CN102581959B - 一种搅拌车卸料速度控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种搅拌车卸料速度控制系统及方法，其中，该系统包括：图像信息获取装置、控制器、至少一个泵料刻度标识；图像信息获取装置用于获取包括料斗内实时状况的图像信息；控制器用于接收图像信息，并计算图像信息的灰度值，且确定图像信息的灰度值对应的泵料余量值，以及根据泵料余量信息控制搅拌车卸料速度。本发明能保持泵送设备料斗中泵料的余量在一定水平，不会发生泵料溢出，或泵送设备吸空的问题。

Description

一种搅拌车卸料速度控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种搅拌车卸料速度控制系统及方法。

背景技术

在混凝土机械联合作业时，混凝土运输搅拌车（以下简称搅拌车）将混凝土从混凝土搅拌站运送到施工现场，通过卸料槽再将混凝土流入泵送设备的料斗中，料斗中的混凝土通过泵送设备送到施工地点。泵送设备工作时将料斗中的混凝土源源不断的抽走，再将混凝土沿着输送管道泵送到施工现场。其中，泵送设备可以是泵车、拖泵、车载泵等。

传统搅拌车放料需手工操作，操作员通过操作搅拌车车尾手柄来调节搅拌车的放料速度。操作员观察料斗中混凝土的余量来控制搅拌车放料速度，放料速度的控制与操作员经验有关。若放料速度太快，泵送设备料斗中的混凝土料会溢出，造成浪费，此时需要操作员拿铁锹把溢出的混凝土料铲回到料斗中，耗费体力，增加操作员的劳动强度；若放料速度太慢，料斗中的混凝土很快耗尽，泵送系统将会吸空，影响泵送效率，同时也容易引起臂架振荡。

此外，搅拌车搅拌筒转速控制装置还可以采用变量泵、马达和搅拌筒转速传感器组成的闭环系统。搅拌车发动机转速一定的情况下，调节变量泵的排量，即改变流过马达的流量，从而可以调节搅拌筒的转速。此方案需要搅拌筒转速的反馈信号，才能操作，工程过程较为复杂。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷和不足，本发明的第一目的在于提供一种有效的搅拌车卸料速度控制系统，包括：图像信息获取装置、控制器、至少一个泵料刻度标识；至少一个泵料刻度标识设置在泵送装置的料斗中；图像信息获取装置用于获取包括料斗内实时状况的图像信息；控制器用于接收图像信息，并计算图像信息的灰度值，且根据图像信息的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定图像信息的灰度值对应的泵料余量信息，以及根据泵料余量信息控制搅拌车卸料速度。

进一步地，控制器包括：

图像识别单元，用于接收图像信息，并根据料斗的形状信息识别图像信息中料斗内实时状况的图像信息；

灰度处理单元，用于计算料斗内实时状况的图像信息对应的灰度值，且根据该对应的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定该对应的灰度值相应的泵料余量值；

控制单元，用于根据该相应的泵料余量值控制搅拌车卸料速度。

进一步地，搅拌车卸料速度控制系统还包括：电磁比例控制阀及发动机转速控制装置；电磁比例控制阀用于根据占空比的变化调整搅拌车卸料速度控制泵的排量；发动机转速控制装置用于根据控制器发送的发动机转速控制信息调整发动机的转速；

控制器还用于根据泵料余量信息、预设的各泵料余量值与占空比及发动机转速的对应关系，确定泵料余量值的目标占空比及目标发动机转速值，进而调整电磁比例控制阀的占空比至目标占空比，根据目标发动机转速值生成并发送发动机转速控制信息至发动机转速控制装置。

进一步地，图像信息获取装置为摄像头。

进一步地，摄像头安装在搅拌车的副车架横梁上。

进一步地，至少一个泵料刻度标识由表面不光滑的油性材料或表面光滑的疏水性材料制成。

进一步地，至少一个泵料刻度标识为条形状，且水平安装在料斗内。

进一步地，至少一个泵料刻度标识由表面不光滑的油性材料或表面光滑的疏水性材料制成；至少一个泵料刻度标识为条形状，且水平安装在料斗内。

进一步地，至少一个泵料刻度标识的数量为多个，多个泵料刻度标识在图像信息获取装置的成像方向上的投影平行或交叉。

为了克服现有技术的上述缺陷和不足，本发明的第二目的在于提供一种有效的搅拌车卸料速度控制方法包括：

图像信息获取装置获取包括料斗内实时状况的图像信息；

控制器接收图像信息，并计算图像信息的灰度值，且根据图像信息的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定图像信息的灰度值对应的泵料余量信息，以及根据泵料余量信息控制搅拌车卸料速度。

进一步地，在计算所述图像信息的灰度值的步骤之前还包括：

控制器根据料斗的形状信息识别上述图像信息中料斗内实时状况的图像信息。

进一步地，上述控制器根据图像信息的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定图像信息的灰度值对应的泵料余量信息，以及根据泵料余量信息控制搅拌车卸料速度的步骤包括：

控制器根据料斗内实时状况的图像信息对应的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定对应的灰度值相应的泵料余量值，以及根据相应的泵料余量值控制搅拌车卸料速度。

本发明搅拌车卸料速度控制系统通过利用料斗图像信息的灰度值确定未被泵料淹没的料斗刻度标识的数量，进而确定泵料余量信息，以控制搅拌筒的卸料转速，保持泵送设备料斗中混凝土的余量在一定水平，不会发生因为搅拌车卸料速度过快而使料斗中的混凝土溢出，或因搅拌车卸料速度过慢而存在泵送设备吸空的问题，实现二者良好地协同作业。

附图说明

图1为本发明搅拌车卸料速度控制系统第一实施例的结构示意图；

图2为本发明搅拌车卸料速度控制系统中摄像头的安装位置及工作状态示意图；

图3为本发明搅拌车卸料速度控制系统中泵料刻度标识在料斗中的安装示意图；

图4为本发明搅拌车卸料速度控制系统第二实施例的结构示意图；

图5为本发明搅拌车卸料速度控制方法实施例的流程图。

具体实施方式

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，本发明搅拌车卸料速度控制系统实施例包括：图像信息获取装置1、控制器3、至少一个泵料刻度标识7；上述至少一个泵料刻度标识7水平设置在泵送装置的料斗27中。

其中，图像信息获取装置1用于获取包括料斗27内实时状况的图像信息；控制器3用于接收该图像信息，并计算确定该图像信息的灰度值，且根据该图像信息的灰度值、预设的各灰度值与未被料斗27中的泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定该图像信息的灰度值对应的泵料余量信息，以及根据泵料余量信息控制搅拌车卸料速度。其中，图像的灰度也可以认为是亮度，简单说就是色彩的深浅程度；现有计算图像灰度值的方法有多种，在此不再赘述。

如：若料斗27中安装高度从上至下共设置有五个泵料刻度标识7，控制器3中预先设置了五个对应关系，即当未被料斗27中的泵料淹没的泵料刻度标识数量分别为1-5个时，对应的图像灰度值；控制器3根据图像信息获取装置1获取的图像信息的灰度值及上述对应关系，即可以确定料斗27中未被泵料淹没的泵料刻度标识7数量，如三个，则被淹没的泵料刻度标识7为两个，从而可以推算料斗27中的余量小于安装高度从上至下的第三个泵料刻度标识7所指示的泵料余量值，且大于安装高度从上至下的第四个泵料刻度标识7所指示的泵料余量值。

考虑到搅拌车和泵送设备料斗联合作业时的位置可能会变化，导致图像信息获取装置1采集到图像信息中可能还有除料斗27以外其他部件的图像信息。优选地，控制器3可以利用一些常规的图像识别方法依据料斗27的形状信息识别料斗27在图像中实际位置，从而确定图像信息中所包含的料斗27内实时状况图像信息。

对应控制器3的上述各项功能，其可以包括：

图像识别单元32，用于接收图像信息获取装置1采集的图像信息，并根据料斗27的形状信息识别图像信息获取装置1采集的图像信息中料斗27内实时状况的的图像信息；

灰度处理单元34，用于计算确定料斗27内实时状况的图像信息对应的灰度值，且根据该对应的灰度值、预设的各灰度值与未被料斗27中的泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定该对应的灰度值相应的泵料余量信息；

控制单元36，用于根据该相应的泵料余量值控制搅拌车卸料速度。

具体操作时，图像信息获取装置1可以为各种成像设备，如摄像头11。以摄像头11为例，其安装位置可以有多种选择，能满足采集料斗27中泵料余量的图像及未被泵料淹没的泵料刻度标识7即可，如泵送设备上临近料斗27的位置。优选地，考虑到将控制器3安装在被控对象——搅拌车上，与该控制器3电气连接的摄像头11亦安装在搅拌车上以便于摄像头11与控制器3之间的信号传输。如图2所示，进一步优选地，结合混凝土机械联合作业时搅拌车与料斗27的位置关系，为了保证较好的成像角度，可以将摄像头11安装在搅拌车的副车架横梁21上。

具体操作时，泵料刻度标识7可以由各种不沾水泥的特殊材料制成，如由各类油性材料或表面光滑的疏水性材料制成。优选地，如图3所示，四个泵料刻度标识7均为条形状，且水平固定安装在料斗27内，料斗27中的泵料通过输送缸29输送。进一步优选地，各泵料刻度标识7在图像信息获取装置1的成像方向上的投影不重叠，如交叉，平行；这样，当安装高度较低的泵料刻度标识7被泵料（如水泥等）淹没时，未被淹没的泵料刻度标识7能够体现在图像信息获取装置1的图像信息上，每个泵料刻度标识7是否被淹没的状态都可以体现在图像信息的灰度值上，以此实现通过各泵料刻度标识7体现料斗27图像信息的灰度值的变化，以根据灰度值确定未被泵料淹没的泵料刻度标识7的数量，从而确定实际的泵料余量，进而根据泵料余量控制搅拌车从卸料槽25卸料的速度。可以理解的是，增加泵料刻度标识7数量可以提高检测的精度。

上述搅拌车卸料速度控制系统的工作过程简述如下：安装于搅拌车副车架横梁21上的摄像头获取搅拌车和混凝土泵送设备联合作业时的料斗27图像信息，料斗27图像信息中包含了未被泵料淹没的泵料刻度标识7的图像信息及泵料余量图像信息，控制器3根据料斗27图像信息中的泵料刻度标识7的图像信息及泵料余量图像信息的灰度值即可确定料斗27中未被淹没的泵料刻度标识7的数量，进而确定料斗27中的泵料余量；控制器3根据泵料余量信息实现搅拌车搅拌筒转速的控制。

具体操作时，根据泵料余量控制搅拌车的卸料速度有多种方法，详细参见申请号为201110088409.X的专利申请。

如图4所示，具体可以通过电磁比例控制阀5及发动机转速控制装置9来控制；该实施例中，搅拌车卸料速度控制系统还包括电磁比例控制阀5及发动机转速控制装置9；其中，电磁比例控制阀5用于根据占空比的变化调整搅拌车卸料速度控制泵（如变量泵）的排量；发动机转速控制装置9用于根据控制器3发送的发动机转速控制信息调整发动机的转速；

控制器3用于根据预设的各泵料余量值与占空比及发动机转速的对应关系，确定相应的泵料余量值的目标占空比及目标发动机转速值，进而调整电磁比例控制阀5的占空比至目标占空比，根据目标发动机转速值生成并发送发动机转速控制信息至发动机转速控制装置9。

具体操作时，控制器3可以通过发动机转速控制装置9调整发动机转速的方式有多种，以两种不同的方式进行举例说明：

方式一：控制器3可以接收发送机反馈的实时转速信息，对该实时转速信息与目标发动机转速值进行比对，并在发动机反馈的实时转速信息与目标发动机转速值不一致时，生成并发送用于触发发动机转速控制装置9以相同幅度调整发动机转速的发动机转速控制信息；此时，该发动机转速控制信息可以是数字信号；也就是说，在该方式下，控制器3在实时转速信息小于（或大于）目标发动机转速值时，均生成相同的发动机转速控制信息，发动机转速控制装置9在接收到该发动机转速控制信息后，以相同幅度对发动机的转速进行调整直至实时转速信息与目标发动机转速值一致；

方式二：控制器3可以根据目标发动机转速值，生成并发送用于控制发动机转速控制装置9将发动机的转速调整至目标发动机转速值的发动机转速控制信息；此时，该发动机转速控制信息可以是模拟信号；也就是说，在该方式下，控制器3可以不用依据发动机反馈的实时转速信息，直接控制发动机转速控制装置9将发动机的转速调整至目标发动机转速值。

本发明搅拌车卸料速度控制系统各实施例在搅拌车和泵送设备的联合作业时，通过利用料斗图像信息的灰度值确定未被泵料淹没的料斗刻度标识的数量，进而确定实际的泵料余量，以控制搅拌筒的卸料速度，保持泵送设备料斗中混凝土的余量在一定水平，不会发生因为搅拌车卸料速度过快而使料斗中的混凝土溢出，或因搅拌车卸料速度过慢而存在料斗中混凝土被泵送设备吸空的问题，实现二者良好地协同作业，能有效降低搅拌车操作人员的劳动强度，且不需要搅拌筒转速传感器反馈搅拌筒转速信号即可实现卸料速度的控制；硬件上，只需在搅拌车上安装图像信息获取装置及在料斗中安装泵料刻度标识，对搅拌车及泵送设备的改动较小，不影响原有功能的运行。

如图5所示，本发明搅拌车卸料速度控制方法实施例包括：

步骤500，图像信息获取装置获取包括料斗内实时状况的图像信息；

步骤502，控制器接收图像信息；

步骤504，控制器计算该图像信息的灰度值，且根据该图像信息的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定该图像信息的灰度值对应的泵料余量信息；

步骤506，控制器根据泵料余量信息控制搅拌车卸料速度。

优选地，在控制器接收图像信息后且在步骤504之前还包括：

控制器根据料斗的形状信息识别图像信息获取装置获取的图像信息中料斗内实时状况的图像信息。

优选地，上述控制器根据图像信息的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定图像信息的灰度值对应的的泵料余量信息，以及根据泵料余量信息控制搅拌车卸料速度的步骤包括：

控制器根据料斗内实时状况的图像信息对应的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定对应的灰度值相应的泵料余量值，以及根据相应的泵料余量值控制搅拌车卸料速度。

本发明搅拌车卸料速度控制方法实施例利用料斗图像信息的灰度值确定未被泵料淹没的料斗刻度标识的数量，以实时监控料斗中泵料的余量，进而依据泵料余量调整搅拌车搅拌筒的转速（即搅拌车卸料速度），保证料斗中的料位维持在一定的水平，可避免料斗中混凝土溢出或耗尽的情况。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种搅拌车卸料速度控制系统，其特征在于，包括：图像信息获取装置（1）、控制器（3）、至少一个泵料刻度标识（7）；所述至少一个泵料刻度标识（7）设置在泵送装置的料斗（27）中；

所述图像信息获取装置（1）用于获取包括所述料斗（27）内实时状况的图像信息；

所述控制器（3）用于接收所述图像信息，并计算所述图像信息的灰度值，且根据所述图像信息的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定所述图像信息的灰度值对应的泵料余量信息，以及根据所述泵料余量信息控制搅拌车卸料速度。

2.根据权利要求1所述的搅拌车卸料速度控制系统，其特征在于，所述控制器（3）包括：

图像识别单元（32），用于接收所述图像信息，并根据所述料斗（27）的形状信息识别所述图像信息中所述料斗（27）内实时状况的图像信息；

灰度处理单元（34），用于计算所述料斗（27）内实时状况的图像信息对应的灰度值，且根据所述对应的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定所述对应的灰度值相应的泵料余量值；

控制单元（36），用于根据所述相应的泵料余量值控制搅拌车卸料速度。

3.根据权利要求1或2所述的搅拌车卸料速度控制系统，其特征在于，还包括：电磁比例控制阀（5）及发动机转速控制装置（9）；

所述电磁比例控制阀（5）用于根据占空比的变化调整搅拌车卸料速度控制泵的排量；

所述发动机转速控制装置（9）用于根据所述控制器（3）发送的发动机转速控制信息调整发动机的转速；

所述控制器（3）还用于根据所述泵料余量信息、预设的各泵料余量值与占空比及发动机转速的对应关系，确定所述泵料余量值的目标占空比及目标发动机转速值，进而调整所述电磁比例控制阀（5）的占空比至所述目标占空比，根据所述目标发动机转速值生成并发送所述发动机转速控制信息至所述发动机转速控制装置（9）。

4.根据权利要求1或2所述的搅拌车卸料速度控制系统，其特征在于，所述图像信息获取装置（1）为摄像头（11）。

5.根据权利要求4所述的搅拌车卸料速度控制系统，其特征在于，所述摄像头（11）安装在所述搅拌车的副车架横梁（21）上。

6.根据权利要求1所述的搅拌车卸料速度控制系统，其特征在于，所述至少一个泵料刻度标识（7）由表面不光滑的油性材料或表面光滑的疏水性材料制成。

7.根据权利要求1所述的搅拌车卸料速度控制系统，其特征在于，所述至少一个泵料刻度标识（7）为条形状，且水平安装在所述料斗（27）内。

8.根据权利要求1所述的搅拌车卸料速度控制系统，其特征在于，所述至少一个泵料刻度标识（7）由表面不光滑的油性材料或表面光滑的疏水性材料制成；所述至少一个泵料刻度标识（7）为条形状，且水平安装在所述料斗（27）内。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的搅拌车卸料速度控制系统，其特征在于，所述至少一个泵料刻度标识（7）的数量为多个，所述多个泵料刻度标识（7）在所述图像信息获取装置（1）的成像方向上的投影平行或交叉。

10.一种搅拌车卸料速度控制方法，其特征在于，包括：

图像信息获取装置（1）获取包括料斗（27）内实时状况的图像信息；

控制器（3）接收所述图像信息，并计算所述图像信息的灰度值，且根据所述图像信息的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定所述图像信息的灰度值对应的泵料余量信息，以及根据所述泵料余量信息控制搅拌车卸料速度。

11.根据权利要求10所述的搅拌车卸料速度控制方法，其特征在于，在所述计算所述图像信息的灰度值的步骤之前还包括：

所述控制器（3）根据所述料斗（27）的形状信息识别所述图像信息中所述料斗（27）内实时状况的图像信息。

12.根据权利要求11所述的搅拌车卸料速度控制方法，其特征在于，所述控制器（3）根据所述图像信息的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定所述图像信息的灰度值对应的泵料余量信息，以及根据所述泵料余量信息控制搅拌车卸料速度的步骤包括：

所述控制器（3）根据所述料斗（27）内实时状况的图像信息对应的灰度值、预设的各灰度值与未被泵料淹没的泵料刻度标识数量的对应关系，确定所述对应的灰度值相应的泵料余量值，以及根据所述相应的泵料余量值控制搅拌车卸料速度。

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