矿山开采作业中遥控推土机的控制方法及其控制系统

摘要

本发明公开了一种矿山开采作业中遥控推土机的控制方法及其控制系统，涉及工程机械技术领域。该矿山开采作业中遥控推土机的控制方法包括以下步骤：设定遥控推土机的作业区域；当遥控推土机接收到无人矿卡射频信号后，控制遥控推土机进入作业准备状态，同时发送信号给遥控操作台，遥控操作台提醒操作人员有无人矿卡进入作业区域；当处于作业准备状态的遥控推土机接收到无人矿卡的速度为零和无人矿卡上的物料卸载完成的信号后，控制遥控推土机进入作业状态，同时发送信号给遥控操作台，遥控操作台提醒操作人员对遥控推土机进行作业遥控。该矿山开采作业中遥控推土机的控制方法降低了操作人员的劳动强度；节省燃油消耗，延长了遥控推土机的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种矿山开采作业中遥控推土机的控制方法及其控制系统。

背景技术

传统的矿山遥控推土机，一般都是一个遥控操纵台与一个遥控推土机匹配进行操作，而矿山工况有多个作业面，每个作业面上都会分布有遥控推土机，就需要有多个遥控操作台来进行控制，不同作业面上的遥控推土机用于将无人矿卡卸载的物料，移动到挡土墙外侧。

由于无人矿卡装载运送的时间间隔较长，导致遥控推土机的作业间隔时间也较长，操作人员的等待时间同样也较长；而且操作人员无法第一时间得知是否有无人矿卡进入到作业区域，即使进入作业区域，什么时候物料卸载完毕也需要时刻进行关注，以便于及时操作遥控推土机进行物料移除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿山开采作业中遥控推土机的控制方法及其控制系统，以降低操作人员的劳动强度，减少遥控推土机的等待时长，节省燃油消耗。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种矿山开采作业中遥控推土机的控制方法，其包括以下步骤：

设定遥控推土机的作业区域；

当所述遥控推土机接收到无人矿卡的射频信号后，控制所述遥控推土机进入作业准备状态，同时发送信号给遥控操作台，所述遥控操作台提醒操作人员有所述无人矿卡进入所述作业区域；

当处于作业准备状态的所述遥控推土机接收到所述无人矿卡的速度为零和所述无人矿卡上的物料卸载完成的信号后，控制所述遥控推土机进入作业状态，同时发送信号给所述遥控操作台，所述遥控操作台提醒操作人员对所述遥控推土机进行作业遥控。

可选地，当处于作业准备状态的所述遥控推土机接收到所述无人矿卡的速度为零和所述无人矿卡上的物料卸载完成的信号后，控制所述遥控推土机进入作业状态的步骤还包括：

所述遥控推土机检测所述无人矿卡的射频信号是否消失，若是，则控制所述遥控推土机进入作业状态；若否，则所述遥控推土机继续处于作业准备状态。

可选地，当所述遥控推土机同时检测到两个以上所述无人矿卡的射频信号时，按照预先设定的编码优先决策原则，顺序向两个以上所述无人矿卡下发目标卸载点和路径规划导航信息，两个以上所述无人矿卡根据各自接收到的目标卸载点和路径规划导航信息，依次按照各自的路径规划导航信息在各自对应的目标卸载点卸载并离开所述作业区域。

可选地，当所述遥控推土机已经进入作业状态后，又检测到所述无人矿卡的射频信号时，控制所述无人矿卡在安全区域等候；当所述遥控推土机当前作业完成后，控制所述遥控推土机进入指定区域等候，再控制所述无人矿卡按照各自的路径规划导航信息在各自对应的目标卸载点卸载并离开所述作业区域。

可选地，所述遥控推土机设置有多个，多个所述遥控推土机设置于不同所述作业区域。

可选地，操作人员对所述遥控推土机进行作业遥控的方法包括：

切换到发送信号给所述遥控操作台的所述遥控推土机的通讯链路，通过所述遥控操作台控制所述遥控推土机工作。

可选地，所述遥控操作台在同一时间只能与一台所述遥控推土机进行通讯连接，被切换的所述遥控推土机退回至指定区域并熄火。

可选地，所述遥控操作台能控制所述遥控推土机和所述无人矿卡紧急停车。

一种矿山开采作业中遥控推土机的控制系统，采用以上任一项所述的矿山开采作业中遥控推土机的控制方法，包括遥控推土机、无人矿卡和遥控操作台，所述遥控推土机和所述无人矿卡均与所述遥控操作台无线通讯连接；

所述遥控推土机包括无线射频接收装置和信号接收装置，所述无人矿卡包括无线射频发射装置、速度检测模块、物料卸载开关、信号发送装置，所述无线射频接收装置用于接收所述无线射频发射装置发射的射频信号；

所述速度检测模块用于检测所述无人矿卡的速度，所述物料卸载开关用于控制所述无人矿卡的料斗卸料，当所述速度检测模块检测到所述无人矿卡的速度为零，且所述物料卸载开关完成一个开闭周期后，通过所述信号发送装置发送信号给所述信号接收装置。

可选地，所述遥控操作台包括信号切换装置和指令下发装置，所述信号切换装置用于切换不同所述遥控推土机的通讯链路信号和不同所述无人矿卡的通讯链路信号，所述指令下发装置用于控制与所述遥控操作台建立通讯连接的所述遥控推土机和所述无人矿卡动作。

可选地，所述遥控操作台还包括急停按钮，所述急停按钮用于控制与所述遥控操作台建立通讯连接的所述遥控推土机和所述无人矿卡紧急停车。

可选地，所述矿山开采作业中遥控推土机的控制系统还包括远程作业平台，所述远程作业平台与所述遥控操作台、所述遥控推土机和所述无人矿卡均无线通讯连接。

本发明的有益效果：

本发明提供的矿山开采作业中遥控推土机的控制方法，处于作业区域的遥控推土机接收到无人矿卡射频信号后，控制遥控推土机进入作业准备状态，同时发送信号给遥控操作台，遥控操作台提醒操作人员有无人矿卡进入作业区域。当处于作业准备状态的遥控推土机接收到无人矿卡的速度为零和无人矿卡上的物料卸载完成的信号后，控制遥控推土机进入作业状态，同时发送信号给遥控操作台，提醒操作人员对遥控推土机进行作业遥控。本发明提供的矿山开采作业中遥控推土机的控制方法，既提高了操作效率，避免了操作人员长时间查看造成的疲劳，降低了操作人员的劳动强度；又减少了遥控推土机的等待时间，节省燃油消耗，避免了遥控推土机的发动机长时间处于怠速状态，降低磨损，延长了遥控推土机的使用寿命。

本发明提供的矿山开采作业中遥控推土机的控制系统，采用上述的矿山开采作业中遥控推土机的控制方法，遥控推土机和无人矿卡均与遥控操作台无线通讯连接。当遥控推土机的无线射频接收装置接收到无人矿卡上无线射频发射装置的射频信号时，说明无人矿卡已进入作业区域，遥控推土机发送信号给遥控操作台，遥控操作台提醒操作人员准备工作。当无人矿卡停止行走开始卸料，并且卸料完成后，通过信号发送装置发送信号给遥控推土机的信号接收装置，遥控推土机接收到信号进入工作状态，并发送信号给遥控操作台，遥控操作台提醒操作人员对遥控推土机进行作业遥控。该矿山开采作业中遥控推土机的控制系统减少了遥控推土机和操作人员的等待时间，节省了燃油消耗，降低了操作人员的劳动强度。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的矿山开采作业中遥控推土机的控制系统的原理图；

图2是本发明实施例二提供的矿山开采作业中遥控推土机的控制方法的流程图。

图中：

1、遥控操作台；2、遥控推土机；3、无人矿卡；4、远程作业平台；5、5G网络；

11、信号切换装置；12、指令下发装置；21、无线射频接收装置；31、无线射频发射装置；32、物料卸载开关。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种矿山开采作业中遥控推土机的控制系统，包括遥控推土机2、无人矿卡3和遥控操作台1，遥控推土机2和无人矿卡3均与遥控操作台1无线通讯连接。遥控推土机2包括无线射频接收装置21和信号接收装置，无人矿卡3包括无线射频发射装置31、速度检测模块、物料卸载开关32、信号发送装置，无线射频接收装置21用于接收无线射频发射装置31发射的射频信号。速度检测模块用于检测无人矿卡3的速度，物料卸载开关32用于控制无人矿卡3的料斗卸料，当速度检测模块检测到无人矿卡3的速度为零，且物料卸载开关32完成一个开闭周期后，通过信号发送装置发送信号给信号接收装置。

本实施例提供的矿山开采作业中遥控推土机的控制系统，遥控推土机2和无人矿卡3均与遥控操作台1无线通讯连接。当遥控推土机2的无线射频接收装置21接收到无人矿卡3上无线射频发射装置31的射频信号时，说明无人矿卡3已进入作业区域，遥控推土机2发送信号给遥控操作台1，遥控操作台1提醒操作人员准备工作。当无人矿卡3停止行走开始卸料，并且卸料完成后，通过信号发送装置发送信号给遥控推土机2的信号接收装置，遥控推土机2接收到信号进入工作状态，并发送信号给遥控操作台1，遥控操作台1提醒操作人员对遥控推土机2进行作业遥控。该矿山开采作业中遥控推土机的控制系统减少了遥控推土机2和操作人员的等待时间，节省了燃油消耗，降低了操作人员的劳动强度。

在本实施例中，遥控推土机2和无人矿卡3均设置有多个，多个遥控推土机2分布于矿山作业面上的不同作业区域，多个无人矿卡3给不同作业区域或同一作业区域运送物料。遥控推土机2和无人矿卡3均通过5G网络5与遥控操作台1通讯连接。当遥控推土机2接收到无人矿卡3的射频信号后，遥控推土机2自动上电，进入作业准备状态。当遥控推土机2接收到无人矿卡3的速度为零和无人矿卡3的物料卸载完成的信号后，遥控推土机2启动发动机，进入作业状态。

当然，在其他实施例中，无人矿卡3上也可以设置物料举升检测装置，该物料举升检测装置设置在无人矿卡3的料斗开合处，主要用于获取料斗的举升和放平工作状态，并根据物料周期开闭信号的状况做出是否卸料完毕的判断，进一步驱动作业区域内的遥控推土机2进入工作状态，从而节省操作人员的劳动强度和提高操作人员的操作效率。

为了避免遥控推土机2与作业区域内的无人矿卡3发生碰撞，在遥控推土机2接收到无人矿卡3的速度为零和无人矿卡3的物料卸载完成的信号后，等无人矿卡3的射频信号消失后(即无人矿卡3离开作业区域后)再启动发动机。当然，在其他实施例中，也可以将遥控推土机2在作业区域内的行走路线与无人矿卡3的行走路线设置为不同路线，避免二者发生碰撞。

可选地，遥控操作台1包括信号切换装置11和指令下发装置12，信号切换装置11用于切换不同遥控推土机2的通讯链路信号和不同无人矿卡3的通讯链路信号，指令下发装置12用于控制与遥控操作台1建立通讯连接的遥控推土机2和无人矿卡3动作。为了保障操作安全，信号切换装置11同一时间只能确保与一个遥控推土机2进行通讯，其他超过通讯阈值未通讯的遥控推土机2在退回到作业区域指定区域后主动熄火以节省等待时间和怠速时间，以减少燃油消耗和机械磨损。指令下发装置12包括下发控制遥控推土机2行走、转向、制动、铲刀运行和松土器运行的指令，通过指令下发装置12控制遥控推土机2将物料移送至挡土墙外侧。

在本实施例中，遥控操作台1还包括视频显示装置、声音显示装置和灯光显示装置，用于感知遥控推土机2现场的视觉和听觉等信息，并提供给操作人员。

可选地，遥控操作台1还包括急停按钮，急停按钮用于控制与遥控操作台1建立通讯连接的遥控推土机2和无人矿卡3紧急停车。当无人矿卡3出现导航偏差或者在紧急突发情况下，通过按下急停按钮，使遥控推土机2和无人矿卡3紧急停车，以进一步确保安全。当遥控推土机2和无人矿卡3紧急停车后，可以通过人工介入将遥控推土机2停在指定区域后，再人工介入将无人矿卡3驶离作业区域。

可选地，矿山开采作业中遥控推土机的控制系统还包括远程作业平台4，远程作业平台4与遥控操作台1、遥控推土机2和无人矿卡3均无线通讯连接。远程作业平台4根据遥控推土机2分布的区域环境设定遥控推土机2的作业区域，并为遥控推土机2和无人矿卡3规划路径，为无人矿卡3设置目标卸载点。作业区域可以是规则形状的，也可以是不规则形状的，主要根据现场环境定位和安全而通过地图进行预先设定。

远程作业平台4包括计算机控制装置和显示装置，用于根据作业面的地图情况，判断遥控推土机2停止和行走的区域，并远程设定停放遥控推土机2的指定区域，同时对障碍物和挡土墙进行三维建模，形成三维点云数据，当挡土墙或者指定区域发生变化时，及时通过定位地图来调整遥控推土机2的作业区域，并更新三维点云数据，并将触发信号发送至遥控推土机2和无人矿卡3上。同时，远程作业平台4可以接收来自遥控推土机2反馈的无线射频配对成功或者主动断开的信号，并及时显示在地图中，供操作人员做出判断与决策。

可选地，遥控推土机2和无人矿卡3上还设置有定位导航装置，定位导航装置包括GPS和GNSS，用于检测遥控推土机2和无人矿卡3的位置信息，并将该信息上传至远程作业平台4，以便于远程作业平台4及时更新作业区域的地图信息。

GPS和GNSS主要用于导航与定位，为无人矿卡3和遥控推土机2提供高精度的位置信息，实时反馈遥控推土机2和无人矿卡3的行驶速度和对应作业区域的相对位置等信息，同时根据采集的相关信息，对远程作业平台4的三维点云数据进行更新，以便于在作业区域发生重大变化时，及时更新作业区域。通过远程作业平台4提前设定指定区域，并在作业区域内制定约束条件，既解决了一人多机问题，又避免了事故的发生，有效地降低了遥控推土机2的等待时长，同时节省燃油消耗，进一步的避免了遥控推土机2发动机长时间处于怠速状态，降低了系统磨损，延长了使用寿命。

在矿山作业中，每个遥控推土机2和每个无人矿卡3均设置有编号，每个遥控推土机2均设置有无线射频接收装置21，每个无人矿卡3上均设置有无线射频发射装置31，当作业区域内的遥控推土机2的无线射频接收装置21接收到无线射频发射装置31的射频信号时，则代表有无人矿卡3进入到该作业区域，无线射频接收装置21触发成功后即会激活对应的遥控推土机2进入准备工作状态，并使遥控操作台1主动接收遥控推土机2的信号，遥控操作台1接收到信号后点亮指示灯来提示操作人员该作业区域上有无人矿卡3进入，同时在远程作业平台4上显示地图和对应编号的遥控推土机2以提示操作人员。

通过设置在无人矿卡3上的速度检测模块，检测进入遥控推土机2作业区域后无人矿卡3在目标卸载点的车速，当车速变为零且料斗上的物料卸载开关32完成一个周期开闭信号后，则判断为无人矿卡3在作业区域完成一次卸料，此时才可以驱动遥控推土机2进入工作状态。上述检测信号缺一不可，若遥控推土机2检测到无人矿卡3上的速度检测模块检测的车速未变为零，或者车速变为零后料斗上的物料开关未完成一个周期开闭信号则认为无人矿卡3还没有完成一次物料的卸载，遥控推土机2也不会主动进行作业状态。

遥控推土机2接收到无人矿卡3的停止信号和料斗上的物料举升卸载周期开闭信号后，则判断有无人矿卡3在该作业区域进行了物料卸载，该信号可以主动驱动遥控推土机2进入工作状态，该工作状态包括主动启动该作业区域的遥控推土机2并通过5G网络5将信号同步回传至遥控操作台1和远程作业平台4，以便于操作人员及时操作遥控操作台1的信号切换装置11，将控制指令切换至该目标遥控推土机2并进行遥控作业。这种主动触发方式可以进一步提高操作效率，减轻操作人员的劳动强度，同时降低遥控推土机2的等待时长，节省了燃油消耗。

在本实施例中，矿山开采作业中遥控推土机的控制系统还包括处理器、存储器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现以下步骤，包括：

初始化系统；

设定遥控推土机2作业区域；

遥控推土机2接收无人矿卡3的射频信号后进入准备工作状态，点亮遥控操作台1的指示灯；

遥控推土机2接收到无人矿卡3停车信号和物料卸载开关32的周期开闭信号，且无人矿卡3驶出作业区域后，遥控推土机2进入工作状态，启动发动机，同时点亮遥控操作台1的指示灯；

提醒操作人员切换遥控操作台1指令控制信号与目标遥控推土机2建立通讯链路连接。

实施例二

如图2所示，本实施例提供了一种矿山开采作业中遥控推土机2的控制方法，采用实施例一提供的矿山开采作业中遥控推土机的控制系统，包括以下步骤：

S10、设定遥控推土机2的作业区域。

可选地，遥控推土机2设置有多个，多个遥控推土机2设置于不同作业区域。在本实施例中，一个操作人员通过一个遥控操作台1控制多个遥控推土机2，提高了工作效率。无人矿卡3可以为一个，也可以为多个。

通过远程作业平台4设定各个遥控推土机2的作业区域，每个遥控推土机2在作业区域内的指定区域等待工作。

S20、当遥控推土机2接收到无人矿卡3的射频信号后，控制遥控推土机2进入作业准备状态，同时发送信号给遥控操作台1，遥控操作台1提醒操作人员有无人矿卡3进入作业区域。

遥控推土机2进入作业准备状态包括自动上电，准备随时启动。遥控推土机2通过5G网络5给遥控操作台1发送信号后，遥控操作台1上的指示灯点亮，提醒操作人员有无人矿卡3进入作业区域，准备随时切换该作业区域的遥控推土机2的通讯链路。

可选地，当遥控推土机2同时检测到两个以上无人矿卡3的射频信号时，按照预先设定的编码优先决策原则，顺序向两个以上无人矿卡3下发目标卸载点和路径规划导航信息，两个以上无人矿卡3根据各自接收到的目标卸载点和路径规划导航信息，依次按照各自的路径规划导航信息在各自对应的目标卸载点卸载并离开作业区域。

可选地，遥控操作台1能控制遥控推土机2和无人矿卡3紧急停车。遥控操作台1上设置有急停按钮，当作业区域内有两个以上无人矿卡3时，容易出现两个无人矿卡3因程序错乱导致互相碰撞或与遥控推土机2碰撞的风险，当出现紧急情况时，通过急停按钮控制无人矿卡3和遥控推土机2紧急停车。

S30、当处于作业准备状态的遥控推土机2接收到无人矿卡3的速度为零和无人矿卡3上的物料卸载完成的信号后，控制遥控推土机2进入作业状态，同时发送信号给遥控操作台1，遥控操作台1提醒操作人员对遥控推土机2进行作业遥控。

当无人矿卡3行走至目标卸载点时停止行走，此时速度为零；当无人矿卡3将料斗中的物料卸至目标卸载点后，物料卸载开关32完成一个周期开闭，当遥控推土机2通过信号接收装置接收到无人矿卡3的信号发送装置的周期开闭信号后，进入作业状态，即遥控推土机2自动启动发动机。同时遥控推土机2发送信号给遥控操作台1，点亮遥控操作台1上的指示灯，提醒操作人员准备随时通过信号切换装置11切换到该遥控推土机2的通讯链路。

可选地，操作人员对遥控推土机2进行作业遥控的方法包括切换到发送信号给遥控操作台1的遥控推土机2的通讯链路，通过遥控操作台1控制遥控推土机2工作。通过信号切换装置11切换遥控操作台1与目标遥控推土机2的通讯链路，通过指令下方装置控制遥控推土机2工作。

可选地，遥控操作台1在同一时间只能与一台遥控推土机2进行通讯连接，被切换的遥控推土机2退回至指定区域并熄火。在本实施例中，为了保障操作安全，信号切换装置11同一时间只能确保与一个遥控推土机2进行通讯，其他超过通讯阈值未通讯的遥控推土机2在退回到作业区域指定区域后主动熄火以节省等待时间和怠速时间，以减少燃油消耗和机械磨损。指令下发装置12包括下发控制遥控推土机2行走、转向、制动、铲刀运行和松土器运行的指令，通过指令下发装置12控制遥控推土机2将物料移送至挡土墙外侧。

可选地，当处于作业准备状态的遥控推土机2接收到无人矿卡3的速度为零和无人矿卡3上的物料卸载完成的信号后，控制遥控推土机2进入作业状态的步骤还包括：

遥控推土机2检测无人矿卡3的射频信号是否消失，若是，则控制遥控推土机2进入作业状态；若否，则遥控推土机2继续处于作业准备状态。

为了避免作业区域内无人矿卡3与遥控推土机2碰撞，遥控推土机2在接收到无人矿卡3的物料卸载开关32周期开闭信号后，遥控推土机2并不立即进入工作状态，而是要持续监测无人矿卡3是否已驶出该遥控推土机2的作业区域，当遥控推土机2接收不到此前与其配对成功的无人矿卡3的射频信号时，表示无人矿卡3已经离开了该作业区域，判断该作业区域是不存在与无人矿卡3碰撞的风险，此时遥控推土机2进入工作状态。

可选地，当遥控推土机2已经进入作业状态后，又检测到无人矿卡3的射频信号时，控制无人矿卡3在安全区域等候；当遥控推土机2当前作业完成后，控制遥控推土机2进入指定区域等候，再控制无人矿卡3按照各自的路径规划导航信息在各自对应的目标卸载点卸载并离开作业区域。

当出现两台无人矿卡3在作业区域内与遥控推土机2无线射频信号全部连接后又分别主动断开后，遥控推土机2才能进入工作状态。同理，当遥控推土机2判断射频信号全部断开，遥控推土机2进入工作状态并启动发动机后，若此时又接收到射频信号配对成功，按照远程作业平台4预先设定的“先进先出”原则，无人矿卡3主动在作业区域外的安全区域刹车制动等候，操作人员在作业完成后，遥控推土机2退回至指定区域后，才可以手动或自动解除安全区域的无人矿卡3按照既定路径进入目标卸载点。当遥控推土机2继续检测到无人矿卡3的停止信号和物料卸载开关32的周期开闭信号后，并与匹配的无人矿卡3的无线射频信号主动断开后，遥控推土机2才能进入工作状态。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。