适用于磷矿辅运巷道无人运输车的传感器安装结构及装配运行方法

技术领域

本发明涉及磷矿无人运输设备技术领域，具体涉及适用于磷矿辅运巷道无人运输车的传感器安装结构及装配运行方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的进步，矿区生产逐渐进入远程、智能、无人化时代，以达到减人增效的目的。磷矿辅运巷道是用于磷矿开采和运输的通道，而无轨胶轮车是矿区巷道运输系统中最重要的交通工具，常用于运输矿物、机械装备和矿区人员等，具有用途广、灵活性强等特点。但是，井下巷道交通环境复杂以及人工驾驶车辆的不稳定性，导致井下安全事故频发。因此，使用无人化的采矿、运输装备，可以减少矿下工作人员的数量，有利于提高工作效率以及开采和运输的安全性。

基于此，为了实现矿洞内磷矿的无人运输，本发明人团队在CN 114954525 A中，公开了一种适用于磷矿开采巷道的无人驾驶运输车系统及运行方法，此无人驾驶运输车中其中一个部件为感知系统，感知系统依靠摄像头传感器和雷达传感器为执行系统的无人运输车提供环境信息，辅助无人运输车完成导航和定位。因此，摄像头所采集到的矿洞实时图像的清晰度将直接影响无人运输车的正常运行。

而在后续实际研发过程中发现，由于受到巷道中粉尘多的影响，摄像头的表面容易蒙上灰尘，进而严重影响摄像头所采集的图像清晰度，影响图像处理精度，进而影响运输车的正常路径规划和障碍物检测；同时，受到矿洞地面不平的影响，运输车运行过程中所安装的摄像头容易受到车体振动干扰而发生振动，影响图像采集的效果，在一定程度上使采集的图像出现模糊。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供适用于磷矿辅运巷道无人运输车的传感器安装结构及装配运行方法，此安装结构能够用于无人运输车上摄像头的安装，能够实现对摄像头的及时清洗，保证其采集到的图像清晰度，进而保证了后续图像处理精度，保证了无人运输车路径规划精度，保证了行驶安全性；而且通过缓冲结构实现摄像头的缓冲，在一定程度上降低了振动对图像采集过程的影响。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：适用于磷矿辅运巷道无人运输车的传感器安装结构，它包括无人运输车本体，无人运输车本体的头部设置有驾驶室，所述驾驶室的顶端中间部位通过头部支架结构安装有用于对航道前方进行图像采集的头部摄像机；驾驶室的顶端两侧通过减振支架结构对称安装有用于对航道后方两侧进行图像采集的第一侧部摄像机和第二侧部摄像机；

所述头部摄像机与用于对其进行清洗的头部清洗管路相连；

所述第一侧部摄像机和第二侧部摄像机与用于对其进行清洗的侧部清洗管路相连；

所述头部清洗管路和侧部清洗管路都同时与供水装置相连。

所述头部支架结构包括用于和驾驶室的顶端固定相连的第一头部安装座结构，第一头部安装座结构的末端通过中间连杆结构与第二头部安装座结构相连，第二头部安装座结构上固定安装头部摄像机。

所述第一头部安装座结构包括第一底板，第一底板的顶端通过第一底座固定有第一支撑杆，第一支撑杆的末端设置有第一连接槽，第一连接槽的内壁上呈圆周均布设置有多根第一插接柱，相邻的第一插接柱之间设置有第一插孔，第一连接槽的中心部位加工有第一中心孔。

所述中间连杆结构包括中间杆，中间杆的两端分别设置有用于和第一头部安装座结构以及第二头部安装座结构相配合的第一配合连接槽和第二配合连接槽。

所述第二头部安装座结构包括用于安装头部摄像机的第一摄像机安装座，第一摄像机安装座的底端固定有第二支撑杆，第二支撑杆的尾部一端设置有第一连接头结构，第一连接头结构与中间连杆结构的第二配合连接槽配合相连。

所述减振支架结构包括用于和驾驶室的顶端固定相连的第一侧部安装座结构，第一侧部安装座结构的端头安装有第二侧部安装座结构，第二侧部安装座结构的末端用于固定安装相应侧的第一侧部摄像机和第二侧部摄像机；第一侧部安装座结构和第二侧部安装座结构之间安装有弹簧减震器。

所述第一侧部安装座结构包括第二底板，第二底板的顶部通过第二底座固定有主臂，主臂的末端设置有柱形连接头，柱形连接头的中心部位加工有第一螺栓孔，主臂的外壁上固定有用于连接弹簧减震器的第一耳座。

所述第二侧部安装座结构包括用于安装摄像机的第二摄像机安装座，第二摄像机安装座的顶部通过第三底座固定安装有副臂，副臂的末端设置有球头柱，球头柱的中心加工有齿柱槽，齿柱槽的中心部位加工有第二螺栓孔；所述副臂的外壁上设置有用于连接弹簧减震器的第二耳座；球头柱的中心部位加工有第二螺栓孔。

所述供水装置包括水箱，水箱的顶端设置有激光雷达和进水口，水箱的侧壁上连接有主出水管，主出水管与固定在驾驶室顶端的水泵相连，水泵的出水口通过连通管与分水阀相连，分水阀的出水口分别连通头部清洗管路和侧部清洗管路；

所述头部清洗管路包括用于和分水阀相连的第一供水管，第一供水管的末端与设置在头部摄像机上的头部清洗头相连通，并用于对头部摄像机的表面进行清洗；

所述侧部清洗管路包括用于和分水阀相连的第二供水管，第二供水管的末端与设置在相应的第一侧部摄像机和第二侧部摄像机上的侧部清洗头相连通，并用于对第一侧部摄像机和第二侧部摄像机的表面进行清洗。

适用于磷矿辅运巷道无人运输车的传感器安装结构的装配运行方法，包括以下步骤：

步骤一，供水装置的布置安装：

在驾驶室顶端固定安装相应的水箱和水泵，并将两者之间通过主出水管相连通，将水泵通过连通管与分水阀相连；

步骤二，头部支架结构及头部摄像机的布置安装：

将第一头部安装座结构固定安装在驾驶室的顶端，通过中间连杆结构将第二头部安装座结构与第一头部安装座结构固定相连，并通过相应的第一插接柱调节第二头部安装座结构的安装角度；然后，将头部摄像机固定在第二头部安装座结构上；

步骤三，减振支架结构及对应的第一侧部摄像机和第二侧部摄像机的布置安装：

将第一侧部安装座结构固定安装在驾驶室的顶端侧边，再将第二侧部安装座结构通过柱形连接头和齿柱槽之间的角度调节安装结构相连，再将第一侧部摄像机和第二侧部摄像机安装在相应的第二侧部安装座结构上；

步骤四，头部清洗管路的布置连接：

将第一供水管与分水阀相连，并通过第一供水管与安装在头部摄像机上的头部清洗头相连通；

步骤五，侧部清洗管路的布置连接：

将第二供水管与分水阀相连，并通过第二供水管与安装在第一侧部摄像机和第二侧部摄像机上的侧部清洗头相连通；

步骤六，激光雷达的布置安装；

将激光雷达安装在水箱的顶端；

步骤七，摄像机的自动清洁：

无人运输车行驶在巷道中，由于巷道环境封闭，巷道中很多尘土，常附着于摄像头镜面上，影响图片拍摄质量，具体过程为，当摄像头拍摄照片传入处理器，通过嵌入的图片检测网络，判断图片的清晰度，当摄像头镜面附着尘土时，图片不清晰，此时自动控制供水装置开启，此时预先在水箱的内部注满洗涤水，通过水泵从水箱中抽出水，再通过分水阀将水分别引入到头部清洗管路和侧部清洗管路，通过相应的管路将清洁水引入到相应的清洗头，进而对摄像机的镜头进行清洗，待检测图片清晰时，自动控制供水装置关闭。

本发明有如下有益效果：

1、通过采用本发明安装结构能够用于无人运输车上摄像头的安装，能够实现对摄像头的及时清洗，保证其采集到的图像清晰度，进而保证了后续图像处理精度，保证了无人运输车路径规划精度，保证了行驶安全性；而且通过缓冲结构实现摄像头的缓冲，在一定程度上降低了振动对图像采集过程的影响。

2、通过上述的头部支架结构能够用于对头部摄像机进行支撑安装，而且通过第一头部安装座结构、中间连杆结构与第二头部安装座结构之间的配合，能够方便的对头部摄像机的安装角度进行调整，进而调节摄像的角度。

3、通过上述的第一头部安装座结构能够与驾驶室相配合固定，进而便于后续对中间连杆结构的安装。

4、通过上述的中间连杆结构能够用于将第一头部安装座结构和第二头部安装座结构相配合，进而方便的实现第二头部安装座结构的安装角度的调整。

5、通过上述的第二头部安装座结构能够用于对头部摄像机进行固定安装，进而方便的对头部摄像机的安装角度进行调节。

6、通过上述的减振支架结构能够实现对第一侧部摄像机和第二侧部摄像机的缓冲减振安装，保证了其能够适应矿洞的路面结构，保证了行驶过程中实现了很好的缓冲减振效果，通过弹簧减震器起到了很好的减振缓冲效果。

7、通过上述的第一侧部安装座结构能够用于和驾驶室的顶部进行固定相连，而且方便的对第二侧部安装座结构的固定安装。

8、通过上述的供水装置能够用于提供冲洗水。工作过程中，通过水泵抽取水箱内部的水，再借助水泵将水供应到头部清洗管路和侧部清洗管路。

9、通过上述的头部清洗管路能够用于对头部摄像机进行清洗。

10、通过上述的侧部清洗管路能够用于对第一侧部摄像机和第二侧部摄像机进行清洗。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明第一视角三维图。

图2为本发明第二视角三维图。

图3为本发明第三视角三维图。

图4为本发明第四视角三维图。

图5为本发明第二头部安装座结构三维结构图。

图6为本发明中间连杆结构三维结构图。

图7为本发明第一头部安装座结构第一视角三维图。

图8为本发明第一头部安装座结构第二视角三维图。

图9为本发明第一侧部安装座结构第一视角三维图。

图10为本发明第一侧部安装座结构第二视角三维图。

图11为本发明第二侧部安装座结构第一视角三维图。

图12为本发明第二侧部安装座结构第二视角三维图。

图13为本发明的无人运输车本体的系统结构图。

图中：无人运输车本体1、驾驶室2、第二头部安装座结构3、头部摄像机4、头部清洗头5、中间连杆结构6、第一头部安装座结构7、第一供水管8、水箱9、注水孔10、激光雷达11、第一侧部摄像机12、主出水管13、水泵14、连通管15、分水阀16、第二供水管17、第一侧部安装座结构18、弹簧减震器19、第二侧部安装座结构20、第二侧部摄像机21、侧部清洗头22；

第一摄像机安装座301、第二支撑杆302、第一连接头结构303；

第二底板1801、第二底座1802、主臂1803、第一耳座1804、柱形连接头1805、第一螺栓孔1806；

第二摄像机安装座2001、第三底座2002、副臂2003、第二耳座2004、齿柱槽2005、第二螺栓孔2006、球头柱2007。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

请参阅图1-12，适用于磷矿辅运巷道无人运输车的传感器安装结构，它包括无人运输车本体1，无人运输车本体1的头部设置有驾驶室2，所述驾驶室2的顶端中间部位通过头部支架结构安装有用于对航道前方进行图像采集的头部摄像机4；驾驶室2的顶端两侧通过减振支架结构对称安装有用于对航道后方两侧进行图像采集的第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21；所述头部摄像机4与用于对其进行清洗的头部清洗管路相连；所述第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21与用于对其进行清洗的侧部清洗管路相连；所述头部清洗管路和侧部清洗管路都同时与供水装置相连。此安装结构能够用于无人运输车上摄像头的安装，能够实现对摄像头的及时清洗，保证其采集到的图像清晰度，进而保证了后续图像处理精度，保证了无人运输车路径规划精度，保证了行驶安全性；而且通过缓冲结构实现摄像头的缓冲，在一定程度上降低了振动对图像采集过程的影响。具体工作过程中，通过头部摄像机4、第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21实时采集巷道内部的图像信息，通过相应的减振支架结构实现对相应的摄像机的减振缓冲，通过供水装置提供给头部清洗管路和侧部清洗管路进行供水，进而对头部摄像机4、第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21的镜头进行实时清洗，进而保证了对环境信息采集的清晰度。

进一步的，所述头部支架结构包括用于和驾驶室2的顶端固定相连的第一头部安装座结构7，第一头部安装座结构7的末端通过中间连杆结构6与第二头部安装座结构3相连，第二头部安装座结构3上固定安装头部摄像机4。通过上述的头部支架结构能够用于对头部摄像机4进行支撑安装，而且通过第一头部安装座结构7、中间连杆结构6与第二头部安装座结构3之间的配合，能够方便的对头部摄像机4的安装角度进行调整，进而调节摄像的角度。

进一步的，所述第一头部安装座结构7包括第一底板701，第一底板701的顶端通过第一底座702固定有第一支撑杆703，第一支撑杆703的末端设置有第一连接槽704，第一连接槽704的内壁上呈圆周均布设置有多根第一插接柱705，相邻的第一插接柱705之间设置有第一插孔707，第一连接槽704的中心部位加工有第一中心孔706。通过上述的第一头部安装座结构7能够与驾驶室2相配合固定，进而便于后续对中间连杆结构6的安装。

进一步的，所述中间连杆结构6包括中间杆601，中间杆601的两端分别设置有用于和第一头部安装座结构7以及第二头部安装座结构3相配合的第一配合连接槽602和第二配合连接槽603。通过上述的中间连杆结构6能够用于将第一头部安装座结构7和第二头部安装座结构3相配合，进而方便的实现第二头部安装座结构3的安装角度的调整。

进一步的，所述第二头部安装座结构3包括用于安装头部摄像机4的第一摄像机安装座301，第一摄像机安装座301的底端固定有第二支撑杆302，第二支撑杆302的尾部一端设置有第一连接头结构303，第一连接头结构303与中间连杆结构6的第二配合连接槽603配合相连。通过上述的第二头部安装座结构3能够用于对头部摄像机4进行固定安装，进而方便的对头部摄像机4的安装角度进行调节。

进一步的，所述减振支架结构包括用于和驾驶室2的顶端固定相连的第一侧部安装座结构18，第一侧部安装座结构18的端头安装有第二侧部安装座结构20，第二侧部安装座结构20的末端用于固定安装相应侧的第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21；第一侧部安装座结构18和第二侧部安装座结构20之间安装有弹簧减震器19。通过上述的减振支架结构能够实现对第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21的缓冲减振安装，保证了其能够适应矿洞的路面结构，保证了行驶过程中实现了很好的缓冲减振效果，通过弹簧减震器19起到了很好的减振缓冲效果。

进一步的，所述第一侧部安装座结构18包括第二底板1801，第二底板1801的顶部通过第二底座1802固定有主臂1803，主臂1803的末端设置有柱形连接头1805，柱形连接头1805的中心部位加工有第一螺栓孔1806，主臂1803的外壁上固定有用于连接弹簧减震器19的第一耳座1804。通过上述的第一侧部安装座结构18能够用于和驾驶室2的顶部进行固定相连，而且方便的对第二侧部安装座结构20的固定安装。

进一步的，所述第二侧部安装座结构20包括用于安装摄像机的第二摄像机安装座2001，第二摄像机安装座2001的顶部通过第三底座2002固定安装有副臂2003，副臂2003的末端设置有球头柱2007，球头柱2007的中心加工有齿柱槽2005，齿柱槽2005的中心部位加工有第二螺栓孔2006；所述副臂2003的外壁上设置有用于连接弹簧减震器19的第二耳座2004；球头柱2007的中心部位加工有第二螺栓孔2006。通过上述的第二侧部安装座结构20能够实现对第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21的固定安装，而且能够方便的对安装角度进行调整。

进一步的，所述供水装置包括水箱9，水箱9的顶端设置有激光雷达11和进水口10，水箱9的侧壁上连接有主出水管13，主出水管13与固定在驾驶室2顶端的水泵14相连，水泵14的出水口通过连通管15与分水阀16相连，分水阀16的出水口分别连通头部清洗管路和侧部清洗管路。通过上述的供水装置能够用于提供冲洗水。工作过程中，通过水泵14抽取水箱9内部的水，再借助水泵14将水供应到头部清洗管路和侧部清洗管路。

进一步的，所述头部清洗管路包括用于和分水阀16相连的第一供水管8，第一供水管8的末端与设置在头部摄像机4上的头部清洗头5相连通，并用于对头部摄像机4的表面进行清洗。通过上述的头部清洗管路能够用于对头部摄像机4进行清洗。工作过程中，通过水泵14给第一供水管8进行供水，再通过第一供水管8给头部清洗头5进行供水，进而通过头部清洗头5对头部摄像机4进行清洗。

进一步的，所述侧部清洗管路包括用于和分水阀16相连的第二供水管17，第二供水管17的末端与设置在相应的第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21上的侧部清洗头22相连通，并用于对第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21的表面进行清洗。通过上述的侧部清洗管路能够用于对第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21进行清洗。工作过程中，通过水泵14给第二供水管17进行供水，再通过第二供水管17给侧部清洗头22进行供水，进而通过侧部清洗头22对第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21进行清洗。

实施例2：

适用于磷矿辅运巷道无人运输车的传感器安装结构的装配运行方法，包括以下步骤：

步骤一，供水装置的布置安装：

在驾驶室2顶端固定安装相应的水箱9和水泵14，并将两者之间通过主出水管13相连通，将水泵14通过连通管15与分水阀16相连；

步骤二，头部支架结构及头部摄像机4的布置安装：

将第一头部安装座结构7固定安装在驾驶室2的顶端，通过中间连杆结构6将第二头部安装座结构3与第一头部安装座结构7固定相连，并通过相应的第一插接柱705调节第二头部安装座结构3的安装角度；然后，将头部摄像机4固定在第二头部安装座结构3上；

步骤三，减振支架结构及对应的第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21的布置安装：

将第一侧部安装座结构18固定安装在驾驶室2的顶端侧边，再将第二侧部安装座结构20通过柱形连接头1805和齿柱槽2005之间的角度调节安装结构相连，再将第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21安装在相应的第二侧部安装座结构20上；

步骤四，头部清洗管路的布置连接：

将第一供水管8与分水阀16相连，并通过第一供水管8与安装在头部摄像机4上的头部清洗头5相连通；

步骤五，侧部清洗管路的布置连接：

将第二供水管17与分水阀16相连，并通过第二供水管17与安装在第一侧部摄像机12和第二侧部摄像机21上的侧部清洗头22相连通；

步骤六，激光雷达11的布置安装；

将激光雷达11安装在水箱9的顶端；

步骤七，摄像机的自动清洁：

无人运输车行驶在巷道中，由于巷道环境封闭，巷道中很多尘土，常附着于摄像头镜面上，影响图片拍摄质量，具体过程为，当摄像头拍摄照片传入处理器，通过嵌入的图片检测网络，判断图片的清晰度，当摄像头镜面附着尘土时，图片不清晰，此时自动控制供水装置开启，此时预先在水箱9的内部注满洗涤水，通过水泵14从水箱中抽出水，再通过分水阀16将水分别引入到头部清洗管路和侧部清洗管路，通过相应的管路将清洁水引入到相应的清洗头，进而对摄像机的镜头进行清洗，待检测图片清晰时，自动控制供水装置关闭。

实施例3：

图13示出了使用本发明传感器安装结构的无人运输车感知系统，并配合无人运输车其它系统工作的实施方式，本实施例中的一种适用于磷矿辅运巷道的无人运输车系统具体包括感知系统，所述感知系统包括激光雷达和摄像传感器，所述摄像传感器用于采集无人运输车的周围的环境信息，所述激光雷达用于实时扫描巷道环境，获取巷道的点云信息；规划系统，所述规划系统根据激光雷达获取的数据，经过处理得到巷道中心线，并结合巷道环境信息规划无人运输车行驶轨迹；控制系统，所述控制系统包括路径跟踪模块，所述的路径跟踪模块跟踪规划系统所规划的巷道中心线行驶轨迹，并调整无人运输车因跟踪轨迹行驶时产生的误差；执行系统，所述执行系统与所述控制系统信号相连，用于获取控制系统的控制信号，并根据获取的控制信号控制无人运输车在巷道中间行驶，确保无人运输车的行驶安全。

所述规划系统包括处理器，所述处理器用于接收激光雷达扫描到的巷道环境点云数据，用于获取磷矿巷道的中心线，并根据巷道中心线信息和摄像传感器采集到的无人运输车周围环境信息规划无人运输车行驶轨迹，其具体过程为规划系统接收来自感知系统的信息，主要是由无人运输车搭载的激光雷达实时扫描巷道环境，通过对获得的点云数据进行处理得到巷道中心线。首先，通过搭载在无人运输车上的激光雷达对磷矿辅运巷道进行扫描，得到巷道点云，处理器对点云进行滤波、感兴趣区域分割处理后提取路面点云，再使用Alpha Shapes算法提取路面点云的巷道边界，最后使用在处理器内的三角网中心线提取算法，获得边界约束下的中心线行驶轨迹。使得无人运输车以巷道中心线为行驶轨迹，保障安全的行驶。