1.本发明涉及大宗散状矿物采样技术领域，尤其涉及一种全智能移动固体矿物采样车。
背景技术：2.在煤炭的生产、贸易全过程中，离不开各环节准确、快速、先进的煤炭分析技术，煤炭检测主要包括采样、制样和化验3个环节，煤炭采样和制样的目的是获得一个其试验结果能代表整批被采煤的试验煤样，通过分析化验确定煤炭的主要特性指标，进一步指导生产、加工、贸易和综合利用，实验研究表明，采样引起的误差占整个采制化总误差的80％、制样占16％、化验仅占4％，由此可见煤炭采样在煤炭质量分析检测中具有重要意义；
3.煤炭等大宗散状物料的交易量大、铁路运输装车时间紧、采样时间有限，传统的固定式机械采样设备受地域限制较大，很难灵活、快速地完成汽车/火车车厢上或者不同形态煤堆上的采样工作，并且设备和基建等投资较大，更难实现全断面随机布点，以减少客观因素对采样结果的干扰，近年来，为实现汽车/火车车厢上以及散装站台煤堆上的快速采制样，提升作业效率，将采样、破碎、缩分、集样等制样设备集成在移动载重汽车上(cn201811113711.4、cn201220670965.8、cn201210522831.6、cn201620391723.3)，采样器采集的物料直接在车上完成制备，但该类设备技术尚不成熟，采样设备和制样设备全部集成在载重汽车上，采样设备占地面积大，压缩了制样单元的空间布局，导致整个系统不得不采用边采边制样的方式，原则上不符合国标“子样合并后制样”的要求，且制样设备堵煤沾煤情况严重，设备可靠性较差，此外，该类设备仍采用螺旋采样头进行采样，存在排斥或完全破碎高硬度、大粒度煤样的问题，被采集的物料一部分从采样头的顶端被直接抛弃或又返回了车厢/煤堆上(与国家标准要求严重不符)，整体导致采制样结果误差大、偏倚大；
4.综合上述存在的问题方式，现有的设备通过人工控制机械对采样区采样，需要较多的控制步骤，劳动强度相对较大，而人工操作的方式无法对环境变化复杂的煤区进行识别，不能够自行规划采样路径方案，其智能化水平无法满足当前采制样领域的发展需求，从而导致现有采样效率较低、采样品质较差的问题；
5.针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。
技术实现要素：6.本发明的目的在于：在密封转运采样矿物煤的基础上，通过自动化采集矿物煤区的立体图，并处理生成高亮采样点立体分布图，从而有规律地随机生成目标采样点，通过目标采样点与设备位置的结合处理形成采样路径轨迹，然后通过实时控制设备移动和采样，从而实现了自动识别煤区、自动有规律的随机立体化采样；
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
8.一种全智能移动固体矿物采样车，包括矿物集样单元，
9.信息输入单元，用于输入目标矿物煤重量并将其发送采样点建模单元；
10.三维采集单元，用于采集矿物煤区立体三维图并将其发送采样点建模单元；
11.采样点建模单元，用于接收到矿物煤区立体三维图和目标矿物煤重量并经标记建模处理生成高亮采样点立体分布图，还将高亮采样点立体分布图发送给采样点建模单元；
12.路径控制单元，用于接收标记后的高亮采样点立体分布图并经路径模型处理生成采样路径轨迹，还用于制矿物集样单元按采样路径轨迹对高亮采样点进行等量采样矿物煤、当对高亮采样点立体分布图中的高亮采样点采样完成后，控制矿物集样单元运转到检测工作站，将集样的矿物煤倾倒到检测工作站内。
13.进一步，矿物集样单元包括载重车头和载重车架，所述载重车架的顶面安装有采样控制机构、重感集样结构、电控柜、空压机、油水分离器和车载发电机，所述采样控制机构远离载重车架的端部安装有采样头和推动页，所述推动页设有两个，且推动页对称设于采样头的两侧，所述推动页间隙配合包裹于采样头的外端，所述电控柜电性连接采样控制机构、重感集样结构、空压机、油水分离器和车载发电机，所述采样控制机构与重感集样结构间隙配合。
14.进一步，所述采样控制机构包括电动支撑底座，所述电动支撑底座转动设于载重车架的顶面，所述电动支撑底座的一侧设有液压油箱，所述电动支撑底座的顶侧边铰接有第一机械臂，所述第一机械臂铰接有第二机械臂，且第一机械臂的液压轴与第二机械臂的一端连接，所述第二机械臂远离第一机械臂的液压轴安装有四连杆机构，所述采样头安装于四连杆机构远离第二机械臂的一端，且第一机械臂、第二机械臂和四连杆机构适配有若干油缸。
15.进一步，所述重感集样结构包括固定设于载重车架顶面的支架，所述支架的顶面设有储料仓，所述储料仓与支架之间设有翻转机构和重力传感器，所述重力传感器安装于支架的四个拐角处，所述翻转机构安装于支架内，且翻转机构的输出轴与储料仓的中部连接，所述储料仓的顶面安装有电动对开门。
16.进一步，标记建模处理的具体过程如下：
17.将矿物煤区立体三维图按等体积分割并生成若干个中间体，然后将若干个中间体的中心点标记为低亮点，低亮点结合矿物煤区立体三维图构成了矿物煤区域低亮度采样点立体分布图；
18.将目标矿物煤重量标定为g0，则根据公式ys＝g0/g0，得到采样点个数ys，且g0为预设值，g0为每次采样点处的需求质量，且保证采样点个数ys为正整数；
19.当采样点个数ys生成后，随机高亮标记ys个矿物煤区域低亮度采样点立体分布图的采样点，从而生成高亮采样点立体分布图；
20.获取高亮采样点立体分布图的两个高量采样点的间距，当两个高量采样点的间距≤预设间距值时，则取消其中一个高亮标记的采样点，并再次随机标记新的高亮采样点，当两个高量采样点的间距＞预设间距值后，则高量采样点的随机标记工作完成；
21.且将标记完成的高亮采样点立体分布图发给路径控制单元。
22.进一步，路径模型处理的具体过程如下：
23.将标记完成的高亮采样点立体分布图标记为{a1、a2、a3、a4、
……
、ai}，其中a1、a2、a3、a4、
……
、ai为高亮采样点立体分布图的采样点，i为正整数；
24.然后标记矿物集样单元的初始位置点，且获取矿物集样单元的初始位置点与高亮
采样点立体分布图的采样点间的最短间距，将此最短间距对应的采样点标记为第二轨迹点，以第二轨迹点为矿物集样单元进入矿物煤区的初始轨迹点，且将高亮采样点的坐标集合内的采样点进行比较，当高亮采样点的坐标集合内的多个采样点在同一垂直直线上时为同类采样点，即其中一个采样点位于其中另一个或多个采样点的正上方时，并分别计算得到两个相邻采样点的垂直高度差，并将采样点归纳并构建等高线高亮采样点集合；当高亮采样点的坐标集合内的采样点不在同一垂直直线上时为异类采样点，则构建非等高线高亮采样点集合；
25.当矿物集样单元在矿物煤区的初始轨迹点时，获取矿物煤区的初始点内高亮采样点的坐标集合内的采样点与矿物集样单元的实时距离，当采样点实时距离在矿物集样单元的作用半径内时，此为直接采样点，当采样点不在矿物集样单元的作用半径内时，获取最近距离的采样点并对此处进行采样，此为水平实时移动轨迹点，当此采样点对应的高亮采样点位于等高线高亮采样点集合内时，获取等高线高亮采样点集合内的同类采样点，将同类采样点从上到下进行排列并计算相邻两个同类采样点的高度差，然后按照高度差和同类采样点生成垂直实时移动水轨迹点，通过初始轨迹点、直接采样点、水平实时移动轨迹点和垂直实时移动水轨迹点的结合构建采样路径轨迹，通过采样路径轨迹控制矿物集样单元运作。
26.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
27.本发明在密封转运采样矿物煤的基础上，通过自动化采集矿物煤区的立体图，并处理生成高亮采样点立体分布图，从而有规律地随机生成目标采样点，通过目标采样点与设备位置的结合处理形成采样路径轨迹，然后通过实时控制设备移动和采样，从而实现了自动识别煤区、自动有规律的随机立体化采样，使煤区采样作业更加标准化和规范化，更实现了无自动装车系统的装车站在装车前使用过程中，本发明完成煤区快速采样的实际需求，且与传统人工分段作业模式相比，能够大大缩短采样周期，降低人工劳动强度，杜绝人为因素影响，使采样矿物煤更加智能、更加高效，使采样的质量显著提升，本发明还适用于火车、汽车车厢上的快速采样，使本发明的适用面更广，同时解决了传统人工控制机械采样，需要较多的控制步骤，劳动强度相对较大、效率较低的问题。
附图说明
28.图1示出了本发明的结构流程图；
29.图2示出了矿物集样单元的结构俯视图；
30.图3示出了矿物集样单元的立体图；
31.图4示出了重感集样结构的结构示意放大图；
32.图例说明：1、载重车头；2、载重车架；3、采样控制机构；4、重感集样结构；5、电控柜；6、空压机；7、油水分离器；8、车载发电机；9、采样头；301、电动支撑底座；302、液压油箱；303、第一机械臂；304、第二机械臂；305、四连杆机构；401、支架；402、储料仓；403、翻转机构；404、重力传感器；405、电动对开门。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
34.实施例1：
35.如图1-4所示，一种全智能移动固体矿物采样车，包括矿物集样单元、信息输入单元、三维采集单元、采样点建模单元和路径控制单元；
36.矿物集样单元包括载重车头1和载重车架2，载重车架2的顶面安装有采样控制机构3、重感集样结构4、电控柜5、空压机6、油水分离器7和车载发电机8，采样控制机构3远离载重车架2的端部安装有采样头9和推动页，推动页设有两个，且推动页对称设于采样头9的两侧，推动页间隙配合包裹于采样头9的外端，两个推动页闭合后挤压采样头9闭合，增强其闭合的稳定性效果，电控柜5电性连接采样控制机构3、重感集样结构4、空压机6、油水分离器7和车载发电机8，电控柜5为采样控制机构3、重感集样结构4、空压机6和油水分离器7内的电器元件提供电力支持，车载发电机8用于对电控柜5进行电力补充，采样控制机构3与重感集样结构4间隙配合，重感集样结构4控制采样头9转动、升降、折弯、打开和关闭，实现对采样头9的多方位移动并采样矿物煤，然后将采样后的矿物煤倒入到重感集样结构4内储存，到重感集样结构4用于实时感应矿物煤的量，直到采样完成，然后将目标煤量运输到检煤区检测，通过采样头9抓取采样，保护煤炭；
37.采样控制机构3包括电动支撑底座301，电动支撑底座301转动设于载重车架2的顶面，电动支撑底座301的一侧设有液压油箱302，电动支撑底座301的顶侧边铰接有第一机械臂303，第一机械臂303铰接有第二机械臂304，且第一机械臂303的液压轴与第二机械臂304的一端连接，第一机械臂303的液压轴用于支撑第二机械臂304，第一机械臂303液压轴升缩使第二机械臂304沿弧形圆周运动，第二机械臂304远离第一机械臂303的液压轴安装有四连杆机构305，第二机械臂304的液压轴用于控制四连杆机构305升降，采样头9安装于四连杆机构305远离第二机械臂304的一端，四连杆机构305用于驱动采样头9打开采样，且第一机械臂303、第二机械臂304和四连杆机构305适配有若干油缸，油缸用于驱动其部件运作，液压控制系统由液压油箱302、空压机6、油水分离器7和油缸组成，液压控制系统实现对第一机械臂303、第二机械臂304和四连杆机构305的控制，从而实现采样头9的多方位移动；
38.重感集样结构4包括固定设于载重车架2顶面的支架401，支架401的顶面设有储料仓402，储料仓402与支架401之间设有翻转机构403和重力传感器404，重力传感器404安装于支架401的四个拐角处，且重力传感器404用于实时感应储料仓402内的矿物煤的质量，翻转机构403安装于支架401内，且翻转机构403的输出轴与储料仓402的中部连接，储料仓402的顶面安装有电动对开门405，控制翻转机构403的输出轴正向旋转，从而使储料仓402以支架401的沿边为中心进行正向旋转，储料仓402以支架401的沿边为中心进行正向旋转后使电动对开门405开口偏下，然后打开电动对开门405，对储料仓402内采样的矿物煤进行倾倒，从而保证采样矿物煤的密封运输与后期检测，降低运输过程中外部环境的干扰；
39.工作原理：
40.信息输入单元，用于输入目标矿物煤重量并将其发送采样点建模单元；
41.三维采集单元，用于采集矿物煤区立体三维图并将其发送采样点建模单元；其中矿物煤区立体三维图通过超声波传感器采集处理获得；
42.采样点建模单元接收到矿物煤区立体三维图和目标矿物煤重量，将矿物煤区立体三维图按等体积分割并生成若干个中间体，然后将若干个中间体的中心点标记为低亮点，低亮点结合矿物煤区立体三维图构成了矿物煤区域低亮度采样点立体分布图；
43.将目标矿物煤重量标定为g0，则根据公式ys＝g0/g0，得到采样点个数ys，且g0为预设值，g0为每次采样点处的需求质量，且保证采样点个数ys为正整数；
44.当采样点个数ys生成后，随机高亮标记ys个矿物煤区域低亮度采样点立体分布图的采样点，从而生成高亮采样点立体分布图；
45.获取高亮采样点立体分布图的两个高量采样点的间距，当两个高量采样点的间距≤预设间距值时，则取消其中一个高亮标记的采样点，并再次随机标记新的高亮采样点，当两个高量采样点的间距＞预设间距值后，则高量采样点的随机标记工作完成；
46.且将标记完成的高亮采样点立体分布图发给路径控制单元；
47.路径控制单元接收到标记完成的高亮采样点立体分布图后，按路径模型处理生成采样路径轨迹，并控制矿物集样单元按采样路径轨迹对高亮采样点进行等量采样矿物煤，当对高亮采样点立体分布图中的高亮采样点采样完成后，此时采集的矿物煤的重量正等于目标矿物煤重量从而完成自动化采煤的工作；
48.当完成采样矿物煤后，控制矿物集样单元运转到检测工作站，将集样的矿物煤倾倒到检测工作站内，当检测工作站接收到集样后的矿物煤后，对矿物煤进行分析检测，通过矿物煤的灰分和燃烧散发的温度评价矿物煤的品种质量；
49.路径模型处理的具体工作步骤如下：
50.将标记完成的高亮采样点立体分布图标记为{a1、a2、a3、a4、
……
、ai}，其中a1、a2、a3、a4、
……
、ai为高亮采样点立体分布图的采样点，且i为高亮采样点的个数ys，i为正整数；
51.然后标记矿物集样单元的初始位置点，且获取矿物集样单元的初始位置点与高亮采样点立体分布图的采样点间的最短间距，将此最短间距对应的采样点标记为第二轨迹点，以第二轨迹点为矿物集样单元进入矿物煤区的初始轨迹点，且将高亮采样点的坐标集合内的采样点进行比较，当高亮采样点的坐标集合内的多个采样点在同一垂直直线上时为同类采样点，即其中一个采样点位于其中另一个或多个采样点的正上方时，并分别计算得到两个相邻采样点的垂直高度差，并将采样点归纳并构建等高线高亮采样点集合；当高亮采样点的坐标集合内的采样点不在同一垂直直线上时为异类采样点，则构建非等高线高亮采样点集合；
52.例如，高亮采样点的坐标集合为{a1、a2、a3、a4、
……
、a13}，说明高亮采样点有13个；等高线高亮采样点集合为{(a1、a7)，(a2、a4、a5)，(a8、a11)}，然后求出a2与a4的垂直高度差，a4与a5的垂直高度差，通过垂直高度差得到二次挖掘的深度、三次挖掘的深度，通过深度变化需要在此处采样多次，实现精准锁定高亮采样点，而非等高线高亮采样点集合为{a3、a6、a9、a10、a12、a13}，这里直接控制矿物集样单元定点采样即可；
53.当矿物集样单元在矿物煤区的初始轨迹点时，获取矿物煤区的初始点内高亮采样点的坐标集合内的采样点与矿物集样单元的实时距离，当采样点实时距离在矿物集样单元的作用半径内时，直接对其采样，当采样点不在矿物集样单元的作用半径内时，获取最近距离的采样点并对此处进行采样，此为水平实时移动轨迹点，当此采样点对应的高亮采样点
位于等高线高亮采样点集合内时，获取等高线高亮采样点集合内的同类采样点，将同类采样点从上到下进行排列并计算相邻两个同类采样点的高度差，然后按照高度差和同类采样点生成垂直实时移动水轨迹点，通过初始轨迹点、直接采样点、水平实时移动轨迹点和垂直实时移动水轨迹点的结合构建采样路径轨迹，通过采样路径轨迹控制矿物集样单元运作；
54.矿物集样单元对采样点采样的具体过程为：
55.液压系统间接控制采集头移动并向下插入到采样点处，然后控制采集头打开，此处的矿物煤则进入到采集头内，然后控制采集头闭合，然后控制采集头移动到重感集样结构4的正上方，打开重感集样结构4的电动对开门405后控制采集头插入储料仓402内内，然后打开采集头使采到等量的矿物煤样落到感集样结构的储料仓402内，此时重力传感器404实时感应储料仓402内矿物煤样的重量，然后控制采集头离开并闭合后重复上述步骤，直到采集到目标煤量，从而完成工作。
56.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种全智能移动固体矿物采样车，包括矿物集样单元，其特征在于：信息输入单元，用于输入目标矿物煤重量并将其发送采样点建模单元；三维采集单元，用于采集矿物煤区立体三维图并将其发送采样点建模单元；采样点建模单元，用于接收到矿物煤区立体三维图和目标矿物煤重量并经标记建模处理生成高亮采样点立体分布图，还将高亮采样点立体分布图发送给采样点建模单元；路径控制单元，用于接收标记后的高亮采样点立体分布图并经路径模型处理生成采样路径轨迹，还用于制矿物集样单元按采样路径轨迹对高亮采样点进行等量采样矿物煤、当对高亮采样点立体分布图中的高亮采样点采样完成后，控制矿物集样单元运转到检测工作站，将集样的矿物煤倾倒到检测工作站内。2.根据权利要求1所述的一种全智能移动固体矿物采样车，其特征在于，矿物集样单元包括载重车头(1)和载重车架(2)，所述载重车架(2)的顶面安装有采样控制机构(3)、重感集样结构(4)、电控柜(5)、空压机(6)、油水分离器(7)和车载发电机(8)，所述采样控制机构(3)远离载重车架(2)的端部安装有采样头(9)和推动页，所述推动页设有两个，且推动页对称设于采样头(9)的两侧，所述推动页间隙配合包裹于采样头(9)的外端，所述电控柜(5)电性连接采样控制机构(3)、重感集样结构(4)、空压机(6)、油水分离器(7)和车载发电机(8)，所述采样控制机构(3)与重感集样结构(4)间隙配合。3.根据权利要求2所述的一种全智能移动固体矿物采样车，其特征在于，所述采样控制机构(3)包括电动支撑底座(301)，所述电动支撑底座(301)转动设于载重车架(2)的顶面，所述电动支撑底座(301)的一侧设有液压油箱(302)，所述电动支撑底座(301)的顶侧边铰接有第一机械臂(303)，所述第一机械臂(303)铰接有第二机械臂(304)，且第一机械臂(303)的液压轴与第二机械臂(304)的一端连接，所述第二机械臂(304)远离第一机械臂(303)的液压轴安装有四连杆机构(305)，所述采样头(9)安装于四连杆机构(305)远离第二机械臂(304)的一端，且第一机械臂(303)、第二机械臂(304)和四连杆机构(305)适配有若干油缸。4.根据权利要求3所述的一种全智能移动固体矿物采样车，其特征在于，所述重感集样结构(4)包括固定设于载重车架(2)顶面的支架(401)，所述支架(401)的顶面设有储料仓(402)，所述储料仓(402)与支架(401)之间设有翻转机构(403)和重力传感器(404)，所述重力传感器(404)安装于支架(401)的四个拐角处，所述翻转机构(403)安装于支架(401)内，且翻转机构(403)的输出轴与储料仓(402)的中部连接，所述储料仓(402)的顶面安装有电动对开门(405)。5.根据权利要求1所述的一种全智能移动固体矿物采样车，其特征在于，标记建模处理的具体过程如下：将矿物煤区立体三维图按等体积分割并生成若干个中间体，然后将若干个中间体的中心点标记为低亮点，低亮点结合矿物煤区立体三维图构成了矿物煤区域低亮度采样点立体分布图；将目标矿物煤重量标定为g0，则根据公式ys＝g0/g0，得到采样点个数ys，且g0为预设值，g0为每次采样点处的需求质量，且保证采样点个数ys为正整数；当采样点个数ys生成后，随机高亮标记ys个矿物煤区域低亮度采样点立体分布图的采样点，从而生成高亮采样点立体分布图；
获取高亮采样点立体分布图的两个高量采样点的间距，当两个高量采样点的间距≤预设间距值时，则取消其中一个高亮标记的采样点，并再次随机标记新的高亮采样点，当两个高量采样点的间距＞预设间距值后，则高量采样点的随机标记工作完成；且将标记完成的高亮采样点立体分布图发给路径控制单元。6.根据权利要求1所述的一种全智能移动固体矿物采样车，其特征在于，路径模型处理的具体过程如下：将标记完成的高亮采样点立体分布图标记为{a1、a2、a3、a4、
……
、ai}，其中a1、a2、a3、a4、
……
、ai为高亮采样点立体分布图的采样点，i为正整数；然后标记矿物集样单元的初始位置点，且获取矿物集样单元的初始位置点与高亮采样点立体分布图的采样点间的最短间距，将此最短间距对应的采样点标记为第二轨迹点，以第二轨迹点为矿物集样单元进入矿物煤区的初始轨迹点，且将高亮采样点的坐标集合内的采样点进行比较，当高亮采样点的坐标集合内的多个采样点在同一垂直直线上时为同类采样点，即其中一个采样点位于其中另一个或多个采样点的正上方时，并分别计算得到两个相邻采样点的垂直高度差，并将采样点归纳并构建等高线高亮采样点集合；当高亮采样点的坐标集合内的采样点不在同一垂直直线上时为异类采样点，则构建非等高线高亮采样点集合；当矿物集样单元在矿物煤区的初始轨迹点时，获取矿物煤区的初始点内高亮采样点的坐标集合内的采样点与矿物集样单元的实时距离，当采样点实时距离在矿物集样单元的作用半径内时，此为直接采样点，当采样点不在矿物集样单元的作用半径内时，获取最近距离的采样点并对此处进行采样，此为水平实时移动轨迹点，当此采样点对应的高亮采样点位于等高线高亮采样点集合内时，获取等高线高亮采样点集合内的同类采样点，将同类采样点从上到下进行排列并计算相邻两个同类采样点的高度差，然后按照高度差和同类采样点生成垂直实时移动水轨迹点，通过初始轨迹点、直接采样点、水平实时移动轨迹点和垂直实时移动水轨迹点的结合构建采样路径轨迹，通过采样路径轨迹控制矿物集样单元运作。
技术总结本发明公开了一种全智能移动固体矿物采样车，涉及大宗散状矿物采样技术领域，本发明在密封转运采样矿物煤的基础上，通过自动化采集矿物煤区的立体图，并处理生成高亮采样点立体分布图，从而有规律地随机生成目标采样点，通过目标采样点与设备位置的结合处理形成采样路径轨迹，然后通过实时控制设备移动和采样，从而实现了自动识别煤区、自动有规律的随机立体化采样，使煤区采样作业更加标准化和规范化，更实现了无自动装车系统的装车站在装车前使用过程中，本发明完成煤区快速采样的实际需求，且与传统人工分段作业模式相比，能够大大缩短采样周期。大缩短采样周期。大缩短采样周期。
技术研发人员：姜英 罗陨飞 邵徇
受保护的技术使用者：英飞智信（北京）科技有限公司
技术研发日：2022.07.05
技术公布日：2022/11/1
