本發(fā)明屬于采礦設(shè)備，特別涉及一種基于多模態(tài)信息感知的勘探及采集一體化機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、煤炭是古代植物埋藏在地下經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)變化逐漸形成的固體可燃性礦物。煤炭的供應(yīng)也關(guān)系到我國的工業(yè)乃至整個(gè)社會(huì)方方面面的發(fā)展的穩(wěn)定，煤炭的供應(yīng)安全問題也是我國能源安全中最重要的一環(huán)。雖然目前有很多采礦機(jī)械，但是地底煤礦施工區(qū)還是經(jīng)常有事故發(fā)生。在很多地底煤礦開采區(qū)都存在危險(xiǎn)，例如瓦斯和高密度灰塵等，都會(huì)直接或間接影響施工人員的生命安全。并且在許多地底施工區(qū)內(nèi)，其環(huán)境時(shí)而空間狹小,時(shí)而隧道地面崎嶇，十分不適合大型挖煤機(jī)的作業(yè)，因此很多時(shí)候都采用人工挖礦的方式，人力成本高且效率低。如果不對(duì)礦洞進(jìn)行深入勘探便貿(mào)然挖掘，那么在極大程度上會(huì)危及施工人員的生命安全，同時(shí)也可能造成資源的極大浪費(fèi)。由此可見，提前對(duì)礦洞進(jìn)行勘探以及對(duì)礦洞內(nèi)物料進(jìn)行采集分析具有至關(guān)重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種具備遠(yuǎn)程控制功能，可用于礦洞勘探以及礦樣采集，有效保護(hù)了人員的生命健康。同時(shí)能夠代替人類在狹小空間和地面崎嶇等復(fù)雜環(huán)境中工作，提供一種基于多模態(tài)信息感知的勘探及采集一體化機(jī)器人。

2、本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種基于多模態(tài)信息感知的勘探及采集一體化機(jī)器人，包括作業(yè)倉，作業(yè)倉兩側(cè)設(shè)置有對(duì)稱的履帶輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)，作業(yè)倉末端設(shè)置有對(duì)稱的支撐桿件，用于穩(wěn)定設(shè)備的運(yùn)行，作業(yè)倉上端設(shè)有雙融合式機(jī)械臂，用于實(shí)現(xiàn)礦樣的抓夾以及采集；作業(yè)倉前端設(shè)有有機(jī)器視覺模塊、激光雷達(dá)、信號(hào)放大器以及鼓風(fēng)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦洞環(huán)境的勘探以及三維場景的構(gòu)建。

3、在一些實(shí)施例中，作業(yè)倉內(nèi)部設(shè)有北斗雙模模塊、氣體檢測傳感器、溫濕度檢測模塊、重力檢測傳感器、氣泵驅(qū)動(dòng)模塊以及氣泵，所述作業(yè)倉內(nèi)部一側(cè)安裝北斗雙模模塊及溫濕度檢測模塊，一側(cè)安裝氣體檢測傳感器、氣泵驅(qū)動(dòng)模塊以及氣泵，作業(yè)倉內(nèi)部末端安裝重力檢測傳感器及裝料盒。

4、在一些實(shí)施例中，支撐桿件包括支撐架、拉伸機(jī)構(gòu)以及磁性裝置，拉伸機(jī)構(gòu)內(nèi)部下表面安裝磁性裝置，支撐架頂端安裝磁性裝置，支撐架位于拉伸機(jī)構(gòu)內(nèi)部，所述拉伸機(jī)構(gòu)與支撐架通過液壓裝置進(jìn)行連接收放。

5、在一些實(shí)施例中，雙融合式機(jī)械臂包括：

6、機(jī)械臂底座；

7、第三機(jī)械臂，所述第三機(jī)械臂下端安裝在機(jī)械臂底座上，并可以繞機(jī)械臂底座進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)；

8、第一機(jī)械臂，所述第一機(jī)械臂安裝在第三機(jī)械臂上端，并可以繞第三機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)，第一機(jī)械臂前端夾持裝置和打孔裝置；

9、第二機(jī)械臂，所述第二機(jī)械臂安裝在第三機(jī)械臂上端，并可以繞第三機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)，第二機(jī)械臂前端設(shè)置采樣裝置。

10、在一些實(shí)施例中，夾持裝置和打孔裝置包括：

11、第一前端伺服器連接板，所述第一前端伺服器連接板安裝在第一機(jī)械臂前端，第一前端伺服器連接板的安裝槽中安裝第五伺服電機(jī)；

12、第二標(biāo)準(zhǔn)連接圓盤，所述第二標(biāo)準(zhǔn)連接圓盤安裝在第五伺服電機(jī)的輸出端，第二標(biāo)準(zhǔn)連接圓盤與兩側(cè)對(duì)稱的直角固定板相連，在兩直角固定板的間隙中安裝零件主板，在零件主板底部安裝兩側(cè)對(duì)稱的第五六角聯(lián)動(dòng)輪；

13、齒輪臂，所述齒輪臂安裝在第五六角聯(lián)動(dòng)輪上，在齒輪臂上端安裝兩側(cè)對(duì)稱的夾口件，零件主板與夾口件之間鉸接連接有連接桿件；

14、打孔桿件，所述打孔桿件安裝在零件主板前端的開孔內(nèi)，在零件主板開孔中安裝伸縮彈簧，設(shè)置阻隔裝置與打孔桿件相連。

15、在一些實(shí)施例中，采樣裝置包括：

16、第二前端伺服器連接板，所述第二前端伺服器連接板安裝在第二機(jī)械臂前端，第二前端伺服器連接板安裝槽中安裝第七伺服電機(jī)；

17、第一標(biāo)準(zhǔn)連接圓盤相連，所述第一標(biāo)準(zhǔn)連接圓盤相連安裝第七伺服電機(jī)的輸出端；

18、采樣噴頭所述采樣噴頭安裝在第一標(biāo)準(zhǔn)連接圓盤相連上。

19、基于多模態(tài)信息感知的勘探及采集一體化機(jī)器人的使用方法，包括：

20、s1：將基于多模態(tài)信息感知的勘探及采集一體化機(jī)器人行駛至礦洞內(nèi)，并對(duì)礦洞內(nèi)的氣體和濕度進(jìn)行檢測；

21、s2：激光雷達(dá)掃描采集礦洞內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建礦洞內(nèi)的三維表面模型；

22、s3：操作人員通過機(jī)器視覺模塊觀察基于多模態(tài)信息感知的勘探及采集一體化機(jī)器人周圍情況，機(jī)器視覺模塊對(duì)環(huán)境進(jìn)行可行性分析，通過信號(hào)放大器連接外顯示屏，對(duì)礦洞內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行顯示；

23、s4：雙融合式機(jī)械臂進(jìn)行礦樣采集，機(jī)器視覺模塊檢測到前方礦樣時(shí)，打孔桿件對(duì)礦樣進(jìn)行開采，實(shí)現(xiàn)礦樣的抓取采集；氣泵驅(qū)動(dòng)模塊?驅(qū)動(dòng)氣泵進(jìn)行工作，粉末狀礦樣通過采樣噴頭進(jìn)行吸取，通過氣泵管輸送到裝料盒中，完成粉末狀礦樣的采集；

24、s5：重力檢測傳感器對(duì)裝料盒中的物料重量進(jìn)行測量，當(dāng)超過設(shè)定值時(shí)，發(fā)出警報(bào)進(jìn)行提示。

25、在一些實(shí)施例中，步驟s1包括：

26、s11：北斗定位實(shí)時(shí)監(jiān)測基于多模態(tài)信息感知的勘探及采集一體化機(jī)器人的移動(dòng)軌跡；

27、s12：氣體檢測傳感器檢測礦洞內(nèi)的o2、h2s、co、ch4四種氣體含量，對(duì)礦洞的安全性進(jìn)行分析，當(dāng)四種氣體的含量分別達(dá)到設(shè)定的數(shù)值，發(fā)出不同的警報(bào)聲進(jìn)行提示；

28、s13：溫濕度檢測模塊對(duì)礦洞內(nèi)的溫度以及濕度進(jìn)行檢測，并將檢測后的數(shù)值進(jìn)行顯示。

29、在一些實(shí)施例中，步驟s2包括：

30、判斷采集場地是否在高粉塵環(huán)境下；

31、若采集場地不處于高粉塵環(huán)境下，激光雷達(dá)掃描采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維表面模型；

32、若采集場地處于高粉塵環(huán)境下，開啟鼓風(fēng)裝置，對(duì)粉塵進(jìn)行處理后，激光雷達(dá)掃描采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用三維建模優(yōu)化方法構(gòu)建三維表面模型。

33、在一些實(shí)施例中，三維建模優(yōu)化方法包括：

34、建立三維空間坐標(biāo)系，確定坐標(biāo)系的原點(diǎn)、坐標(biāo)軸方向和單位長度；

35、對(duì)三維空間進(jìn)行離散化處理，將其劃分為一個(gè)個(gè)小的單元，用于存儲(chǔ)和處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)以及后續(xù)的建模計(jì)算；

36、基于貝葉斯理論的融合算法將激光雷達(dá)不同時(shí)刻采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行建模；

37、利用基于深度學(xué)習(xí)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)去噪算法對(duì)所在作業(yè)場景內(nèi)的噪音進(jìn)行濾除；

38、利用卡爾曼濾波算法以及粒子濾波算法干擾聲波進(jìn)行濾除；

39、采用多邊形網(wǎng)格建模方法，根據(jù)融合后得到的目標(biāo)表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將點(diǎn)云連接成三角形面片，構(gòu)建目標(biāo)的表面模型；

40、采用概率密度函數(shù)來描述粉塵在三維空間中的分布情況，最終完成三維模型構(gòu)建。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

42、本發(fā)明通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙融合機(jī)械臂可以對(duì)礦樣進(jìn)行抓夾及采集，利用機(jī)器視覺模塊以及激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)礦洞的勘探及地形的三維重建，采用多種算法協(xié)同作用，通過重復(fù)觀測環(huán)境特征來定位自身位置和姿態(tài)，同時(shí)多種傳感器耦合運(yùn)行，最大程度上對(duì)礦洞內(nèi)溫濕度及氣體環(huán)境進(jìn)行檢測，且通過作業(yè)倉后端支撐架可以提高作業(yè)穩(wěn)定性，保證整體的作業(yè)平穩(wěn)。