潜孔钻机及潜孔钻机远程控制系统

摘要

本申请提供一种潜孔钻机，所述潜孔钻机包括车架、行进系统、至少两套钻孔执行系统、以及车载控制系统；所述车架安装在所述行进系统上，所述行进系统用于带动所述车架移动，所述至少两套钻孔执行系统和所述车载控制系统安装在所述车架上，所述车载控制系统与所述钻孔执行系统及所述行进系统通信连接，用于控制所述钻孔执行系统执行作业、以及控制所述行进系统带动所述潜孔钻机移动；所述车载控制系统还包括车载远程控制部，所述车载远程控制部用于接收用于远程控制所述潜孔钻机的远程控制指令。本申请还提供一种适用于上述潜孔钻机的潜孔钻机远程控制系统。

说明书

技术领域

本实用新型涉及工程车辆领域，特别是涉及一种潜孔钻机及用于控制所述潜孔钻机的远程控制系统。

背景技术

矿山开采过程中，常常需要开设大量的炮洞，然后在炮洞中埋设炸药从而实现矿山的爆破。潜孔钻机是开设这类炮洞最常用的挖掘设备。

现有的潜孔钻机种类很多，但是通常都存在以下一些方面的缺点：1.需要操作人员现场操作钻机，但是对于操作人员来说工作条件通常比较恶劣，噪声大，灰尘多，机器振动大，且工作区域具有一定的危险性。2.每台钻机一般只安装有一套凿岩系统，每次只能钻凿一个炮洞，作业效率不高。3.每台钻机在现场作业时至少需要配备一名操作人员，某些情况下甚至需要配备多名操作人员。在这些操作人员换班和休息时，钻机都必须停机等待，影响作业效率。

有鉴于此，有必要提供一种新的潜孔钻机技术方案，相比于现有技术进一步改善工作环境、提高安全性、提高作业效率。

实用新型内容

基于现有技术中的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种潜孔钻机及用于控制所述潜孔钻机的远程控制系统，相比于现有技术能够进一步改善工作环境、提高安全性、提高作业效率。

本实用新型的一方面的实施方式提供一种潜孔钻机，所述潜孔钻机包括车架、行进系统、至少两套钻孔执行系统、以及车载控制系统；所述车架安装在所述行进系统上，所述行进系统用于带动所述车架移动，所述至少两套钻孔执行系统和所述车载控制系统安装在所述车架上，所述车载控制系统与所述钻孔执行系统及所述行进系统通信连接，用于控制所述钻孔执行系统执行作业、以及控制所述行进系统带动所述潜孔钻机移动；所述车载控制系统还包括车载远程控制部，所述车载远程控制部用于接收用于远程控制所述潜孔钻机的远程控制指令。

优选地，所述钻孔执行系统为气压驱动的钻孔执行系统。

优选地，所述至少两套钻孔执行系统用于在预设的同步控制模式下同步执行作业、以及在预设的单台控制模式下分别执行作业。

本实用新型的另一方面的实施方式还提供一种潜孔钻机远程控制系统，所述潜孔钻机远程控制系统包括中央远程控制部和至少一个安装在潜孔钻机上的车载远程控制部；所述中央远程控制部与所述车载远程控制部通过无线通信方式通信连接，所述中央远程控制部用于通过无线通信方式向所述车载远程控制部发送远程控制指令，所述车载远程控制部用于根据所述远程控制指令控制所述潜孔钻机执行作业。

优选地，所述车载远程控制部包括依次通信连接的车载远程通信模块、车端远程驾驶控制器、以及车身执行器，所述车载远程通信模块与所述中央远程控制部通过无线通信方式通信连接，用于通过无线通信方式从所述中央远程控制部接收所述远程控制指令；所述车端远程驾驶控制器用于根据所述远程控制指令控制所述车身执行器，从而控制所述潜孔钻机执行作业。

优选地，所述车载远程控制部还包括摄像装置和传感器模块，所述摄像装置和所述车载远程通信模块，用于拍摄所述潜孔钻机的作业现场的图像信息；所述传感器模块和所述车端远程驾驶控制器通信连接，用于采集所述潜孔钻机的作业状态信息；所述车载远程控制部还用于将所述图像信息和所述作业状态信息通过无线通信方式反馈到所述中央远程控制部。

优选地，所述传感器模块包括用于反馈作业角度的绝对值编码器、用于反馈潜孔钻机的位置信息的RTK定位系统、用于反馈潜孔钻机的车架的倾斜角度的倾角传感器、用于感测钻孔进给行程的拉线传感器、以及用于感测钻孔进给速度的霍尔传感器。

优选地，所述车身执行器还用于将自身的执行器反馈信息传输到车端远程驾驶控制器，所述车载远程控制部还用于将所述执行器反馈信息通过无线通信方式反馈到所述中央远程控制部。

优选地，所述中央远程控制部还包括分别工作的远程监控装置和人机交互单元，所述远程监控装置用于显示所述图像信息、作业状态信息和执行器反馈信息，所述人机交互单元用于显示所述作业状态信息。

优选地，所述无线通信方式为5G无线通信方式。

相比于现有技术，本实用新型的上述较佳实施方式提供的潜孔钻机可实现在潜孔钻机的一次行走过程中，同时操作至少两套钻孔执行系统的钻臂，实现至少两个炮孔的钻架定位；其至少两套钻孔执行系统的钻臂还可以在多种工作模式之间切换。如此，操作人员可根据不同工况选择不同的作业模式，克服了传统潜孔钻机一次作业只能钻出单个炮孔的缺陷，提高了潜孔钻机的作业效率。本实用新型的上述较佳实施方式提供的潜孔钻机远程控制系统则更是具有多方面的优势，例如：第一，通过远程控制潜孔钻机，能够让操作人员远离危险的现场作业区域，大大提高了操作人员的安全性，也避免了操作人员受到过多噪声、灰尘和振动的影响，改善了工作环境。第二，每台潜孔钻机至少安装有两个钻臂，配备有至少两套凿岩系统，能同时至少钻凿两个孔，相比现有钻机，在相同作业区域的作业效率提高了至少一倍。第三，通过远程控制还可以实现连续作业，在原先的操作人员换班和休息时，新的操作人员可以立即接手对潜孔钻机进行远程控制，从而可实现人停机不停，潜孔钻机可以连续进行钻孔，提高了作业效率。第四，通过远程控制还可实现多机器操作，即通过单个中央远程控制部和与其通信连接的多个车载远程控制部，可实现一名操作人员同时控制多台潜孔钻机作业，有助于减少操作人员数量，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请的一个较佳实施方式提供的一种潜孔钻机的前视示意图。

图2是图1所示的潜孔钻机的俯视示意图。

图3是图1所示的潜孔钻机的侧视示意图。

图4是本申请的一个较佳实施方式提供的一种潜孔钻机远程控制系统的模块框图。

图5是图4所示的潜孔钻机远程控制系统远程显示传感器模块的传感信息的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的特定实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的描述，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1、图2、图3及图4，本申请的一个较佳实施方式提供一种潜孔钻机，所述潜孔钻机包括车架1、行进系统2、钻孔执行系统3及车载控制系统4。

所述车架1安装在行进系统2上，可以包括所述潜孔钻机的底盘、行进动力设备、驾驶系统、钻孔动力设备等主要机械设备。所述行进系统2优选包括履带机构，当然也可以包括轮式、气垫等行进机构，用于承载车架1，并能够在行进动力设备的驱动下带动潜孔钻机行驶，实现在不同工作地点及不同钻孔位置之间的移动。在本实施方式中，上述的底盘、行进动力设备、驾驶系统、钻孔动力设备以及履带机构都可以参照工程车辆领域的现有技术，例如底盘可以是现有的工程车辆底盘，行进动力设备可以包括现有的工程车辆发动机(如内燃机或电动机)及其传动系统，驾驶系统可以包括现有的工程车辆的转向盘、加速踏板、制动踏板以及它们的传动机构，钻孔动力设备可以包括用于驱动钻孔执行系统3的动力设备如伺服电机，履带机构可以是现有的工程车辆履带机构，因此它们的具体组装方式和工作原理也都可以参照现有技术，此处无需赘述。

所述钻孔执行系统3安装在所述车架1上，用于对岩土进行钻孔加工以形成炮洞。本实施方式中，所述钻孔执行系统3的数量为至少两个，为了便于介绍，附图及以下描述中以具有两个钻孔执行系统3的情况进行具体说明。

每个钻孔执行系统3可以包括钻臂，钻架，钻杆，潜孔冲击器，钻头，回转动力头，执行发动机，空压机，液压泵组。其中所述钻臂安装在所述车架上，优选地通过可转动和可伸缩的方式安装在所述车架上，其转动和伸缩可以通过车载控制系统4来操纵钻臂驱动系统来进行控制，使钻臂能够在多个自由度内调节位置和姿态，从而可以实现在车架1位置不动时，仍然能够在前后、左右、上下等多个维度内对钻架位置进行调节，还可以调节钻架与工作面的夹角。

钻架安装在钻臂前部，用于在钻孔时为动力头、钻杆、冲击器等提供支撑和导向。钻臂和钻架的具体形状和尺寸均可根据实际需要进行选择。钻杆优选为空心杆体，设置在钻架上，钻杆上端与回转动力头连接，下端与潜孔冲击器连接，潜孔冲击器下端与钻头连接，钻头上设置有通气孔。执行发动机可以是内燃机、电动机等等，可以装设在钻架上，也可以装设在车架上，还可以与行进动力设备的发动机整合。空压机和液压泵组都可以装设在钻架或车架上，且都可以连接在执行发动机与回转动力头连接，分别用于在执行发动机驱动下通过气压和液压的方式驱动回转动力头。可以理解，在本实施方式中，钻孔执行系统3的上述部件的具体组装方式和工作原理也都可以参照现有技术，此处无需赘述。

所述潜孔钻机可以采用气压或液压方式驱动钻孔执行系统3来进行钻孔操作，本实施方式中优选采用气压驱动式的钻孔执行系统3，其具体操作过程为：通过执行发动机驱动空压机产生并输出高压气流，高压气流通过高压风管进入回转动力头，然后通过回转动力头进入空心的钻杆内部，最后输送至潜孔冲击器与钻头，最终把高压气流从钻头上设置的通气孔输入至炮洞中。该过程中，高压气流驱动潜孔冲击器的活塞往复运动，从而带动钻头不停冲击岩石。空压机产生的空气能通过潜孔冲击器转化为冲击能并通过钻头将冲击能量传递至被加工的岩石，造成岩石的破裂。破裂后的岩石经过钻头多次高频率的冲击和回转动力头带动的旋转而磨成粉末状，然后被做功后的高压气流吹出钻孔之外。可以理解，上述气压驱动方式以及未具体说明的液压驱动方式也都可以参照现有技术进行具体操作。

在本实施方式中，所述潜孔钻机的车架1上安装有两套钻孔执行系统3，可以同时或分别按照上述方式进行工作。因此，本实施方式提供的所述潜孔钻机可实现在潜孔钻机的一次行走过程中，同时操作左右两套钻孔执行系统3的钻臂，实现两个炮孔的钻架定位。两套钻孔执行系统3的钻臂可以在两种工作模式之间切换：两台同步控制模式，即依次完成两个钻臂对应的钻孔定位点，同步完成钻孔作业；单台控制模式，即两个钻臂互不干涉地分别进行作业。如此，操作人员可根据不同工况选择不同的作业模式，克服了传统潜孔钻机一次作业只能钻出单个炮孔的缺陷，提高了潜孔钻机的作业效率。

所述车载控制系统4可以包括现有的工程车辆的中央控制器、中控显示屏及指令输入装置。所述车载控制系统4与所述行进系统2及所述钻孔动力设备通信连接，用于让操作人员通过现有手段控制所述钻孔动力设备来驱动所述钻孔执行系统3进行钻孔作业、以及控制所述行进系统2带动潜孔钻机整体移动。

所述车载控制系统4还可以进一步包括用于对所述潜孔钻机实现远程控制的车载远程控制部40。所述车载远程控制部40同时也是本实施方式另一方面的实施方式提供的一种潜孔钻机远程控制系统的一部分，以下对所述潜孔钻机远程控制系统进行具体说明。

请进一步参阅图4及图5，本申请的另一方面的实施方式提供的所述潜孔钻机远程控制系统包括至少一个车载远程控制部40和中央远程控制部5，所述车载远程控制部40安装在潜孔钻机上，通过无线通信方式(优选为5G无线通信方式)和中央远程控制部5通信连接。操作人员可以通过中央远程控制部5以无线通信方式(优选为5G无线通信方式)向车载远程控制部40发送远程控制指令，车载远程控制部40根据接收到的远程控制指令控制潜孔钻机进行作业。

如图4所示，车载远程控制部40可以装设在上述实施方式提供的潜孔钻机上，可以包括车载远程通信模块41、车端远程驾驶控制器42、摄像装置43、车身执行器44和传感器模块45。所述车载远程通信模块41可以是各种现有的远程通信模块，本实施方式中优选为车载5G通信终端。车端远程驾驶控制器42可以是现有的工程车辆中控系统的控制器，可以与潜孔钻机自身原有的中控系统控制器分开设置或者整合到一起。摄像装置43可以是现有的车载摄像装置，例如车载摄像头，用于拍摄潜孔钻机作业现场的图像信息。车端远程驾驶控制器42和摄像装置43都与车载远程通信模块41通信连接。车身执行器44和传感器模块45都与车端远程驾驶控制器42通信连接。车身执行器44可以包括现有的各种用于潜孔钻机的车身执行机构，例如移动机构、旋转机构、俯仰机构等等，另外行进系统2和钻孔执行系统3也可以与车身执行器44整合，一起受到车端远程驾驶控制器42的控制。

传感器模块45用于采集潜孔钻机在作业期间的作业状态信息反馈给中央远程控制部5。具体如图5所示，传感器模块45可以包括绝对值编码器451、实时动态(Real-TimeKinematic,RTK)定位系统452、倾角传感器453、拉线传感器454、霍尔传感器455。请一并参阅图1，绝对值编码器451优选地安装在钻孔执行系统3中的钻臂与钻杆或推进梁的连接处，用于感测实时作业角度；RTK定位系统优选安装在车架1上，用于感测潜孔钻机的实时位置信息；倾角传感器453优选安装在车架1上，用于感测车架1的实时倾斜角度以便调整潜孔钻机的最佳作业姿态；拉线传感器454优选设置在钻杆或推进梁的顶部，霍尔传感器455优选设置在回转动力头顶部，用于感测钻孔进给行程与进给速度。所述绝对值编码器451、RTK定位系统452、倾角传感器453、拉线传感器454、霍尔传感器455的具体结构和工作方式都可以参照现有技术，此处无需赘述。

所述车载远程控制系统4还可以进一步包括车端处理单元46和自动驾驶域控制器(Automated Driving Control Unit,ADCU)47。所述车端处理单元46可以是现有的工程车辆的中控系统控制器，可以与上述车端远程驾驶控制器42分别独立设置或者整合在一起，所述绝对值编码器451、RTK定位系统452、倾角传感器453、拉线传感器454、霍尔传感器455都与车端处理单元46通信连接以将各自感测到的作业状态信息传输给车端处理单元46，其中绝对值编码器451、RTK定位系统452、霍尔传感器455优选通过串口与车端处理单元46连接，倾角传感器453、拉线传感器454优选通过控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)总线与车端处理单元46连接。ADCU47和车端处理单元46通信连接，例如通过CAN总线通信连接，用于辅助潜孔钻机进行无人驾驶。中央远程控制部5也可以经由现有的无线通信系统(优选为5G通信系统，例如图4所示的5G核心网和5G基站)，利用例如以太网通信等通信手段与车端处理单元46通信连接，以便直接向车端处理单元46发送远程指令。

中央远程控制部5可以包括远程驾驶平台51、中央远程驾驶控制器52和远程监控装置53。远程驾驶平台51可以是现有的远程驾驶操作平台，例如潜孔钻机的远程控制室的操作平台。中央远程驾驶控制器52与远程驾驶平台51通信连接，同时通过无线通信方式(优选为5G通信方式)和车载远程控制部40的车载远程通信模块41建立远程通信连接，使得远程操作人员在远程驾驶平台上输入的指令可以通过中央远程驾驶控制器52以无线通信方式发送到车载远程控制部40。远程监控装置53可以是各种现有的监控装置比如显示器、触摸屏、大屏等等，与中央远程驾驶控制器52通信连接，用于将中央远程驾驶控制器52通过无线通信方式从车载远程控制部40接收到的图像信息和钻机状态信息向远程操作人员显示出来。中央远程控制部5还可以包括人机交互单元54，所述人机交互单元54可以包括例如触摸屏等现有的人机交互装置，也可以整合在远程驾驶平台51上。人机交互单元54通过无线通信方式(优选为5G通信方式)和车载远程控制部40的车端处理单元46通信连接，车端处理单元46可以将从传感器模块45接收到的作业状态信息发送到人机交互单元54进行显示及后续处理如存储等。

如图4及图5所示，在所述潜孔钻机远程控制系统工作时，可以由远程操作人员在中央远程控制部5的远程驾驶平台51上通过例如按键、鼠标、摇杆、触控、语音等方式输入对潜孔钻机的远程控制指令。远程驾驶平台51将远程控制指令转换成远程控制信号并传输给中央远程驾驶控制器52。中央远程驾驶控制器52通过无线通信方式，优选通过5G无线通信方式，例如图4所示的5G核心网和5G基站(均可采用现有技术，故无需赘述)，将远程控制信号远程发送到车载远程控制部40的车载远程通信模块41。车载远程通信模块41将远程控制信号还原为远程控制指令，将远程控制指令发送给车端远程驾驶控制器42，车端远程驾驶控制器42即可根据远程控制指令来控制车身执行器44实现各种作业操作，例如控制行进系统2实现潜孔钻机整车移动、控制车架1实现旋转、俯仰和升降、控制两套钻孔执行系统3分别实现期望状态下的钻孔作业等等，这样就实现了对潜孔钻机的远程控制。

另一方面，潜孔钻机在接受远程控制进行作业的同时，也能够向远程操作人员实时反馈作业现场的信息。如图4及图5所示，在潜孔钻机的作业过程中，传感器模块45可以将其中各个传感器实时感测到的相应作业状态信息实时传输到车端远程驾驶控制器42，车身执行器44也可以实时地将自身的执行器反馈信息传输到车端远程驾驶控制器42，车端远程驾驶控制器42将传感器模块45反馈的作业状态信息和车身执行器44反馈的执行器反馈信息都作为钻机状态信息传输给车载远程通信模块41。同时，摄像装置43也可以将拍摄到的作业现场的图像信息实时地传输给车载远程通信模块41。车载远程通信模块41将钻机状态信息和图像信息都通过无线通信方式，优选通过5G无线通信方式，例如图4所示的5G核心网和5G基站发送到中央远程控制部5的中央远程驾驶控制器52。中央远程驾驶控制器52将钻机状态信息和图像信息显示在远程监控装置53上，即可让远程操作人员实时了解到作业现场的多方面反馈信息。另外，车端处理单元46也可以通过无线通信方式(优选为5G通信方式)将从传感器模块45接收到的作业状态信息发送到人机交互单元54进行显示及后续处理如存储等。可以理解，在本实施方式中，进一步优选地可以将远程监控装置53实现为尺寸较大、便于多人同时观看的大型显示屏或类似显示装置，同时将人机交互单元54实现为尺寸较小、便于操作的触摸屏或类似装置，二者分别独立工作，从而同时实现较好的观测效果和精确的操控性能。

显然，所述潜孔钻机远程控制系统可以包括多个车载远程控制部40，分别设置在多个上述的潜孔钻机上，按照上述操作方法实现用单个中央远程控制部5同时远程控制多个潜孔钻机分别进行钻孔作业，并同时远程地收集和显示多个潜孔钻机的反馈信息。

相比于现有技术，本申请的上述实施方式提供的潜孔钻机远程控制系统具有多方面的优势，例如：第一，通过远程控制潜孔钻机，能够让操作人员远离危险的现场作业区域，大大提高了操作人员的安全性，也避免了操作人员受到过多噪声、灰尘和振动的影响，改善了工作环境。第二，每台潜孔钻机至少安装有两个钻臂，配备有至少两套凿岩系统，能同时至少钻凿两个孔，相比现有钻机，在相同作业区域的作业效率提高了至少一倍。第三，通过远程控制还可以实现连续作业，在原先的操作人员换班和休息时，新的操作人员可以立即接手对潜孔钻机进行远程控制，从而可实现人停机不停，潜孔钻机可以连续进行钻孔，提高了作业效率。第四，通过远程控制还可实现多机器操作，即通过单个中央远程控制部和与其通信连接的多个车载远程控制部，可实现一名操作人员同时控制多台潜孔钻机作业，有助于减少操作人员数量，节约成本。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所附的权利要求为准。