掘进机车身防碰撞系统、控制方法、设备、介质和芯片与流程

本发明涉及煤矿巷道掘进，具体而言，涉及一种掘进机车身防碰撞系统、控制方法、设备、介质和芯片。

背景技术：

1、在掘进机进行截割作业过程中，为了改善煤矿工人的作业环境，实现自动化、智能化掘进作业，通常采用智能掘进机进行自动截割和超视距远程截割。

2、相关技术中，为了实现自动截割和超视距远程截割，在掘进机的机身上布置摄像仪，通过摄像仪的图像信息判断机身的两侧与巷道的两个侧壁之间的位置关系。

3、在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：第一方面，截割过程中产生的大量粉尘会影响摄像仪获取图像信息的精度；第二方面，为了减少设备上的煤灰堆积，常采用高压水对设备进行冲洗，冲洗过程中造成的泥浆也会影响摄像仪获取图像信息的精度。

技术实现思路

1、为了解决或改善粉尘以及泥浆会影响设备精度的技术问题，本发明的一个目的在于提供一种掘进机车身防碰撞系统。

2、本发明的另一个目的在于提供一种掘进机车身防碰撞控制方法。

3、本发明的另一个目的在于提供一种电子设备。

4、本发明的另一个目的在于提供一种计算机可读存储介质。

5、本发明的另一个目的在于提供一种芯片。

6、为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种掘进机车身防碰撞系统，应用于掘进机，掘进机包括机身，掘进机用于在巷道内行进，巷道具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，掘进机车身防碰撞系统包括：第一毫米波雷达，设于机身，第一毫米波雷达用于确定第一路径长度，第一路径长度为第一毫米波雷达与第一侧壁之间的路径长度；第二毫米波雷达，设于机身，第二毫米波雷达用于确定第二路径长度，第二路径长度为第二毫米波雷达与第二侧壁之间的路径长度；惯性导航系统，设于机身，惯性导航系统用于确定掘进机的角度数据；控制系统，与第一毫米波雷达电连接，控制系统与第二毫米波雷达电连接，控制系统与惯性导航系统电连接，控制系统根据第一路径长度、第二路径长度和角度数据确定第一距离和第二距离，第一距离为机身与第一侧壁之间的距离，第二距离为机身与第二侧壁之间的距离，在第一距离和第二距离均大于第一阈值的情况下，控制系统控制掘进机正常工作；在第一距离或第二距离不大于第一阈值且大于第二阈值的情况下，控制系统发出报警信息；在第一距离或第二距离不大于第二阈值的情况下，控制系统控制掘进机停止工作，第一阈值大于第二阈值。

7、根据本发明提供的掘进机车身防碰撞系统的技术方案，掘进机车身防碰撞系统通过毫米波雷达、惯性导航系统和控制系统的相互配合，能够确定机身的两侧与巷道的两个侧壁之间的位置关系。这种设计方式，在截割过程中产生的大量粉尘以及冲洗过程中产生的泥浆不会影响设备精度，并且解决了掘进机在自动截割和超视距远程截割的过程中防止车身碰撞的问题，有利于降低安全隐患，提高掘进机在巷道内智能截割的安全性和可靠性，还可以推进智能化掘进机的发展。

8、掘进机车身防碰撞系统应用于掘进机。掘进机包括机身。可选地，掘进机还包括铲板机构，铲板机构设于机身的前端。通常情况下，铲板机构为掘进机中最宽的部分。可选地，掘进机还包括履带机构，履带机构设于机身的底部。进一步地，掘进机用于在巷道内行进。巷道具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁。可选地，巷道具有第一中心线，机身具有第二中心线。可选地，掘进机具有航向角，航向角为第二中心线与第一中心线之间的夹角。可选地，机身具有相对设置的第一端和第二端。此处的第一端和第二端可以理解为机身的前端和后端，其中，铲板机构设于机身的第一端。可选地，掘进机具有俯仰角，俯仰角为第一端和第二端偏差的角度。一般情况下，掘进机在巷道内上坡或下坡时，会呈现一定的俯仰角。可选地，掘进机具有翻滚角，翻滚角为机身的左右两侧（靠近第一侧壁以及第二侧壁的两侧）偏差的角度。掘进机的其中一侧经过凸起的路况或凹陷的路况时，会呈现一定的翻滚角。

9、具体而言，掘进机车身防碰撞系统包括第一毫米波雷达、第二毫米波雷达、惯性导航系统和控制系统。其中，第一毫米波雷达设于机身。第一毫米波雷达用于确定第一路径长度。第一路径长度为第一毫米波雷达与第一侧壁之间的路径长度。进一步地，第二毫米波雷达设于机身。第二毫米波雷达用于确定第二路径长度。第二路径长度为第二毫米波雷达与第二侧壁之间的路径长度。毫米波雷达是工作在毫米波波段探测的雷达，具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。可选地，第一毫米波雷达与第二毫米波雷达分别设于机身的相对设置的两侧。在第一毫米波雷达与第二毫米波雷达中，第一毫米波雷达更靠近第一侧壁，第二毫米波雷达更靠近第二侧壁。可选地，第一毫米波雷达的数量为至少一个，即第一毫米波雷达可以是一个、两个或者多个，根据实际需求对第一毫米波雷达进行灵活设置。可选地，第二毫米波雷达的数量为至少一个，即第二毫米波雷达可以是一个、两个或者多个，根据实际需求对第二毫米波雷达进行灵活设置。

10、进一步地，惯性导航系统设于机身。惯性导航系统（ins，简称为惯导）是一种自主导航系统。惯性导航系统用于确定掘进机的角度数据。可选地，角度数据包括航向角，航向角为第二中心线与第一中心线之间的夹角。可选地，角度数据包括俯仰角，俯仰角为第一端和第二端偏差的角度。一般情况下，掘进机在巷道内上坡或下坡时，会呈现一定的俯仰角。可选地，角度数据包括翻滚角。翻滚角为机身的左右两侧（靠近第一侧壁以及第二侧壁的两侧）偏差的角度。掘进机的其中一侧经过凸起的路况或凹陷的路况时，会呈现一定的翻滚角。

11、进一步地，控制系统设于机身。控制系统与第一毫米波雷达电连接，控制系统与第二毫米波雷达电连接，控制系统与惯性导航系统电连接。换言之，第一毫米波雷达、第二毫米波雷达以及惯性导航系统均与控制系统电连接。控制系统通过第一毫米波雷达确定第一路径长度；控制系统通过第二毫米波雷达确定第二路径长度；控制系统通过惯性导航系统确定掘进机的角度数据。进一步地，控制系统根据第一路径长度、第二路径长度和角度数据确定第一距离和第二距离，第一距离为机身与第一侧壁之间的距离，第二距离为机身与第二侧壁之间的距离。可选地，控制系统根据第一路径长度和角度数据确定第一距离。控制系统根据第二路径长度和角度数据确定第二距离。在机身的第二中心线与巷道的第一中心线重合的情况下，第一路径长度与第一距离一致，且第二路径长度与第二距离一致。在机身的第二中心线与巷道的第一中心线不重合的情况下，此时掘进机呈现出一定的航向角和/或俯仰角和/或翻滚角，控制系统能够根据第一路径长度、第二路径长度和角度数据，通过勾股定理以及正余弦定理确定第一距离和第二距离。

12、进一步地，在第一距离和第二距离均大于第一阈值的情况下，控制系统控制掘进机正常工作。在第一距离或第二距离不大于第一阈值且大于第二阈值的情况下，控制系统发出报警信息。在第一距离或第二距离不大于第二阈值的情况下，控制系统控制掘进机停止工作。第一阈值大于第二阈值。通过确定机身的两侧与巷道的两个侧壁之间的位置关系，能够为掘进机的自动移机、自动对点以及软件视觉辅助等功能提供数据基础，为掘进机的自动截割和超视距远程截割提供安全保障。可选地，第一阈值为0.8m至1.2m。可选地，第二阈值为0.4m至0.6m。通过控制第一阈值的取值以及第二阈值的取值，掘进机车身防碰撞系统能够适用于不同的应用场景，灵活性更高。

13、可选地，控制系统判断第一距离是否大于第一阈值并生成第一判断结果；

14、若第一判断结果为是（第一距离大于第一阈值），则判断第二距离是否大于第一阈值并生成第二判断结果；

15、若第一判断结果为否（第一距离不大于第一阈值），则判断第一距离是否大于第二阈值并生成第三判断结果；

16、若第三判断结果为是（第一距离大于第二阈值），则表示第一距离不大于第一阈值且大于第二阈值，控制系统发出报警信息；

17、若第三判断结果为否（第一距离不大于第二阈值），则表示第一距离小于或等于第二阈值，此时机身的其中一侧与第一侧壁之间的距离过小，控制系统控制掘进机停止工作；

18、若第二判断结果为是（第二距离大于第一阈值），则表示第一距离和第二距离均大于第一阈值，控制系统控制掘进机正常工作；

19、若第二判断结果为否（第二距离不大于第一阈值），则判断第二距离是否大于第二阈值并生成第四判断结果；

20、若第四判断结果为是（第二距离大于第二阈值），则表示第二距离不大于第一阈值且大于第二阈值，控制系统发出报警信息；

21、若第四判断结果为否（第二距离不大于第二阈值），则表示第二距离小于或等于第二阈值，此时机身的其中一侧与第二侧壁之间的距离过小，控制系统控制掘进机停止工作。

22、可选地，控制系统根据第一距离、第二距离和角度数据确定掘进机在巷道内的位姿。需要说明的是，位姿表示位置和姿态。

23、本发明限定的技术方案中，掘进机车身防碰撞系统通过毫米波雷达、惯性导航系统和控制系统的相互配合，能够确定机身的两侧与巷道的两个侧壁之间的位置关系。这种设计方式，在截割过程中产生的大量粉尘以及冲洗过程中产生的泥浆不会影响设备精度，并且解决了掘进机在自动截割和超视距远程截割的过程中防止车身碰撞的问题，有利于降低安全隐患，提高掘进机在巷道内智能截割的安全性和可靠性，还可以推进智能化掘进机的发展。

24、另外，本发明提供的上述技术方案还可以具有如下附加技术特征：

25、在一些技术方案中，可选地，角度数据包括航向角、俯仰角和翻滚角。

26、在该技术方案中，角度数据包括航向角，航向角为第二中心线与第一中心线之间的夹角。角度数据包括俯仰角，俯仰角为第一端和第二端偏差的角度。一般情况下，掘进机在巷道内上坡或下坡时，会呈现一定的俯仰角。角度数据包括翻滚角。翻滚角为机身的左右两侧（靠近第一侧壁以及第二侧壁的两侧）偏差的角度。掘进机的其中一侧经过凸起的路况或凹陷的路况时，会呈现一定的翻滚角。

27、在一些技术方案中，可选地，控制系统根据第一路径长度和角度数据确定第一距离，控制系统根据第二路径长度和角度数据确定第二距离。

28、在该技术方案中，在机身的第二中心线与巷道的第一中心线重合的情况下，第一路径长度与第一距离一致，且第二路径长度与第二距离一致。在机身的第二中心线与巷道的第一中心线不重合的情况下，此时掘进机呈现出一定的航向角和/或俯仰角和/或翻滚角，控制系统能够根据第一路径长度、第二路径长度和角度数据，通过勾股定理以及正余弦定理确定第一距离和第二距离。

29、在一些技术方案中，可选地，控制系统包括：雷达控制箱，与第一毫米波雷达连接，雷达控制箱与第二毫米波雷达连接；控制模块，与雷达控制箱连接，控制模块与惯性导航系统连接。

30、在该技术方案中，控制系统包括雷达控制箱和控制模块。具体地，雷达控制箱与第一毫米波雷达连接，且雷达控制箱与第二毫米波雷达连接。进一步地，控制模块与雷达控制箱连接，且控制模块与惯性导航系统连接。可选地，控制系统包括智能化控制箱和雷达控制箱。智能化控制箱内设有控制模块。控制模块为plc控制器（可编程逻辑控制器）。可选地，智能化控制箱和雷达控制箱电连接，智能化控制箱能够向雷达控制箱提供127v的交流电。可选地，雷达控制箱包括转换模块、以太网交换机、直流电源以及接线端子。可选地，转换模块用于将can转换为以太网。其中，can是指串行通信协议。可选地，以太网交换机与转换模块连接，接线端子与以太网交换机连接。可选地，plc控制器通过can总线与雷达控制箱以及惯性导航系统通信连接。控制系统中各个设备或模块之间采用线束连接，确保数据传输的稳定性。

31、在一些技术方案中，可选地，控制系统根据第一距离、第二距离和角度数据确定掘进机在巷道内的位姿。

32、在该技术方案中，在掘进机采用大断面自动截割收料时，通过不断获取掘进机在巷道内的位姿，掘进机在完成其中一个半面的自动截割之后，能够自动移机至另一半面进行截割。

33、在一些技术方案中，可选地，第一阈值为0.8m至1.2m；和/或第二阈值为0.4m至0.6m。

34、在该技术方案中，通过控制第一阈值的取值以及第二阈值的取值，掘进机车身防碰撞系统能够适用于不同的应用场景，灵活性更高。

35、在一些技术方案中，可选地，掘进机车身防碰撞系统还包括：报警模块，设于机身，报警模块与控制系统电连接，在第一距离或第二距离不大于第一阈值且大于第二阈值的情况下，控制系统通过报警模块发出报警信息。

36、在该技术方案中，掘进机车身防碰撞系统还包括报警模块。具体地，报警模块设于机身。报警模块与控制系统电连接。可选地，报警模块能够设于机身的任意位置。可选地，报警模块的数量为至少一个，即报警模块可以是一个、两个或者多个，根据实际应用场景对报警模块进行灵活设置。进一步地，在第一距离或第二距离不大于第一阈值且大于第二阈值的情况下，控制系统通过报警模块发出报警信息。需要说明的是，报警信息可以是声音，也可以是灯光，当然还可以是其它类型的信息。

37、在一些技术方案中，可选地，报警模块包括：蜂鸣器，设于机身，蜂鸣器与控制系统电连接，在第一距离或第二距离不大于第一阈值且大于第二阈值的情况下，控制系统通过蜂鸣器发出报警信息；和/或警示灯，设于机身，警示灯与控制系统电连接，在第一距离或第二距离不大于第一阈值且大于第二阈值的情况下，控制系统通过警示灯发出报警信息。

38、在该技术方案中，报警模块包括蜂鸣器。具体地，蜂鸣器设于机身，蜂鸣器与控制系统电连接。控制系统能够控制蜂鸣器是否发出声音。在第一距离或第二距离不大于第一阈值且大于第二阈值的情况下，控制系统通过警示灯发出报警信息。蜂鸣器通过声音发出报警信息。

39、进一步地，报警模块包括警示灯。具体地，警示灯设于机身，警示灯与控制系统电连接。控制系统能够控制警示灯打开或关闭。在第一距离或第二距离不大于第一阈值且大于第二阈值的情况下，控制系统通过警示灯发出报警信息。警示灯通过灯光发出报警信息。

40、本发明第二方面提供了一种掘进机车身防碰撞控制方法，应用于上述任一技术方案中的掘进机车身防碰撞系统的控制系统，掘进机车身防碰撞控制方法包括：确定第一路径长度、第二路径长度和掘进机的角度数据；根据第一路径长度、第二路径长度和角度数据，确定第一距离和第二距离；在第一距离和第二距离均大于第一阈值的情况下，控制掘进机正常工作；在第一距离或第二距离不大于第一阈值且大于第二阈值的情况下，发出报警信息；在第一距离或第二距离不大于第二阈值的情况下，控制掘进机停止工作，第一阈值大于第二阈值。

41、根据本发明的掘进机车身防碰撞控制方法的技术方案，掘进机车身防碰撞控制方法应用于上述任一技术方案中的掘进机车身防碰撞系统的控制系统。掘进机车身防碰撞控制方法的具体步骤包括：

42、第一步，确定第一路径长度、第二路径长度和掘进机的角度数据。控制系统通过第一毫米波雷达确定第一路径长度；控制系统通过第二毫米波雷达确定第二路径长度；控制系统通过惯性导航系统确定掘进机的角度数据。

43、第二步，根据第一路径长度、第二路径长度和角度数据，确定第一距离和第二距离。控制系统根据第一路径长度和角度数据确定第一距离。控制系统根据第二路径长度和角度数据确定第二距离。在机身的第二中心线与巷道的第一中心线重合的情况下，第一路径长度与第一距离一致，且第二路径长度与第二距离一致。在机身的第二中心线与巷道的第一中心线不重合的情况下，此时掘进机呈现出一定的航向角和/或俯仰角和/或翻滚角，控制系统能够根据第一路径长度、第二路径长度和角度数据，通过勾股定理以及正余弦定理确定第一距离和第二距离。

44、第三步，在第一距离和第二距离均大于第一阈值的情况下，控制掘进机正常工作；在第一距离或第二距离不大于第一阈值且大于第二阈值的情况下，发出报警信息；在第一距离或第二距离不大于第二阈值的情况下，控制掘进机停止工作，第一阈值大于第二阈值。通过确定机身的两侧与巷道的两个侧壁之间的位置关系，能够为掘进机的自动移机、自动对点以及软件视觉辅助等功能提供数据基础，为掘进机的自动截割和超视距远程截割提供安全保障。可选地，第一阈值为0.8m至1.2m。可选地，第二阈值为0.4m至0.6m。

45、可选地，控制系统判断第一距离是否大于第一阈值并生成第一判断结果；

46、若第一判断结果为是（第一距离大于第一阈值），则判断第二距离是否大于第一阈值并生成第二判断结果；

47、若第一判断结果为否（第一距离不大于第一阈值），则判断第一距离是否大于第二阈值并生成第三判断结果；

48、若第三判断结果为是（第一距离大于第二阈值），则表示第一距离不大于第一阈值且大于第二阈值，控制系统发出报警信息；

49、若第三判断结果为否（第一距离不大于第二阈值），则表示第一距离小于或等于第二阈值，此时机身的其中一侧与第一侧壁之间的距离过小，控制系统控制掘进机停止工作；

50、若第二判断结果为是（第二距离大于第一阈值），则表示第一距离和第二距离均大于第一阈值，控制系统控制掘进机正常工作；

51、若第二判断结果为否（第二距离不大于第一阈值），则判断第二距离是否大于第二阈值并生成第四判断结果；

52、若第四判断结果为是（第二距离大于第二阈值），则表示第二距离不大于第一阈值且大于第二阈值，控制系统发出报警信息；

53、若第四判断结果为否（第二距离不大于第二阈值），则表示第二距离小于或等于第二阈值，此时机身的其中一侧与第二侧壁之间的距离过小，控制系统控制掘进机停止工作。

54、本发明限定的技术方案中，截割过程中产生的大量粉尘以及冲洗过程中产生的泥浆不会影响设备精度，并且解决了掘进机在自动截割和超视距远程截割的过程中防止车身碰撞的问题，有利于降低安全隐患，提高掘进机在巷道内智能截割的安全性和可靠性，还可以推进智能化掘进机的发展。

55、本发明第三方面提供了一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现上述技术方案中的掘进机车身防碰撞控制方法的步骤。

56、本发明第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述技术方案中的掘进机车身防碰撞控制方法的步骤。

57、本发明第五方面提供了一种芯片，芯片包括处理器和通信接口，通信接口和处理器耦合，处理器用于运行程序或指令，实现上述技术方案中的掘进机车身防碰撞控制方法的步骤。

58、本发明的技术方案的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。