井下智能遥控铲运机的研发.pptx

第二届金属矿采矿科学技术前沿论坛井下智能遥控铲运机的研发---无人驾驶遥控铲运机的样机实现,北京安期生技术有限公司冯茂林2011年6月11日于长沙,一铲运机智能化的发展背景,二智能铲运机电液控制系统,三无线遥控系统,四自主行驶关键技术,五铲运机智能遥控控制系统集成,金属矿山的井下开采的深度、强度和规模正在逐年增加，在20世纪70年代，普遍认为400米深度为地下采矿的经济极限深度，90年代这个深度达到600米。近年来，我国已有一批金属矿山垂直开采深度超过1000m以上，进入深部开采。例如红透山铜矿目前开采已进入900-1100m深度；冬瓜山铜矿矿体埋深1000m；弓长岭铁矿设计开拓深度-750m，距地表1000m。加拿大INCO镍矿的开采深度是3300米；而南非的TauTona和Savuka金矿开采深度已经到3900米，紧邻的Mponeng矿山在近年内将达到4500米的开采深度。,一铲运机智能化的发展背景,随着地下矿山开采深度增加地热、岩石压力也随之增加，采矿条件越来越恶劣。铲运机是地下无轨采矿的关键设备，为了保证操作人员的安全，地下铲运机的智能化程度也在不断提高。国外铲运机智能化的发展经历了视距控制（Lineofsightcontrol）、视频遥控（Remotecontrolwithvideo）直到今天的远程控制（Tele-operation）、半自动（semi-autonomous）与自动（Autonomous）控制的阶段。,,铲运机远程控制系统示意图,ACY-2AY型井下智能遥控铲运机照片,ACY-2AY智能遥控铲运机的电液控制系统在原常规手动操纵铲运机的液压系统基础上，结合电液控制模块构成，可将电控制指令转换成液压能量，驱动执行机构实现设备动作。系统由工作液压系统、转向液压系统、制动液压系统、油门控制液压系统、换挡控制液压系统组成。每一部分均设有手动控制和电气自动控制两种操作方式，满足铲运机在各种工作条件下的操纵要求。,二智能铲运机电液控制系统,,,工作液压系统,转向液压系统,制动液压系统,油门控制液压系统,换挡控制液压系统,无线遥控系统主要由发射机、接收机、机载PC和执行器组成。发射机产生所需要的控制指令，通过天线将遥控指令信号发射出去。接收机接收指令信号送到执行控制器，执行控制器来实现必要的控制逻辑和功率放大。由执行控制器输出的控制信号直接驱动执行器电液比例控制系统，电液比例控制系统控制铲运机前进、后退、转向、工作装置、制动，从而实现无线遥控操作。,三无线遥控系统,铲运机遥控系统工作原理,遥控装置和控制阀,,无线遥控系统主要参数,工作频率范围902～928MHz有效工作距离≤100m（标准天线）电源24V防护等级IP67/68通信标准USFCC15.247数据传输速率最高860KBPS误比特率输出功率450mW响应时间1ms芯片速率最高9.457Mcps,遥控发射接收装置,遥控操作发射装置面板,,遥控实现的功能,安全保护功能,无线遥控系统在设计中充分考虑了工作可靠性和安全性，表现在一旦出现遥控联结中断或没有按正确的操作顺序执行遥控/手控切换或出现紧急情况时，都能自动的使车辆及时停机，以免产生不必要的安全事故。,,智能铲运机在作业区的工作的示意图。编码信标放置在巷道的几个关键点处，用以得出相对准确的定位信息，而在相邻信标间则利用航迹推测法推算得出定位信息。,四自主行驶关键技术,编码信标设计与识别,利用激光传感器在其扫描范围内所扫描返回的信息对于信标进行识别。,采用基于条形码技术设计的编码信标来进行误差清除，实现精确定位。,,PID多偏差导航控制器,智能铲运机行驶时。采用多偏差导航控制器按照特定的规律，对行驶参数进行控制，进而调整行驶轨迹，使其逼近目标路线。,安全保护功能,用激光扫描器在铲运机周边设置报警区和停机保护区。一旦障碍物进入报警区，报警系统开始报警，通知远程遥控人员进行人工遥控干预；如果情况得不到及时纠正，障碍物进一步进入停机保护区，则停机保护起作用，铲运机自动刹车停机。,,ACY-2AY智能遥控铲运机能够在本机手控操作、无线遥控操作和自主导航行驶三种模式下工作。不同工作模式间的切换由操作人员通过车上的状态开关设定，控制系统通过相应的程序进行判定。,五铲运机智能遥控控制系统集成,控制系统组成,,,,,,,,前向激光扫描传感器,LMS221激光扫描传感器基于飞行时间测量原理扫描角度180最大距离可以达到80m角度分辨率0.25/0.5/1扫描频率18.7/37.5/75Hz检测数据通过10M以太网口传给主控制器,侧向激光扫描传感器,LMS400激光扫描传感器基于相位差的测量原理，扫描角度70角度分辨率达到0.1扫描频率500Hz距离分辨率可达到1mm检测数据通过10M以太网口传给主控制器,控制器主板,EPC-8900基于PXA270处理器XScale架构的PC/104工控机主板板载2路隔离CAN总线接口MontaVistaRealtimeLinux操作系统工作温度范围-40℃85℃，满足工业级产品的各种应用需求,执行控制器,TTC200专用于车辆控制的高可靠性的PLC符合IEC61508标准防护等级IP65工作温度-40℃～85℃，工作电压9～32V,样机试制完成后的验证,为了验证ACY－2AY型智能遥控铲运机的遥控功能（动作的灵敏性、可靠性、安全性，遥控与手控操作的并用性）是否能满足地下铲运机工作要求；并进行自主导航和高精度定位技术的验证工作，对样机进行了一系列的测试与试验。主要试验内容是遥控动作试验、安全保护试验；试验场地的自主行驶试验。经过样机的反复试验运行，各项设计指标均达到预定的要求。,智能遥控铲运机自主行驶视频演示,谢谢大家祝会议圆满成功,