1.本发明涉及一种矿用箕斗内部衬板更换装置及方法。
背景技术：2.在煤炭的矿井提升中，箕斗是最常见的煤炭提升容器，箕斗在矿井内装载煤炭和矸石时，箕斗内壁会受到剧烈的冲击，在煤炭和矸石的剧烈冲击与摩擦作用下，箕斗的使用寿命会大大缩短。为延长箕斗使用寿命，现大多数箕斗设计都采用在箕斗内壁安装耐磨衬板的方案，根据箕斗的工作强度，大致计算出箕斗耐磨衬板的更换时间。在箕斗耐磨衬板更换时，需要将箕斗停放在人工能进入的高度，由工人进入箕斗进行更换。
3.由于箕斗内环境比较狭小，没有支撑平台，需要用绳索悬吊工人进行作业，因为是人工作业，所以现有衬板更换工作具有更换效率低、危险系数高、工人工作强度大等一系列问题。针对这一问题，迫切需要一种能够进入箕斗并代替人工进行衬板更换的机械装置。
技术实现要素：4.技术问题：本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种矿用箕斗内部衬板更换装置，利用机械装置代替人工进行损伤衬板检测识别与运输更换。
5.技术方案：为了实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案：
6.一种矿用箕斗内部衬板更换装置，包括：
7.型材支架；
8.导向轮框架，包括两个，两个所述导向轮框架对称布置在所述型材支架的左、右两侧，导向轮框架的内侧通过第一直线伸缩单元与所述支架连接，导向轮框架的外侧设有导向轮，所述第一直线伸缩单元能够带动所述导向轮框架相对所述型材支架沿x轴移动，以使所述导向轮与箕斗内壁支撑连接；
9.衬板抓取机构，通过位置调整机构设置在所述型材支架的一侧，用于对已损坏的衬板进行抓取，包括：
10.滑轨，沿x轴方向固定布置在所述型材支架上，
11.架板，通过滑块与所述滑轨滑动连接，所述架板上固定连接有第二长度伸缩单元；
12.主板，与所述第二直线伸缩单元连接，所述第二直线伸缩单元能够带动所述主板相对所述架板沿y轴移动；
13.抓取侧板，包括两个，两个抓取侧板对称设置在所述主板的左、右两侧，抓取侧板的内侧通过第三直线伸缩单元与所述主板连接，所述第三直线伸缩单元能够带动两块所述抓取侧板相对所述主板沿x轴移动，以改变两块抓取侧板的间距；
14.滚珠丝杆机构，与所述型材支架固定连接，其上的螺母移动副与所述架板固定连接，所述滚珠丝杆机构用于带动整个架板在所述滑轨上沿x轴方向移动；
15.第一工业相机，安装在所述主板上，用于获取衬板与主板的相对位置、以及采集衬板表面图像；
16.第二工业相机，包括多个，多个第二工业相机安装在型材支架上，用以采集图像和测量整个所述箕斗内部衬板更换装置与箕斗的左、右间距；
17.第一拉压力传感器，包括多个，多个第一拉压力传感器的一端通过螺纹连接在第一直线伸缩单元的推出杆上，另一端与导向轮框架固定连接，用以监测导向轮对箕斗内壁的压力。
18.第二拉压力传感器，包括多个，多个第二拉压力传感器的一端通过螺纹与第三直线伸缩单元的推出杆上，另一端与抓取侧板固定连接，用以监测抓取侧板对衬板的抓取力。
19.外部牵引装置，设置在箕斗外部，通过牵引绳与所述型材支架的顶部连接，用于实现对整个所述箕斗内部衬板更换装置的牵引；
20.激光定位传感器，安装在所述外部牵引装置上，用于获取整个所述箕斗内部衬板更换装置在箕斗内部的深度、以及与所述衬板的距离；
21.上位机，与所述第一直线伸缩单元、第二直线伸缩单元、第三直线伸缩单元、第一工业相机、第二工业相机、第一拉压力传感器、第二拉压力传感器、外部牵引装置以及激光定位传感器信号连接。
22.所述型材支架包括：型材支架本体，呈长方体结构，型材支架本体中间部分用于布置所述滑轨及架板；顶板，固定在所述型材支架本体的顶部；拉环，固定连接在所述顶板的上方中心处，与外部牵引装置的牵引绳连接。
23.所述直线伸缩单元为电动缸。
24.所述外部牵引装置包括：
25.升降平台和提升装置，其中，
26.所述升降平台位于整个牵引装置的最底部；
27.所述提升装置包括支撑架、卷扬机、提升钢丝绳、第一定滑轮和第二定滑轮，其中，支撑架和卷扬机固定在升降平台上；
28.所述支撑架包括竖向支撑杆和横向悬臂杆，所述竖向支撑杆的顶部安装第一定滑轮，所述横向悬臂杆的悬伸端上安装第二定滑轮，由卷扬机释放的提升钢丝绳通过第一定滑轮和第二定滑轮与支架顶部的吊环连接；
29.横向激光定位传感器，安装在所述横向悬臂杆的悬伸端上，通过测量与箕斗壁间的距离判断整个所述箕斗内部衬板更换装置的横向位置；
30.纵向激光定位传感器，安装在所述横向悬臂杆的悬伸端上，通过测量与型材支架盖板的距离判断整个所述箕斗内部衬板更换装置的纵向位置。
31.所述升降平台为剪叉式升降结构，包括：
32.基座；
33.剪叉式升降结构；
34.底板；
35.万向轮；
36.升降电动缸；
37.其中，四个所述万向轮1通过螺栓连接在底板下；
38.所述剪叉式升降机构的下端和底板铰接，上端与所述基座铰接；
39.所述升降电动缸布置在剪叉式升降机的两个分叉之间。
40.所述抓取侧板的内侧面上开设有增大摩擦的凹槽。
41.所述主板还包括钩爪和压缩弹簧，其中，所述主板形状呈矩形，
42.所述钩爪包括四个，四个钩爪分别通过铰接部设置在呈矩形的所述主板的四个角处；
43.所述压缩弹簧设置在所述钩爪与主板之间，当主板向所述衬板靠近时，衬板的上、下两端会推挤所述钩爪，钩爪克服所述压缩弹簧的弹力以所述铰接部为支点进行后仰转动，直至所述钩爪将所述衬板的上、下两端卡住。
44.本发明进一步公开了一种基于所述矿用箕斗内部衬板更换装置的更换方法，包括以下步骤：
45.s1、将外部牵引装置与整个所述箕斗内部衬板更换装置通过牵引绳连接，并将箕斗内部衬板更换装置对准箕斗入口位置；
46.s2、启动第一直线伸缩单元，推动导向轮框架外侧的导向轮接触到两侧箕斗内壁，直至第一拉压力传感器达到所需压力时，停止第一直线伸缩单元；
47.s3、通过外部牵引装置将整个所述箕斗内部衬板更换装置下放，下放的同时，利用激光定位传感器获取箕斗内部衬板更换装置深度和距离衬板的距离，使得箕斗内部衬板更换装置下滑至箕斗内衬板位置；
48.s4、利用第一工业相机获取衬板与主板的相对位置，返回调整参数；
49.s5、上位机给出位姿调整参数，利用第三直线伸缩单元、第二直线伸缩单元和滚珠丝杠机构调整左、右抓取侧板的抓取位置；
50.s6、定位完成后，启动第二直线伸缩单元，将主板和左、右抓取侧板伸入衬板间隙处；
51.s7、控制第三直线伸缩单元，夹紧衬板，直至第二拉压力传感器达到所需夹取力；
52.s8、控制外部牵引装置牵引钢丝绳，将整个所述箕斗内部衬板更换装置从箕斗内取出。
53.步骤s4中，还包括利用第一工业相机采集衬板表面图像，对衬板表面图像进行处理，获得箕斗衬板表面缺陷的几何尺寸和位置坐标，具体是：
54.s41，采用全局阈值分割法对图像进行分割；
55.s42，采用双边滤波法对图像中存在的干扰进行过滤，抑制原始图像中的高频噪声；
56.s43，采用形态学操作的方法细化、修剪图像中存在的毛刺，使其呈现出连续性平滑边缘；
57.s44，采用canny边缘检测算子对步骤s43得到的结果图像进行边缘检测；
58.s45，对单块衬板上的缺陷图形进行外接矩形拟合，然后通过外接矩形的面积过滤图像中的伪标记，具体包括以下子步骤：
59.s451，对分割后的单块衬板进行缺陷轮廓拟合，采用外接矩形ra对检测到的缺陷轮廓ca进行拟合，外接矩形ra各参数的定义方式为：首先，确定待拟合轮廓ca上纵坐标最大的一点p1(x1,y1)，并过该点作水平线l1；然后，确定待拟合轮廓ca上横坐标最大的一点p2(x2,y2)，并过该点作水平线l2；接着，计算水平线l1、水平线l2的交点p3作为外接矩形的一个顶点；最后，以轮廓上纵坐标最小的点与p1的纵坐标之差为外接矩形ra的第一边长、以轮廓
上横坐标最小的点与p2的横坐标之差为外接矩形ra的另一边长，从而确定外接矩形ra；
60.s452，通过外接矩形ra的面积sa筛除上一步骤中出现的伪标记，具体方法为计算外接矩形ra的面积sa与图像总面积s的比值k：
[0061][0062]
根据衬板缺陷占图幅的比例来设定合理的数值区间z，并将k值不属于该区间的所有矩形认为是伪标记并加以过滤；
[0063]
s46，记录缺陷的位置、尺寸信息，反馈给客户端，完成箕斗衬板缺陷检测工作，若缺陷达到需要更换的条件，则进入步骤s5；
[0064]
若缺陷未达到需要更换的条件，则将缺陷信息反馈给客户端，外部牵引装置牵引整个箕斗内部衬板更换装置离开箕斗，客户端根据该缺陷信息及箕斗工作强度，计算更换时间。
[0065]
有益效果：
[0066]
本发明可以代替人工对损伤衬板进行识别和机械化运输更换，主要优点有：
[0067]
(1)通过外部牵引装置牵引衬板更换装置进入箕斗内部，衬板更换装置能够对损伤衬板进行精确识别和定位，利用衬板抓取机构对损伤衬板进行抓取和更换，降低了人工成本和危险系数。
[0068]
(2)本发明的衬板更换装置上通过第一工业相机判断衬板表面的损坏情况，根据衬板损坏情况，判断衬板是否需要更换，避免了之前根据箕斗的工作强度，大致计算出箕斗耐磨衬板的更换时间导致的衬板更换不及时或不准确的技术问题。
[0069]
(3)本发明通过型材支架两侧的导向轮框架使得箕斗内部衬板更换装置更加稳定得在箕斗内部移动，并且有效防止了箕斗内部衬板更换装置在抓取衬板后侧翻，箕斗内部衬板更换装置的爬行方式能够有效克服箕斗内壁不平整的情况。
[0070]
(4)本发明通过衬板抓取机构上的工业相机实现对箕斗衬板的图像采集，通过图像处理手段对衬板的表面图像进行处理，代替人工进入箕斗内部检查，进一步的，针对箕斗衬板上缺陷不易检测、背景干扰较多的问题，提出一种图像处理算法，该算法提出一种面积筛选方法来滤除图像中的伪标记，从而完成立井提升方法箕斗衬板缺陷检测工作，提高了箕斗衬板损伤检测的准确度。
附图说明
[0071]
图1为本发明整体结构的主视图；
[0072]
其中：1、万向轮；2、底板；3、升降电动缸；4、剪叉式升降机构；5、基座；6、卷扬机；7、牵引钢丝绳；8、配重块；9、加强杆件；10、立柱；11、伸长杆；12、导向滑轮；13、激光定位传感器；14、箕斗内部衬板更换装置；
[0073]
图2为本发明箕斗内部衬板更换装置主视图；
[0074]
其中：15、导向轮框架；16、第二工业相机；17、型材支架；18、顶板；19、拉环；20、衬板抓取机构；
[0075]
图3为本发明爬壁机器人结构示意图；
[0076]
其中：21、导向轮；22、第一拉压力传感器；23、导向轮框架横向支撑板； 24、导向轮
框架竖向支撑板；25、第一直线伸缩单元；26、第一直线伸缩单元安装板，
[0077]
图4为本发明衬板抓取机构；
[0078]
其中：27、滑轨；28、滑块；29、第二直线伸缩单元底板；30、滚珠丝杠机构；31、中部连接板；32、侧立板；33、第二直线伸缩单元；34、主板；35、抓取侧板；36、第三直线伸缩单元；37、第三直线伸缩单元底板；38、第一工业相机；39、抓取板；40、第二拉压力传感器；41、钩爪
[0079]
图5为本发明滚珠丝杠机构；
[0080]
其中：42、步进电机；43、联轴器；44、滑块；45、丝杠；46、底座。
[0081]
图6是本发明衬板图像灰度化效果；
[0082]
图7是本发明衬板图像双边滤波效果；
[0083]
图8是本发明衬板图像全局阈值法处理结果；
[0084]
图9是本发明衬板缺陷特征canny边缘检测效果；
[0085]
图10是本发明衬板图像直线分割及衬板缺陷特征标记过滤效果。
具体实施方式
[0086]
以下结合具体实施例和说明书附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0087]
一种矿用箕斗内部衬板更换装置，包括移动平台、牵引装置、导向轮框架和衬板抓取机构；移动平台用于装置的地面移动和升降，牵引装置用于箕斗内部衬板更换装置的牵引和定位，导向轮框架用于稳定和移动箕斗内部衬板更换装置，衬板抓取机构用于定位衬板位置和有效抓取衬板。
[0088]
本实施例中，所述的矿用箕斗内部衬板更换装置，移动平台包括基座5、用于平台升降的剪叉式升降结构4、底板2、用于水平移动的四个万向轮和用于平台升降的升降电动缸1，四个万向轮1通过螺栓连接在底板2下，剪叉式升降机构4通过铰接的方式和底板2相连，升降电动缸布置在剪叉式升降机4的两个分叉之间，剪叉式升降机构4的上端用铰链连接有基座5。
[0089]
所述剪叉式升降机构4一侧用滚轮与底板2和基座5连接，中间用铰链连接，利用升降电动缸1达到平台升降的目的。
[0090]
本实施例中，所述的矿用箕斗内部衬板更换装置，外部牵引装置包括立柱 10、卷扬机6、用于牵引矿用箕斗内部衬板更换装置的牵引钢丝绳7、两个导向滑轮12、伸长杆11、加强杆件9、配重块8、用于矿用箕斗内部衬板更换装置距离定位的激光定位传感器13，立柱10和卷扬机6通过多个螺栓固定在基座5上，伸长杆11通过焊接和立柱10连接，加强杆件9通过焊接的方式固定在伸长杆 11和立柱10间，两个导向滑轮12通过螺栓固定在伸长杆11上，配重块8通过焊接的方式固定在伸长杆11的相反位置，激光定位传感器13通过螺栓固定在导向滑轮12的下方，牵引钢丝绳7从卷扬机6绕出，通过两个导向滑轮12与矿用箕斗内部衬板更换装置相连接。
[0091]
所述激光定位传感器13实现无接触远距离测量，安装于伸长杆11端部，测量矿用箕斗内部衬板更换装置上顶板到伸长杆11的距离，感知矿用箕斗内部衬板更换装置的下降深度。
[0092]
本实施例中，所述的矿用箕斗内部衬板更换装置，框体包括型材支架17、第二工业相机16、顶板18和拉环19，所述顶板18通过多个螺栓固定在型材支架17 的顶部，作为激光
定位传感器13的反射源和整个矿用箕斗内部衬板更换装置的承载连接部件，拉环19通过焊接的方式固定在顶板18的上方中心，与牵引钢丝绳7 连接，第二工业相机16通过螺栓安装在型材支架17上，用以衬板图像采集和测量矿用箕斗内部衬板更换装置与箕斗的左右间距。
[0093]
所述顶板18和拉环19通过焊接连接，拉环19与牵引钢丝绳7连接，整个结构用于承载矿用箕斗内部衬板更换装置的重量。
[0094]
所述型材支架17为长方体结构，中间部分用来布置衬板抓取机构的驱动部分。
[0095]
本实施例中，所述的矿用箕斗内部衬板更换装置，导向轮框架包括对称布置的导向轮21、导向轮框架15、第一直线伸缩单元25、第一直线伸缩单元底板26，所述导向轮21共16个，4个成一列，8个成一面，通过螺栓固定在导向轮框架15 上，用于移动矿用箕斗内部衬板更换装置导向，导向轮框架15在框体两侧对称布置，与上下两组对称布置的第一直线伸缩单元25通过螺纹连接，用于固定导向轮 21与连接第一直线伸缩单元25，其中每组为两个第一直线伸缩单元25，第一直线伸缩单元25两个成一列，4个成一面，共8个，在框体两侧对称布置，第一直线伸缩单元25通过螺栓固定在第一直线伸缩单元底板26上，第一直线伸缩单元底板26 通过螺栓固定在型材支架上17，用于推出导向轮框架15，使导向轮21接触到箕斗壁面。
[0096]
所述导向轮框架同侧的第一直线伸缩单元25共同驱动同侧导向轮框架15伸缩运动，两侧第一直线伸缩单元25可不同步，使导向轮21接触到两侧箕斗内壁。
[0097]
本实施例中，所述的矿用箕斗内部衬板更换装置，衬板抓取机构包括第二直线伸缩单元33、滚珠丝杠机构30、中部连接板31、第二直线伸缩单元底板29、滑轨27、滑块28、侧立板32、主板34、抓取侧板35、抓取板39、第一工业相机38、第三直线伸缩单元底板37和第三直线伸缩单元36，所述第二直线伸缩单元33共2 个，两个电动缸上下布置，分别通过螺栓固定在第二直线伸缩单元底板29上，第二直线伸缩单元底板29通过螺栓固定在滑轨27上的滑块28上，滑轨27则通过螺栓固定在型材支架17上，其中两块第二直线伸缩单元底板29通过侧立板32与中部连接板24焊接后固连，通过螺栓固定在型材支架16上的滚珠丝杠机构23与中部连接板31通过螺栓连接，用于整个抓取机构的横向移动，主板34通过销轴与第二直线伸缩单元33的伸出杆连接，四个第三直线伸缩单元36对称布置在主板34的前侧，第三直线伸缩单元36固定在第三直线伸缩单元底板37上，多块第三直线伸缩单元底板37焊接在主板34上，并且每两个第三直线伸缩单元36与一块抓取侧板35通过螺纹连接，用于两块抓取侧板35的横向移动，每块抓取侧板35上下均匀布置了四块抓取板39，用于抓取衬板，第一工业相机38通过螺纹与主板34相连接，用于衬板的精准定位。
[0098]
所述第二直线伸缩单元33通过铰接的方式与主板连接，上、下两个第二直线伸缩单元33共同驱动主板34前后动左。
[0099]
所述抓取板39内侧有多道凹槽，为了增大抓取的摩擦力，防止衬板的掉落。
[0100]
型材支架所述矿用箕斗内部衬板更换装置的更换方法，包括以下步骤：
[0101]
s1、将外部牵引装置与整个所述箕斗内部衬板更换装置通过牵引绳连接，并将箕斗内部衬板更换装置对准箕斗入口位置；
[0102]
s2、启动第一直线伸缩单元，推动导向轮框架外侧的导向轮接触到两侧箕斗内壁，直至第一拉压力传感器检测到压力时，停止第一直线伸缩单元；
[0103]
s3、通过外部牵引装置将整个所述箕斗内部衬板更换装置下放，下放的同时，利用激光定位传感器获取矿用箕斗内部衬板更换装置深度和距离衬板的距离，使得矿用箕斗内部衬板更换装置下滑至箕斗内衬板位置；
[0104]
s4、利用第一工业相机获取衬板与主板的相对位置，返回调整参数；
[0105]
s5、上位机给出位姿调整参数，利用第三直线伸缩单元、第二直线伸缩单元和滚珠丝杠机构调整左、右抓取侧板的抓取位置；
[0106]
s6、定位完成后，启动第二直线伸缩单元，将主板和左、右抓取侧板伸入衬板间隙处；
[0107]
s7、控制第三直线伸缩单元，夹紧衬板；
[0108]
s8、控制外部牵引装置牵引钢丝绳，将整个所述箕斗内部衬板更换装置从箕斗内取出。
[0109]
进一步的，步骤s4中，还包括利用第一工业相机采集衬板表面图像，对衬板表面图像进行处理，获得箕斗衬板表面缺陷的几何尺寸和位置坐标，具体是：
[0110]
s41，采用全局阈值分割法对图像进行分割；
[0111]
s42，采用双边滤波法对图像中存在的干扰进行过滤，抑制原始图像中的高频噪声；
[0112]
s43，采用形态学操作的方法细化、修剪图像中存在的毛刺，使其呈现出连续性平滑边缘；
[0113]
s44，采用canny边缘检测算子对步骤s43得到的结果图像进行边缘检测；
[0114]
s45，对单块衬板上的缺陷图形进行外接矩形拟合，然后通过外接矩形的面积过滤图像中的伪标记，具体包括以下子步骤：
[0115]
s451，对分割后的单块衬板进行缺陷轮廓拟合，采用外接矩形ra对检测到的缺陷轮廓ca进行拟合，外接矩形ra各参数的定义方式为：首先，确定待拟合轮廓ca上纵坐标最大的一点p1(x1,y1)，并过该点作水平线l1；然后，确定待拟合轮廓ca上横坐标最大的一点p2(x2,y2)，并过该点作水平线l2；接着，计算水平线l1、水平线l2的交点p3作为外接矩形的一个顶点；最后，以轮廓上纵坐标最小的点与p1的纵坐标之差为外接矩形ra的第一边长、以轮廓上横坐标最小的点与p2的横坐标之差为外接矩形ra的另一边长，从而确定外接矩形ra；
[0116]
s452，通过外接矩形ra的面积sa筛除上一步骤中出现的伪标记，具体方法为计算外接矩形ra的面积sa与图像总面积s的比值k：
[0117][0118]
根据衬板缺陷占图幅的比例来设定合理的数值区间z，并将k值不属于该区间的所有矩形认为是伪标记并加以过滤；
[0119]
s46，记录缺陷的位置、尺寸信息，反馈给客户端，完成箕斗衬板缺陷检测工作，若缺陷达到需要更换的条件，则进入步骤s5；
[0120]
若缺陷未达到需要更换的条件，则将缺陷信息反馈给客户端，外部牵引装置牵引整个箕斗内部衬板更换装置离开箕斗，客户端根据该缺陷信息及箕斗工作强度，计算更换时间。
[0121]
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，
而这些所有改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
技术特征：1.一种矿用箕斗内部衬板更换装置，其特征在于，包括：型材支架；导向轮框架，包括两个，两个所述导向轮框架对称布置在所述型材支架的左、右两侧，导向轮框架的内侧通过第一直线伸缩单元与所述支架连接，导向轮框架的外侧设有导向轮，所述第一直线伸缩单元能够带动所述导向轮框架相对所述型材支架沿x轴移动，以使所述导向轮与箕斗内壁支撑连接；衬板抓取机构，通过位置调整机构设置在所述型材支架的一侧，用于对已损坏的衬板进行抓取，包括：滑轨，沿x轴方向固定布置在所述型材支架上，架板，通过滑块与所述滑轨滑动连接，所述架板上固定连接有第二长度伸缩单元；主板，与所述第二直线伸缩单元连接，所述第二直线伸缩单元能够带动所述主板相对所述架板沿y轴移动；抓取侧板，包括两个，两个抓取侧板对称设置在所述主板的左、右两侧，抓取侧板的内侧通过第三直线伸缩单元与所述主板连接，所述第三直线伸缩单元能够带动两块所述抓取侧板相对所述主板沿x轴移动，以改变两块抓取侧板的间距；滚珠丝杆机构，与所述型材支架固定连接，其上的螺母移动副与所述架板固定连接，所述滚珠丝杆机构用于带动整个架板在所述滑轨上沿x轴方向移动；第一工业相机，安装在所述主板上，用于获取衬板与主板的相对位置、以及采集衬板表面图像；第二工业相机，包括多个，多个第二工业相机安装在型材支架上，用以采集图像和测量整个所述箕斗内部衬板更换装置与箕斗的左、右间距；第一拉压力传感器，包括多个，多个第一拉压力传感器的一端通过螺纹连接在第一直线伸缩单元的推出杆上，另一端与导向轮框架固定连接，用以监测导向轮对箕斗内壁的压力。第二拉压力传感器，包括多个，多个第二拉压力传感器的一端通过螺纹与第三直线伸缩单元的推出杆上，另一端与抓取侧板固定连接，用以监测抓取侧板对衬板的抓取力。外部牵引装置，设置在箕斗外部，通过牵引绳与所述型材支架的顶部连接，用于实现对整个所述箕斗内部衬板更换装置的牵引；激光定位传感器，安装在所述外部牵引装置上，用于获取整个所述箕斗内部衬板更换装置在箕斗内部的深度、以及与所述衬板的距离；上位机，与所述第一直线伸缩单元、第二直线伸缩单元、第三直线伸缩单元、第一工业相机、第二工业相机、第一拉压力传感器、第二拉压力传感器、外部牵引装置以及激光定位传感器信号连接。2.根据权利要求1所述的矿用箕斗内部衬板更换装置，其特征在于，所述型材支架包括：型材支架本体，呈长方体结构，型材支架本体中间部分用于布置所述滑轨及架板；顶板，固定在所述型材支架本体的顶部；拉环，固定连接在所述顶板的上方中心处，与外部牵引装置的牵引绳连接。3.根据权利要求1所述的矿用箕斗内部衬板更换装置，其特征在于，所述直线伸缩单元
为电动缸。4.根据权利要求1所述的矿用箕斗内部衬板更换装置，其特征在于，所述外部牵引装置包括：升降平台和提升装置，其中，所述升降平台位于整个牵引装置的最底部；所述提升装置包括支撑架、卷扬机、提升钢丝绳、第一定滑轮和第二定滑轮，其中，支撑架和卷扬机固定在升降平台上；所述支撑架包括竖向支撑杆和横向悬臂杆，所述竖向支撑杆的顶部安装第一定滑轮，所述横向悬臂杆的悬伸端上安装第二定滑轮，由卷扬机释放的提升钢丝绳通过第一定滑轮和第二定滑轮与支架顶部的吊环连接；横向激光定位传感器，安装在所述横向悬臂杆的悬伸端上，通过测量与箕斗壁间的距离判断整个所述箕斗内部衬板更换装置的横向位置；纵向激光定位传感器，安装在所述横向悬臂杆的悬伸端上，通过测量与型材支架盖板的距离判断整个所述箕斗内部衬板更换装置的纵向位置。5.根据权利要求4所述的矿用箕斗内部衬板更换装置，其特征在于，所述升降平台为剪叉式升降结构，包括：基座；剪叉式升降结构；底板；万向轮；升降电动缸；其中，四个所述万向轮1通过螺栓连接在底板下；所述剪叉式升降机构的下端和底板铰接，上端与所述基座铰接；所述升降电动缸布置在剪叉式升降机的两个分叉之间。6.根据权利要求1所述的矿用箕斗内部衬板更换装置，其特征在于，所述抓取侧板的内侧面上开设有增大摩擦的凹槽。7.根据权利要求1所述的矿用箕斗内部衬板更换装置，其特征在于，所述主板还包括钩爪和压缩弹簧，其中，所述主板形状呈矩形，所述钩爪包括四个，四个钩爪分别通过铰接部设置在呈矩形的所述主板的四个角处；所述压缩弹簧设置在所述钩爪与主板之间，当主板向所述衬板靠近时，衬板的上、下两端会推挤所述钩爪，钩爪克服所述压缩弹簧的弹力以所述铰接部为支点进行后仰转动，直至所述钩爪将所述衬板的上、下两端卡住。8.一种基于权利要求1～7中任一所述矿用箕斗内部衬板更换装置的更换方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将外部牵引装置与整个所述箕斗内部衬板更换装置通过牵引绳连接，并将箕斗内部衬板更换装置对准箕斗入口位置；s2、启动第一直线伸缩单元，推动导向轮框架外侧的导向轮接触到两侧箕斗内壁，直至第一拉压力传感器达到所需压力时，停止第一直线伸缩单元；s3、通过外部牵引装置将整个所述箕斗内部衬板更换装置下放，下放的同时，利用激光
定位传感器获取箕斗内部衬板更换装置深度和距离衬板的距离，使得箕斗内部衬板更换装置下滑至箕斗内衬板位置；s4、利用第一工业相机获取衬板与主板的相对位置，返回调整参数；s5、上位机给出位姿调整参数，利用第三直线伸缩单元、第二直线伸缩单元和滚珠丝杠机构调整左、右抓取侧板的抓取位置；s6、定位完成后，启动第二直线伸缩单元，将主板和左、右抓取侧板伸入衬板间隙处；s7、控制第三直线伸缩单元，夹紧衬板，直至第二拉压力传感器达到所需夹取力；s8、控制外部牵引装置牵引钢丝绳，将整个所述箕斗内部衬板更换装置从箕斗内取出。9.根据权利要求8所述的矿用箕斗内部衬板更换装置的更换方法，其特征在于，步骤s4中，还包括利用第一工业相机采集衬板表面图像，对衬板表面图像进行处理，获得箕斗衬板表面缺陷的几何尺寸和位置坐标，具体是：s41，采用全局阈值分割法对图像进行分割；s42，采用双边滤波法对图像中存在的干扰进行过滤，抑制原始图像中的高频噪声；s43，采用形态学操作的方法细化、修剪图像中存在的毛刺，使其呈现出连续性平滑边缘；s44，采用canny边缘检测算子对步骤s43得到的结果图像进行边缘检测；s45，对单块衬板上的缺陷图形进行外接矩形拟合，然后通过外接矩形的面积过滤图像中的伪标记，具体包括以下子步骤：s451，对分割后的单块衬板进行缺陷轮廓拟合，采用外接矩形r
a
对检测到的缺陷轮廓c
a
进行拟合，外接矩形r
a
各参数的定义方式为：首先，确定待拟合轮廓c
a
上纵坐标最大的一点p1(x1,y1)，并过该点作水平线l1；然后，确定待拟合轮廓c
a
上横坐标最大的一点p2(x2,y2)，并过该点作水平线l2；接着，计算水平线l1、水平线l2的交点p3作为外接矩形的一个顶点；最后，以轮廓上纵坐标最小的点与p1的纵坐标之差为外接矩形r
a
的第一边长、以轮廓上横坐标最小的点与p2的横坐标之差为外接矩形r
a
的另一边长，从而确定外接矩形r
a
；s452，通过外接矩形r
a
的面积s
a
筛除上一步骤中出现的伪标记，具体方法为计算外接矩形r
a
的面积s
a
与图像总面积s的比值k：根据衬板缺陷占图幅的比例来设定合理的数值区间z，并将k值不属于该区间的所有矩形认为是伪标记并加以过滤；s46，记录缺陷的位置、尺寸信息，反馈给客户端，完成箕斗衬板缺陷检测工作，若缺陷达到需要更换的条件，则进入步骤s5；若缺陷未达到需要更换的条件，则将缺陷信息反馈给客户端，外部牵引装置牵引整个箕斗内部衬板更换装置离开箕斗，客户端根据该缺陷信息及箕斗工作强度，计算更换时间。
技术总结本发明公开了一种矿用箕斗内部衬板更换装置及方法，装置包括移动平台、牵引装置、型材支架、导向轮框架和衬板抓取机构。本发明能够实现矿井箕斗内衬板的损伤识别和定位抓取及更换，实现损伤衬板的机械化更换和运输。该装置利用箕斗内部衬板更换装置进入箕斗内部，实现衬板的更换，减少了人工成本，并且保障了生产人员的安全，提高了衬板更换的效率。提高了衬板更换的效率。提高了衬板更换的效率。
技术研发人员：杜庆永 彭玉兴 朱真才 胡长华 周公博 卢昊 曹国华 常向东 江帆 黄坤 薛详
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2022.06.27
技术公布日：2022/11/1
