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原文传递煤矿井下斜巷运输矿车监测与防跑车系统及方法

专利名称：	煤矿井下斜巷运输矿车监测与防跑车系统及方法
摘要：	本发明公开了一种煤矿井下斜巷运输矿车监测与防跑车系统及方法，矿车监测与防跑车系统包括对称设置在矿车轨道外两侧的一对捕获单元和设置在矿车轨道外一侧的监测单元，以及控制单元；捕获单元包括减速机构、制动机构和位移机构；监测单元包括红外成像设备和图像处理计算机，图像处理计算机与红外成像设备的输出端连接，每辆矿车靠近所述红外成像设备的一侧贴有红外反射膜；控制单元包括PLC控制器和液压站，PLC控制器与图像处理计算机的输出端连接，液压站与PLC控制器的输出端连接。本发明的防跑车系统设计合理，实现方便，能够应用在煤矿井下的斜巷运输中，对跑车进行安全稳定的捕获，防止跑车造成严重后果，使用效果好，便于推广使用。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安科技大学
发明人：	刘璐
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910234450.X
公开号：	CN109808731A
代理机构：	西安启诚专利知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	李艳春
分类号：	B61K7/20(2006.01);B;B61;B61K;B61K7
申请人地址：	710054 陕西省西安市雁塔路中段58号
主权项：	1.一种煤矿井下斜巷运输矿车监测与防跑车系统，其特征在于：包括对称设置在矿车轨道外两侧的一对捕获单元和设置在矿车轨道外一侧的监测单元，以及控制单元；所述捕获单元和监测单元均与控制单元连接，所述捕获单元包括减速机构(1)、制动机构(2)和位移机构(3)；所述监测单元包括红外成像设备(4)和图像处理计算机(5)，所述图像处理计算机(5)与红外成像设备(4)的输出端连接，每辆矿车靠近所述红外成像设备(4)的一侧贴有红外反射膜；所述控制单元包括PLC控制器(6)和为所述位移机构(3)提供液压动力的液压站(7)，所述PLC控制器(6)与图像处理计算机(5)的输出端连接，所述液压站(7)与PLC控制器(6)的输出端连接。 2.按照权利要求1所述的煤矿井下斜巷运输矿车监测与防跑车系统，其特征在于：所述减速机构(1)包括楔形的第一底板(1-1)，所述第一底板(1-1)上的一侧设置有第一支撑板(1-2)，所述第一底板(1-1)上的另一侧设置有第二支撑板(1-3)，所述第一支撑板(1-2)的一端铰接有第一活动板(1-4)，所述第一支撑板(1-2)的另一端和第一活动板(1-4)之间连接有第一弹簧(1-5)，所述第二支撑板(1-3)的一端铰接有第二活动板(1-6)，所述第二支撑板(1-3)的另一端和第二活动板(1-6)之间连接有第二弹簧(1-7)，所述第一活动板(1-4)的靠近第二活动板(1-6)的侧面上设置有第一橡胶皮垫(1-8)，所述第二活动板(1-6)的靠近第一活动板(1-4)的侧面上设置有第二橡胶皮垫(1-9)。 3.按照权利要求2所述的煤矿井下斜巷运输矿车监测与防跑车系统，其特征在于：所述制动机构(2)包括第二底板(2-1)，所述第二底板(2-1)上设置有第一滑轨(2-2)和第二滑轨(2-3)，所述第一滑轨(2-2)和第二滑轨(2-3)上滑动连接有滑块(2-4)，所述滑块(2-4)上安装有车轮右半夹(2-5)、车轮左半夹(2-6)和凸轮(2-7)，所述车轮右半夹(2-5)和车轮左半夹(2-6)之间连接有第三弹簧(2-8)，所述凸轮(2-7)安装在车轮左半夹(2-6)的外侧，所述第二底板(2-1)靠近矿车轨道的一侧设置有安装块(2-9)，所述安装块(2-9)上安装有竖直设置且用于对凸轮(2-7)进行限位并使凸轮(2-7)旋转的导杆(2-10)，所述第二底板(2-1)远离减速机构(1)的一端设置有与第二底板(2-1)一体成型的第一支撑块(2-11)，所述滑块(2-4)与第一支撑块(2-11)之间连接有并排设置的第四弹簧(2-12)和第五弹簧(2-13)。 4.按照权利要求3所述的煤矿井下斜巷运输矿车监测与防跑车系统，其特征在于：所述位移机构(3)包括第三滑轨(3-1)、第四滑轨(3-2)和第五滑轨(3-3)，以及与第三滑轨(3-1)的一端、第四滑轨(3-2)的一端和第五滑轨(3-3)的一端均连接的第二支撑块(3-4)，所述第二支撑块(3-4)上安装有位于第三滑轨(3-1)和第四滑轨(3-2)之间的液压缸(3-5)，所述液压缸(3-5)的活塞杆与制动机构(2)的第二底板(2-1)连接，所述液压缸(3-5)通过油管与液压站(7)连接。 5.一种采用如权利要求4所述系统进行防跑车的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、矿车监测：所述图像处理计算机(5)对红外成像设备(4)拍摄的多帧矿车图像进行处理，判断矿车是否发生跑车；步骤二、跑车捕获：当所述监测单元监测到矿车发生跑车时，所述控制单元控制捕获单元工作，对跑车进行柔性制动。 6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤一中所述图像处理计算机(5)对红外成像设备(4)拍摄的多帧矿车图像进行处理，判断矿车是否发生跑车的具体过程为：步骤101、所述图像处理计算机(5)将红外成像设备(4)的成像区域设定为监测区；步骤102、所述图像处理计算机(5)检测监测区内每帧图像中的多个Harris角点；步骤103、所述图像处理计算机(5)调用特征匹配模块提取每帧图像的特征集合，并将相邻两帧图像的特征集合进行匹配对应，生成匹配特征对集合；步骤104、所述图像处理计算机(5)根据匹配特征对集合，调用角点匹配模块对相邻两帧图像中的多个Harris角点进行角点匹配，找出相邻两帧图像中的多个Harris角点之间的一一对应关系；步骤105、所述图像处理计算机(5)计算相邻两帧图像中的多个Harris角点之间一一对应的位移值，根据公式计算出第i个相邻两帧图像中所有Harris角点的总位移量dTi，并将i从1取到n，计算出所有相邻两帧图像中所有Harris角点的总位移量；其中，di,j为第i个相邻两帧图像中具有一一对应关系的第j个Harris角点的位移量，mi为第i个相邻两帧图像中具有一一对应关系的Harris角点的总个数，j的取值为1～mi的正整数，n为形成相邻两帧图像的总个数；步骤106、所述图像处理计算机(5)计算得到所有相邻两帧图像中所有Harris角点的位置平均值，其中，第i个相邻两帧图像中所有Harris角点的位置平均值dAi的计算公式为步骤107、所述图像处理计算机(5)根据公式ΔdPi＝dA(i+1)-dAi计算得到第i+1个相邻两帧图像中所有Harris角点的位置平均值dA(i+1)与第i个相邻两帧图像中所有Harris角点的位置平均值dAi的差值ΔdPi，并将i从1取到n-1；步骤108、所述图像处理计算机(5)根据公式计算出将i从1取到n-1时所有ΔdPi的平均值ΔdB，当-dE＜ΔdB＜dE时，矿车处于匀速运行状态，未发生跑车；当ΔdB＞dE时，矿车处于加速运行状态，发生跑车，其中，dE为监测单元允许误差值。 7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤102中所述图像处理计算机(5)检测监测区内每帧图像中的多个Harris角点时，对图像I(x,y)中的多个Harris角点的检测过程为：步骤1021、图像处理计算机(5)根据公式计算图像I(x,y)在x轴方向上的梯度Ix，并根据公式计算图像I(x,y)在y轴方向上的梯度Iy；步骤1022、图像处理计算机(5)计算每个像素点上的相关矩阵其中，ω(x,y)为加权函数；步骤1023、图像处理计算机(5)根据公式R＝(ab-c2)-λ(a+b)2计算每个像素点的角点响应值R；其中，λ为经验常数，取值范围为0.04～0.06；步骤1024、图像处理计算机(5)在图像I(x,y)上中间位置处M×M的正方形范围内寻找角点响应值的极大值点，并将寻找到的角点响应值的极大值点定义为阈值，当像素点的角点响应值R大于阈值时，将该像素点确定为Harris角点。 8.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤二中所述当监测单元监测到矿车发生跑车时，所述控制单元控制捕获单元工作，对跑车进行柔性制动的具体过程为：步骤201、所述PLC控制器(6)接收到图像处理计算机(5)传输的发生跑车的信号时，PLC控制器(6)输出控制信号到液压站(7)；步骤202、所述位移机构(3)中的液压缸(3-5)在液压站(7)的作用下工作，通过液压缸(3-5)的活塞杆将矿车轨道两旁的制动机构(2)和减速机构(1)沿着第三滑轨(3-1)、第四滑轨(3-2)和第五滑轨(3-3)推到矿车轨道上；步骤203、当跑车到达所述减速机构(1)时，第一活动板(1-4)和第二活动板(1-6)对跑车车轮进行挤压，并通过第一弹簧(1-5)和第二弹簧(1-7)进行柔性减速；步骤204、减速后的跑车车轮到达车轮右半夹(2-5)和车轮左半夹(2-6)的张开处，在跑车的惯性作用下，带动滑块(2-4)沿着第一滑轨(2-2)和第二滑轨(2-3)移动，使得凸轮(2-7)与导杆(2-10)分开，车轮右半夹(2-5)和车轮左半夹(2-6)通过第三弹簧(2-8)的作用闭合将跑车车轮夹紧；步骤205、跑车车轮在第四弹簧(2-12)和第五弹簧(2-13)的弹力作用下进行柔性制动。 9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤204中所述车轮右半夹(2-5)和车轮左半夹(2-6)的张开具体过程为：步骤2041、所述制动机构(2)中的滑块(2-4)在第四弹簧(2-12)和第五弹簧(2-13)的弹力作用下在第一滑轨(2-2)和第二滑轨(2-3)上移动到靠近减速机构(1)的一端；步骤2042、随着所述滑块(2-4)的移动，滑块(2-4)上的凸轮(2-7)与导杆(2-10)接触，滑块(2-4)继续移动，因导杆(2-10)的限位，凸轮(2-7)由移动变为旋转，凸轮(2-7)的旋转会挤压滑块(2-4)上安装的车轮左半夹(2-6)，使车轮右半夹(2-5)和车轮左半夹(2-6)张开。
所属类别：	发明专利