本发明涉及工程机械监控领域，具体而言，涉及一种矿用铲运机的雷达预警防撞系统。
背景技术：
金属或者非金属矿山由于井下潮湿、高温、粉尘等因素使得工作环境比较恶劣，存在较多的不稳定性与不安全隐患。矿用电动铲运机基本为有人驾驶作业或者人工视野内的遥控作业，人员参与全过程的控制。
但是，由于矿山巷道空间有限，人员操作视野存在局限性，不可避免的造成电动铲运机的碰撞，引起车载设备或巷道布设设备的损坏，影响生产进度。目前，急需一种预警防撞系统，能够实时监控，做到预警防撞，反应迅速，避免车辆及设备的损坏。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种矿用铲运机的雷达预警防撞系统，及时发现障碍物提示现场操作人员、远程操控人员注意避让障碍或调整设备运行姿态，避免硬性的碰撞带来车载设备或巷道周围设备、线缆、管路的损坏，增加现场作业安全系数，提高了生产效率。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种矿用铲运机的雷达预警防撞系统，包括采集系统、控制系统、警告系统、刹车行走系统，其中
采集系统包括一体式毫米雷达波视频探头、360°全景摄像头，所述采集系统用于检测矿用铲运机的移动方向、移动距离、移动视频；
所述控制系统包括电脑处理器、网络交换机、安装在电脑处理器内的检测单元，所述控制系统接收采集系统信号用于判断所述矿用铲运机的移动方向是否是向障碍物移动的方向，并根据所述移动数据生成撞击概率，得出与所述撞击概率对应的警告级别；
所述警告系统包括安装在矿用铲运机上的报警器，用于根据所述警告级别进行对应的警告；
控制系统控制刹车行走系统进行自动刹车、行走；
采集系统采集矿用铲运机与四周障碍物之间的距离信息，控制系统根据采集系统距离信息控制警告系统发出警告，当矿用铲运机与障碍物之间距离大于或者小于设定值，控制系统控制刹车行走系统行走、刹车。
本发明更进一步的技术方案是：上述的采集系统包括八个一体式毫米雷达波视频探头、360°全景摄像头，在矿用铲运机的左前、左中、左后、右前、右中、右后、正后、正上八个方位均通过支架安装一体式毫米雷达波视频探头，在正上的下表面安装360°全景摄像头。
本发明更进一步的技术方案是：提供防碰撞方法，包括以下步骤：
步骤s1：打开运行中的矿用铲运机的雷达预警防撞系统，进行系统初始化，检测矿用铲运机运行是否正常，若正常则进行下一步操作；若不正常，声光报警矿用铲运机并结束作业；
步骤s2：矿用铲运机运行正常，采集系统采集矿用铲运机与障碍物距离信息、移动距离、移动方向、移动视频，发送至控制系统并显示在电脑处理器上：
步骤s3：控制系统的检测单元跟踪检测矿用铲运机的运行环境变化，包括与障碍物距离信息、移动距离、移动方向、移动视频；
s31：当与障碍物的距离大于0.5米，继续显示与障碍物距离信息、移动距离、移动方向、移动视频，当完成作业，结束；当没有完成作业，重复步骤s3，检测单元继续跟踪检测矿用铲运机的运行环境变化，直至完成作业，结束；
s32：当与障碍物的距离小于0.5米且大于0.3米时，控制系统判断所述矿用铲运机的移动方向是否是向障碍物移动的方向，并根据所述移动数据生成撞击概率，得出与所述撞击概率对应的警告级别，控制警告系统发出警报；
s33：当与障碍物的距离小于0.3米时，控制系统控制刹车行走系统立即对矿用铲运机进行强制刹车，刹车完毕，确认按下复位按钮，停滞一分钟，系统自检，系统回到步骤s3重新运算，当复位按钮没按下，控制系统强制结束作业。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明一体式毫米雷达波视频探头性能稳定，能适应多种环境模式，在高温、潮湿环境下也能很好地工作。功能主要有测量目标距离、测量目标的速度及方位角等，具有结构简单、发射功率低且、较高的分辨率和灵敏度，同时天线较小，大大节省车体使用空间。为保证操作的舒适度与现场体验感，增加了360°全景摄像头对矿用铲运机作业现场进行探测预警，模仿人的视角进行全景显示，尽量做到与操作人员在现场操作视角一致，增加操作的舒适感与体验感。
本发明可以对矿用铲运机的周围运行环境进行实时的探测，及时发现障碍物提示现场操作人员或远程操控人员注意避让障碍或调整设备运行姿态，避免硬性碰撞带来车载设备或巷道周围设备、线缆、管路的损坏。本发明大大增加了现场作业安全系数，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明一种矿用铲运机的雷达预警防撞系统的部件安装俯视图；
图2为本发明一种矿用铲运机的雷达预警防撞系统的部件安装侧视图；
图3为本发明一种矿用铲运机的雷达预警防撞系统的部件安装后视图；
图4为本发明控制系统控制原理图；
图5为本发明物理模块图。
1、右前一体式毫米雷达波视频探头；2、右中一体式毫米雷达波视频探头；3、右后一体式毫米雷达波视频探头；4、正后一体式毫米雷达波视频探头；5、左后一体式毫米雷达波视频探头；6、左中一体式毫米雷达波视频探头；7、左前一体式毫米雷达波视频探头；8、正上一体式毫米雷达波视频探头；9、360°全景摄像头。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种矿用铲运机的雷达预警防撞系统，包括采集系统、控制系统、警告系统、刹车行走系统，其中
采集系统包括右前一体式毫米雷达波视频探头1、右中一体式毫米雷达波视频探头2、右后一体式毫米雷达波视频探头3、正后一体式毫米雷达波视频探头4、左后一体式毫米雷达波视频探头5、左中一体式毫米雷达波视频探头6、左前一体式毫米雷达波视频探头7、正上一体式毫米雷达波视频探头8、360°全景摄像头9。
上述的八个一体式毫米雷达波视频探头、360°全景摄像头，在矿用铲运机的左前、左中、左后、右前、右中、右后、正后、正上八个方位均通过支架安装一体式毫米雷达波视频探头，在正上的下表面安装360°全景摄像头9。
上述中的采集系统用于检测矿用铲运机的移动方向、移动距离、移动视频；
上述中的控制系统包括电脑处理器、网络交换机、安装在电脑处理器内的检测单元，所述控制系统接收采集系统信号用于判断所述矿用铲运机的移动方向是否是向障碍物移动的方向，并根据所述移动数据生成撞击概率，得出与所述撞击概率对应的警告级别；上述中的电脑处理器装配力控组态软件将视频集成，使得八个一体式毫米雷达波视频探头、360°全景摄像头在电脑的合成全衔接影像，使得用户感受到矿用铲运机的周围真实环境。
上述中的警告系统包括安装在矿用铲运机上的报警器，用于根据所述警告级别进行对应的警告；
上述中的控制系统控制刹车行走系统进行自动刹车、行走。
上述的控制原理是：采集系统采集矿用铲运机与四周障碍物之间的距离信息，控制系统根据采集系统距离信息控制警告系统发出警告，当矿用铲运机与障碍物之间距离大于或者小于设定值，控制系统控制刹车行走系统行走、刹车。
本发明的雷达预警防撞系统对矿用铲运机进行跟踪预警，采集系统通过雷达波视频探头、360°全景摄像头对近距目标进行探测预警。控制系统可模仿人的视角显示，可以远程全景显示视频监控画面与雷达系统巡行数据。本发明的检测单元具有数据处理、转换、编辑、逻辑运算等功能。检测单元接收雷达波视频探头、360°全景摄像头的信号并信号进行分析处理。
本发明利用矿用铲运机上安装的八个一体式毫米雷达波视频探头、360°全景摄像头对周边的环境进行检测，对矿用电动铲运机周围的目标距离、速度、方位进行测量计算，跟踪预测其运动轨迹，结合矿用电动铲运机自身的速度、制动特性来判断所述矿用铲运机的移动方向是否是向障碍物移动的方向，并根据所述移动数据生成撞击概率，得出与所述撞击概率对应的警告级别，控制警告系统发出警报。
本发明探头检测的第一限值为0.5m，第二限值为0.3m，控制系统依据第一限值、第二限值进行逻辑运算并发出指令。
本发明警告系统可以在现场和操作后台发出声光报警提示，当与障碍物距离小于0.3m时在现场发出急促的声光报警提示并强制停车，待按下故障复位按钮后方可运行1分钟调节矿用铲运机的位置。1分钟后检测与障碍物距离依旧小于0.3m，则继续强制结束工作，等待现场处理故障。
本发明在上坡和下坡时，控制系统可以对坡度等线路情况进行分析，进行障碍物报警识别，不因上、下坡造成误报或漏报。在弯道路况下，控制系统对弯道转弯半径等线路情况进行分析，调整线路限界，进行障碍物报警识别，不因弯道造成误报或漏报。
如图3所示，为本发明物理模块计算原理原理图。
防碰撞方法包括以下步骤：
步骤s1：打开运行中的矿用铲运机的雷达预警防撞系统，进行系统初始化，检测矿用铲运机运行是否正常，若正常则进行下一步操作；若不正常，声光报警矿用铲运机并结束作业；
步骤s2：矿用铲运机运行正常，采集系统采集矿用铲运机与障碍物距离信息、移动距离、移动方向、移动视频，发送至控制系统并显示在电脑处理器上：
步骤s3：控制系统的检测单元跟踪检测矿用铲运机的运行环境变化，包括与障碍物距离信息、移动距离、移动方向、移动视频；
s31：当与障碍物的距离大于0.5米，继续显示与障碍物距离信息、移动距离、移动方向、移动视频，当完成作业，结束；当没有完成作业，重复步骤s3，检测单元继续跟踪检测矿用铲运机的运行环境变化，直至完成作业，结束；
s32：当与障碍物的距离小于0.5米且大于0.3米时，控制系统判断所述矿用铲运机的移动方向是否是向障碍物移动的方向，并根据所述移动数据生成撞击概率，得出与所述撞击概率对应的警告级别，控制警告系统发出警报；
s33：当与障碍物的距离小于0.3米时，控制系统控制刹车行走系统立即对矿用铲运机进行强制刹车，刹车完毕，确认按下复位按钮，停滞一分钟，系统自检，系统回到步骤s3重新运算，当复位按钮没按下，控制系统强制结束作业。
本发明在矿用电动铲运机上引入雷达防撞系统，极大的避免了矿用电动铲运机与周围运行巷道中的设备、线缆、管道的碰撞，保证了生产的顺利进行。本发明可以安装在井下有轨运输设备比如电机车、电瓶车、凿岩台车设备上，也可以在地表一些道路养护设备等进行推广与应用，具有比较好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.一种矿用铲运机的雷达预警防撞系统，包括采集系统、控制系统、警告系统、刹车行走系统，其特征在于：
采集系统包括一体式毫米雷达波视频探头、360°全景摄像头，所述采集系统用于检测矿用铲运机的移动方向、移动距离、移动视频图像；
所述控制系统包括电脑处理器、网络交换机、安装在电脑处理器内的检测单元，所述控制系统接收采集系统信号用于判断所述矿用铲运机的移动方向是否是向障碍物移动的方向，并根据所述移动数据生成撞击概率，得出与所述撞击概率对应的警告级别；
所述警告系统包括安装在矿用铲运机上的报警器，用于根据所述警告级别进行对应的警告；
控制系统控制刹车行走系统进行自动刹车、行走；
采集系统采集矿用铲运机与四周障碍物之间的距离信息，控制系统根据采集系统距离信息控制警告系统发出警告，当矿用铲运机与障碍物之间距离大于或者小于设定值，控制系统控制刹车行走系统行走、刹车。
2.根据权利要求1所述的一种矿用铲运机的雷达预警防撞系统，其特征在于：采集系统包括八个一体式毫米雷达波视频探头、360°全景摄像头，在矿用铲运机的左前、左中、左后、右前、右中、右后、正后、正上八个方位均通过支架安装一体式毫米雷达波视频探头，在正上的下表面安装360°全景摄像头，采集系统通过八个方位的数据采集，实现全方位矿用铲运机监控。
3.根据权利要求1或2所述的一种矿用铲运机的雷达预警防撞系统，其特征在于：雷达预警防撞系统包括以下步骤：
步骤s1：打开运行中的矿用铲运机的雷达预警防撞系统，进行系统初始化，检测矿用铲运机运行是否正常，若正常则进行下一步操作；若不正常，声光报警矿用铲运机并结束作业；
步骤s2：矿用铲运机运行正常，采集系统采集矿用铲运机与障碍物距离信息、移动距离、移动方向、移动视频，发送至控制系统并显示在电脑处理器上；
步骤s3：控制系统的检测单元跟踪检测矿用铲运机的运行环境变化，包括与障碍物距离信息、移动距离、移动方向、移动视频；
s31：当与障碍物的距离大于0.5米，继续显示与障碍物距离信息、移动距离、移动方向、移动视频，当完成作业，结束；当没有完成作业，重复步骤s3，检测单元继续跟踪检测矿用铲运机的运行环境变化，直至完成作业，结束；
s32：当与障碍物的距离小于0.5米且大于0.3米时，控制系统判断所述矿用铲运机的移动方向是否是向障碍物移动的方向，并根据所述移动数据生成撞击概率，得出与所述撞击概率对应的警告级别，控制警告系统发出警报；
s33：当与障碍物的距离小于0.3米时，控制系统控制刹车行走系统立即对矿用铲运机进行强制刹车，刹车完毕，确认按下复位按钮，停滞一分钟，系统自检，系统回到步骤s3重新运算，当复位按钮没按下，控制系统强制结束作业。
技术总结