[发明专利]一种无驾驶舱式井下无人驾驶电机车及其控制方法

说明书

本发明公开了一种无驾驶舱式井下无人驾驶电机车及其控制方法，包括无驾驶舱式电机车车头和基于普通电机车线控改造后的车身，车头部分主要设有障碍物智能感知装置、计算控制单元、保险杠、行车记录仪；车身设有PLC控制器、车轮、电磁制动装置、电机调速装置、车速感知装置、蓄电池供电系统。本发明涉及井下有轨运输无人驾驶技术领域。相比传统的地面监控室人工监控的方式，取消了驾驶舱，从结构上设计了全新的无人驾驶井下电机车，并且通过线控改造，能够自主完成障碍物感知，融合，处理，并将处理结果传递到执行系统，控制电机车调速、制动，实现区别于地面监控式的无人驾驶。

技术领域

本发明涉及一种无人驾驶电机车，具体涉及一种无驾驶舱式井下无人驾驶电机车及其控制方法。

背景技术

近年来，我国兴起煤矿智能化建设大潮，2020年国家八部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，提出要加强科技创新，提高煤矿智能化技术与装备水平，推进煤矿机器人研发及产业化应用，实施机械化换人、自动化减人专项行动。随着“智慧矿山”建设口号的提出，无人驾驶技术开始被应用到矿山井下有轨运输车辆。井下电机车是井下有轨运输系统的重要设备，当前煤矿井下电机车存在运输效率不高，整体调度性较差，安全隐患较大等问题，设计研究井下电机车无人驾驶系统技术具有重要现实意义。

现阶段的井下有轨运输无人驾驶主要有如下几种模式：短距离近端遥控模式、地表遥控模式、部分路段自主运行模式。即使是部分路段自主运行，也需要地表人员时刻观察电机车运行状态，无法自主感知前方运行环境，更谈不上自主调速、制动。目前，井下电机车在无人驾驶远程监控、电车驱动能量管理、系统调度几个方面已有部分研究。专利申请号为202010284277.7，名称为“井下无人驾驶机车障碍物识别雷达装置”发明专利，公开了一种利用雷达扫描获取障碍物外形轮廓、尺寸大小等数据的装置，该方案仅使用单一雷达进行感知，抗干扰能力弱且仅能实现距离探测，无法进行视觉图像检测，需要补充多类传感器来弥补单一传感器的缺陷；专利申请号为202010250361.7，名称为“一种防爆型新能源永磁智能无人驾驶电机车”发明专利，该发明的无线监控模块虽然选用了摄像头和超声波传感器，但是仍然停留在远距离人员监控，并不能实现井下车辆实时自主感知与分析处理，且方案中未具体叙述传感器工作方式与布置形式，以及感知数据获取之后的后续应用环节；专利申请号为201911206184.6，名称为“一种自动行驶电机车”发明专利，该发明主要关注电机车如何实现电机制动以及断电保护措施，对无人驾驶最为关键的感知系统几乎没有提及，难以实现井下电机车真正意义上的自主驾驶。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种无驾驶舱式井下无人驾驶电机车及其控制方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无驾驶舱式井下无人驾驶电机车，包括车头、车身、障碍物智能感知装置和计算控制系统；

车头设置在车身的前端，车身底部设有车轮，每个车轮上均设置轮毂电机，每个车轮均与电磁制动器连接，靠近车轮的车身各设置一个车速传感器，车身内设有电池配电箱和蓄电池，蓄电池与电池配电箱连接；

障碍物智能感知装置包括第一毫米波雷达、第二毫米波雷达和CCD摄像头，CCD摄像头设置在车头的顶部，第一毫米波雷达、第二毫米波雷达纵向排列设置在车头前面中轴线上，第一毫米波雷达位于第二毫米波雷达的下方；

计算控制系统包括PLC控制器、工控机和VCU整车控制器，工控机和VCU整车控制器均设置在车头内部，PLC控制器设置在车身内部，工控机分别与车速传感器、CCD摄像头、第一毫米波雷达和第二毫米波雷达连接，电磁制动器、轮毂电机均与PLC控制器连接，工控机、PLC控制器均与VCU整车控制器连接；

工控机、VCU整车控制器、PLC控制器、轮毂电机、电磁制动器、车速传感器、第一毫米波雷达、第二毫米波雷达均与电池配电箱电连接。

进一步的，所述车头前面还设置有具备云端存储功能的行车记录仪，行车记录仪与工控机连接。