矿用搬运机器人控制方法及矿用搬运机器人与流程

本发明涉及矿用搬运设备，具体而言，涉及一种矿用搬运机器人控制方法及矿用搬运机器人。

背景技术：

1、巷道是煤矿井下重要的场所之一，在巷道内需要进行锚杆的安装、喷浆加固、管路的铺设、物料的转运等一系列作业；目前物料依靠大型设备受限于巷道复杂环境的限制，不能直接运输到达具体施工地点，并且极其依赖人工操作，使得在巷道相当长的一段距离需要人工来进行吊装和搬运物料至工作地点；而且配套的机械化设备少之又少，不仅增加施工困难，而且具有人工成本高、搬运效率低、人员短缺等一系列问题；因此亟需研发用于矿用物料搬运的机械化智能化工具来解决上述问题。

2、现有矿用搬运设备存在如下问题：1、设备体积大，机械臂不灵活，在狭小的巷道内不变操作转运；2、设备多采用手动+遥控的操作模式，其中人员手动操作时存在磕碰甚至倾翻等风险；3、设备缺少自主安全监控等安全防护措施；设备功能单一，投入成本高且设备利用率低。

技术实现思路

1、本发明提供一种矿用搬运机器人控制方法及矿用搬运机器人，以解决现有技术中的矿用搬运设备在巷道等复杂环境内行走控制不便且主要依靠人工控制的问题。

2、为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一矿用搬运机器人控制方法，包括：初始步骤：控制矿用搬运机器人通过定位导航功能自主移动至初始地点；或者，通过运输车运输矿用搬运机器人至初始地点；设备图像采集步骤：利用多个图像采集设备对待搬运设备及待搬运设备所在空间进行图像采集，得到待搬运设备的图像点云数据和设备空间数据；根据图像点云数据确定矿用搬运机器人在待搬运设备上的夹取位置，根据设备空间数据确定矿用搬运机器人向待搬运设备靠近过程的移动轨迹；移动采集步骤：根据设备空间数据确定的移动轨迹控制矿用搬运机器人向待搬运设备靠近，在靠近过程中，实时控制多个图像采集设备对巷道内空间进行实时图像采集，得到环境空间数据，根据环境空间数据修正矿用搬运机器人的移动轨迹；姿态控制步骤：根据设备空间数据、图像点云数据、环境空间数据控制矿用搬运机器人的机械臂姿态，以避让障碍物；在矿用搬运机器人运动至待搬运设备处后，控制机械臂在夹取位置夹取待搬运设备，以进行转运；运输步骤：控制矿用搬运机器人将待搬运设备运输至指定地点，在运输过程中，实时控制多个图像采集设备对外部空间进行实时图像采集，得到外部空间数据，根据外部空间数据确定矿用搬运机器人的移动轨迹。

3、进一步地，矿用搬运机器人控制方法还包括实时监测步骤：根据多个传感器及定位器，实时定位矿用搬运机器人在巷道内的位置，并实时检测机械臂的姿态及矿用搬运机器人的底盘运动姿态；其中，多个传感器包括激光测距传感器和倾角传感器。

4、进一步地，矿用搬运机器人控制方法还包括更换步骤：根据图像点云数据确定机械臂上用于夹取待搬运设备的夹取组件的类型，并在机械臂上更换对应的夹取组件。

5、进一步地，多个图像采集设备包括二维采集摄像头、三维采集摄像头、云台摄像仪中的至少一种，且数量为至少两个；建立三维空间直角坐标系，图像点云数据至少包括待搬运设备外部轮廓上多个点在三维空间直角坐标系中的三维坐标；设备空间数据包括待搬运设备在三维空间直角坐标系中的三维坐标。

6、进一步地，矿用搬运机器人控制方法还包括：报警步骤：在多个图像采集设备检测到外部物体阻挡在矿用搬运机器人的移动轨迹或者即将碰撞待搬运设备或矿用搬运机器人时，发出报警信息和/或报警声音；模式切换步骤：在需要手动控制矿用搬运机器人时，切换矿用搬运机器人为手动控制模式；在需要矿用搬运机器人自动搬运时，切换矿用搬运机器人为自动工作模式。

7、根据本发明的另一方面，提供了一种矿用搬运机器人，矿用搬运机器人适用于上述的矿用搬运机器人控制方法，矿用搬运机器人包括：运载平台；支撑装置，设置在运载平台的下方，用于支撑运载平台及带动运载平台升降；机械臂，可活动地设置在运载平台的上方，用于夹取待搬运设备；液压系统，与支撑装置和机械臂通过液压管路连通，用于驱动支撑装置升降和驱动机械臂活动；电控系统，分别与运载平台、支撑装置、机械臂、液压系统电连接；电缆系统，设置在运载平台上，且分别与外部电源、电控系统连接，用于为电控系统提供电能和/或传输数据。

8、进一步地，矿用搬运机器人还包括分别与电控系统电连接的用于照明的照明灯组件、激光雷达组件、激光测距传感器、倾角传感器、多个图像采集设备、信号基站、红外传感器、语音播放器、信号灯、瓦斯浓度传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、烟雾传感器中的至少一个；电控系统包括无线控制终端，在矿用搬运机器人处于手动控制模式时，无线控制终端用于控制运载平台、支撑装置、机械臂、液压系统工作且实时显示运载平台、支撑装置、机械臂、液压系统的工作状态；在矿用搬运机器人处于自动控制模式时，无线控制终端用于实时显示运载平台、支撑装置、机械臂、液压系统的工作状态。

9、进一步地，多个图像采集设备包括二维采集摄像头、三维采集摄像头、云台摄像仪中的至少一种，且数量为至少两个；液压系统包括通过液压管路分别连通的液压驱动组件、散热器、油箱、过滤器和控制阀组，液压驱动组件用于驱动液压油沿液压管路循环流动，散热器用于与液压油进行热交换，过滤器用于过滤液压油，控制阀组包括多个电磁阀，用于控制液压管路的通断及流量；液压系统还包括分别与无线控制终端电连接的液位传感器、温度传感器和压力传感器，液位传感器设置在油箱中，用于检测油箱中液压油的液位高度；温度传感器设置在液压管路和/或油箱内，用于检测液压油的温度；压力传感器设置在液压管路和/或油箱内，用于检测液压油的压力；控制阀组还包括至少一个节流阀和至少一个平衡阀，其中一个节流阀、一个平衡阀依次在液压管路上串联设置。

10、进一步地，矿用搬运机器人还包括防爆箱，电控系统的至少一部分设置在防爆箱内，防爆箱用于保护电控系统；电缆系统包括传输电缆、驱动部、卷筒组件和排线器，卷筒组件设置在运载平台上，且与驱动部驱动连接；传输电缆缠绕在卷筒组件上，且与排线器配合；排线器用于整理传输电缆；在运载平台运动时，驱动部控制卷筒组件转动，以进行传输电缆的收放；机械臂包括：转动盘、一级臂、一级伸缩油缸、二级臂、二级伸缩油缸、三级臂、三级伸缩油缸、四级伸缩油缸、支撑架、第一摆动油缸组件、安装座、第二摆动油缸组件、夹取组件；转动盘可转动地设置在运载平台的上方，一级臂的一端可转动地设置在转动盘上，一级伸缩油缸的两端分别与一级臂、转动盘连接，二级臂的一端可转动地设置在一级臂的另一端上，二级伸缩油缸的两端分别与一级臂、二级臂连接，三级臂的一端可转动地设置在二级臂的另一端上，三级伸缩油缸的两端分别与二级臂、三级臂连接，支撑架的一端可转动地设置在三级臂的另一端上，四级伸缩油缸的两端分别与三级臂、支撑架的连接，第一摆动油缸组件的一端设置在支撑架上，另一端与安装座连接，以驱动安装座摆动；第二摆动油缸组件的一端设置在安装座上，另一端与夹取组件可拆卸连接，以驱动夹取组件摆动；夹取组件用于夹取待搬运设备；机械臂还包括多个行程传感器，多个行程传感器分别设置在一级伸缩油缸、二级伸缩油缸、三级伸缩油缸、四级伸缩油缸上，且分别与电控系统电连接，行程传感器用于检测油缸伸缩行程。

11、进一步地，运载平台包括底盘、驱动轮组、履带和车架，车架设置在底盘的上方，驱动轮组可转动地设置在底盘上，且与履带相配合，以驱动履带循环转动；支撑装置设置在车架的下方，机械臂可活动地设置在车架上，液压系统和电缆系统分别设置在车架上；支撑装置包括间隔设置在运载平台的下方的两组液压伸缩组，一组液压伸缩组包括两个液压支腿，和一个伸缩组件，两个液压支腿可滑动地间隔设置在运载平台的下方，液压支腿可升降，以带动运载平台升降及支撑运载平台；伸缩组件分别与两个液压支腿连接，用于带动两个液压支腿靠近或远离；液压支腿、伸缩组件分别与液压系统通过液压管路连通。

12、应用本发明的技术方案，本发明提供了一矿用搬运机器人控制方法，包括：初始步骤：控制矿用搬运机器人通过定位导航功能自主移动至初始地点；或者，通过运输车运输矿用搬运机器人至初始地点；设备图像采集步骤：利用多个图像采集设备对待搬运设备及待搬运设备所在空间进行图像采集，得到待搬运设备的图像点云数据和设备空间数据；根据图像点云数据确定矿用搬运机器人在待搬运设备上的夹取位置，根据设备空间数据确定矿用搬运机器人向待搬运设备靠近过程的移动轨迹；移动采集步骤：根据设备空间数据确定的移动轨迹控制矿用搬运机器人向待搬运设备靠近，在靠近过程中，实时控制多个图像采集设备对巷道内空间进行实时图像采集，得到环境空间数据，根据环境空间数据修正矿用搬运机器人的移动轨迹；姿态控制步骤：根据设备空间数据、图像点云数据、环境空间数据控制矿用搬运机器人的机械臂姿态，以避让障碍物；在矿用搬运机器人运动至待搬运设备处后，控制机械臂在夹取位置夹取待搬运设备，以进行转运；运输步骤：控制矿用搬运机器人将待搬运设备运输至指定地点，在运输过程中，实时控制多个图像采集设备对外部空间进行实时图像采集，得到外部空间数据，根据外部空间数据确定矿用搬运机器人的移动轨迹。

13、本发明通过设置设备图像采集步骤，实现了对于后续夹取组件目标的夹取位置、矿用搬运机器人向待搬运设备靠近过程的移动轨迹的确定，为后续矿用搬运机器人自主移动及夹取提供数据支持，并且通过获取的图像点云数据，可以有效适用于多种待搬运设备的夹取，保证了夹取的安全性和夹取组件的工作可靠性；通过设置移动采集步骤和姿态控制步骤，实现了矿用搬运机器人向待搬运设备靠近过程的自动避障，进而在环境较为复杂的巷道内实现高效自动移动；通过设置运输步骤，可以在复杂环境下实现对于待搬运设备的可靠转运及自动避让；本发明方法使得矿用搬运机器人具有姿态感知功能、视觉识别功能和自动搬运功能，实现了矿用搬运设备在巷道等复杂环境内的自行行走控制，且不依靠人工控制，并且实现了矿用搬运机器人按照使用设置进行自主搬运，有效降低了人工成本和工作人员的劳动强度，减少了安全事故的发生，并提高了工作效率。