一种无人工作面采煤机及其沉浸式远程操控方法技术

本发明专利技术公开了一种无人工作面采煤机及其沉浸式远程操控方法，在所述采煤机的机架上设置有用于获得无人工作面的两个方位声音和两个视角图像的井下影音捕捉装置。该操控方法包括以下步骤：实时采集无人工作面的两个方位声音和两个视角图像；将所述两个方位声音和所述两个视角图像实时传输到地面操作平台；通过立体声音设备和立体图像设备实时获得无人工作面的立体声音和立体图像；根据所述立体声音和所述立体图像，通过所述地面操作平台实时操控采煤机。本发明专利技术通过获得无人工作面的立体声音和立体图像，对采煤机进行远程操作，减少了煤矿采煤工作面作业人员，减轻作业人员劳动强度和改善作业环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人工作面采煤设备
，具体涉及一种无人工作面采煤机及其沉浸式远程操控方法。
技术介绍
综采工作面是现代化煤矿生产的主要环节，是煤矿生产中设备最多、环境最恶劣、工作最复杂的系统。智能化综采工作面控制系统，实现采煤作业的自动化控制以及远程遥控；通过采煤机记忆截割调节控制，采煤机、支架电液控制、运输系统的整体协调控制技术，实现设备的就地/集中/远程三级网络管理，系统能够根据运输系统负荷的大小，自动调控采煤机的生产能力；通过无线网络覆盖，实现移动设备采煤机在工作面环境下的可靠通讯，视频、语音、数据三网合一，解决整个作业面的通讯瓶颈，割煤过程视频自动跟踪监控；根据设备之间传感器的物联网技术，实现相关设备的姿态识别，故障提前预警，实现工作面协调、安全、可靠的生产。为了实现智能化综采工作面控制系统，人们不断地进行探索，如公告号为CN102148966A中国专利文献公开了一种煤矿无人工作面的视频监控系统，其包括监控前端、传输网络和监控终端，所述监控前端包括至少一个视频采集装置，其特征在于：所述监控前端还包括与所述传输网络连通的总线，所有所述视频采集装置通过交换机串联到一起后接入所述总线；该专利的监控系统只能实现常规监测，无法实现沉浸式监测，也无法做到对声音的故障源位置辨析。公告号为CN105338309A的中国专利文献公开了一种用于跟踪采煤机的无人机视频感知系统，包括两个四旋翼飞行器、红外发射器、耦合器和计算机；飞行器上设置有摄像头和控制器；红外发射器设置在采煤机上，用于确定采煤机的空间位置；耦合器设置在工作面，用于组成无线局域网通过无线路由功能与飞行器进行通讯；计算机用以太网连接耦合器；该专利仅仅解决了大量布置摄像头的问题，仍然无法实现沉浸式监测，也无法做到对声音的故障源位置辨析。如公告号为CN103776463A的中国专利文献公开了一种无人工作面采煤机自动记忆割煤自主定位装置测试方法，根据煤矿无人工作面采煤机自动记忆割煤自主定位的特征，设计无人工作面采煤机自动记忆割煤的自主定位装置的测试试验：首先在采煤机模型中部安装IMU惯性测量组件，其中包括三个测量方向相互垂直的陀螺仪和加速度计，刮板输送机模拟上安装里程计；其次提出测试试验的研究内容和步骤，根据现场采煤机割煤路线的变化设计了直线运行和进刀运行两类测试路线，最后通过采集测试的数据结果对自主定位装置的适用性、可靠性和精确性进行分析；这类现有技术能够精确定位采煤机各个部件的位置，实现自动记忆割煤，但是对于煤层赋存条件较为复杂的情况，记忆割煤无法满足生产要求，例如当“人工示教”的截割路径有突变点时，采煤机在沿着记忆截割路径工作时，导致顶底板不平，造成推溜和移架困难；当煤层顶底板条件不稳定时，采煤机为了沿着记忆截割路径工作，必须快速调整滚筒高度和牵引速度，伴有截割电机电流快速升高、牵引力矩变化大等情况，造成采煤机工作不稳定，甚至会带来安全事故；采煤机在煤层地质条件和记忆截割路径不一致时，需要采煤机司机人工操作，随时改动割煤方式，因此对于煤矿生产来讲远程操作的必要性仍然很大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无人工作面采煤机及其沉浸式远程操控方法，用以解决现有无人工作面采煤机还是需要采煤机司机人工操作来随时改动割煤方式的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提出了如下技术方案：一种无人工作面采煤机，在所述采煤机的机架上设置有用于获得无人工作面的两个方位声音和两个视角图像的井下影音捕捉装置，所述井下影音捕捉装置包括两个具有人眼间距的摄像机和两个具有人耳间距的麦克风阵列。进一步的，所述采煤机与地面操作平台连接，所述地面操作平台设置有用于获得无人工作面的立体声音和立体图像的立体声音设备和立体图像设备。进一步的，所述立体图像设备是3D图像播放界面和3D眼镜，或者集成3D图像播放界面的3D头盔；所述立体声音设备是具有方位辨别功能的3D耳机。立体图像获取原理说明：立体图像就是用两个镜头如人眼那样的拍摄装置，拍摄下景物的双视点图像；再通过两台放映设备，把两个视点的图像同步放映，使这略有差别的两幅图像显示在银幕上，使左眼只看到左图像，右眼只看到右图像，从而再现立体图像，在两个放映设备前的偏振片的偏振方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直，这两束偏振光投射到银幕上再反射到人眼处，偏振光方向不改变，人们使用对应上述的偏振光的偏振眼镜观看，即左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，这样就会看到立体景像，这就是立体图像的原理；上述立体图像再现可以通过计算机播放软件与3D眼睛结合来实现。立体声音获取原理说明：立体声音是通过人体的双耳效应，如果录音时能够把不同声源的空间位置反映出来，使人们在听录音时，就好像身临其境直接听到各方面的声源发音一样。通过两个具有人耳间距的麦克风，对现场的声音进行采集，在通过两个与麦克风位置相对应的扬声器再现现场的声音，听到的声音就会有很好的立体感，这就是两声道立体声录音。进一步的，所述地面操作平台还设置有用于获得地面操作人员头部动作信号的运动捕捉设备。可选地，所述运动捕捉设备是安装在地面操作人员头部的三坐标陀螺仪。进一步的，所述井下影音捕捉装置包括影音探测头、连杆、旋转关节、转动关节以及固定连接座，所述连杆包括第一连杆和第二连杆，所述旋转关节包括第一旋转关节和第二旋转关节，所述转动关节包括第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节；所述影音探测头通过所述第二旋转关节与所述第三转动关节连接，所述第三转动关节设置在所述第一连杆一端，所述第一连杆另一端通过第二转动关节与所述第二连杆的一端连接，所述第二连杆的另一端具有第一转动关节，所述第一转动关节通过所述第一旋转关节与所述固定连接座连接，所述固定连接座设置在采煤机上。进一步的，所述两个具有人眼间距的摄像机和所述两个具有人耳间距的麦克风阵列设置在所述影音探测头上，两个摄像机位于所述影音探测头同一侧面，具有人眼间距；两个麦克风阵列分别位于另外两个相对的侧面，具有人耳间距。基于上述的一种无人工作面采煤机，本专利技术还提供了一种无人工作面采煤机的沉浸式远程操控方法，包括以下步骤：S1、实时采集无人工作面的两个方位声音和两个视角图像；S2、将所述两个方位声音和所述两个视角图像实时传输到地面操作平台；S3、通过立体声音设备和立体图像设备实时获得无人工作面的立体声音和立体图像；S4、根据所述立体声音和所述立体图像，通过所述地面操作平台实时操控采煤机。进一步的，所述步骤S1中，通过两个具有人眼间距的摄像机获得两个视角图像；通过两个具有人耳间距的麦克风阵列获得两个方位声音。进一步的，所述步骤S3中，根据所述两个视角图像和所述两个方位声音，所述立体图像设备和所述立体声音设备获得无人工作面的立体图像和立体声音。进一步的，所述步骤S3中，所述立体图像设备是3D图像播放界面和3D眼镜，或者集成3D图像播放界面的3D头盔；所述立体声音设备是具有方位辨别功能的3D耳机。进一步的，所述步骤S4中，利用运动捕捉设备实时获得地面操作人员头部的动作信号，根据所述动作信号生成所述井下影音捕捉装置同步运动信号。本专利技术方法具有如下优点：本专利技术通过地面操作平台与无人工作面的两个方位声音和两个视角图像采集设备结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人工作面采煤机，其特征在于：在所述采煤机的机架上设置有用于获得无人工作面的两个方位声音和两个视角图像的井下影音捕捉装置，所述井下影音捕捉装置包括两个具有人眼间距的摄像机和两个具有人耳间距的麦克风阵列。

【技术特征摘要】
1.一种无人工作面采煤机，其特征在于：在所述采煤机的机架上设置有用于获得无人工作面的两个方位声音和两个视角图像的井下影音捕捉装置，所述井下影音捕捉装置包括两个具有人眼间距的摄像机和两个具有人耳间距的麦克风阵列。2.根据权利要求1所述的一种无人工作面采煤机，其特征在于：所述采煤机与地面操作平台连接，所述地面操作平台设置有用于获得无人工作面的立体声音和立体图像的立体声音设备和立体图像设备。3.根据权利要求2所述的一种无人工作面采煤机，其特征在于：所述立体图像设备是3D图像播放界面和3D眼镜，或者集成3D图像播放界面的3D头盔；所述立体声音设备是具有方位辨别功能的3D耳机。4.根据权利要求2所述的一种无人工作面采煤机，其特征在于：所述地面操作平台还设置有用于获得地面操作人员头部动作信号的运动捕捉设备。5.根据权利要求3所述的一种无人工作面采煤机，其特征在于：所述井下影音捕捉装置包括影音探测头、连杆、旋转关节、转动关节以及固定连接座，所述连杆包括第一连杆和第二连杆，所述旋转关节包括第一旋转关节和第二旋转关节，所述转动关节包括第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节；所述影音探测头通过所述第二旋转关节与所述第三转动关节连接，所述第三转动关节设置在所述第一连杆一端，所述第一连杆另一端通过第二转动关节与所述第二连杆的一端连接，所述第二连杆的另一端具有第一转动关节，所述第一转动关节通过所述第一旋转关节与所述固定连接座...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏立科，
申请(专利权)人：魏立科，
类型：发明
国别省市：北京;11