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专利号: 2021109041948
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般车辆
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机器人驾驶的井下顺槽运输无轨胶轮车,包括顺槽车(1),其特征在于,还包括支架(2)、转向控制臂(3)、速度控制臂(4)、制动机械腿(5)、道路信息感知单元(8)、安全检测单元(9)和控制箱(10);

支架(2)设置在顺槽车(1)驾驶位置上,安全检测单元(9)设置在顺槽车(1)上,道路信息感知单元(8)设置在顺槽车(1)车身四周;

支架(2)分为上下两层,控制箱(10)、转向控制臂(3)和速度控制臂(4)设置在上层支架(2)上,制动机械腿(5)设置在下层支架(2)上;

转向控制臂(3)包括转向臂外壳(306)、转向控制电机(301)、大锥齿轮(303)、转向连杆(308)和转向抓手(309);

转向臂外壳(306)分为圆形槽和矩形槽,圆形槽中设有大锥齿轮(303),矩形槽中设有转向控制电机(301),与矩形槽位置相对的圆形槽槽壁上开设弧形口,转向控制电机(301)输出轴端部设有小锥齿轮(302),小锥齿轮(302)与大锥齿轮(303)啮合,大锥齿轮(303)上表面中心位置设有旋转轴(304),转向连杆(308)一端穿过弧形口与旋转轴(304)连接,另一端与转向抓手(309)铰接,转向抓手(309)与转向操作杆(305)连接;转向臂外壳(306)底部与支架(2)连接;

速度控制臂(4)包括速度臂外壳(406)、速度控制电机(401)、推杆滑块(407)、减速器大齿轮(405)和移动连杆(408);

速度臂外壳(406)分为两道交叉槽,两道交叉槽整体为“T”形,两道交叉槽中的其中一道为电机槽另一道为滑动槽,推杆滑块(407)设有齿条(403)的一端嵌入到滑动槽中,滑动槽上设有与齿条(403)啮合的减速器大齿轮(405),电机槽中设有速度控制电机(401),速度控制电机(401)输出端与减速器小齿轮(404)连接,减速器小齿轮(404)与减速器大齿轮(405)啮合,移动连杆(408)两端分别与推杆滑块(407)、速度抓手(409)铰接,速度抓手(409)与速度操作杆(411)连接;速度臂外壳(406)底部与支架(2)连接;

制动机械腿(5)包括制动控制电机(501)、制动推杆(504)、可调托板(506)和踏板连接杆(505);

制动控制电机(501)设置在制动推杆(504)上面,制动控制电机(501)与制动减速器(503)连接,制动减速器(503)与制动推杆(504)的制动丝杠(507)一端连接,制动丝杠(507)另一端与踏板连接杆(505)铰接,踏板连接杆(505)与刹车踏板(508)连接,制动推杆(504)下面设置在可调托板(506)上,可调托板(506)底部与支架(2)连接;

道路信息感知单元(8)、安全检测单元(9)和控制箱(10)连接,控制箱(10)与转向控制臂(3)、速度控制臂(4)、制动机械腿(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种机器人驾驶的井下顺槽运输无轨胶轮车,其特征在于:所述控制箱(10)包括电机控制单元、主控制器、路径规划与决策系统、电子地图、车辆信息采集单元和LORA通讯模块;LORA通讯模块与车辆信息采集单元连接,电子地图、车辆信息采集单元与路径规划与决策系统连接,路径规划与决策系统、电机控制单元与主控制器连接;电机控制单元与转向控制电机(301)、速度控制电机(401)和制动控制电机(501)连接。

3.根据权利要求2所述的一种机器人驾驶的井下顺槽运输无轨胶轮车,其特征在于:所述安全检测单元(9)包括瓦斯传感器、速度传感器、烟雾传感器和方位传感器,上述四个传感器均与车辆信息采集单元连接。

4.根据权利要求3所述的一种机器人驾驶的井下顺槽运输无轨胶轮车,其特征在于:所述道路信息感知单元(8)包括第一角度传感器、第二角度传感器、超声波雷达和感知定位节点;感知定位节点设置在顺槽车(1)的前后两端;第一角度传感器、超声波雷达设置在顺槽车(1)两侧面的前、后部,顺槽车(1)转向轮上还分别设有一个第二角度传感器;第一角度传感器、第二角度传感器、超声波雷达、感知定位节点与车辆信息采集单元连接。

5.根据权利要求4所述的一种机器人驾驶的井下顺槽运输无轨胶轮车,其特征在于:所述感知定位节点包括毫米波雷达、深度相机和UWB定位模块。

6.根据权利要求5所述的一种机器人驾驶的井下顺槽运输无轨胶轮车,其特征在于:还包括启动推杆(6),启动推杆(6)设置在下层支架(2)上,启动推杆(6)包括启动按钮控制电机(601)、第一丝杆(604),启动按钮控制电机(601)与第一丝杆(604)的一端连接,第一丝杆(604)的另一端与启动按钮(606)连接;启动按钮控制电机(601)与电机控制单元连接。

7.根据权利要求6所述的一种机器人驾驶的井下顺槽运输无轨胶轮车,其特征在于:还包括急停推杆(7),急停推杆(7)设置在下层支架(2)上,急停推杆(7)包括急停按钮控制电机、第二丝杆,急停按钮控制电机与第二丝杆的一端连接,第二丝杆的另一端与急停按钮连接;急停按钮控制电机与电机控制单元连接。

8.根据权利要求7所述的一种机器人驾驶的井下顺槽运输无轨胶轮车控制方法,其特征在于,

步骤一:顺槽车(1)通过感知定位节点收集环境信息,实现精准定位,进而控制车辆行驶至准确的装卸区域:

定位与路径规划:UWB定位模块通过LORA通讯模块与井下巷道内基站进行互相通讯,车辆信息采集单元将采集的数据传递至位置解算引擎进行位置解算,通过到达时间差算法计算出车辆全局坐标;深度相机与毫米波雷达对地形、标志物进行检测,通过电子地图进行比对实现局部定位,从而获得高精度的定位;通过路径规划与决策系统确定到达装卸区域最优路径;

装载地点精准识别:通过毫米波雷达获取前方环境信息,结合路径规划与决策系统,准确行驶至装载点大致区域;装载点设置挡板,挡板上有标志物,通过识别挡板标志物、测定顺槽车(1)与挡板距离调整车距准确驶入装载点的吊装区域;

步骤二:顺槽车(1)按照规划最优路径进行行车操作,包含安全启动、直行、转弯、避障、紧急制动:

预设行驶安全系数为A1,路面弯道判别转角阈值为Q1,直行路段速度阈值为V2,直行车辆微调转角阈值为Q0,转向路段速度阈值为V3,左右安全距离为S1,左右危险距离阈值为S2,前后安全距离阈值为S3,前后危险距离阈值为S4;第一角度传感器测量前方路段与车身角度获取转弯转角为q1,第二角度传感器测得转向轮转角为q2,速度传感器测得车速为v0,四个超声波雷达探测车体距离左右墙体距离,左前侧为l1,左后侧为l2,右前侧为r1,右后侧为r2,瓦斯传感器、烟雾传感器测得井下瓦斯、烟雾含量评估安全系数a;

安全启动:当a小于A1时,启动推杆(6)关闭启动按钮(606),急停推杆(7)开启急停按钮,当a大于A1时,启动推杆(6)开启启动按钮(606),急停推杆(7)关闭急停按钮,车辆启动并缓慢提升车速;

直行:直行包含车速保持控制与车身姿态控制两部分,感知定位节点探知路面环境,当测得转弯转角q1小于Q1,规划直行行驶路线;运输速度阈值调整为V2,动态保持车速在运输速度阈值的90%‑110%范围内,当v0小于V2的90%时,速度控制臂(4)控制速度操作杆(411)加速,当v0大于V2的110%时,制动机械腿(5)控制刹车踏板(508)减速;当l1

转弯:转弯包含车速限速控制与车身姿态控制两部分,感知定位节点探知路面环境,当测得转弯转角q1大于Q1,规划转弯行驶路线;运输速度阈值调整为V3,动态保持车速在运输速度阈值的70%‑100%范围内,当v0小于V3的70%时,速度控制臂(4)控制速度操作杆(411)加速,当v0大于V3时,制动机械腿(5)控制刹车踏板(508)减速;按照所测转弯转角角度与转向轮转角角度差控制转向方向与大小,车身距离墙体左右侧差值进行转向角度修正,初始转向角度q=q1‑q2,当q<0且l1l2时,右转角度设为qz=q+Q0;当q<0时,且l1l2时,左转角度设为qz=q+Q0;

避障:避障分为即时避障与提前避障;即时避障适用于可见视距范围内,深度相机探测前方静态、动态障碍物,识别并预测障碍物运动碰撞轨迹,路径规划系统规划出一条无碰撞路径,决策系统发出指令,控制车辆按照直行、转向规则进行避障操作;提前避障适用于弯道、路口盲区,车辆与路段内布置基站进行实时通讯,通过井下环网确定对向来车、障碍物,提前规划好避障路线进行提前避障操作;

紧急制动:当突发情况下,当传感器测得动态障碍物距离顺槽车的距离值靠近车辆危险阈值时,制动机械腿(5)踩下刹车踏板(508),同时急停推杆(7)按下急停按钮,启动推杆(6)关闭启动按钮(606),实现紧急制动。