der hinzuzufügenden Bohrwelle angeordneter Konkav-Konvexblock mit drei Klemmbacken und ein an der Ausgangsseite des Rotationsmotors angeordneter Konkav-Konvexblock mit drei Klemmbacken aufeinander in Umfangsrichtung abgestimmt sind, womit eine genaue Positionierung der hinzuzufügenden Bohrwelle in Umfangsrichtung ermöglicht wird, Vorschieben des Rotationsmotors durch die Bohrwellen-Vorschubplattform, um die hinzuzufügende Bohrwelle mit der Ausgangsseite des Rotationsmotors zu verbinden,
- Schritt F: Steuern der Öffnungsgröße des elektrohydraulischen Proportionalventils durch das SPS-ausführbare Steuergerät unter Antrieb von dem Industrie-PC nach Verbinden der hinzuzufügenden Bohrwelle mit der Ausgangsseite des Rotationsmotors, so dass sich der Rotationsmotor um einen jenem im Schritt E entgegengesetzten Winkel bis zu der Ausgangsposition dreht, wobei nun die Mittelachse des Positionierzylinderkörpers an einer zweiten Verbindungsvorrichtung der hinzuzufügenden Bohrwelle parallel zu der Mittelachse des Positionierzylinderkörpers an der Arbeitsbohrwelle verläuft, um eine genaue Positionierung der hinzuzufügenden Bohrwelle und der Arbeitsbohrwelle in Umfangsrichtung zu ermöglichen, Vorschieben der Bohrwellen-Drehplattform durch die Bohrwellen-Vorschubplattform, um die hinzuzufügende Bohrwelle mit der Arbeitsbohrwelle zu verbinden und einen nächsten Bohrvorgang zum Kohlenabbau auszuführen.
- Step A: conveying a coal mining machine main body to a working position within a mining line by means of a crawler mechanism, real time sensing of the distance between the coal mining machine and the surrounding mining line via an infrared sensor on a drill carrier during movement and real time adjustment of the direction of conveyance and the speed of the coal mining machine Main body to allow motion navigation of a drilling coal mining machine
- Step B: Adjusting the height position of the drill carrier via a drill lifting mechanism after the coal mining machine main body has reached the working position within the excavation distance, controlling a lateral support mechanism after lifting the drill carrier to the working face to support and secure the coal mining machine main body Transverse to enable and thus reduce coal seam, advancing and drilling a Bohrwellen-Drehplattform and the Bohrbohrwelle transversely in the carriageway wall driven by a Bohrwellen- feed platform while rotating the Arbeitsbohrwelle under drive from a rotary motor, feeding out the mined coal through the drill shaft and conveying out the waste coal by means of a conveyor,
- Step C: terminating the rotation of the rotary motor and supporting the working drill shaft via a raised working drill shaft support member after drilling the working drill shaft completely into the coal seam, decoupling the output side of the rotary motor from the working drill shaft, retracting the drilling shaft pivot platform to the home position under drive from the drilling shafts Feed platform, thus adding a drilling shaft,
- Step D: Lifting a drilling shaft to be added by means of a bridge crane to a lift hydraulic cylinder, conveying the drilling shaft to be added to the drill carrier through a drilling shaft feed platform under drive from a drill shaft feed hydraulic cylinder, sending a signal through a limit switch to a DSP processor for processing, when the drilling shaft feed platform reaches the position of the limit switch, keep the drilling shaft feed platform stationary by a drilling well feed hydraulic cylinder at the position of the limit switch under the control of the DSP processor to allow accurate positioning of the drilling shaft to be added in the horizontal direction Height adjustment of the drilling shaft to be added via the lifting hydraulic cylinder, control of the height position of the drilling shaft to be added based on the feedback of a displacement sensor with simultaneous control of the Hubhydraulikzylinders via the DSP processor in A. depending on the vertical position information of the working drill shaft recorded by the displacement sensor on the working drill shaft support member to realize accurate positioning of the drilling shaft to be added in the vertical direction;
- Step E: Taking a set of photos of a first connection device on the drilling shaft to be added by means of a CCD dual camera after coaxial positioning of the drilling shaft to be added and the working drill shaft, transmitting the data via an image acquisition card to an industrial PC for processing to obtain information about the To obtain circumferential position of a positioning cylinder body on the first connection device of the drilling shaft to be added, adjusting the position and the angular position of the CCD dual camera via a retractable and extendable robot arm, so that the first connection device of the drilling shaft to be added lies in the center of the image, controlling the Opening size of an electro-hydraulic proportional valve by a PLC-executable control unit under drive from the industrial PC after adjustment to drive the rotary motor for rotation, stopping the rotation of the The rotary motor when the detected by the CCD dual camera circumferential position of the positioning cylinder body on the rotary motor corresponds to the circumferential position of the positioning cylinder body on the first connection device of the drilling shaft to be added, now arranged on the first connecting device of the Bohrwelle to be added Konvexkonvexblock with three jaws and a on the output side of the rotary motor arranged concave convex block with three jaws are mutually aligned in the circumferential direction, whereby an accurate positioning of the Bohrwelle to be added in the circumferential direction is possible, advancing the rotary motor through the Bohrwellen- feed platform to connect the Bohrwelle to be added to the output side of the rotary motor .
- Step F: Controlling the opening size of the electrohydraulic proportional valve by the PLC executable controller, driven by the industrial PC, after connecting the drilling shaft to be added to the output side of the rotary motor, so that the rotary motor is at an angle opposite to that in step E to the home position Now, with the center axis of the positioning cylinder body at a second connecting device of the drilling shaft to be added parallel to the center axis of the positioning cylinder body at the working drill shaft to allow accurate positioning of the drilling shaft and the working drilling shaft to be added in the circumferential direction, advancing the drilling shaft rotating platform through the drilling shaft. Feed platform for connecting the drilling shaft to be added to the working drill shaft and performing a next drilling operation for coal mining.
Vorteilhafte Auswirkung: Das auf maschinellem Sehen und Multi-Sensor-Fusion basierte automatisches Betriebsverfahren für eine Kohlengewinnungsmaschine und das zugehörige Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch folgende Vorteile aus: 1. einen hohen Integrationsgrad und Automatisierungsgrad, sicheren und zuverlässigen Betrieb und gesparten manuellen Aufwand, 2. Verwirklichen einer Integration der Bewegung einer bohrenden Kohlengewinnungsmaschine, des Einbohrens, des Hinzufügens einer Bohrwelle und des Betriebs unter Verwendung von maschinellem Sehen und Multi-Sensor-Fusion, womit die Dauer zum Hinzufügen einer Bohrwelle für eine bohrende Kohlengewinnungsmaschine verkürzt, die Gewinnungseffizienz dünner und sehr dünner Kohlenflöze wesentlich erhöht und die Kosten gespart werden.Advantageous Effect: The machine vision and multi-sensor fusion based automatic operation method for a coal mining machine and related method according to the present invention has the following advantages over the prior art: 1. a high degree of integration and degree of automation, safe and reliable Operation and Saved Manual Effort; 2. Realizing an integration of the movement of a drilling coal mining machine, drilling, adding a drilling shaft, and operation using machine vision and multi-sensor fusion, thus providing the time to add a drilling shaft for a drilling coal mining machine shortening, the extraction efficiency of thin and very thin coal seams substantially increased and the costs are saved.
Darstellung der AbbildungIllustration of the picture
Es zeigen
-
1 eine Draufsicht auf den Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörper nach der vorliegenden Erfindung, -
2 eine Frontansicht des Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörpers nach der vorliegenden Erfindung, -
3 den Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörper nach der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht von links, -
4 den Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörper nach der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht von rechts, -
5 die hinzuzufügende Bohrwelle nach der vorliegenden Erfindung in einer strukturellen Darstellung, -
6 die erste Verbindungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in einer strukturellen Darstellung, -
7 die zweite Verbindungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in einer strukturellen Darstellung, -
8 den ein- und ausfahrbaren Roboterarm nach der vorliegenden Erfindung in einer strukturellen Darstellung, -
9 das automatische Bohrwellen-Fördersystem nach der vorliegenden Erfindung in einem strukturellen Blockdiagramm, -
10 einen Steuervorgang des automatischen Bohrwellen-Fördersystems nach der vorliegenden Erfindung in einem Ablaufdiagramm, -
11 das automatische Bohrwellen-Verbindungssystem nach der vorliegenden Erfindung in einem strukturellen Blockdiagramm, -
12 einen Steuervorgang des automatischen Bohrwellen-Verbindungssystems nach der vorliegenden Erfindung in einem Ablaufdiagramm,
-
1 a plan view of the coal recovery machine main body according to the present invention, -
2 a front view of the coal recovery machine main body according to the present invention, -
3 the coal mining machine main body according to the present invention in a view from the left, -
4 the coal mining machine main body according to the present invention in a view from the right, -
5 the drilling shaft to be added according to the present invention in a structural representation, -
6 the first connection device according to the present invention in a structural representation, -
7 the second connection device according to the present invention in a structural representation, -
8th the extendable and retractable robotic arm of the present invention in a structural representation; -
9 the automatic drilling-shaft delivery system of the present invention in a structural block diagram; -
10 a control operation of the automatic Bohrwellen-conveyor system according to the present invention in a flowchart, -
11 the automatic drilling shaft connection system according to the present invention in a structural block diagram, -
12 a control operation of the automatic Bohrwellenverbindsystems according to the present invention in a flowchart,
Die Zeichnungen umfassen folgende Bezugszeichen: 1-Bohrmaschinenträger, 2-Bohrwellen-Drehplattform, 3-Bohrwellen-Vorschubplattform, 4-Bohrwellen-Hubmechanismus, 5-Bohrwellen-Zufuhrplattform, 6-Arbeitsbohrwelle, 7-Arbeitsbohrwellen-Stützteil, 8-seitlicher Stütz-Hydraulikzylinder, 9-Bohrwellenzufuhr-Hydraulikzylinder, 10-Endschalter, 11-Hubhydraulikzylinder, 12-Verschiebungssensor, 13-hinzuzufügende Bohrwelle, 14-ein und ausfahrbarer Roboterarm, 15-CCD-Dual-Kamera, 16-Infrarotsensor, 17-erste Verbindungsvorrichtung, 18-zweite Verbindungsvorrichtung, 19-Konkav-Konvexblock mit drei Klemmbacken, 20-Positionierzylinderkörper, 2-1-erster Rotationsmotor, 2-2-Motorhalter, 14-1-erster Servomotor, 14-2-zweiter Servomotor, 14-3-dritter Servomotor, 14-4-vierter Servomotor, 14-5-fünfter Servomotor, 14-6-sechster Servomotor.The drawings include the following reference numerals: 1-Drill Carrier, 2-Drilling Shaft Turning Platform, 3-Drill Shaft Feeding Platform, 4-Drilling Shaft Lifting Mechanism, 5-Drilling Shaft Feeding Platform, 6-Work Drilling Shaft, 7-Working Drilling Shaft Supporting Part, 8-Side Supporting Hydraulic Cylinder , 9-bore hydraulic feed cylinder, 10-limit switch, 11-stroke hydraulic cylinder, 12-displacement sensor, 13-drill shaft to add, 14-in and extendable robotic arm, 15-CCD dual camera, 16-infrared sensor, 17-first connector, 18- second connector, 19-concave convex block with three jaws, 20-position cylinder body, 2-1 first rotary motor, 2-2 motor holder, 14-1- first servo motor, 14-2 second servo motor, 14-3 third servo motor, 14-4 fourth servo motor, 14-5 fifth servo motor, 14-6 sixth servo motor.
Konkrete AusführungsformConcrete embodiment
Nachfolgend wird anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen auf die vorliegende Erfindung näher eingegangen.The present invention will be explained in greater detail below on the basis of a concrete exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings.
Wie aus
Dabei umfasst der Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörper einen Bohrmaschinenträger
Der Bohrmaschinenträger
Das automatische Bohrwellen-Fördersystem umfasst einen Bohrwellenzufuhr-Hydraulikzylinder
Das automatische Bohrwellen-Verbindungssystem umfasst drei ein- und ausfahrbare Roboterarme
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich der Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörper über einen Raupenfördermechanismus innerhalb einer Abbaustrecke bewegt, wobei an dem untersten Bereich des Bohrmaschinen-Hubmechanismus
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Bohrwellen-Drehplattform
Wie sich aus
Wie aus
Wie aus
Ein auf maschinellem Sehen und Multi-Sensor-Fusion basiertes automatisches Betriebsverfahren für eine Kohlengewinnungsmaschine umfasst folgende Schritte:
- Schritt A: Fördern eines Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörpers mittels eines Raupenfördermechanismus bis zu einer Arbeitsposition innerhalb einer Abbaustrecke, echtzeitiges Erfassen des Abstands zwischen der Kohlengewinnungsmaschine und der umgebenden Abbaustrecke über einen Infrarotsensor
16 an einem Bohrmaschinenträger1 während der Bewegung und echtzeitige Anpassung der Förderrichtung und der Geschwindigkeit des Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörpers, um eine Bewegungsnavigation einer bohrenden Kohlengewinnungsmaschine zu ermöglichen, - Schritt B: Einstellen der Höhenstellung des Bohrmaschinenträgers
1 über einen Bohrmaschinen-Hubmechanismus4 , nachdem der Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörper die Arbeitsposition innerhalb der Abbaustrecke erreicht hat, Steuern eines seitlichen Stützmechanismus nach Anheben des Bohrmaschinenträgers bis zu der Abbaufront, um eine Abstützung und Befestigung des Kohlengewinnungsmaschinen-Hauptkörpers in Querrichtung zu ermöglichen und somit Kohlenflöz abzubauen, Vorschieben und Bohren einer Bohrwellen-Drehplattform2 und der Arbeitsbohrwelle6 quer in die Fahrbahnwand (Kohlenflöz) unter Antrieb von einer Bohrwellen-Vorschubplattform 3 bei gleichzeitiger Drehung der Arbeitsbohrwelle6 unter Antrieb von einem Rotationsmotor2-1 , Herausfördern der durch den Bohrkopf abgebauten Kohle mittels der Bohrwelle und Herausfördern der abgefallenen Kohle mittels eines Förderers, - Schritt C: Beenden der Drehung des Rotationsmotors
2-1 und Abstützen der Arbeitsbohrwelle6 über ein angehobenes Arbeitsbohrwellen-Stützteil7 nach völligem Bohren der Arbeitsbohrwelle6 in das Kohlenflöz, Entkoppeln der Ausgangsseite des Rotationsmotors2-1 von der Arbeitsbohrwelle6 , Zurückziehen der Bohrwellen-Drehplattform2 bis zu der Ausgangsposition unter Antrieb von der Bohrwellen-Vorschubplattform 3 , um somit eine Bohrwelle hinzuzufügen, - Schritt D: Automatische Förderung einer hinzuzufügenden Bohrwelle
13 und koaxiale Positionierung mit der Arbeitsbohrwelle 6
- Step A: conveying a coal recovery machine main body by means of a crawler mechanism to a working position within a mining route, real time detection of the distance between the coal mining machine and the surrounding mining route via an infrared sensor
16 on a drill carrier1 during movement and real-time adjustment of the direction of conveyance and the speed of the coal recovery machine main body to allow movement navigation of a drilling coal mining machine, - Step B: Adjust the height position of the drill carrier
1 via a drill lifting mechanism4 after the coal recovery machine main body has reached the working position within the mining path, controlling a lateral support mechanism after lifting the drill carrier to the mining face to permit support and attachment of the coal recovery machine main body in the transverse direction, thus breaking down coal seam, advancing and drilling a drilling shaft -Drehplattform2 and the working drill shaft6 transverse to the road wall (coal seam) under drive from a Bohrwellen-feed platform 3 with simultaneous rotation of the working drill shaft6 under drive from a rotary motor2-1 Conveying out the coal mined by the boring head by means of the boring shaft and discharging the dumped coal by means of a conveyor, - Step C: Stop rotation of the rotary motor
2-1 and supporting the working drill shaft6 via a raised working drill shaft support member7 after complete drilling of the working drill shaft6 in the coal seam, decoupling the output side of the rotary motor2-1 from the working drill shaft6 , Retracting the drilling shaft turntable2 to the home position under drive from the drillingshaft feed platform 3 so as to add a drilling shaft, - Step D: Automatic promotion of a drilling shaft to be added
13 and coaxial positioning with the working boring shaft 6
Hinzufügen einer hinzuzufügenden Bohrwelle
- Schritt E: Verbinden der hinzufügenden Bohrwelle
13 mit der Ausgangsseite der Rotationsmotor2 -1
- Step E: Connect the Adding Drilling Shaft
13 with the output side of the rotary motor2 -1
Aufnehmen eines Satzes von Fotos einer ersten Verbindungsvorrichtung
- Schritt F: Verbinden der hinzufügenden Bohrwelle
13 mit der Arbeitsbohrwelle6
- Step F: Connect the Adding Drilling Shaft
13 with the working drill shaft6
Steuern der Öffnungsgröße des elektrohydraulischen Proportionalventils durch das SPS-ausführbare Steuergerät unter Antrieb von dem Industrie-PC nach Verbinden der hinzuzufügenden Bohrwelle
Bisher wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben und es ist darauf hinzuweisen, dass für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet verschiedene Verbesserung und Modifikationen ohne Verlassen des Prinzips der vorliegenden Erfindung möglich sind, die ebenfalls als Schutzumfang der Erfindung betrachtet werden sollen.So far, preferred embodiments of the present invention have been described, and it should be understood that various improvements and modifications are possible in the art for those skilled in the art without departing from the principle of the present invention, which are also to be considered as a scope of the invention.
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