本發(fā)明涉及運輸機器人，具體為煤礦井下運輸機器人及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在煤礦井下作業(yè)環(huán)境中，運輸是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的運輸方式多采用軌道車或皮帶輸送機，但這些方式存在靈活性差、運維復(fù)雜、安全性較低等問題，特別是在狹窄的巷道內(nèi)，軌道車的轉(zhuǎn)彎半徑大，無法適應(yīng)復(fù)雜的地形，而皮帶輸送機的安裝和維護需要大量人力，且在遇到塌方等突發(fā)事件時無法及時響應(yīng)，此外，煤礦井下環(huán)境惡劣，存在粉塵、高溫、高濕等不利因素，對運輸設(shè)備的可靠性和耐用性提出了極高的要求。

2、公開號為cn113580157a的中國專利公開了運輸貨物用機器人，包括：機器人本體，其包括行走機構(gòu)；運輸箱體，其上相對的兩個側(cè)壁中的第一側(cè)壁擱置在運輸箱體的底部，第二側(cè)壁與運輸箱體的底部轉(zhuǎn)動連接并能向著運輸箱體的外部轉(zhuǎn)動至其頂面與運輸箱體的底部的頂面齊平，當?shù)诙?cè)壁與第一側(cè)壁平行時，第二側(cè)壁與運輸箱體上相對的另外兩個側(cè)壁中的至少一個側(cè)壁可拆卸地連接；置物板，其與第一側(cè)壁轉(zhuǎn)動連接，當?shù)诙?cè)壁的頂面與運輸箱體的底部的頂面齊平時，第一側(cè)壁和置物板能在動力的驅(qū)動下沿垂直于第一側(cè)壁的方向往復(fù)運動。該發(fā)明通過打開第二側(cè)壁，并通過置物板將貨物推出，能方便裝貨和卸貨，大大提高了運輸效率。

3、隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，基于機器人技術(shù)的煤礦井下運輸系統(tǒng)逐漸成為研究熱點，現(xiàn)有技術(shù)中也有將運輸機器人應(yīng)用于煤礦井下進行運輸作業(yè)，但是現(xiàn)有的應(yīng)用于煤礦井下運輸機器人，其在使用的過程中，當煤礦井下內(nèi)出現(xiàn)貨物掉落或者礦井內(nèi)部石料掉落產(chǎn)生的障礙物后，無法對障礙物進行智能分析處理，一般只會簡單地報警或者直接從障礙物上通過，影響運輸機器人運輸?shù)姆€(wěn)定性，造成更多的貨物掉落。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了煤礦井下運輸機器人及控制系統(tǒng)。

2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，煤礦井下運輸機器人，包括運輸小車和車廂，所述車廂螺栓固定在運輸小車的上表面，所述運輸小車上位于車廂的一側(cè)安裝有基座，所述基座上設(shè)置有清障組件，其用于清除煤礦井路上的障礙，所述基座上還安裝有支架，所述支架上安裝有深度攝像機、圖像分析模塊和控制器；

3、所述深度攝像機用于獲取運輸小車運輸路徑上的障礙物深度圖像；

4、圖像分析模塊，基于獲取的障礙物深度圖像分析獲取障礙物的狀態(tài)系數(shù)，基于障礙物的狀態(tài)系數(shù)生成報警指令或清障指令；

5、控制器，用于接收清障指令控制所述清障組件工作，對運輸路徑上的障礙物進行清除。

6、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：基于獲取的障礙物深度圖像分析獲取障礙物的狀態(tài)系數(shù)的方法包括：

7、；

8、式中，為障礙物的狀態(tài)系數(shù)，為障礙物高度，為障礙物體積，和為權(quán)重系數(shù)。

9、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：所述障礙物高度和障礙物體積的獲取方法包括：

10、對采集的障礙物深度圖像進行灰度處理，獲取圖像數(shù)據(jù)中每個像素塊的灰度值，并標記為實時灰度值，以及獲取正常運輸路徑的表面圖像數(shù)據(jù)，得到標準圖像數(shù)據(jù)中每個像素塊的灰度值，并標記為標準灰度值，預(yù)設(shè)灰度差值閾值，將圖像數(shù)據(jù)中每塊實時灰度值減去標準圖像數(shù)據(jù)中相同位置的標準灰度值，獲取灰度差值絕對值，當灰度差值絕對值大于等于預(yù)設(shè)灰度差值閾值，將該像素塊進行障礙物標記，當灰度差值絕對值小于預(yù)設(shè)灰度差值閾值時，不對該像素塊進行障礙物標記；

11、提取具有障礙物標記的像素塊，將具有障礙物標記的像素塊在障礙物深度圖像中的位置，映射到空白背景圖層中，以獲得具有障礙物標記的像素塊構(gòu)成的提取圖案；

12、通過深度攝像機的內(nèi)參，將每個像素的深度值轉(zhuǎn)換為三維空間中的點，生成點云數(shù)據(jù)；

13、在點云數(shù)據(jù)中找到z軸上的最大值max（z）和最小值min（z），計算出障礙物的高度h，h=max（z）-min（z）；

14、通過構(gòu)建點云數(shù)據(jù)的凸包來計算障礙物的體積，使用三角剖分的方法對凸包進行分割，然后計算各個三角形的體積并求和獲取障礙物的體積。

15、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：所述基于障礙物的狀態(tài)系數(shù)生成報警停車指令或清障指令的方法包括：

16、預(yù)設(shè)狀態(tài)系數(shù)閾值zwm；

17、當≤zwm時，則生成清障指令；

18、當＞zwm時，則生成報警指令。

19、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：所述清障組件包括條形導(dǎo)軌，所述條形導(dǎo)軌螺栓固定在基座的前表面，所述條形導(dǎo)軌內(nèi)滑動設(shè)置有滑動座，所述滑動座上插接有兩個定位桿，兩個所述定位桿的底端貫穿滑動座延伸到下方并焊接有清障刮板，兩個所述定位桿的頂端之間焊接固定座，且固定座與滑動座之間安裝有電動伸縮桿，通過控制電動伸縮桿伸縮，帶動清障刮板進行高度調(diào)節(jié)，所述條形導(dǎo)軌內(nèi)轉(zhuǎn)動連接有絲杠，所述絲杠與滑動座螺紋連接，所述條形導(dǎo)軌沿長度方向的一端外壁上螺栓固定有帶動絲杠轉(zhuǎn)動的絲杠電機；

20、所述清障組件還包括條形支撐軌，所述條形支撐軌通過連接座與運輸小車固定連接，所述條形支撐軌上滑動連接有支撐座，所述支撐座與滑動座之間焊接固定有支撐桿。

21、煤礦井下運輸機器人控制系統(tǒng)，包括所述的煤礦井下運輸機器人和控制單元，所述控制單元包括：

22、路段劃分模塊，獲取運輸小車的運輸路徑種類組成，將運輸路徑按不同路徑種類分別獨立劃分為一個運輸路段，從而將運輸路徑分為i個運輸路段，i＞1，其中，所述運輸路徑種類包括主運輸巷道、輔運巷道、切巷、斜坡道和斜井的路段；

23、路段分析模塊，采集每個運輸路段的路況狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述運輸路段的路況狀態(tài)數(shù)據(jù)包括運輸路段的iri值、坡度值、彎度值；

24、運載分析模塊，采集車廂的運載數(shù)據(jù)，所述運載數(shù)據(jù)包括堆載高度和運載重量，根據(jù)每個運輸路段的路況狀態(tài)數(shù)據(jù)和車廂的運載數(shù)據(jù)生成移動速度系數(shù)；

25、移速預(yù)測模塊，將運輸路徑的種類和移動速度系數(shù)轉(zhuǎn)換為一組特征向量，并將特征向量輸入到預(yù)構(gòu)建的預(yù)測最優(yōu)移動速度機器學(xué)習(xí)模型中，得到預(yù)測出的最優(yōu)移動速度，然后基于預(yù)測出的最優(yōu)移動速度控制運輸小車移動速度。

26、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：所述根據(jù)每個運輸路段的路況狀態(tài)數(shù)據(jù)和車廂的運載數(shù)據(jù)生成移動速度系數(shù)的方法包括：

27、；

28、式中，移動速度系數(shù)，為iri值，為坡度值，為彎度值，為堆載高度，為運載重量，、、、和為權(quán)重系數(shù)，、、、和均大于0。

29、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：所述預(yù)測最優(yōu)移動速度機器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練方法包括：

30、預(yù)先收集預(yù)測最優(yōu)移動速度所需的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)，所述歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)在實驗環(huán)境中收集，所述實驗環(huán)境為由測試人員通過控制影響運輸小車的移動速度上升或下降的物理因素，獲取運輸小車最優(yōu)移動速度，所述最優(yōu)移動速度為在保證運輸小車移動穩(wěn)定的情況下最快的移動速度；

31、所述歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括移動特征數(shù)據(jù)和最優(yōu)移動速度，所述移動特征數(shù)據(jù)包括運輸路徑的種類和移動速度系數(shù)；

32、將收集的歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的一組特征向量；

33、將每組特征向量作為所述機器學(xué)習(xí)模型的輸入，所述機器學(xué)習(xí)模型以每組移動特征數(shù)據(jù)對應(yīng)的最優(yōu)移動速度作為輸出，以每組移動特征數(shù)據(jù)實際對應(yīng)的最優(yōu)移動速度作為預(yù)測目標，以最小化所述機器學(xué)習(xí)模型損失函數(shù)值作為訓(xùn)練目標；當機器學(xué)習(xí)模型損失函數(shù)值小于等于預(yù)設(shè)的目標損失值時停止訓(xùn)練。

34、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：所述運輸路段的彎度的獲取方法包括：

35、使用gis工具手動繪制道路路徑；

36、使用gis軟件中的曲率分析工具，計算道路每個節(jié)點的曲率；

37、計算獲取所有節(jié)點的曲率的平均值，來表征運輸路段的彎度；

38、所述運輸路段的坡度值的獲取方法為，使用經(jīng)緯儀測量道路兩點之間的傾斜角度和水平距離，使用坡度公式計算坡度。

39、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：所述運輸路段的iri值的獲取方法包括為，通過將iri儀安裝在測試車上，車輛以預(yù)設(shè)的速度沿道路行駛，iri儀記錄道路表面剖面的數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)處理軟件計算運輸路段iri值。

40、有益效果：

41、本發(fā)明提供的煤礦井下運輸機器人及控制系統(tǒng)，配合設(shè)置有清障組件和深度攝像機，能夠采集運輸路徑上障礙物的圖像，并基于圖像分析獲取障礙物的狀態(tài)系數(shù)，然后判斷障礙物是否可以被清障組件清理，當可以清理時，直接通過清障組件清理，不可清理時，生成報警指令發(fā)出報警，提高了運輸機器人運輸?shù)姆€(wěn)定性和運輸效率，克服現(xiàn)有技術(shù)運輸機器人無法對障礙物進行智能分析處理，一般只會簡單地報警或者直接從障礙物上通過，影響運輸機器人運輸?shù)姆€(wěn)定性的問題。

42、進一步的，獲取運輸小車的運輸路徑種類組成，然后將運輸路徑按不同路徑種類分別獨立劃分為一個運輸路段，然后基于每個運輸路段的路徑種類、路況狀態(tài)數(shù)據(jù)和運輸小車的運載數(shù)據(jù)生成一個最優(yōu)移動速度，即實現(xiàn)了運輸小車在不同路徑上均能夠以最優(yōu)移動速度移動，實現(xiàn)對不同運輸路段進行合理的速度調(diào)節(jié)，克服現(xiàn)有技術(shù)中運輸小車只能以最差路段的安全速度在整個移動路徑上行駛的問題，進而提高運輸小車的運輸效率。