一种基于高精度导航的矿山牙轮钻自动调平控制系统的制作方法

1.本发明属于矿山领域，涉及调平控制技术，具体是一种基于高精度导航的矿山牙轮钻自动调平控制系统。


背景技术：

2.矿山包括煤矿、金属矿、非金属矿、建材矿和化学矿等等。矿山规模(也称生产能力)通常用年产量或日产量表示。年产量即矿山每年生产的矿石数量。按产量的大小，分为大型、中型、小型3种类型。矿山规模的大小，要与矿山经济合理的服务年限相适应，只有这样，才能节省基建费用，降低成本。在矿山生产过程中，采掘作业既是消耗人力、物力最多，占用资金最多，又是降低采矿成本潜力最大的生产环节。降低采掘成本的主要途径是提高劳动生产率及产品质量，降低物资消耗。
3.现有技术中，牙轮钻机使用时常常会因为地面不平整容易导致牙轮钻机的支撑不稳定，因此需要采用千斤顶进行着地找平，但是依靠千斤顶着地找平大多依靠人工判定，牙轮钻机的倾斜度没有精准计算，牙轮钻机调平时仍然存在较大误差，导致牙轮钻机上的钻头钻孔时发生倾斜；同时，针对倾斜的牙轮钻机，无法依据倾斜高度差进行多元化调平，为此，我们提出一种基于高精度导航的矿山牙轮钻自动调平控制系统。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于高精度导航的矿山牙轮钻自动调平控制系统。
5.本发明所要解决的技术问题为：
6.(1)如何实现牙轮钻机倾斜度的精准计算，避免发生牙轮钻头钻孔时发生倾斜的问题；
7.(2)牙轮钻机如何依据精确的倾斜高度差进行多元化调平。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
9.一种基于高精度导航的矿山牙轮钻自动调平控制系统，包括用户终端、数据采集模块、倾斜定向模块、倾斜计算模块、调平核验模块、智能调平模块以及服务器，所述服务器连接有若干个用户终端，所述用户终端用于工作人员输入个人信息后注册登录系统，并将个人信息发送至服务器；所述数据采集模块用于采集牙轮钻机的图片数据和位置数据，并将图片数据和位置数据发送至服务器，所述服务器将牙轮钻机的图片数据发送至倾斜定向模块，所述倾斜定向模块依据牙轮钻机的图片数据对牙轮钻机的倾斜方向进行判定，判定得到牙轮钻机的倾斜方向，并将牙轮钻机的倾斜方向反馈至服务器，所述服务器将牙轮钻机的倾斜方向发送至倾斜计算模块，所述倾斜计算模块用于对牙轮钻机的倾斜角度进行计算，计算得到牙轮钻机倾斜平面与水平面所成夹角的倾斜角度值qjdu；
10.所述倾斜计算模块将水平面与倾斜平面所成倾斜角的角度值发送至调平核验模块和服务器，所述服务器中存储有若干个牙轮钻机的倾斜角度阈值，所述调平核验模块用
于对夹角的角度值进行核验，核验生成智能调平信号或调平维护信号，所述调平核验模块将智能调平信号或调平维护信号发送至服务器，所述服务器将接收到的智能调平信号发送至智能调平模块；
11.所述用户终端还用于将调平方式发送至服务器，所述服务器将调平方式发送至智能调平模块，所述智能调平模块用于对牙轮钻机进行智能调平，智能调平模块依据调平方式对牙轮钻机进行智能调平。
12.进一步地，个人信息包括工作人员的姓名、实名认证的手机号码和入职时间；
13.检修数据包括检修时长、委派次数和检修的开始时间和结束时间。
14.进一步地，所述倾斜计算模块的计算步骤具体如下：
15.步骤一：将牙轮钻机标记为u，u＝1，2，
……
，z，z为正整数，将牙轮钻机所处平面记为倾斜平面，倾斜平面与水平面的夹角处构成倾斜角；
16.步骤二：在倾斜平面中设置一个顶点、两个连接点，并通过一个顶点、两个连接点构成三角区域；
17.步骤三：顶点在水平面上投影出对应的投影点，且顶点与投影点之间的连接线与水平面相垂直；
18.步骤四：顶点、两个连接点、投影点互相连接得到对应的连接线，并从顶点作垂直与两个连接点之间连接线的垂线；
19.步骤五：获取顶点与两个连接点之间连接线与水平面的两个倾角、顶点与两个连接点之间连接线所构成夹角的角度值；
20.步骤六：将倾角、夹角代入公式计算得到牙轮钻机倾斜平面与水平面所成倾斜角的倾斜角度值qjdu。
21.进一步地，三角区域中的顶点设置在倾斜平面，两个连接点设置在倾斜平面的边缘线上。
22.进一步地，所述调平核验模块的核验过程具体如下：
23.步骤ss1：获取牙轮钻机倾斜平面与水平面所成夹角的倾斜角度值qjdu；依据型号获取服务器中对应牙轮钻机的倾斜角度阈值；其中，倾斜角度阈值包括x1u和x2u，且x1u＜x2u；
24.步骤ss2：将倾斜角度值qjdu与倾斜角度阈值进行比对；
25.步骤ss3：若qjdu＜x1u，则不进行任何操作；
26.若qjdu＜x1u，则生成智能调平信号；
27.若qjdu＜x1u，则生成调平维护信号。
28.进一步地，所述智能调平模块的智能调平过程具体如下：
29.步骤p1：获取牙轮钻机倾斜平面与水平面所成夹角的倾斜角度值，结合海伦公式计算得到牙轮钻机倾斜平面两侧的高度差；
30.步骤p2：获取用户终端发送的调平方式；
31.步骤p3：若调平方式为低侧运动调平，牙轮钻机低侧的千斤顶工作向下延伸，牙轮钻机低侧千斤顶的延伸量与高度差相等，即牙轮钻机低侧千斤顶下端与牙轮钻机下端面之间的间距等于高度差；
32.步骤p4：若调平方式为高侧运动调平，牙轮钻机高侧的千斤顶工作向上收缩，牙轮
钻机低侧千斤顶的收缩量与高度差相等，即牙轮钻机高侧千斤顶下端与牙轮钻机下端面之间的间距等于高度差；
33.步骤p5：若调平方式为两侧运动调平，牙轮钻机低侧的千斤顶工作向下延伸，牙轮钻机低侧千斤顶的延伸量等于高度差的二分之一，牙轮钻机高侧的千斤顶工作向上收缩，牙轮钻机低侧千斤顶的收缩量等于高度差的二分之一。
34.进一步地，调平方式包括低侧运动调平、高侧运动调平和两侧运动调平。
35.进一步地，系统还包括检修委派模块，所述数据采集模块还用于采集工作人员的检修数据，并将检修数据发送至服务器，所述服务器将检修数据和调平维护信号发送至检修委派模块，所述检修委派模块接收到服务器发送的调平维护信号后，用于对牙轮钻机进行检修委派，工作过程具体如下：
36.步骤w1：获取服务器中处于闲置状态的维修人员，将处于闲置状态的维修人员归类为预选人员o，o＝1，2，
……
，v，v为正整数；
37.步骤w2：利用系统当前时间减去预选人员的入职时间，计算得到预选人员的入职时长rzo；
38.步骤w3：获取预选人员的委派次数wco和每次委派时的检修时长，每次委派的检修时长相加除以委派次数得到检修均时jjto；
39.步骤w4：结合公式计算得到预选人员的第一选取值xq1o，公式具体如下：
40.式中，d1、d2和d3均为固定数值的比例系数，且d1、d2和d3的取值均大于零；
41.步骤w5：获取预选人员与需要检修的牙轮钻机之间的间隔距离，并将间隔距离标记为jgo；统计预选人员上一次检修牙轮钻机的结束时间与下一次检修牙轮钻机的开始时间之间的时间差，时间差相加求和并计算均值得到预选人员检修牙轮钻机的质保均时zjtu；
42.步骤w6：结合公式计算得到预选人员的第一选取值xq2o；式中，f1为固定数值的比例系数，且f1的取值均大于零，e为自然常数；
43.步骤w7：第一选取值和第二选取值分配对应的权重系数并代入计算式jxo＝xq1o
×
h1 xq2o
×
h2计算得到预选人员的检修值jxo；式中，h1和h2均为固定数值的权重系数，且h1和h2的取值均大于零；
44.所述检修委派模块将检修值反馈至服务器，服务器依据检修值的数值大小选取对应的用户终端对牙轮钻机进行检修，所述服务器将检修任务发送至对应的用户终端，检修任务包括牙轮钻机的型号和牙轮钻机放置地的地理位置。
45.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
46.1、本发明通过倾斜计算模块对牙轮钻机的倾斜角度进行计算，牙轮钻机所处的倾斜平面与水平面的夹角处构成倾斜角，在倾斜平面上设置三角区域，三角区域中位于倾斜平面的一点为顶点，顶点在水平面上投影出对应的投影点，作从顶点垂直与三角区域两个点之间连接线的垂线，得到两个倾角和夹角，结合倾角的角度值和夹角的角度值计算得到倾斜角的倾斜角度值，通过调平核验模块对夹角的角度值进行核验，倾斜角度值依据型号
比对对应的倾斜角度阈值，生成智能调平信号或调平维护信号，本发明实现牙轮钻机倾斜度的精准计算，对牙轮钻机钻孔前和钻孔过程中的钻孔平台进行调平处理，使牙轮钻机的钻头始终垂直，避免炮孔发生倾斜，防止因牙轮钻机自身的不水平而影响钻孔，同时还能在一定程度上减少经济损失；
47.2、本发明的用户终端将调平方式发送至智能调平模块，通过智能调平模块对牙轮钻机进行智能调平，计算牙轮钻机所在倾斜平面两侧的高度差，依据用户终端发送的调平方式对牙轮钻机进行智能调平，调平方式为低侧运动调平、高侧运动调平和两侧运动调平，本发明中的牙轮钻机能够依据精确的倾斜高度差进行多元化调平。
附图说明
48.图1为本发明的整体系统框图；
49.图2为本发明中倾斜平面的结构示意图。
具体实施方式
50.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
51.请参阅图1-图2所示，一种基于高精度导航的矿山牙轮钻自动调平控制系统，包括用户终端、检修委派模块、数据采集模块、倾斜定向模块、倾斜计算模块、调平核验模块、智能调平模块以及服务器；
52.服务器连接有若干个用户终端，用户终端用于工作人员输入个人信息后注册登录系统，并将个人信息发送至服务器，其中，工作人员包括牙轮钻机的维修人员、操作人员、监管人员等，在此不作具体限定，个人信息包括工作人员的姓名、实名认证的手机号码和入职时间；数据采集模块用于采集牙轮钻机的图片数据和位置数据，并将图片数据和位置数据发送至服务器；
53.其中，图片数据为牙轮钻机放置在地面上的图片、牙轮钻机底部向下拍摄的图片等，位置数据为牙轮钻机放置地的地理位置、牙轮钻机下端面千斤顶的下端位置等；
54.服务器将牙轮钻机的图片数据发送至倾斜定向模块，倾斜定向模块依据牙轮钻机的图片数据对牙轮钻机的倾斜方向进行判定，判定得到牙轮钻机的倾斜方向，并将牙轮钻机的倾斜方向反馈至服务器，服务器将牙轮钻机的倾斜方向发送至倾斜计算模块；
55.倾斜计算模块用于对牙轮钻机的倾斜角度进行计算，计算步骤具体如下：
56.步骤一：将牙轮钻机标记为u，u＝1，2，
……
，z，z为正整数，将牙轮钻机所处平面记为倾斜平面，倾斜平面与水平面的夹角处构成倾斜角，在具体实施时，牙轮钻机的倾斜平面和水平面可以通过工作软件或者计算机进行模拟呈现；
57.步骤二：在倾斜平面中设置一个顶点、两个连接点，并通过一个顶点、两个连接点构成三角区域；
58.需要具体说明的是：三角区域中的顶点需位于倾斜平面，两个连接点需设置在倾斜平面的边缘线上，如图2所示的三角区域abc；
59.步骤三：顶点在水平面上投影出对应的投影点，且顶点与投影点之间的连接线与水平面相垂直；
60.步骤四：顶点、两个连接点、投影点互相连接得到对应的连接线，并从顶点作垂直与两个连接点之间连接线的垂线；
61.步骤五：分别利用倾角传感器测量顶点与两个连接点之间连接线与水平面的两个倾角、顶点与两个连接点之间连接线所构成夹角的角度值；
62.步骤六：将倾角、夹角代入公式计算得到牙轮钻机倾斜平面与水平面所成倾斜角的倾斜角度值qjdu；
63.其中，如图2所示，牙轮钻机倾斜平面与水平面所成夹角的倾斜角度值qjdu的计算方法具体如下：
64.步骤s1：将水平面标记为s，将牙轮钻机的倾斜平面标记为s1，水平面与倾斜平面的倾斜角为c；
65.步骤s2：在倾斜平面中设置a顶点、b连接点、c连接点，a顶点、b连接点与c连接点构成一个三角区域abc；
66.步骤s3：a顶点在水平面上投影出投影点q，且连接线aq与水平面相垂直；
67.步骤s4：a顶点、b连接点、c连接点、q投影点互相连接得到连接线ab、连接线ac、连接线aq、连接线bc、连接线bq和连接线cq，a顶点与连接线bc作垂线af；
68.步骤s5：分别利用倾角传感器测量连接线ab与连接线bq的倾角a1的角度值、连接线ac与连接线cq的倾角a2的角度值、连接线ab与连接线ac的夹角b的角度值；
69.步骤s6：设三角区域abc的面积为s
△
，则有公式：
70.ab
×
sina1＝ac
×
sina2；
71.ab
×
sina1＝af
×
sinc；
[0072][0073][0074]
步骤s7：不失一般性，令ab＝1，则由以上各式整理可得：
[0075]
sin a1＝ac
×
sina2；
[0076]
sin a1＝af
×
sinc；
[0077][0078]
步骤s8：进一步解得：
[0079]
步骤s9：当a1和a2接近零度时，上式简化为：计算得到水平面与倾斜平面所成倾斜角c的角度值jd；
[0080]
倾斜计算模块将水平面与倾斜平面所成倾斜角的角度值发送至调平核验模块和服务器，服务器中存储有若干个牙轮钻机的倾斜角度阈值，调平核验模块用于对夹角的角
度值进行核验，核验过程具体如下：
[0081]
步骤ss1：获取牙轮钻机倾斜平面与水平面所成夹角的倾斜角度值qjdu；依据型号获取服务器中对应牙轮钻机的倾斜角度阈值；其中，倾斜角度阈值包括x1u和x2u，且x1u＜x2u；
[0082]
步骤ss2：将倾斜角度值qjdu与倾斜角度阈值进行比对；
[0083]
步骤ss3：若qjdu＜x1u，则不进行任何操作；
[0084]
若qjdu＜x1u，则生成智能调平信号；
[0085]
若qjdu＜x1u，则生成调平维护信号；
[0086]
调平核验模块将智能调平信号或调平维护信号发送至服务器，服务器将接收到的智能调平信号发送至智能调平模块，服务器将接收到的调平维护信号发送至检修委派模块，用户终端还用于将调平方式发送至服务器，服务器将调平方式发送至智能调平模块，智能调平模块用于对牙轮钻机进行智能调平，智能调平过程具体如下：
[0087]
步骤p1：获取牙轮钻机倾斜平面与水平面所成夹角的倾斜角度值，结合海伦公式计算得到牙轮钻机倾斜平面两侧的高度差；
[0088]
步骤p2：获取用户终端发送的调平方式；
[0089]
调平方式包括低侧运动调平、高侧运动调平和两侧运动调平；
[0090]
步骤p3：若调平方式为低侧运动调平，牙轮钻机低侧的千斤顶工作向下延伸，牙轮钻机低侧千斤顶的延伸量与高度差相等，即牙轮钻机低侧千斤顶下端与牙轮钻机下端面之间的间距等于高度差；
[0091]
步骤p4：若调平方式为高侧运动调平，牙轮钻机高侧的千斤顶工作向上收缩，牙轮钻机低侧千斤顶的收缩量与高度差相等，即牙轮钻机高侧千斤顶下端与牙轮钻机下端面之间的间距等于高度差；
[0092]
步骤p5：若调平方式为两侧运动调平，牙轮钻机低侧的千斤顶工作向下延伸，牙轮钻机低侧千斤顶的延伸量等于高度差的二分之一，牙轮钻机高侧的千斤顶工作向上收缩，牙轮钻机低侧千斤顶的收缩量等于高度差的二分之一；
[0093]
智能调平模块依据调平方式对牙轮钻机进行智能调平；
[0094]
数据采集模块还用于采集工作人员的检修数据，并将检修数据发送至服务器，服务器将检修数据发送至检修委派模块，其中，检修数据包括检修时长、委派次数、检修的开始时间和结束时间等，检修委派模块接收到服务器发送的调平维护信号后，检修委派模块用于对牙轮钻机进行检修委派，工作过程具体如下：
[0095]
步骤w1：获取服务器中处于闲置状态的维修人员，将处于闲置状态的维修人员归类为预选人员o，o＝1，2，
……
，v，v为正整数；
[0096]
步骤w2：利用系统当前时间减去预选人员的入职时间，计算得到预选人员的入职时长rzo；
[0097]
步骤w3：获取预选人员的委派次数wco和每次委派时的检修时长，每次委派的检修时长相加除以委派次数得到检修均时jjto；
[0098]
步骤w4：结合公式计算得到预选人员的第一选取值xq1o，公式具体如下：
[0099]
式中，d1、d2和d3均为固定数值的比例系数，且d1、d2
和d3的取值均大于零；
[0100]
步骤w5：获取预选人员与需要检修的牙轮钻机之间的间隔距离，并将间隔距离标记为jgo；统计预选人员上一次检修牙轮钻机的结束时间与下一次检修牙轮钻机的开始时间之间的时间差，时间差相加求和并计算均值得到预选人员检修牙轮钻机的质保均时zjtu；
[0101]
步骤w6：结合公式计算得到预选人员的第一选取值xq2o；式中，f1为固定数值的比例系数，且f1的取值均大于零，e为自然常数；
[0102]
步骤w7：第一选取值和第二选取值分配对应的权重系数并代入计算式jxo＝xq1o
×
h1 xq2o
×
h2计算得到预选人员的检修值jxo；式中，h1和h2均为固定数值的权重系数，且h1和h2的取值均大于零；
[0103]
检修委派模块将检修值反馈至服务器，服务器依据检修值的数值大小选取对应的用户终端对牙轮钻机进行检修，服务器将检修任务发送至对应的用户终端，检修任务包括牙轮钻机的型号、牙轮钻机放置地的地理位置等。
[0104]
一种基于高精度导航的矿山牙轮钻自动调平控制系统，工作时，通过数据采集模块采集牙轮钻机的图片数据和位置数据，并将图片数据和位置数据发送至服务器，服务器将牙轮钻机的图片数据发送至倾斜定向模块，倾斜定向模块依据牙轮钻机的图片数据对牙轮钻机的倾斜方向进行判定，判定得到牙轮钻机的倾斜方向，并将牙轮钻机的倾斜方向反馈至服务器，服务器将牙轮钻机的倾斜方向发送至倾斜计算模块；
[0105]
通过倾斜计算模块对牙轮钻机的倾斜角度进行计算，将牙轮钻机所处平面记为倾斜平面，倾斜平面与水平面的夹角处构成倾斜角，在倾斜平面中设置一个顶点、两个连接点，并通过一个顶点、两个连接点构成三角区域，顶点在水平面上投影出对应的投影点，且顶点与投影点之间的连接线与水平面相垂直，顶点、两个连接点、投影点互相连接得到对应的连接线，并从顶点作垂直与两个连接点之间连接线的垂线，分别利用倾角传感器测量顶点与两个连接点之间连接线与水平面的两个倾角、顶点与两个连接点之间连接线所构成的夹角，将倾角、夹角代入公式计算得到牙轮钻机倾斜平面与水平面所成倾斜角的倾斜角度值，倾斜计算模块将水平面与倾斜平面所成倾斜角的角度值发送至调平核验模块和服务器，服务器中存储有若干个牙轮钻机的倾斜角度阈值；
[0106]
通过调平核验模块对夹角的角度值进行核验，获取牙轮钻机倾斜平面与水平面所成夹角的倾斜角度值qjdu，依据型号获取服务器中对应牙轮钻机的倾斜角度阈值，将倾斜角度值qjdu与倾斜角度阈值进行比对，若qjdu＜x1u，则不进行任何操作，若qjdu＜x1u，则生成智能调平信号，若qjdu＜x1u，则生成调平维护信号，调平核验模块将智能调平信号或调平维护信号发送至服务器，服务器将接收到的智能调平信号发送至智能调平模块，服务器将接收到的调平维护信号发送至检修委派模块；
[0107]
用户终端还将调平方式发送至服务器，服务器将调平方式发送至智能调平模块，智能调平模块用于对牙轮钻机进行智能调平，获取牙轮钻机倾斜平面与水平面所成夹角的倾斜角度值，结合海伦公式计算得到牙轮钻机倾斜平面两侧的高度差，而后获取用户终端发送的调平方式，若调平方式为低侧运动调平，牙轮钻机低侧的千斤顶工作向下延伸，牙轮钻机低侧千斤顶的延伸量与高度差相等，若调平方式为高侧运动调平，牙轮钻机高侧的千
斤顶工作向上收缩，牙轮钻机低侧千斤顶的收缩量与高度差相等，若调平方式为两侧运动调平，牙轮钻机低侧的千斤顶工作向下延伸，牙轮钻机低侧千斤顶的延伸量等于高度差的二分之一，牙轮钻机高侧的千斤顶工作向上收缩，牙轮钻机低侧千斤顶的收缩量等于高度差的二分之一，智能调平模块依据调平方式对牙轮钻机进行智能调平；
[0108]
同时，数据采集模块还采集工作人员的检修数据，并将检修数据发送至服务器，服务器将检修数据发送至检修委派模块，通过检修委派模块用于对牙轮钻机进行检修委派通过检修委派模块对牙轮钻机进行检修委派，获取服务器中处于闲置状态的维修人员，将处于闲置状态的维修人员归类为预选人员，利用系统当前时间减去预选人员的入职时间，计算得到预选人员的入职时长rzo，而后获取预选人员的检修均时jjto，结合公式计算得到预选人员的第一选取值xq1o，再获取预选人员与需要检修的牙轮钻机之间的间隔距离jgo，并统计预选人员上一次检修牙轮钻机的结束时间与下一次检修牙轮钻机的开始时间之间的时间差，时间差相加求和并计算均值得到预选人员检修牙轮钻机的质保均时zjtu，结合公式计算得到预选人员的第一选取值xq2o，将第一选取值和第二选取值分配对应的权重系数并代入计算式jxo＝xq1o
×
h1 xq2o
×
h2计算得到预选人员的检修值jxo，检修委派模块将检修值反馈至服务器，服务器依据检修值的数值大小选取对应的用户终端对牙轮钻机进行检修。
[0109]
上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置；
[0110]
如公式：
[0111]
由本领域技术人员采集多组样本数据并对每一组样本数据设定对应的评级系数；将设定的评级系数和采集的样本数据代入公式，任意两个公式构成二元一次方程组，将计算得到的系数进行筛选并取均值，得到v1与v2取值分别为1.2111和0.14644；
[0112]
系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据初步设定对应的湿度系数；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可。
[0113]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。