一种基于视觉引导的设备安全接近控制系统的制作方法

本发明属于煤矿开采，具体涉及一种基于视觉引导的设备安全接近控制系统。

背景技术：

1、近年来，随着社会经济的快速发展和科技的进步，煤矿行业也在不断追求高效、安全、可持续的发展。为了提高煤矿设备的生产效率、降低生产成本以及保障矿工的生命安全，煤矿设备接近智能化改造成为了当前煤矿行业的重要课题。

2、首先，煤矿设备接近智能化改造的背景在于对生产效率的追求。采煤工作是一个复杂而危险的过程，传统的煤矿设备需要人工操作和监控，存在着生产效率低下、劳动强度大等问题。而引入智能化技术后，煤矿设备可以实现自动化控制、智能诊断和故障预防等功能，提高生产效率、降低人力成本，并且可以实时获取数据和信息，帮助管理层更好地进行决策和调度。

3、其次，煤矿设备接近智能化改造的背景在于加强矿工安全保障。煤矿作业环境复杂恶劣，容易发生事故和灾害。通过引入智能化技术，可以实现对煤矿设备的远程监控和操作，减少人员暴露在危险环境中的时间和次数，降低事故风险。智能传感器可以实时监测煤矿设备的工作状态和环境参数，例如温度、湿度和气体浓度等，一旦发现异常情况，可以及时采取措施，保障矿工生命安全。

4、此外，煤矿设备接近智能化改造的背景还在于提高资源利用效率和环境可持续发展。煤炭作为重要的能源资源，其开采和利用对环境造成了一定的影响。通过智能化改造，可以实现煤矿设备的精细化管理和优化配置，提高资源利用效率，降低能源消耗和废弃物排放，推动煤矿行业向绿色、低碳方向发展，实现资源的可持续利用。

5、基于此，本发明提出一种基于视觉引导的设备安全接近控制系统。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中存在的上述至少一个技术问题，提供了一种基于视觉引导的设备安全接近控制系统。

2、本发明采用如下的技术方案实现：一种基于视觉引导的设备安全接近控制系统，包括掘进机交互模块、梭车交互模块、破碎机交互模块和图像采集模块；

3、所述掘进机交互模块用于采集掘进机的位置信息和梭车的受料斗内的煤量信息，并发送至所述梭车交互模块，所述掘进机交互模块还用于控制所述掘进机的截割机头和掘进机装运机构的运动；

4、所述梭车交互模块用于获取所述掘进机的位置信息、所述掘进机交互模块和所述破碎机交互模块发出的电磁变化信号以及破碎机的位置信息，并控制梭车的行进方向和行进位置；所述梭车交互模块还用于获取梭车的受料斗内的煤量信息以及破碎机煤量，并控制梭车刮板链的运动；

5、所述破碎机交互模块用于获取破碎机传送带上的煤量信息，并控制破碎机传送带的运动；

6、所述图像采集模块用于获取所述掘进机和所述破碎机的图像数据，计算所述梭车运行到所述掘进机和所述破碎机的时间，并结合所述梭车交互模块控制所述梭车的停止与行进。

7、优选地，所述掘进机交互模块包括掘进机控制模块、第一掘进机信息采集模块、第一掘进机信息传导模组和第二掘进机信息传导模组；

8、所述第一掘进机信息采集模块安装在所述掘进机的车身中部，用于采集所述梭车的受料斗内的煤量信息，并发送至所述掘进机控制模块，所述掘进机控制模块用于控制所述掘进机的截割机头和掘进机装运机构的运动；

9、所述第一掘进机信息传导模组安装在所述掘进机的掘进机尾上，用于采集所述掘进机的位置信息并发送至所述梭车交互模块；

10、所述第二掘进机信息传导模组安装在所述掘进机尾上，用于当所述第二掘进机信息传导模组与所述梭车交互模块中的第一梭车信息采集模组距离小于预设距离阈值时，产生第一电磁变化信号；

11、所述掘进机控制模块安装在所述掘进机的机身中部，所述掘进机控制模块用于当接收到所述第一电磁变化信号时，控制所述截割机头开始采煤，同时所述掘进机装运机构运转启动。

12、优选地，所述梭车交互模块包括第一梭车信息采集模组、第三梭车信息采集模组、第四梭车信息采集模组和梭车行进控制模块；

13、所述第一梭车信息采集模块安装在所述梭车的车头上，用于与所述第二掘进机信息传导模组之间产生第一电磁变化信号，并向所述梭车行进控制模块发出停止信号，所述梭车行进控制模块用于根据所述停止信号以及所述图像检测模块控制所述梭车停止行进，所述梭车行进控制模块安装在所述梭车的车身中部；

14、所述第三梭车信息采集模组安装在所述梭车的车身长度方向的两侧，用于采集所述第一掘进机信息传导模组发出的掘进机的位置信息，并发送至所述梭车行进控制模块，所述梭车行进控制模块基于所述位置信息控制所述梭车的行进方向；所述第三梭车信息采集模组还用于采集所述梭车上的煤量信息，当所述梭车上的煤量信息超过第一预设重量阈值时，所述梭车行进控制模块控制所述梭车刮板链向后运煤；

15、当所述梭车上的煤量信息到达满载阈值时，所述第三梭车信息采集模组向所述掘进机控制模块发出停机指令，并向所述梭车行进控制模块发出向破碎机行进的指令，所述掘进机控制模块根据所述停机指令控制所述截割机头和所述掘进机皮带停止工作；

16、所述第四梭车信息采集模组安装在所述梭车的车尾上，当所述第四梭车信息采集模组与所述破碎机交互模块中的第一破碎机信息传导模组之间的距离小于预设距离阈值时，产生第二电磁变化信号，将所述第二电磁变化信号发送至所述梭车行进控制模块，所述梭车行进控制模块根据所述第二电磁变化信号以及图像检测模块发出卸煤指令，并控制所述梭车停止行进。

17、优选地，所述破碎机包括第一破碎机信息传导模组、第二破碎机信息传导模组、第一破碎机信息采集模组和破碎机控制模块；

18、所述第一破碎机信息传导模组安装在破碎机的机头上，所述第一破碎信息传导模组用于与所述第四梭车信息采集模组产生所述第二电磁变化信号；

19、所述第二破碎机信息传导模组安装在所述破碎机的机身上，用于向所述第三梭车信息采集模组发出所述破碎机的位置信息，所述第三梭车信息采集模组将所述破碎机的位置信息发送至梭车行进控制模块，并控制所述梭车的行进方向；

20、所述第一破碎机信息采集模组安装在所述破碎机的机身上，所述第一破碎机信息采集模组用于采集所述破碎机的传送带上的煤量信息，当所述传送带上的煤量信息超过第二预设重量阈值时，向所述破碎机控制模块发出运煤指令，所述破碎机控制模块根据所述运煤指令控制所述破碎机的传送带运动，所述破碎机控制模块安装在所述破碎机的机身上。

21、优选地，所述第三梭车信息采集模组还用于监测所述破碎机的煤量堆积信息，当所述煤量堆积信息超过预设堆积阈值时，向所述梭车行进控制模块发出停车指令，所述梭车行进控制模块根据所述停车指令控制梭车刮板链停止向破碎机传输煤炭；

22、当所述第三梭车信息采集模组发出停车指令后，再次监测到所述煤量堆积信息小于预设堆积阈值时，所述梭车行进控制模块控制梭车刮板链运转，继续向破碎机传输煤炭。

23、优选地，当所述第三梭车信息采集模组监测到所述梭车空载时，所述梭车行进控制模块发出梭车刮板链停止指令，同时向所述梭车行进控制模块发出梭车行进指令，控制所述梭车远离所述破碎机，向所述掘进机行进。

24、优选地，所述第一破碎机信息采集模组监测到自身料斗和所述传送带空载后，向所述破碎机控制模块发出停止运行指令，所述破碎机处于暂时休眠状态，等待所述梭车下一次接近时开始协同工作。

25、优选地，所述梭车交互模块还包括第二梭车信息采集模组；

26、第二梭车信息采集模组安装在所述梭车的车身宽度方向的两侧，所述第二梭车信息采集模组用于获取所述梭车的车身与巷道两侧煤壁之间的间隔距离，并发送至所述梭车行进控制模块，所述梭车行进控制模块基于所述间隔距离控制所述梭车的行进方向。

27、优选地，所述图像检测模块安装在所述梭车的车头和车尾上，所述图像检测模块用于计算获取到的图像内各物体的检测框并进行微调，得到最终的检测框，并识别所述最终的检测框内的物体是否为掘进机和破碎机；若是，则基于设定的距离数据以及本时刻所述梭车的速度数据，计算所述梭车运行至所述掘进机和所述破碎机的时间数据，所述梭车行进控制模块结合所述时间数据、所述停止信号以及第二电磁变化信号控制所述梭车停止行进。

28、优选地，得到所述最终的检测框的方法为：

29、结合梯度函数，以深层卷积神经网络输出的预测检测和对应的真实检测框的偏差最小为目标，计算检测框的位置损失；

30、根据计算得到的检测框的位置损失，计算检测框的位置调整量，并调整检测框的位置，得到最终的检测框；

31、所述检测框的位置损失，其计算方式为：

32、

33、

34、其中，f(a,b)为检测框的位置损失，a为深层卷积神经网络输出的预测检测框，area(a)为检测框a的面积，b为对应的真实检测框，area(b)为检测框b的面积，∩代表求交集，∪代表求并集，d0表示检测框a与检测框b中心点的欧式距离，dc为检测框b对角线的距离，ω*为惩罚因子。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、(1)本发明能够实现梭车行进中可与巷道两侧保持安全距离，避免碰撞事故发生；在梭车行进中，通过采集交互设备的信息，实现远距离对中；在梭车与设备靠近时，通过接近开关，实现自动卡位；当梭车与设备卡位后，通过信息采集装置，控制设备开始工作；通过第三梭车信息采集模组，可检测梭车煤量，还可接收其他信息传导模组的信号，实现交互功能；

37、(2)本发明通过第一梭车信息采集模组和第一破碎机信息采集模组可实现设备皮带的自动运转；当煤量达到定值时，各个信息采集和各个控制模组联动可使得特定设备执行相应的动作；当梭车在行进中，掘进机与破碎机可实现待机，减少能源消耗；当梭车接近时，设备可实现自动启动运转模式。

38、(3)通过上述模组之间的交互，在以下方面带来了较大的改进：

39、提高效率：本系统能够快速进行煤炭的装载和卸载，大大减少了人工操作的时间和体力劳动，从而显著提高了工作效率。减少人力成本：自动装卸功能降低了对人力的依赖，煤矿企业可以减少在装卸环节的工人数量，节省了人力成本。提升安全性：自动化操作可以减少因人为因素导致的安全事故，如误操作、过度疲劳等，提高了工作场所的安全性。精准控制载荷：本系统通常精确控制装载的煤量，避免了过载或欠载的情况，有利于保持运输的稳定性和设备的使用寿命。增强运输连续性：梭车的自动装卸能力使得煤炭运输过程更加连续流畅，减少了停顿和等待时间，提高了整个运输系统的运行效率。减少物料损失：由于自动装卸过程更为精准和可控，因此可以减少在装卸过程中煤炭的破损和散落，降低了物料损失。节能环保：通过提高运输效率和减少无效作业，自动装卸梭车有助于降低能源消耗和排放，符合绿色环保的矿山开采理念。