一种煤矿中使用的可穿戴智能单兵装置的制作方法

1.本发明涉及煤矿井下设备维修技术领域，尤其涉及一种煤矿中使用的可穿戴智能单兵装置。


背景技术：

2.工人进入矿井进行巡检和维修，是煤矿日常生产经营中的重要环节，能够保证煤矿的稳定高效生产与安全运行。随着煤矿智能化水平不断提高，井下各种设备装置日趋复杂，如采煤工作面就需要采煤机、刮板输送机、液压支架等设备的协同运行。
3.在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：由于不同设备由不同单位负责研发与配套，每套设备都极为复杂，一旦出现设备故障或其它疑难问题，工人难以第一时间解决，往往需要联系相关设备研发单位的专家前来解决问题。这种模式严重影响了煤矿的生产效率。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种提高井下巡检和维修效率的可穿戴智能单兵装置。
5.为达到上述目的，本发明提出的一种煤矿中使用的可穿戴智能单兵装置，包括背心和头盔，其中，背心包括：
6.至少一个内衬；
7.传感器模块，设置在内衬中，用于测量井下环境参数；
8.通信模块，设置内衬中，分别与传感器模块、头盔、井下设备可通信地耦合，用于该单兵装置与井上控制中心之间进行通信；
9.头盔包括：
10.安全帽，用于保护井下人员的头部安全；
11.九轴陀螺仪，安装在安全帽的内部，用于对安全帽进行定位；
12.双目摄像头，安装在安全帽的前方，用于获取井下人员视角的图像以及识别井下设备的标识号；
13.耳麦，用于获取井下声音以及向井下人员输出声音；
14.ar眼镜，与安全帽铰接，用于与井下人员进行手势交互，显示传感器模块的实测数据，井下设备的状态参数和井上控制中心传来的图像。
15.本发明提供的可穿戴智能单兵装置，安装有井下环境参数的传感器，并以可穿戴设备的方式呈现，能够实现对井下环境的更加精确与灵活的探知，从而提升了井下巡检的安全性；此外，本发明可以使井下工人对井下设备进行设备识别，再用通信手段获取井下目标设备的实时运行状态，利用ar眼镜，还能实现井上专家远程指导井下工人进行设备检修，从而提高工人井下巡检和维修的效率，降低对工人专业技术水平的要求。
16.进一步地，所述安全帽的上方设有可拆卸的探照灯。
17.进一步地，所述传感器模块包括：
18.气压传感器，用于检测井下空气压力；
19.瓦斯传感器，用于检测井下危险气体浓度；
20.温湿度传感器，用于检测井下的温度和湿度；
21.超声波传感器，安装在所述背心的前侧，用于检测井下人员与前方障碍的距离。
22.进一步地，所述井下设备为液压支架、采煤机、掘锚一体机、转载机、破碎机、刮板输送机和皮带运输机的一种或多种，所述井下设备上安装有用于检测井下设备自身状态信息的井下设备传感器，所述井下设备传感器与所述井上控制中心可通信地耦合。
23.进一步地，还包括设置在所述内衬中的模数转化模块、主控模块、电源管理模块、存储模块和电源模块，其中，模数转化模块用于对所述传感器模块的信号进行模数转换；主控模块用于图像处理，所述九轴陀螺仪的姿态解算和判断所述传感器模块测量的环境参数是否超出阈值，如果超出阈值则向所述耳麦和所述ar眼镜发送通知；电源管理模块用于对所述电源模块进行充放电管理和电能分配；存储模块用于对下井过程中产生的传感器数据和图像数据进行记录；电源模块用于对该可穿戴智能单兵装置进行供电。
24.进一步地，所述耳麦还用于接收井下人员的语音指令。
25.进一步地，所述主控模块还用于根据所述ar眼镜接收到的手势或所述耳麦接收到的语音指令，控制所述通信模块向所述井下设备发送读取请求；当需要读取的所述井下设备不能返回状态参数时，控制所述通信模块向所述井上控制中心发送读取请求。
26.进一步地，所述从井上控制中心传来的图像可以是经过分析的并标注有故障检修指导信息的图像。
27.进一步地，所述背心包括碳纤维板框架。
28.进一步地，所述ar眼镜具有第一工作位置和第二工作位置，第一工作位置和第二工作位置之间的切换是通过旋转完成的，第一工作位置位于所述安全帽的前下方，第二工作位置位于所述安全帽的上方。
29.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
30.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
31.图1是本发明一实施例提出的可穿戴智能单兵装置中的头盔的结构示意图。
32.图2是本发明一实施例提出的可穿戴智能单兵装置中的背心的第一结构示意图。
33.图3是本发明一实施例提出的可穿戴智能单兵装置中的背心的第二结构示意图。
34.图4是本发明一实施例提出的可穿戴智能单兵装置的通信示意图。
35.图5是本发明一实施例提出的可穿戴智能单兵装置的运行流程图。
36.附图说明：
37.探照灯1、九轴陀螺仪2、安全帽3、耳麦4、ar眼镜5、双目摄像头6、第一传感器模块9、通信模块10、模数转化模块11、主控模块12、电源管理模块13、第二传感器模块14、存储模块15、电源模块16。
具体实施方式
38.下面详细描述本发明的实施例，所述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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
39.参见图1
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图4，本发明实施例提供一种煤矿中使用的可穿戴智能单兵装置，包括背心和头盔，其中，背心包括碳纤维板框架、至少一个内衬、传感器模块和通信模块；传感器模块，设置在内衬中，用于测量井下环境参数；通信模块，设置内衬中，分别与传感器模块、头盔、井下设备可通信地耦合，用于该单兵装置与井上控制中心之间进行通信。。
40.头盔包括安全帽3、九轴陀螺仪2、双目摄像头6、耳麦4和ar眼镜5，其中安全帽3，用于保护井下人员的头部安全；九轴陀螺仪2，安装在安全帽3的内部，用于对安全帽3进行定位；双目摄像头6，安装在安全帽3的前方，用于获取井下人员视角的图像以及识别井下设备的标识号；耳麦4，用于获取井下声音以及向井下人员输出声音；ar眼镜5，与安全帽3铰接，用于与井下人员进行手势交互，显示传感器模块的实测数据，井下设备的状态参数和井上控制中心传来的图像。
41.通过本发明实施例提供的可穿戴智能单兵装置，其安装有井下环境参数的传感器，并以可穿戴设备的方式呈现，能够实现对井下环境的更加精确与灵活的探知，从而提升了井下巡检的安全性；此外，本发明实施例可以使井下工人对井下设备进行设备识别，再用通信手段获取井下目标设备的实时运行状态，利用ar眼镜，还能实现井上专家远程指导井下工人进行设备检修，从而提高工人井下巡检和维修的效率，降低对工人专业技术水平的要求。
42.在ar眼镜5上显示井上控制中心传来的图像，图像内容可以根据实际的需要来确定。也就是说，图像内容可以设置有模板，该模板可以是预先配置的，这种预先配置的方式有很多种，无论预先配置了哪种模板，只要图像能用来显示井上控制中心传来的图像传感器模块的实测数据，辅助井下工人判断井下设备的状态，都可以解决现有技术中工人遇到井下设备故障时排除故障效率低的问题。
43.作为一种可能实现的方式，ar眼镜5具有第一工作位置和第二工作位置，第一工作位置和第二工作位置之间的切换是通过旋转完成的，第一工作位置位于安全帽3的前下方，第二工作位置位于安全帽3的上方。例如，井下人员在使用头盔时，可以将ar眼镜转动至双目正前方，不使用时可将其抬起至安全帽檐上方锁定。ar眼镜可识别的手势可以是多样的，例如可以如拇指、食指捏合，表示确定；拇指、食指张开，表示后退到上一级菜单。
44.在一些实施例中，安全帽3的上方设有可拆卸的探照灯1。探照灯可以安装于头盔上方，同时也能够由使用者取下握在手中照明。探照灯能够照亮矿井内光线不足的区域，便于工人观察以及摄像头拍摄出更高质量的图片。
45.在一些实施例中，可穿戴智能单兵装置的传感器模块包括气压传感器、瓦斯传感器、温湿度传感器和超声波传感器，其中，气压传感器，用于检测井下空气压力；瓦斯传感器，用于检测井下危险气体浓度；温湿度传感器，用于检测井下的温度和湿度；超声波传感器，安装在背心的前侧，用于检测井下人员与前方障碍的距离。
46.可以理解的是，井下设备泛指井下装有传感器且具有通信功能的设备，井下设备接入了局域网。举例来说，井下设备可以为液压支架、采煤机、掘锚一体机、转载机、破碎机、刮板输送机和皮带运输机的一种或多种，井下设备上安装有用于检测井下设备自身状态信息的井下设备传感器，井下设备传感器与井上控制中心可通信地耦合。状态信息由传感器的种类决定，例如可以是倾角传感器、压力传感器、温度传感器、编码器、位移传感器、摄像头等等，具体可以根据实际需求安装，在此不做具体限定。
47.在一些实施例中，可穿戴智能单兵装置还包括设置在内衬中的模数转化模块11、主控模块12、电源管理模块13、存储模块15和电源模块16，其中，模数转化模块11用于对传感器模块的信号进行模数转换；主控模块12用于图像处理，九轴陀螺仪2的姿态解算和判断传感器模块测量的环境参数是否超出阈值，如果超出阈值则向耳麦4和ar眼镜5发送通知；电源管理模块13用于对电源模块16进行充放电管理和电能分配；存储模块15用于对下井过程中产生的传感器数据和图像数据进行记录；电源模块16用于对该可穿戴智能单兵装置进行供电。
48.可选地，参照图2，背心前面的内衬有4个，里面分别安装有第一传感器模块9、通信模块10、模数转化模块11和主控模块12，其中第一传感器模块9包括气压传感器、瓦斯传感器和超声波传感器。参照图3，背心背面的内衬也有4个，里面分别安装有电源管理模块13、第二传感器模块14、存储模块15和电源模块16，其中第二传感器模块14可以是温湿度传感器。电源模块16通过线缆分别从后部和肩部分别向头盔和背心前部供电。
49.根据本发明实施例，安全帽具有抗冲击、抗穿透、耐高温的特性，能够为工人的头部提供保护，同时也作为其它模块的安装基座。双目摄像头能够实时获取井下环境、井下设备和井下人员的图像数据。九轴陀螺仪可以测量三轴加速度、三轴角加速度、三轴磁场场强，与超声波传感器测量数据、图像数据融合计算，进行矿井下工人的精确定位。
50.在一些实施例中，耳麦4还可以具体用于接收井下人员的语音指令，通过语音指令，ar眼镜5执行与指令对应的操作。
51.有利地，主控模块对环境参数阈值判断，而后将数据打包并由通信模块发送给井上控制中心进行进一步处理，同时会发送至存储模块中进行数据存档。主控模块12还用于根据ar眼镜5接收到的手势或耳麦4接收到的语音指令，控制通信模块10向井下设备发送读取请求；当需要读取的井下设备不能返回状态参数时，控制通信模块10向井上控制中心发送读取请求。
52.对于井下设备的感知，由于井下主要设备均安装有传感器，并接入了局域网，故由智能单兵装置发送请求，目标井下设备接收请求后将井下设备的传感器数据反馈至智能单兵装置。对于该装置与穿戴者的交互，ar眼镜作为整套智能单兵装置的图像输出端，耳麦既能作为智能单兵装置的语音信号输出端，用于给穿戴者传递信息。双目摄像头作为智能单兵装置的图像输入端，耳麦还能作为智能单兵装置的语音输入端，均用于穿戴者给该装置下达指令。
53.从井上控制中心传来的图像可以是经过分析的并标注有故障检修指导信息的图像，井下人员可根据指示信息进行实际检修操作。
54.图5是本发明一实施例提出的可穿戴智能单兵装置的工作流程图，其工作流程如下：
55.一、穿戴者穿戴智能单兵装置下井；
56.二、智能单兵装置上的双目摄像头、传感器模块检测周围环境信息，九轴陀螺仪检测位姿信息，并不断上传至井上中心以及保存至本地存储模块；
57.三、若穿戴者需要获取某一井下设备状态信息，则通过语音指令或手势指令的方式将指令传达给智能单兵装置。智能单兵装置优先通过双目摄像头识别井下设备标识号，并与该目标设备直接通信；若难以通过双目摄像头识别到设备，则向井上控制中心发送请求，由井上控制中心返回井下设备数据；
58.四、对于智能单兵装备检测到的异常数据和设备发送过来的异常数据，通过耳麦或ar眼镜立即通知给穿戴者，辅助穿戴者进行下一步决策；
59.五、对于设备故障检修，穿戴者可经由井上控制中心与专家建立通信，通过双目摄像头，可实时将穿戴者视角的图像反馈至专家，由专家进行分析和标注，并将指导信息通过语音和图像的方式反馈给智能单兵装置，并由ar眼镜和耳麦直观显示给穿戴者，由穿戴者按照指示信息进行实际检修操作。
60.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
61.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
62.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
63.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。