天井钻机控制方法、装置、存储介质及天井钻机

摘要

本发明公开了一种天井钻机控制方法、装置、存储介质及天井钻机，通过在钻杆的上端设置到位检测开关器件，可以在机械手系统将钻杆上端与推进机构的动力头进行连接时，判断是否连接到位，从而实现对钻杆和动力头连接的自动控制；同时，通过对推进和回转的自动匹配控制，完成动力头的下降和转动控制，最终完成对下端丝扣的自动接扣，整个接杆过程不再需要人工参与，降低了人力成本和时间成本；此外，本发明利用了标准钻杆和稳定钻杆的结构区别，并利用激光雷达对该区别进行数据化，从而可以实现对钻杆类型的自动识别，为钻杆自动接杆流程解决了安全隐患，使得整个钻机自动化控制工作真正的具备了实际应用的价值。

权利要求

1.一种天井钻机控制方法，其特征在于，所述天井钻机包括钻杆平台、推进机构、机械手系统；所述钻杆平台用于储运钻杆，所述钻杆具有上端丝扣和下端丝扣，所述上端丝扣处设置有到位检测开关器件；所述钻杆的钻杆类型包括标准钻杆和稳定钻杆，所述稳定钻杆周侧环绕具有多个稳定块，所述推进机构上设置有激光雷达；所述天井钻机控制方法包括：控制机械手系统从所述钻杆平台中抓取所述钻杆，并将所述钻杆移动至所述推进机构下方；

通过所述激光雷达采集所述钻杆转动一周的扫描测距数据；

根据所述扫描测距数据确定所述钻杆的钻杆类型与预设的钻杆类型排序中要求钻杆类型的一致性，得到一致性结果；

若所述一致性结果为相同，通过所述机械手系统将所述钻杆的上端丝扣转动接入所述推进机构的动力头的钻杆连接件中，直至接收到所述到位检测开关器件反馈的上端连接到位信号；

获取所述推进机构的推进压力和所述推进机构的推进位移，根据所述推进压力和所述推进位移控制所述推进机构推动所述钻杆转动下移，直至所述下端丝扣与主体钻杆结构完成连接，得到新的主体钻杆结构，所述主体钻杆结构的底端连接有钻头；

控制所述推进机构推动所述钻头向下推进；

所述根据所述扫描测距数据确定所述钻杆的钻杆类型与预设的钻杆类型排序中要求钻杆类型的一致性，得到一致性结果，包括：根据所述扫描测距数据和预先获取的稳定钻杆测距特征数据确定所述钻杆的钻杆类型，得到当前钻杆类型；所述稳定钻杆测距特征数据由所述激光雷达对所述稳定钻杆扫描一周得到；

确定所述当前钻杆类型与所述钻杆类型排序中要求钻杆类型的一致性，得到所述一致性结果。

2.根据权利要求1所述的天井钻机控制方法，其特征在于，所述控制所述推进机构推动所述钻头向下推进，包括：采集所述钻头推进过程中的多个第一回转压力数据；

对多个所述第一回转压力数据执行压力反馈策略，得到增减压需求；

根据所述增减压需求控制所述钻头向下动作；

所述压力反馈策略包括以下步骤：

对多个所述第一回转压力数据进行预处理，得到多个第二回转压力数据，并将多个所述第二回转压力数据分为较大数据部分和较小数据部分，所述较大数据部分中每个所述第二回转压力数据皆大于所述较小数据部分中每个所述第二回转压力数据；

确定所述第二回转压力数据的均值回归曲线；

计算所述较大数据部分中每个所述第二回转压力数据与所述均值回归曲线之间的回归距离；

根据多个所述回归距离计算出离群特征；

根据所述离群特征确定所述推进机构的所述增减压需求。

3.根据权利要求2所述的天井钻机控制方法，其特征在于，所述天井钻机控制方法，还包括：当所述主体钻杆结构底端的所述钻头替换为扩孔刀盘，控制所述推进机构推动所述扩孔刀盘向上提升。

4.根据权利要求3所述的天井钻机控制方法，其特征在于，所述控制所述推进机构推动所述扩孔刀盘向上提升，包括：采集所述钻头推进过程中的多个所述第一回转压力数据；

对多个所述第一回转压力数据执行所述压力反馈策略，得到所述增减压需求；

根据所述增减压需求控制所述扩孔刀盘向上提升。

5.根据权利要求2所述的天井钻机控制方法，其特征在于，所述对多个所述第一回转压力数据进行预处理，得到多个第二回转压力数据，包括：基于窗口移动平均值滤波方法对多个所述第一回转压力数据进行预处理，得到多个所述第二回转压力数据。

6.根据权利要求2所述的天井钻机控制方法，其特征在于，所述根据多个所述回归距离计算出离群特征，包括：基于KNN算法，利用多个所述回归距离计算出离群特征。

7.一种天井钻机控制系统，其特征在于，所述天井钻机包括钻杆平台、推进机构、机械手系统；所述钻杆平台用于储运钻杆，所述钻杆具有上端丝扣和下端丝扣；所述钻杆的钻杆类型包括标准钻杆和稳定钻杆，所述稳定钻杆周侧环绕具有多个稳定块；

所述天井钻机控制系统包括：

到位检测开关器件，设置于所述上端丝扣处；

传感器组件，用于采集所述推进机构的推进压力和所述推进机构的推进位移；

激光雷达，设置于所述推进机构上；

控制单元，用于执行如权利要求1至6任一所述的天井钻机控制方法。

8.一种天井钻机，其特征在于，包括如权利要求7所述的天井钻机控制系统。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至6任一所述的天井钻机控制方法。

说明书

天井钻机控制方法、装置、存储介质及天井钻机

技术领域

[0001] 本发明涉及工程器械领域，尤其是涉及一种天井钻机控制方法、装置、存储介质及天井钻机。

背景技术

[0002] 天井钻机具有灵活的履带行走能力，其作业效率高、安全可靠、操作方便，是我国地下矿山天井安全掘进必备的数字化装备。传统的天井钻机在现场作业时，需通过人工手动操作，依次完成钻杆架的移动和送杆、机械手的抓杆、转入与接杆、导孔操作，这样就完成了一根钻杆的导孔作业，整个过程需要耗费大量的人力成本和时间成本。

发明内容

[0003] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种天井钻机控制系统，能够完成对接杆工作的自动化操作。

[0004] 本发明还提出了一种天井钻机控制装置、计算机可读存储介质和天井钻机。

[0005] 根据本发明的第一方面实施例的天井钻机控制方法，所述天井钻机包括钻杆平台、推进机构、机械手系统；所述钻杆平台用于储运钻杆，所述钻杆具有上端丝扣和下端丝扣，所述上端丝扣处设置有到位检测开关器件；所述钻杆的钻杆类型包括标准钻杆和稳定钻杆，所述稳定钻杆周侧环绕具有多个稳定块，所述推进机构上设置有激光雷达；所述天井钻机控制方法包括：

[0006] 控制机械手系统从所述钻杆平台中抓取所述钻杆，并将所述钻杆移动至所述推进机构下方；

[0007] 通过所述激光雷达采集所述钻杆转动一周的扫描测距数据；

[0008] 根据所述扫描测距数据确定所述钻杆的钻杆类型与预设的钻杆类型排序中要求钻杆类型的一致性，得到一致性结果；

[0009] 若所述一致性结果为相同，通过所述机械手系统将所述钻杆的上端丝扣转动接入所述推进机构的动力头的钻杆连接件中，直至接收到所述到位检测开关器件反馈的上端连接到位信号；

[0010] 获取所述推进机构的推进压力和所述推进机构的推进位移，根据所述推进压力和所述推进位移控制所述推进机构推动所述钻杆转动下移，直至所述下端丝扣与主体钻杆结构完成连接，得到新的主体钻杆结构，所述主体钻杆结构的底端连接有钻头；

[0011] 控制所述推进机构推动所述钻头向下推进。

[0012] 根据本发明实施例的天井钻机控制方法，至少具有如下有益效果：

[0013] 通过在钻杆的上端设置到位检测开关器件，可以在机械手系统将钻杆上端与推进机构的动力头进行连接时，判断是否连接到位，从而实现对钻杆和动力头连接的自动控制；同时，通过持续检测推进机构的推进压力和推进位移，可以完成对推进和回转的自动匹配控制，完成动力头的下降和转动控制，最终完成对下端丝扣的自动接扣。此外，传统接杆操作都是通过人工完成，因此，可以直接通过人工完成对钻杆类型识别，从而保证整个主体钻杆结构的强度，本发明实施例的天井钻机控制方法意在实现自动接杆，不再考虑人工识别钻杆类型，因此，巧妙的利用了标准钻杆和稳定钻杆的结构区别，并利用激光雷达对该区别进行数据化，从而可以实现对钻杆类型的自动识别，为钻杆自动接杆流程解决了安全隐患，使得整个钻机自动化控制工作真正的具备了实际应用的价值。本发明实施例的天井钻机控制方法可以实现对钻杆的自动接续，不再需要人工参与接杆过程，直接有效的减少了人力成本和时间成本，适合进行产业化推广。

[0014] 根据本发明的一些实施例，所述根据所述扫描测距数据确定所述钻杆的钻杆类型与预设的钻杆类型排序中要求钻杆类型的一致性，得到一致性结果；包括：

[0015] 根据所述扫描测距数据和预先获取的稳定钻杆测距特征数据确定所述钻杆的钻杆类型，得到当前钻杆类型；所述稳定钻杆测距特征数据由所述激光雷达对所述稳定钻杆扫描一周得到；

[0016] 确定所述当前钻杆类型与所述钻杆类型排序中要求钻杆类型的一致性，得到所述一致性结果。

[0017] 根据本发明的一些实施例，所述控制所述推进机构推动所述钻头向下推进，包括：

[0018] 采集所述钻头推进过程中的多个第一回转压力数据；

[0019] 对多个所述第一回转压力数据执行压力反馈策略，得到增减压需求；

[0020] 根据所述增减压需求控制所述钻头向下动作；

[0021] 所述压力反馈策略包括以下步骤：

[0022] 对多个所述第一回转压力数据进行预处理，得到多个第二回转压力数据，并将多个所述第二回转压力数据分为较大数据部分和较小数据部分，所述较大数据部分中每个所述第二回转压力数据皆大于所述较小数据部分中每个所述第二回转压力数据；

[0023] 确定所述第二回转压力数据的均值回归曲线；

[0024] 计算所述较大数据部分中每个所述第二回转压力数据与所述均值回归曲线之间的回归距离；

[0025] 根据多个所述回归距离计算出离群特征；

[0026] 根据所述离群特征确定所述推进机构的所述增减压需求。

[0027] 根据本发明的一些实施例，所述天井钻机控制方法，还包括：

[0028] 当所述主体钻杆结构底端的所述钻头替换为扩孔刀盘，控制所述推进机构推动所述扩孔刀盘向上提升。

[0029] 根据本发明的一些实施例，所述控制所述推进机构推动所述扩孔刀盘向上提升，包括：

[0030] 采集所述钻头推进过程中的多个所述第一回转压力数据；

[0031] 对多个所述第一回转压力数据执行所述压力反馈策略，得到所述增减压需求；

[0032] 根据所述增减压需求控制所述扩孔刀盘向上提升。

[0033] 根据本发明的一些实施例，所述对多个所述第一回转压力数据进行预处理，得到多个第二回转压力数据，包括：

[0034] 基于窗口移动平均值滤波方法对多个所述第一回转压力数据进行预处理，得到多个所述第二回转压力数据。

[0035] 根据本发明的一些实施例，所述根据多个所述回归距离计算出离群特征，包括：

[0036] 基于KNN算法，利用多个所述回归距离计算出离群特征。

[0037] 根据本发明的一些实施例，所述第一回转压力数据通过设置于回转阀中的回转油压传感器检测得到。

[0038] 根据本发明的一些实施例，所述推进机构对应的推进油缸中设置有位移传感器，所述推进油缸对应的推进控制阀组上对应设置有推进油压检测传感器；

[0039] 所述推进压力和所述推进位移由以下步骤得到：

[0040] 通过所述推进油压检测传感器检测所述推进机构的所述推进压力，通过所述位移传感器检测所述推进机构的所述推进位移。

[0041] 根据本发明的第二方面实施例的天井钻机控制系统，所述天井钻机包括钻杆平台、推进机构、机械手系统；所述钻杆平台用于储运钻杆，所述钻杆具有上端丝扣和下端丝扣；所述钻杆的钻杆类型包括标准钻杆和稳定钻杆，所述稳定钻杆周侧环绕具有多个稳定块；

[0042] 所述天井钻机控制系统包括：

[0043] 到位检测开关器件，设置于所述上端丝扣处；

[0044] 传感器组件，用于采集所述推进机构的推进压力和所述推进机构的推进位移；

[0045] 激光雷达，设置于所述推进机构上；

[0046] 控制单元，用于执行如上述第一方面实施例的天井钻机控制方法。

[0047] 根据本发明实施例的天井钻机控制系统，至少具有如下有益效果：

[0048] 本发明实施例的天井钻机控制系统采用了上述实施例的天井钻机控制方法，从而能够实现对钻杆的上端丝扣和下端丝扣的自动连接，并可以实现对钻杆类型的有效识别，在实现自动化接杆的同时有效的保证主体钻杆结构的整体强度。本发明实施例的天井钻机控制系统可以实现对钻杆的自动接续，不再需要人工参与接杆过程，直接有效的减少了人力成本和时间成本，适合进行产业化推广。

[0049] 根据本发明的第三方面实施例的天井钻机，包括如第二方面实施例的天井钻机控制系统。由于包括如第二方面实施例的天井钻机控制系统，从而能够实现对钻杆的上端丝扣和下端丝扣的自动连接，并可以实现对钻杆类型的有效识别，在实现自动化接杆的同时有效的保证主体钻杆结构的整体强度。本发明实施例的天井钻机可以实现对钻杆的自动接续，不再需要人工参与接杆过程，直接有效的减少了人力成本和时间成本，适合进行产业化推广。

[0050] 根据本发明的第四方面实施例的计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上述第一方面实施例所述的天井钻机控制方法。从而能够实现对钻杆的上端丝扣和下端丝扣的自动连接，并可以实现对钻杆类型的有效识别，可以在实现自动化接杆的同时有效的保证主体钻杆结构的整体强度。

[0051] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

[0052] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0053] 图1是本发明一实施例提供的天井钻机的结构示意图；

[0054] 图2是本发明一实施例提供的天井钻机部分结构的结构示意图；

[0055] 图3是图2中局部A的放大示意图；

[0056] 图4是本发明一实施例提供的天井钻机控制方法的流程图；

[0057] 图5是本发明一实施例提供的标准钻杆的结构示意图；

[0058] 图6是本发明一实施例提供的稳定钻杆的结构示意图；

[0059] 图7是本发明一实施例提供的标准钻杆的测距结果图；

[0060] 图8是本发明一实施例提供的稳定钻杆的测距结果图；

[0061] 图9是本发明一实施例提供的岩性松软情况下的回转压力数据变化图；

[0062] 图10是图9中对应数据进行预处理之后的曲线图；

[0063] 图11是本发明一实施例提供的岩性坚硬情况下的回转压力数据变化。

[0064] 附图标记：

[0065] 履带底盘100、

[0066] 底座200、下插板210、

[0067] 减速箱及推进机构300、推进油缸310、动力头320、

[0068] 机械手系统400、

[0069] 动力单元总成500、

[0070] 钻杆平台600、

[0071] 钻杆710、上端丝扣711、下端丝扣722。

具体实施方式

[0072] 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。

[0073] 在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

[0074] 在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0075] 本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

[0076] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，并非全部实施例。

[0077] 为了更好的完成对本发明实施例提供的天井钻机控制方法、装置、存储介质及天井钻机的描述，这里提供了一种应用场景，如图1所示，该应用场景中，天井钻机包括履带底盘100、底座200、减速箱及推进机构300、机械手系统400、动力单元总成500、钻杆平台600、钻具系统、液压系统、电气系统等。履带底盘100主要用于设备的转场行走移动，履带式底盘接地比压小，行走通过能力强。底座200用于支撑整个钻机，在施工时能确保作业面和设备的平稳操作，确保作业过程中不发生大范围的偏移。减速箱及推进机构300包括减速箱和推进机构，推进机构主要是用于在接卸钻杆、导孔和扩孔作业过程中驱动动力头320。机械手系统400在接杆时用于辅助抓取钻杆710并实现钻杆710的转入和对中定位；在卸杆时用于辅助抓取钻杆710并转出摆放到钻杆平台600的钻杆架上。动力单元总成500设置柴电双动力系统，可以在行走转场和正常工作时使用，用于驱动液压泵及阀组，为整个天井平台提供动力来源。钻杆平台600用于摆放钻杆710，可以实现钻杆710的前后和上下移动，从而实现自动送杆和回杆功能。钻具系统包括牙轮钻头、扩孔刀盘和钻杆710，导孔作业时安装在前端的牙轮钻头用于前向破碎，从而实现导孔作业，在扩孔作业时安装在底部的扩孔刀盘用于切割破碎，实现反向的扩孔作业。液压系统由液压油泵、多路阀、液压管路组成，用于在动力单元总成500驱动下为钻井平台提供动力输出。电气系统由电控箱、显控一体屏、控制单元、整机线束等组成，结合软件控制系统，实现对设备所有动作的控制。需要说明的是，本应用场景中，机械手系统400、钻杆平台600、履带底盘100皆采用液压驱动控制，可以在动力单元总成500和液压系统的共同驱动下完成动作。电气系统中控制单元用于执行具体的控制方法，以保证整体功能的实现。

[0078] 这里为了更好的描述本发明实施例，这里对天井钻机的钻井过程进行进一步的描述。

[0079] 天井钻机的施工主要包括准备阶段、辅助接钻杆阶段、导孔阶段、扩孔阶段、辅助卸钻杆阶段、收尾阶段。

[0080] 准备阶段，安装好水电条件后，将天井钻机安装在预先浇筑好混泥土的基础上，检查设备各部分水路/气路/电路/管路是否正常工作。

[0081] 辅助接钻杆阶段，通过控制钻杆平台600实现钻杆710的移动，并通过机械手抓取钻杆710完成对接一根钻杆710的控制，根据现场需要一般在完成十根左右的标准钻杆对接后，会间隔插入一根稳定钻杆。稳定钻杆的作用就是为了保证正向导孔作业时的精度，确保最后导出来的孔不出现大的偏斜。

[0082] 导孔阶段，主轴的扭矩和推进油缸310的轴向进给通过钻杆710传递给导孔钻头，形成逐渐加深的导向孔。

[0083] 扩孔阶段，在下部隧洞拆掉导孔钻头，连接好扩孔刀盘，开启自下而上的反向扩孔工序。

[0084] 辅助卸钻杆阶段，机械手抓取卸完扣后的钻杆710，通过对机械手和钻杆710取放平台的控制，实现钻杆710的回收。

[0085] 需要说明的是，上述的应用场景仅仅是实施本发明实施例的天井钻机控制方法、装置、存储介质及天井钻机的一种场景，并非对本发明保护范围的限定。

[0086] 基于上述场景，提出本申请的各个实施例。下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。

[0087] 参见图4所示，图4是本发明一个实施例提供的天井钻机控制方法的流程图，该天井钻机控制方法包括但不限于以下步骤：

[0088] 控制机械手系统400从钻杆平台600中抓取钻杆710，并将钻杆710移动推进机构下方；

[0089] 通过激光雷达采集钻杆710转动一周的扫描测距数据；

[0090] 根据扫描测距数据确定钻杆710的钻杆类型与预设的钻杆类型排序中要求钻杆类型的一致性，得到一致性结果；

[0091] 若一致性结果为相同，通过机械手系统400将钻杆710的上端丝扣711转动接入推进机构的动力头320的钻杆连接件中，直至接收到到位检测开关器件反馈的上端连接到位信号；

[0092] 获取推进机构的推进压力和推进机构的推进位移，根据推进压力和推进位移控制推进机构推动钻杆转动下移，直至下端丝扣712与主体钻杆结构完成连接，得到新的主体钻杆结构，主体钻杆结构的底端连接有钻头；

[0093] 控制推进机构推动钻头向下推进。

[0094] 钻杆自动连接的关键有两点，一是如何确定钻杆类型，即每过一段距离便需要接入一根稳定钻杆来保证整个主体钻杆结构的稳定性，如果没有及时接入，则会导致主体钻杆结构稳定性不够，出现安全风险；二是如何判断钻杆是否连接到位，即防止在未连接到位情况下推进钻头，对钻杆造成损坏。

[0095] 参考图5、图6，本实施例中，在动力头320与钻杆710的连接处周边设置了激光雷达，激光雷达的检测方向与钻杆710的轴向平行。当动力头320缓慢转动时，激光雷达可以对钻杆710周侧完成扫描，从而可以得到周侧的具体特征，可以理解的是，稳定钻杆的周侧有多个稳定块，且稳定块呈周期性布置，因此，测距结果中距离会出现一个周期性变化结果(如图8所示)，而对于标准钻杆，则会基本稳定在一个固定的距离，不会出现周期性变化(如图7所示)，因此，利用这一差别，便可以在每次连接钻杆710时，实现对钻杆710的快速确定。在确定好钻杆类型之后，便需要进一步确定当前需要接入的钻杆710是否与预先设置好的钻杆类型排序中该钻杆710位置对应的钻杆类型一致。如果一致，则允许完成接杆和后续的钻井工作，反之，如果不一致，则放弃连接当前的钻杆710，并停止接杆，由人工介入调整，或者直接将钻杆710放回钻杆平台600，重新拿取钻杆710，直至得到满足一致性要求的钻杆
710。需要说明的是，图7至图11中，横坐标皆为时间，纵坐标皆为距离。

[0096] 参考图1至图3，为了实现对钻杆710的上端丝扣711是否与推进机构中动力头320连接到位进行检测，在上端丝扣711处设置了到位检测开关器件，当上端丝扣711接入动力头320中开始转动后，便会持续检测到位检测开关器件是否被触发，当到位检测开关器件被触发时，便可以确定上端丝扣711已经转动连接到位，机械臂此时松开钻杆710。需要说明的是，持续检测到位检测开关器件可以采用的类型较多，可以使用感应式，甚至可以直接使用开关连接的方式，例如，到位检测开关器件是一个常闭开关器件或短接片，在动力头320内布置了开关电路，开关电路的两个触点设置在上端丝扣711与动力头320适配的终点位置，当上端丝扣711转动到位时，常闭开关器件的两端与两个触点对接，从而将开关电路导通，控制单元检测到电平信号的变化，便可以确定已经转动到位。

[0097] 当上端丝扣711转动到位后，此时，需要进一步完成对下端丝扣712与主体钻杆结构的连接，需要说明的是，主体钻杆结构在需要连接新钻杆710时，会通过设置于底座200中的下插板210进行夹持，以保证主体钻杆结构与下端丝扣712连接。可以理解的是，钻杆710在与主体钻杆结构连接过程中，如果下降速度过快或者压力过大，则容易导致动力头320压偏钻杆710或者压坏机械手系统400，因此，如何有效的控制下降速度和推进压力就成了最重要的环节。本实施例中，根据推进机构的推进压力和推进机构的推进位移来调整推进机构的推进和回转状态，以使得主体钻杆结构与下端丝扣712连接时能够尽可能平稳，避免出现转动过快和推进过快的情况出现，此外，本实施例中直接通过检测推进压力变化来确定是否接扣到位，即，当接扣动作完成后，无法继续推进，此时推进压力会突然增大，通过判断推进压力值与预设的接扣动作阈值的大小，则可以确定是否完成接扣，当完成接扣后，停止动力头320动作，并控制下插板210松开，然后可以启动动力头320继续完成钻井工作。

[0098] 本发明实施例的天井钻机控制方法通过在钻杆710的上端丝扣711设置到位检测开关器件，可以在机械手系统400将钻杆710上端与推进机构的动力头320进行连接时，判断是否连接到位，从而可以实现对钻杆710和动力头320连接的自动控制；同时，通过持续检测推进机构的推进压力和推进位移，通过对推进和回转的自动匹配控制，完成动力头320的下降和转动控制，最终完成对下端丝扣712的自动接扣。此外，传统接杆操作都是通过人工完成，因此，可以直接通过人工完成对钻杆类型识别，从而保证整个主体钻杆结构的强度，本发明实施例的天井钻机控制方法意在实现自动接杆，不再考虑人工识别钻杆类型，因此，巧妙的利用了标准钻杆和稳定钻杆的结构区别，并利用激光雷达对该区别进行数据化，从而可以实现对钻杆类型的自动识别，为钻杆自动接杆流程解决了安全隐患，使得整个钻机自动化控制工作真正的具备了实际应用的价值。本发明实施例的天井钻机控制方法可以实现对钻杆710的自动接续，不再需要人工参与接杆过程，直接有效的减少了人力成本和时间成本，适合进行产业化推广。

[0099] 在一些实施例中，根据扫描测距数据确定钻杆710的钻杆类型与预设的钻杆类型排序中要求钻杆类型的一致性，得到一致性结果，包括：

[0100] 根据扫描测距数据和预先获取的稳定钻杆测距特征数据确定钻杆710的钻杆类型，得到当前钻杆类型；稳定钻杆测距特征数据由激光雷达对稳定钻杆扫描一周得到；

[0101] 确定当前钻杆类型与预设的钻杆类型排序中要求钻杆类型的一致性，得到一致性结果。

[0102] 稳定钻杆的周侧有多个稳定块，且稳定块呈周期性布置，因此，测距结果中距离会出现一个周期性变化结果(如图8所示)，而对于标准钻杆，则会基本稳定在一个固定的距离，不会出现周期性变化(如图7所示)，因此，只要提前记录好这两种钻杆710各自的特征，即提前存储好稳定钻杆测距特征数据，便可以在每次连接钻杆710时，通过对钻杆710的周侧进行扫描得到扫描测距数据，然后利用扫描测距数据与稳定钻杆测距特征数据进行比对，从而可以根据比较结果，实现对钻杆710的快速确定。需要说明的是，在进行比较时，并非需要完全一样，只要能够满足各自的距离变化的趋势，便可以进行有效的确认，即，确定是周期变化还是非周期变化即可。

[0103] 在一些实施例中，控制推进机构推动钻头向下推进，包括：

[0104] 采集钻头推进过程中的多个第一回转压力数据；

[0105] 对多个第一回转压力数据执行压力反馈策略，得到增减压需求；

[0106] 根据增减压需求控制钻头向下动作；

[0107] 压力反馈策略包括以下步骤：

[0108] 对多个第一回转压力数据进行预处理，得到多个第二回转压力数据，并将多个第二回转压力数据分为较大数据部分和较小数据部分，较大数据部分中每个第二回转压力数据皆大于较小数据部分中每个第二回转压力数据；

[0109] 确定第二回转压力数据的均值回归曲线；

[0110] 计算较大数据部分中每个第二回转压力数据与均值回归曲线之间的回归距离；

[0111] 根据多个回归距离计算出离群特征；

[0112] 根据离群特征确定推进机构的增减压需求。

[0113] 传统的天井钻机在导孔作业时，需根据现场操作手的经验判断岩石的实际情况并实时地调整推进压力。当岩性比较坚硬时需要适当减小推进压力，保证钻孔不偏斜的同时保护钻头不被损坏；当岩性比较松散时可以适当提高推进压力，提高导孔的作业效率。天井钻机的液压系统中回转阀上安装有一个回转油压检测传感器，可以实时检测液压系统中回转压力大小，而液压系统的回转压力可以直接表征当前推进过程中遇到的阻力。因此，本实施例中，直接利用回转压力来对推进机构中动力头320的推进压力进行调整，岩性松软的回转压力数据可以参考图9，岩性坚硬下的回转压力数据可以参考图11，这里可以看到明显的区别，利用这一区别便可以完成对推进压力的控制。

[0114] 具体的，实时采集第一回转压力数据，为了保证数据的稳定性，会对第一回转压力数据进行预处理，预处理的方法较多，可以采用积分法、平均值法、参数估计的系统辨识法、经验模态分解法以及神经网络算法，本实施例中不再进行进一步限定，预处理完成后的第一回转压力数据记作第二回转压力数据。之后利用多个第二回转压力数据确定出均值回归曲线，并计算出较大数据部分中每个第二回转压力数据与均值回归曲线之间的回归距离，最后利用这些回归距离确定出离群特征。最后根据离群特征的高低来对推进压力进行增压或降压。可以理解的是，如果回转压力减小(即离群特征降低)，需要增加推进压力，反之，如果回转压力增大(即离群特征增加)，需要减小推进压力。需要说明的是，通过这种实时动态的采集第一回转压力数据，并进行动态的推进压力调整，从而可以实现推进压力的自动寻优。

[0115] 在一些实施例中，天井钻机控制方法，还包括：

[0116] 当主体钻杆结构底端的钻头替换为扩孔刀盘，控制推进机构推动扩孔刀盘向上提升。

[0117] 在天井钻机进行作业时，首先会向下钻孔，钻孔过程是每连接一根钻杆710便会向下钻一段距离，直至贯穿整个岩层，贯穿岩层之后，处于下方隧道中的工作人员，便可以将钻头替换为扩孔刀盘。然后推进机构开始提升，实现扩孔。可以理解的是，扩孔作业中，每提升一段距离，便需要拆卸掉一根钻杆710，拆卸过程中不需要检测是否拆卸到位，只需要保证足够的转动时间，便可以保证拆卸到位。

[0118] 在一些实施例中，控制推进机构推动扩孔刀盘向上提升，包括：

[0119] 采集钻头推进过程中的多个第一回转压力数据；

[0120] 对多个第一回转压力数据执行压力反馈策略，得到增减压需求；

[0121] 根据增减压需求控制扩孔刀盘向上提升。

[0122] 传统的天井钻机在扩孔作业时，需根据现场操作手的经验判断岩石的实际情况并实时地调整推进压力。当岩性比较坚硬时需要适当减小推进压力，保证不偏斜的同时保护扩孔刀盘不被损坏；当岩性比较松散时可以适当提高推进压力，提高导孔的作业效率。天井钻机的液压系统中回转阀上安装有一个回转油压检测传感器，可以实时检测液压系统中回转压力大小，而液压系统的回转压力可以直接表征当前推进过程中遇到的阻力。因此，本实施例中，直接利用回转压力来对推进机构中动力头320的推进压力进行调整，岩性松软的回转压力数据可以参考图9，岩性坚硬下的回转压力数据可以参考图11，这里可以看到明显的区别，利用这一区别便可以完成对推进压力的控制。

[0123] 具体的，实时采集第一回转压力数据，为了保证数据的稳定性，会对第一回转压力数据进行预处理，预处理的方法较多，可以采用积分法、平均值法、参数估计的系统辨识法、经验模态分解法以及神经网络算法，本实施例中不再进行进一步限定，预处理完成后的第一回转压力数据记作第二回转压力数据。之后利用多个第二回转压力数据确定出均值回归曲线，并计算出较大数据部分中每个第二回转压力数据与均值回归曲线之间的回归距离，最后利用这些回归距离确定出离群特征。最后根据离群特征的高低来对推进压力进行增压或降压。可以理解的是，如果回转压力减小(即离群特征降低)，需要增加推进压力，反之，如果回转压力增大(即离群特征增加)，需要减小推进压力。需要说明的是，通过这种实时动态的采集第一回转压力数据，并进行动态的推进压力调整，从而可以实现推进压力的自动寻优。

[0124] 在一些实施例中，对多个第一回转压力数据进行预处理，得到多个第二回转压力数据，包括：

[0125] 基于窗口移动平均值滤波方法对多个第一回转压力数据进行预处理，得到多个第二回转压力数据。

[0126] 窗口移动平均值滤波方法原理：将连续的N个信号样本进行累加，然后除以N，得到平均值。每当新的样本进来时，就将最早的样本删去，把新的样本加入累加器中，并重新计算平均值。这样就形成了一个滑动窗口，通过不断滑动窗口来计算信号的平均值。通过这种方式，可以尽可能保证数据不会因为个别波动较大数据而出现较大变动，可以使得后续的压力计算过程更加的平稳，具体效果可以参考图9和图10。

[0127] 在一些实施例中，根据多个回归距离计算出离群特征，包括：

[0128] 基于KNN算法，利用多个回归距离计算出离群特征。

[0129] KNN算法极为成熟的算法，在确定了多个回归距离后，可以快速确定出离群特征。

[0130] 在一些实施例中，第一回转压力数据通过设置于回转阀中的回转油压传感器检测得到。通过设置在液压系统中回转阀处的油压检测传感器可以直接检测得到。

[0131] 在一些实施例中，推进机构对应的推进油缸310中设置有位移传感器，推进油缸310对应的推进控制阀组上对应设置有推进油压检测传感器；

[0132] 推进压力和推进位移由以下步骤得到：

[0133] 通过推进油压检测传感器检测推进机构的推进压力，通过位移传感器检测推进机构的推进位移。

[0134] 可以理解的是，推进位移可以直接通过检测推进油缸310推进的位移得到，进而可以通过直接在推进油缸310上设置位移传感器，直接利用位移传感器检测出推进位移即可；相应的，推进压力可以通过对推进油缸310对应的推进阀组进行油压检测得到，尽可以通过直接在推进阀组上设置推进油压检测传感器完成推进压力检测。

[0135] 需要说明的是，对于本领域技术人员而言，在液压系统中设置推进阀组、回转阀组、机械臂控制阀组、钻杆平台600中钻杆移动阀组等，属于可以显而易见得到的。进而可以设置多个油压检测传感器完成对液压系统中各个部分油压的检测。

[0136] 还需要说明的是，控制机械臂的移动属于现有技术，在可以确定推进机构的当前推进位置的基础上，结合机械臂的控制，可以完成对钻杆710的准确抓取、顶点移动、以及转动。可以理解的是，对于推进机构位置的确定可以直接依赖于设置于推进油缸310上的位移传感器的检测结果得到。

[0137] 为了更好的描述本发明实施例的天井钻机控制方法，这里以具体实施例方式进行进一步描述。本具体实施例中，在钻杆710的上端丝扣711处设置了到位开关检测器件，在推进机构的动力头320处设置了激光雷达，在推进油缸310中设置了位移传感器，在推进油缸310对应的推进阀组处设置了推进油压检测传感器，在液压系统的回转阀处设置了回转油压检测传感器。

[0138] 具体控制方法如下：

[0139] 控制机械手系统400从钻杆平台600中抓取钻杆710，并通过机械手系统400将钻杆710的上端丝扣711转动接入推进机构的动力头320的钻杆连接件中；

[0140] 在机械手系统400转动钻杆710时，通过激光雷达采集钻杆710转动一周的扫描测距数据；

[0141] 根据扫描测距数据和预先获取的稳定钻杆测距特征数据确定钻杆710的钻杆类型，得到当前钻杆类型；稳定钻杆测距特征数据由预先使用激光雷达对稳定钻杆扫描一周得到；

[0142] 确定当前钻杆类型与预设的钻杆类型排序中要求钻杆类型的一致性，得到一致性结果；

[0143] 若一致性结果为相同，允许钻杆710的上端丝扣711继续转动接入钻杆连接件，直至接收到到位检测开关器件反馈的上端连接到位信号；若一致性结果为不同，则放弃此次接杆操作；

[0144] 持续获取推进油压检测传感器检测的推进压力和位移传感器检测的推进位移；

[0145] 根据推进压力和推进位移控制推进机构推动钻头转动下移，直至下端丝扣712与主体钻杆结构完成连接，得到新的主体钻杆结构，主体钻杆结构的底端连接有钻头；

[0146] 控制推进机构推动钻头向下推进，推进过程中获取回转油压检测传感器采集的钻头推进过程中的多个第一回转压力数据；

[0147] 对多个第一回转压力数据执行压力反馈策略，得到增减压需求；

[0148] 根据增减压需求控制钻头向下动作；

[0149] 待本次连接的钻杆710推进完成，使用同样的方式对下一根钻杆710的接杆、推进操作，直至完成整个导孔过程；

[0150] 导孔完成后，当主体钻杆结构底端的钻头替换为扩孔刀盘，控制推进机构推动钻头向上提升，提升过程中，继续获取回转油压检测传感器采集的钻头推进过程中的多个第一回转压力数据；

[0151] 对多个第一回转压力数据执行压力反馈策略，得到增减压需求；

[0152] 根据增减压需求控制扩孔刀盘向上提升；

[0153] 待一节钻杆710提升完成，拆卸完一根钻杆710，然后对下一根钻杆710完成提升操作，直至完成整个扩孔过程；

[0154] 其中，压力反馈策略包括以下步骤：

[0155] 对多个第一回转压力数据进行预处理，得到多个第二回转压力数据，并将多个第二回转压力数据分为较大数据部分和较小数据部分，较大数据部分中每个第二回转压力数据皆大于较小数据部分中每个第二回转压力数据；

[0156] 确定第二回转压力数据的均值回归曲线；

[0157] 计算较大数据部分中每个回转压力数据与均值回归曲线之间的回归距离；

[0158] 根据多个回归距离计算出离群特征；

[0159] 根据离群特征确定推进机构的增减压需求。

[0160] 本发明实施例的天井钻机控制方法通过在钻杆710的上端丝扣711设置到位检测开关器件，可以在机械手系统400将钻杆710上端与推进机构的动力头320进行连接时，判断是否连接到位，从而可以实现对钻杆710和动力头320连接的自动控制；同时，通过持续检测推进机构的推进压力和推进位移，通过对推进和回转的自动匹配控制，完成动力头320的下降和转动控制，最终完成对下端丝扣712的自动接扣。本发明实施例的天井钻机控制方法可以实现对钻杆710的自动接续，不再需要人工参与接杆过程，直接有效的减少了人力成本和时间成本，适合进行产业化推广。

[0161] 本发明实施例还提供了一种天井钻机控制系统，该天井钻机控制系统包括：到位检测开关器件、传感器组件、控制单元；到位检测开关器件，设置于上端丝扣711处；传感器组件，用于采集推进机构的推进压力和推进机构的推进位移；激光雷达，设置于推进机构上；控制单元，用于执行如上述的天井钻机控制方法。可以理解的是，在一些实施例中，传感器组件至少包括了用于辅助实现上述天井钻机控制方法的位移传感器、推进油压检测传感器、回转油压检测传感器等。

[0162] 本发明实施例的天井钻机控制系统由于控制单元采用了上述实施例的天井钻机控制方法的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

[0163] 本发明实施例还提供了一种天井钻机，包括如上述的天井钻机控制系统。由于包括如上述的天井钻机控制系统，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

[0164] 此外，本发明的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制单元执行，可使得上述处理器执行上述实施例中的天井钻机控制方法，例如，执行以上描述的方法。

[0165] 本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质或非暂时性介质和通信介质或暂时性介质。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD‑ROM、数字多功能盘DVD或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

[0166] 上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。