CN109095356A - 工程机械及其作业空间动态防碰撞方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工程机械及其作业空间动态防碰撞方法、装置和系统。该作业空间动态防碰撞方法包括：接收工程机械臂架周围的障碍物信息以及工程机械的臂架运动信息；根据所述障碍物信息和所述臂架运动信息确定障碍物坐标；判断所述障碍物坐标是否位于预定预警区域；在所述障碍物坐标位于预定预警区域的情况下，指示执行装置向外发出碰撞警报信息。本发明可以全天候、实时地检测工程机械臂架运动过程中周围障碍物情况，感知吊装空间动态信息，进行防碰撞预警可控制，从而保证了工程机械在吊装作业过程中的安全，减轻操作人员的工作强度。

Description

工程机械及其作业空间动态防碰撞方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种工程机械及其作业空间动态防碰撞方法、装置和系统。

背景技术

起重机是最主要的进行吊装作业的工程机械，但其作业环境复杂多变，其事故率较高。造成事故的主要原因是起吊过载和作业视野限制导致的碰撞。

发明内容

申请人发现：相关技术为了防止吊装作业过程中的碰撞，采用了吊装前的路径规划的解决方法。

吊装前的路径规划是将起重机作为多自由度的机械手，建立其运动学和动力学模型，在其可配置空间内通过寻优防碰撞算法计算其防碰撞路径。但是，由于搜索算法通常较为复杂，对计算机资源要求较高，难以在车载控制器上实现。另外，吊装前路径规划所使用的障碍物模型是静态模型，但施工现场是动态环境，因此其计算防碰撞路径与实际情况不符。

鉴于以上技术问题，本发明提供了一种工程机械及其作业空间动态防碰撞方法、装置和系统，保证了起重机在吊装作业过程中的安全，减轻了操作人员的工作强度。

根据本发明的一个方面，提供一种作业空间动态防碰撞方法，包括：

接收工程机械臂架周围的障碍物信息以及工程机械的臂架运动信息；

根据所述障碍物信息和所述臂架运动信息确定障碍物坐标；

判断所述障碍物坐标是否位于预定预警区域；

在所述障碍物坐标位于预定预警区域的情况下，指示执行装置向外发出碰撞警报信息。

在本发明的一些实施例中，所述接收工程机械臂架周围的障碍物信息包括：

接收环境感知装置获取的障碍物信息，所述障碍物信息包括臂架回转运动方向的障碍物信息和臂架变幅运动方向的障碍物信息中的至少一项。

在本发明的一些实施例中，所述接收工程机械的臂架运动信息包括：

接收臂架运动感知装置获取的臂架运动信息，其中所述臂架运动信息包括臂架回转角度、臂架变幅角度、臂架伸缩长度和吊钩位置信息中的至少一项。

在本发明的一些实施例中，所述根据所述障碍物信息和所述臂架运动信息确定障碍物坐标包括：

根据信号属性对所述障碍物信息进行滤波，剔除虚假信息，获得真实障碍物信息；

将障碍物信息与臂架运动信息进行融合，将障碍物坐标转换为当前臂架坐标系的障碍物坐标。

在本发明的一些实施例中，所述作业空间动态防碰撞方法还包括：

预先设置预定预警区域。

在本发明的一些实施例中，预先设置预定预警区域包括：

围绕臂架设置预定预警区域，其中所述预定预警区域包括紧急制动区、危险预警区和安全预警区中的至少一个。

在本发明的一些实施例中，预先设置预定预警区域包括：

在臂架的水平方向和垂直方向，围绕臂架，由近到远分别设置紧急制动区、危险预警区和安全预警区。

在本发明的一些实施例中，所述作业空间动态防碰撞方法还包括：

在所述障碍物坐标位于紧急制动区的情况下，指示执行装置对起重机臂架进行紧急制动。

根据本发明的另一方面，提供一种作业空间动态防碰撞装置，包括：

信息融合模块，用于接收工程机械臂架周围的障碍物信息以及工程机械的臂架运动信息；根据所述障碍物信息和所述臂架运动信息确定障碍物坐标；

防碰撞控制模块，用于判断所述障碍物坐标是否位于预定预警区域；并在所述障碍物坐标位于预定预警区域的情况下，指示执行装置向外发出碰撞警报信息。

在本发明的一些实施例中，所述作业空间动态防碰撞装置用于执行实现如上述任一实施例所述的作业空间动态防碰撞方法的操作。

根据本发明的另一方面，提供一种作业空间动态防碰撞装置，包括：

存储器，用于存储指令；

处理器，用于执行所述指令，使得所述作业空间动态防碰撞装置执行实现如上述任一实施例所述的作业空间动态防碰撞方法的操作。

根据本发明的另一方面，提供一种作业空间动态防碰撞系统，包括：

环境感知装置，用于获取工程机械臂架周围的障碍物信息，并将所述障碍物信息发送给作业空间动态防碰撞装置；

臂架运动感知装置，用于获取工程机械的臂架运动信息，并将所述臂架运动信息发送给作业空间动态防碰撞装置；

作业空间动态防碰撞装置，为如上述任一实施例所述的作业空间动态防碰撞装置；

执行装置，用于根据作业空间动态防碰撞装置的指示，向外发出碰撞警报信息。

在本发明的一些实施例中，所述环境感知装置包括水平探测设备和垂直探测设备中的至少一项，其中：

水平探测设备，用于扫描探测臂架回转运动方向的障碍物；

垂直探测设备，用于扫描探测臂架变幅运动方向的障碍物。

在本发明的一些实施例中，所述水平探测设备设置在臂架底面；所述垂直探测设备设置在臂架侧面。

在本发明的一些实施例中，作业空间动态防碰撞装置，还用于根据臂架处于水平时的离地高度和防碰撞系统的最远检测距离确定垂直探测设备的角度探测范围。

在本发明的一些实施例中，所述臂架运动感知装置包括回转角度传感器、变幅角度传感器、伸缩长度传感器和吊钩长度传感器中的至少一项。

在本发明的一些实施例中，所述执行装置包括报警设备和制动设备中的至少一项，其中：

报警设备，用于根据作业空间动态防碰撞装置的指示，在所述障碍物坐标位于不同预定预警区域的情况下，向外发出相应的碰撞警报信息；

制动设备，用于根据作业空间动态防碰撞装置的指示，在所述障碍物坐标位于紧急制动区的情况下，对起重机臂架进行紧急制动。

根据本发明的另一方面，提供一种工程机械，包括如上述任一实施例所述的作业空间动态防碰撞装置，或包括如上述任一实施例所述的作业空间动态防碰撞系统。

根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的作业空间动态防碰撞方法。

本发明可以全天候、实时地检测工程机械臂架运动过程中周围障碍物情况，感知吊装空间动态信息，进行防碰撞预警可控制，从而保证了工程机械在吊装作业过程中的安全，减轻操作人员的工作强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明作业空间动态防碰撞系统一些实施例的示意图。

图2为本发明作业空间动态防碰撞系统另一些实施例的示意图。

图3为本发明作业空间动态防碰撞系统又一些实施例的安装示意图。

图4为本发明作业空间动态防碰撞方法一些实施例的示意图。

图5为本发明作业空间动态防碰撞方法另一些实施例的示意图。

图6为本发明一些实施例中水平预警区的示意图。

图7为本发明一些实施例中垂直预警区的示意图。

图8为本发明一些实施例中垂直方向检测范围确定方法的示意图。

图9为本发明作业空间动态防碰撞装置一些实施例的示意图。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

申请人发现：相关技术的一些实施例中，通过防护装置避免起重机部件间的碰撞，没有考虑吊臂与作业空间的交互。

相关技术的另一些实施例中，吊装作业空间只考虑静态模型，没有考虑动态空间模型，会造成碰撞状态的漏判。

相关技术的另一些实施例中，作业空间信息检测方式不具有全天候性，受环境、天气、灰尘等影响很大。

相关技术的另一些实施例中，通过在作业空间的特定位置安装传感器，检测碰撞可能。这些实施例不适用于动态变化的施工现场。

为解决以上至少一项技术问题，本发明提出了一种作业空间动态防碰撞方法和系统，下面结合具体实施例进行进一步说明。

图1为本发明作业空间动态防碰撞系统一些实施例的示意图。图2为本发明作业空间动态防碰撞系统另一些实施例的示意图。如图1和图2所示，所述作业空间动态防碰撞系统可以包括环境感知装置100、臂架运动感知装置200、作业空间动态防碰撞装置300和执行装置400，其中：

环境感知装置100与作业空间动态防碰撞装置300连接，臂架运动感知装置200与作业空间动态防碰撞装置300连接，作业空间动态防碰撞装置300与执行装置400连接。

环境感知装置100设置在工程机械臂架上，用于获取工程机械臂架周围的障碍物信息，并将所述障碍物信息发送给作业空间动态防碰撞装置300。

在本发明的一些实施例中，所述工程机械可以为起重机。

在本发明的一些实施例中，所述环境感知装置100可以包括水平探测设备110和垂直探测设备120中的至少一项，其中：

水平探测设备110，用于扫描探测臂架回转运动方向的障碍物。

垂直探测设备120，用于扫描探测臂架变幅运动方向的障碍物。

在本发明的一些实施例中，所述水平探测设备110和垂直探测设备120均可以实现为毫米波雷达。所述水平探测设备110可以实现为水平扫描毫米波雷达，所述垂直探测设备120可以实现为垂直扫描毫米波雷达。

在本发明的一些实施例中，所述水平探测设备110和垂直探测设备120也可以实现为电磁探测设备、微波雷达传感器、激光传感器、超声波传感器中的至少一项。

臂架运动感知装置200，用于获取工程机械的臂架运动信息，并将所述臂架运动信息发送给作业空间动态防碰撞装置300。

在本发明的一些实施例中，所述臂架运动信息可以包括臂架回转角度、臂架变幅角度、臂架伸缩长度和吊钩位置信息中的至少一项。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，所述臂架运动感知装置200可以包括回转角度传感器210、变幅角度传感器220、伸缩长度传感器230和吊钩长度传感器240中的至少一项。

作业空间动态防碰撞装置300，用于接收工程机械臂架周围的障碍物信息以及工程机械的臂架运动信息；根据所述障碍物信息和所述臂架运动信息确定障碍物坐标；判断所述障碍物坐标是否位于预定预警区域；在所述障碍物坐标位于预定预警区域的情况下，指示执行装置400向外发出碰撞警报信息。

在本发明的一些实施例中，所述作业空间动态防碰撞装置可以为车载计算机。

在本发明的一些实施例中，控制设备200也可以实现为车载控制器、车载显示器、车载力限器或者其它具备数据计算分析功能的电子元器件。

在本发明的一些实施例中，作业空间动态防碰撞装置300还可以用于围绕臂架设置预定预警区域，其中所述预定预警区域可以包括距离臂架由近到远的紧急制动区、危险预警区和安全预警区中的至少一个。

执行装置400，用于根据作业空间动态防碰撞装置300的指示，向外发出碰撞警报信息。

本发明上述实施例可以采用CAN总线实现作业空间动态防碰撞装置300与环境感知装置100、臂架运动感知装置200和执行装置400之间的通信。

本发明上述实施例也可以采用以太网、因特网等其它具备数据传输功能的网络形式来实现作业空间动态防碰撞装置300与执行装置400之间的通信连接。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，所述执行装置400可以包括报警设备410和制动设备420中的至少一项，其中：

报警设备410，用于根据作业空间动态防碰撞装置300的指示，在所述障碍物坐标位于不同预定预警区域的情况下，向外发出相应的碰撞警报信息。

在本发明的一些实施例中，所述报警设备410可以实现为声光报警装置、蜂鸣器、报警指示灯等报警设备中的至少一项。

在本发明的一些实施例中，报警设备410可以包括碰撞信息预警信息可视化显示模块和碰撞预警信息声光报警模块，其中：

碰撞信息预警信息可视化显示模块，用于将碰撞信息通过动画、图形等构成的人机交互界面实时显示碰撞预警信息，可以使操作员直观地知道碰撞事故可能发生，从而采取相应措施。

碰撞预警信息声光报警模块，用于根据碰撞事故的发生概率发出不同频率的报警声音和示警灯光，以提醒操作员碰撞事故可能发生，使操作员不会遗漏预警信息。

在本发明的一些实施例中，所述碰撞预警信息声光报警模块可以实现为用于声音报警和视觉提示的车载显示器。

在本发明的一些实施例中，所述声光报警装置也可以实现为平板电脑、随车负载笔记本电脑等其它具备人机交互功能的元件。

在本发明的一些实施例中，所述报警设备410可以实现为人机交互设备。所述人机交互设备为带有触摸功能的彩屏显示器，该显示器发挥的人机交互功能主要为：(1)设置或者取消起重作业空间防碰撞功能。(2)立体实时显示障碍物距起重机伸缩臂头或者被吊物体的距离。(3)当探测距离小于安全距离时，弹出对话框提示操纵者注意当前状态，同时进行声光报警，以保证起重作业安全。

制动设备420，用于根据作业空间动态防碰撞装置300的指示，在所述障碍物坐标位于紧急制动区的情况下，对起重机臂架进行紧急制动。本发明上述实施例的制动设备用于在碰撞事故即将发生时对起重机臂架进行紧急制动，从而避免发生碰撞。

在本发明的一些实施例中，制动设备420可以实现为泵、阀、马达等制动设备。

本发明上述实施例的制动设备420和报警设备410通过CAN总线接收到控制指令后进行相应动作，包括驱动泵、阀、马达等工作或停止、驱动声光报警装置开启或关闭等，从而防止了起重碰撞危险的发生，保证了起重作业安全性。

基于本发明上述实施例提供的作业空间动态防碰撞系统，特别是一种基于毫米波雷达技术开发的移动式起重机吊装作业空间动态防碰撞系统，本发明上述实施例基于实时动态空间信息和预测吊臂与作业空间的交互行为开发避碰算法，避免了碰撞状态的漏判；本发明上述实施例使用毫米波雷达，可以适应各种气候，在雨雪天气、雾天、尘土环境均能检测动态空间信息；本发明上述实施例的防碰撞装置安装在起重机上，可以随起重机到任意施工现场工作。

图3为本发明作业空间动态防碰撞系统又一些实施例的安装示意图。如图3所示，图2实施例的水平探测设备110可以设置在臂架底面；图2实施例的垂直探测设备120可以设置在臂架侧面。

在本发明一些实施例中，水平探测设备110和垂直探测设备120可以实现为毫米波雷达。

本发明上述实施例采用2个探测设备，并根据起重机结构特征布局在起重伸缩臂侧面和底面位置。本发明上述实施例的探测设备布局方法使得探测空间内全部物体的可视化，从而可以防止出现视觉盲区，可精确定位任意障碍物位置，对具有极限位置和外形的障碍物进行规划建模。

本发明上述实施例提供一种起重机吊装作业过程中的空间防碰撞早期预警系统。其中，该防碰撞功能包括起重机与作业环境、被吊物体与作业环境之间的相互碰撞。本发明上述实施例通过对周围环境的认知以及三维空间重构，实现了对于危险状态的自动识别及预警，其中，三维空间重构指的是：对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型。本发明上述实施例中三维空间重构是指对于起重作业空间中的障碍物建立合适的可用于危险预测的三维结构模型。

本发明上述实施例以起重机系统为载体，合理规划2个探测设备安装位置，开发可精确预测障碍物位置及外形信息的算法。根据空间构造原理可知，已知两个探测传感器坐标位置，且障碍物距每个传感器的相对距离可求，则障碍物的坐标位置是唯一的。

图3为本发明作业空间动态防碰撞系统一些实施例的安装示意图。如图3所示，所述作业空间动态防碰撞系统的硬件由水平方向扫描的毫米波雷达、垂直扫描的毫米波雷达、臂架运动感知装置、车载计算机、显示器、预警蜂鸣器、报警灯和相关电缆等设备组成。其中，两个毫米波雷达用于实现图1或图2实施例中环境感知装置100的功能；车载计算机用于实现图1或图2实施例中作业空间动态防碰撞装置300的功能；显示器、预警蜂鸣器和报警灯用于实现图1或图2实施例中执行装置400的功能。

如图3所示，两个毫米波雷达安装在起重机基本臂靠近变幅油缸铰接点位置，采集臂架周围的障碍物信息。车载计算机、显示器、预警蜂鸣器和报警灯安装在操作室里。

车载计算机通过CAN总线与毫米波雷达和臂架运动感知装置连接，用于读取毫米波雷达信息、臂架运动信息，进行信息的滤波与融合，运行防碰撞预警算法，根据防碰撞预警计算结果输出相应的信号和指令。

预警蜂鸣器通过电缆与车载计算机的输出端口连接，根据不同报警区(如图6和图7实施例的不同报警区)发出不同频率的声音，臂架与障碍物的距离越近，报警声音的频率越快。

报警灯与车载计算机的输出端口连接，根据报警区发出不同颜色的灯光。在本发明的一些实施例中，针对如图6和图7实施例的不同报警区，预警区灯光的颜色为绿色，危险预警区灯光的颜色为黄色，紧急制动区灯光的颜色为红色。

本发明上述实施例在起重机吊装过程中的实时控制通过感知现场环境，计算起重机在吊装路径中的障碍物信息，实时判断危险状态，并及时报警或紧急制动。

本发明上述实施例基于毫米波雷达技术开发了移动式起重机吊装作业空间动态防碰撞系统，该系统避免了相关技术系统的没有考虑臂架与空间的交互、没有考虑吊装空间动态信息、不能全天候工作和需要安装额外的现场环境传感器等缺陷，与起重机集成在一起，可以全天候、实时地检测起重机臂架运动过程中周围障碍物情况，感知吊装空间动态信息，进行防碰撞预警可控制，从而保证了起重机在吊装作业过程中的安全，减轻了操作人员的工作强度。

图4为本发明作业空间动态防碰撞方法一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明作业空间动态防碰撞系统或作业空间动态防碰撞装置执行。该方法包括以下步骤：

步骤41，接收工程机械臂架周围的障碍物信息以及工程机械的臂架运动信息。

在本发明的一些实施例中，步骤11中，所述接收工程机械臂架周围的障碍物信息的步骤可以包括：接收环境感知装置100获取的障碍物信息，所述障碍物信息包括臂架回转运动方向的障碍物信息和臂架变幅运动方向的障碍物信息中的至少一项。

在本发明的一些实施例中，步骤11中，所述接收工程机械的臂架运动信息的步骤可以包括：接收臂架运动感知装置200获取的臂架运动信息，其中所述臂架运动信息包括臂架回转角度、臂架变幅角度、臂架伸缩长度和吊钩位置信息中的至少一项。

步骤42，根据所述障碍物信息和所述臂架运动信息确定障碍物坐标。

在本发明的一些实施例中，步骤42可以包括：

步骤421，根据信号属性对所述障碍物信息进行滤波，剔除虚假信息，获得真实障碍物信息。

步骤422，将障碍物信息与臂架运动信息进行融合，将障碍物坐标转换为当前臂架坐标系的障碍物坐标。

步骤43，判断所述障碍物坐标是否位于预定预警区域。

步骤44，在所述障碍物坐标位于预定预警区域的情况下，指示执行装置400向外发出碰撞警报信息。

基于本发明上述实施例提供的作业空间动态防碰撞方法，特别是一种基于毫米波雷达技术开发的移动式起重机吊装作业空间动态防碰撞方法，本发明上述实施例基于实时动态空间信息和预测吊臂与作业空间的交互行为开发避碰算法，避免了碰撞状态的漏判；本发明上述实施例使用毫米波雷达，可以适应各种气候，在雨雪天气、雾天、尘土环境均能检测动态空间信息；本发明上述实施例的防碰撞装置安装在起重机上，可以随起重机到任意施工现场工作。

图5为本发明作业空间动态防碰撞方法另一些实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明作业空间动态防碰撞系统或作业空间动态防碰撞装置执行。该方法包括以下步骤：

步骤51，预先设置预定预警区域。

在本发明的一些实施例中，步骤51可以包括：围绕臂架设置预定预警区域，其中所述预定预警区域包括紧急制动区、危险预警区和安全预警区中的至少一个。

图6为本发明一些实施例中水平预警区的示意图。图7为本发明一些实施例中垂直预警区的示意图。如图6和图7所示，图5实施例的步骤51可以包括：

步骤511，在臂架的水平方向和垂直方向，围绕臂架，由近到远分别设置紧急制动区、危险预警区和安全预警区。

其中，安全预警区是指臂架与障碍物的距离较近，但根据当前速度还不会发生臂架与障碍物碰撞，操作员可以继续操作，但需要时刻注意。危险预警区是指臂架与障碍物的距离已很接近，按照当前速度将会发生碰撞，但还需一段时间，在这段时间内，操作员采取正确的操作，则可避免碰撞。紧急制动区是指臂架与障碍物的距离已非常接近，按照当前速度立即会发生碰撞，操作员没有足够的时间反应，所以控制器自动发出紧急停止指令。

步骤512，设置如图6和图7的各个报警区的参数，其中，所述参数包括各个报警器距离臂架的最近距离和最远距离，以及各个报警区的宽度等参数。

步骤52，接收工程机械臂架周围的障碍物信息以及工程机械的臂架运动信息。

在本发明的一些实施例中，步骤52可以包括：启动系统后，读取毫米波雷达的信息，以及臂架运动感知装置200获取的臂架运动信息，其中所述臂架运动信息包括臂架回转角度、臂架变幅角度、臂架伸缩长度和吊钩位置信息中的至少一项。

步骤53，根据所述障碍物信息和所述臂架运动信息确定障碍物坐标。

在本发明的一些实施例中，步骤53可以包括：

步骤531，根据信号属性对所述障碍物信息进行滤波，剔除虚假信息，获得真实障碍物信息。

步骤532，将障碍物信息与臂架运动信息进行融合，将障碍物坐标转换为当前臂架坐标系的障碍物坐标。

步骤54，判断所述障碍物坐标是否位于预定预警区域。

在本发明的一些实施例中，如图5所示，步骤54可以包括：将所述障碍物坐标与报警区的参数比较，分别判断所述障碍物坐标是否位于水平方向的报警区和垂直方向报警区。

步骤55，在所述障碍物坐标位于预定预警区域的情况下，指示执行装置400向外发出碰撞警报信息或执行相应的指令。

在本发明的一些实施例中，步骤55可以包括：在所述障碍物坐标位于紧急制动区的情况下，指示执行装置400对起重机臂架进行紧急制动。

本发明上述实施例基于毫米波雷达技术开发了移动式起重机吊装作业空间动态防碰撞方法，该系统克服了相关技术没有考虑臂架与空间的交互、没有考虑吊装空间动态信息、不能全天候工作和需要安装额外的现场环境传感器等缺陷，与起重机集成在一起，可以全天候、实时地检测起重机臂架运动过程中周围障碍物情况，感知吊装空间动态信息，进行防碰撞预警可控制，从而保证了起重机在吊装作业过程中的安全，减轻了操作人员的工作强度。

图8为本发明一些实施例中垂直方向检测范围确定方法的示意图。如图4或图5所示的作业空间动态防碰撞方法还可以包括：根据臂架处于水平时的离地高度和防碰撞系统的最远检测距离确定垂直探测设备120的垂直探测设备120的角度探测范围。

申请人发现：当雷达对地面进行照射时，由于多径反射效果，会产生很多杂波，影响防碰撞系统的计算。

本发明上述实施例为了避免多径反射的影响，垂直方向检测范围的角度需要进行限制，其确定方法如附图8所示。图8中h为臂架处于水平时的离地高度，L为防碰撞系统最远检测距离，α为垂直毫米波雷达检测的角度范围的一半，可由公式(1)求得。

a＝arctan(h/L) (1)

在本发明的一些实施例中，如图4或图5所示的作业空间动态防碰撞方法还可以包括：设置垂直探测设备120的工作范围为：沿起重伸缩臂轴向形成与起重臂侧面平行的扇形区域；设置水平探测设备110的工作范围为：沿起重伸缩臂轴向形成与起重臂底面平行的扇形区域。

图2实施例还给出了本发明作业空间动态防碰撞装置一些实施例的示意图。如图2所示，所述作业空间动态防碰撞装置300可以包括信息融合模块310和防碰撞控制模块320，其中：

信息融合模块310，用于接收工程机械臂架周围的障碍物信息以及工程机械的臂架运动信息；根据所述障碍物信息和所述臂架运动信息确定障碍物坐标。

在本发明的一些实施例中，信息融合模块310可以用于将雷达信息根据信号的属性进行滤波，剔除虚假信息，获得真实障碍物信息，然后将障碍物的坐标与臂架的运动信息融合，转换至当前臂架坐标系。

防碰撞控制模块320，用于判断所述障碍物坐标是否位于预定预警区域；并在所述障碍物坐标位于预定预警区域的情况下，指示执行装置400向外发出碰撞警报信息。

在本发明的一些实施例中，防碰撞控制模块320可以用于根据障碍物坐标信息和设置的报警区域信息进行判断碰撞发生的可能性，然后根据判断结果进行防碰撞决策，并输出防碰撞保护控制指令。

在本发明的一些实施例中，所述作业空间动态防碰撞装置300用于执行实现如上述任一实施例(例如图4或图5实施例)所述的作业空间动态防碰撞方法的操作。

图9为本发明作业空间动态防碰撞装置一些实施例的示意图。如图所示，图1或图2实施例的作业空间动态防碰撞装置300可以包括存储器380和处理器390，其中：

存储器380，用于存储指令。

处理器390，用于执行所述指令，使得所述作业空间动态防碰撞装置300执行实现如上述任一实施例(例如图4或图5实施例)所述的作业空间动态防碰撞方法的操作。

基于本发明上述实施例提供的作业空间动态防碰撞装置，基于实时动态空间信息和预测吊臂与作业空间的交互行为开发避碰算法，避免了碰撞状态的漏判；本发明上述实施例使用毫米波雷达，可以适应各种气候，在雨雪天气、雾天、尘土环境均能检测动态空间信息；本发明上述实施例的防碰撞装置安装在起重机上，可以随起重机到任意施工现场工作。

根据本发明的另一方面，提供一种工程机械，包括如上述任一实施例(例如图2或图9实施例)所述的作业空间动态防碰撞装置，或包括如上述任一实施例(例如图1或图2实施例)所述的作业空间动态防碰撞系统。

在本发明的一些实施例中，所述工程机械可以为起重机。本发明作业空间动态防碰撞系统可以具备液压系统和电控系统。

第一、液压系统。

液压系统的马达、变幅油缸、伸缩油缸和回转马达等可以作为执行装置，控制起重机相应机构进行相应动作。

液压系统还可以包括：

可通过马达驱动的起重机卷扬机构，用于垂直方向上起/落重物。

可通过变幅油缸驱动的起重机变幅机构，用于改变被吊物距车身中心距离。

可通过伸缩油缸驱动的起重机伸缩机构，用于伸长/缩短起重臂。

可通过回转马达驱动的起重机回转机构，用于改变水平面内起重工作角度。

第二、电控系统。

该电控系统具备CAN总线网络，可为各电器件提供信息传递功能。

该电控系统具备车载显示器，具备人机交互功能，可进行危险报警及实时数据显示。

该电控系统具备车载控制器，负责数据计算分析和控制命令的发布。

该电控系统配置两个毫米波雷达，用于进行空间障碍物模型搭建。

基于本发明上述实施例提供的工程机械，克服了现有系统和技术的没有考虑臂架与空间的交互、没有考虑吊装空间动态信息、不能全天候工作和需要安装额外的现场环境传感器等缺陷，可以全天候、实时地检测起重机臂架运动过程中周围障碍物情况，感知吊装空间动态信息，进行防碰撞预警可控制，从而保证了起重机在吊装作业过程中的安全，减轻了操作人员的工作强度。

本发明上述实施例通过在起重机等工程机械上增加诸如毫米波雷达的环境感知装置，可以动态扫描周围环境，自动识别可能发生碰撞危险的状态，从而有效减少了起重碰撞危险的发生，提高了起重机使用寿命。

根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述任一实施例(例如图4或图5实施例)所述的作业空间动态防碰撞方法。

本发明上述实施例避免了起重作业空间由于视觉所不及造成的碰撞危险的发生。由于本发明上述实施例探测设备随机附带，可跟随起重机动态快速识别周围环境，从而保证任意起重作业空间内快速危险源的识别。本发明上述实施例有效减少了起重碰撞危险的发生，提高了起重机使用寿命，降低了事故发生频率，确保了起重作业安全性。

在上面所描述的作业空间动态防碰撞装置可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制设备(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (19)

1.一种作业空间动态防碰撞方法，其特征在于，包括：

接收工程机械臂架周围的障碍物信息以及工程机械的臂架运动信息；

根据所述障碍物信息和所述臂架运动信息确定障碍物坐标；

判断所述障碍物坐标是否位于预定预警区域；

在所述障碍物坐标位于预定预警区域的情况下，指示执行装置向外发出碰撞警报信息。

2.根据权利要求1所述的作业空间动态防碰撞方法，其特征在于，所述接收工程机械臂架周围的障碍物信息包括：

接收环境感知装置获取的障碍物信息，所述障碍物信息包括臂架回转运动方向的障碍物信息和臂架变幅运动方向的障碍物信息中的至少一项。

3.根据权利要求1所述的作业空间动态防碰撞方法，其特征在于，所述接收工程机械的臂架运动信息包括：

接收臂架运动感知装置获取的臂架运动信息，其中所述臂架运动信息包括臂架回转角度、臂架变幅角度、臂架伸缩长度和吊钩位置信息中的至少一项。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的作业空间动态防碰撞方法，其特征在于，所述根据所述障碍物信息和所述臂架运动信息确定障碍物坐标包括：

根据信号属性对所述障碍物信息进行滤波，剔除虚假信息，获得真实障碍物信息；

将障碍物信息与臂架运动信息进行融合，将障碍物坐标转换为当前臂架坐标系的障碍物坐标。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的作业空间动态防碰撞方法，其特征在于，还包括：

预先设置预定预警区域。

6.根据权利要求5所述的作业空间动态防碰撞方法，其特征在于，预先设置预定预警区域包括：

围绕臂架设置预定预警区域，其中所述预定预警区域包括紧急制动区、危险预警区和安全预警区中的至少一个。

7.根据权利要求6所述的作业空间动态防碰撞方法，其特征在于，预先设置预定预警区域包括：

在臂架的水平方向和垂直方向，围绕臂架，由近到远分别设置紧急制动区、危险预警区和安全预警区。

8.根据权利要求6所述的作业空间动态防碰撞方法，其特征在于，还包括：

在所述障碍物坐标位于紧急制动区的情况下，指示执行装置对起重机臂架进行紧急制动。

9.一种作业空间动态防碰撞装置，其特征在于，包括：

信息融合模块，用于接收工程机械臂架周围的障碍物信息以及工程机械的臂架运动信息；根据所述障碍物信息和所述臂架运动信息确定障碍物坐标；

防碰撞控制模块，用于判断所述障碍物坐标是否位于预定预警区域；并在所述障碍物坐标位于预定预警区域的情况下，指示执行装置向外发出碰撞警报信息。

10.根据权利要求9所述的作业空间动态防碰撞装置，其特征在于，所述作业空间动态防碰撞装置用于执行实现如权利要求1-8中任一项所述的作业空间动态防碰撞方法的操作。

11.一种作业空间动态防碰撞装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储指令；

处理器，用于执行所述指令，使得所述作业空间动态防碰撞装置执行实现如权利要求1-8中任一项所述的作业空间动态防碰撞方法的操作。

12.一种作业空间动态防碰撞系统，其特征在于，包括：

环境感知装置，用于获取工程机械臂架周围的障碍物信息，并将所述障碍物信息发送给作业空间动态防碰撞装置；

臂架运动感知装置，用于获取工程机械的臂架运动信息，并将所述臂架运动信息发送给作业空间动态防碰撞装置；

作业空间动态防碰撞装置，为如权利要求9-11中任一项所述的作业空间动态防碰撞装置；

执行装置，用于根据作业空间动态防碰撞装置的指示，向外发出碰撞警报信息。

13.根据权利要求12所述的作业空间动态防碰撞系统，其特征在于，所述环境感知装置包括水平探测设备和垂直探测设备中的至少一项，其中：

水平探测设备，用于扫描探测臂架回转运动方向的障碍物；

垂直探测设备，用于扫描探测臂架变幅运动方向的障碍物。

14.根据权利要求13所述的作业空间动态防碰撞系统，其特征在于，所述水平探测设备设置在臂架底面；所述垂直探测设备设置在臂架侧面。

15.根据权利要求14所述的作业空间动态防碰撞系统，其特征在于，

作业空间动态防碰撞装置，还用于根据臂架处于水平时的离地高度和防碰撞系统的最远检测距离确定垂直探测设备的角度探测范围。

16.根据权利要求12-15中任一项所述的作业空间动态防碰撞系统，其特征在于，所述臂架运动感知装置包括回转角度传感器、变幅角度传感器、伸缩长度传感器和吊钩长度传感器中的至少一项。

17.根据权利要求12-15中任一项所述的作业空间动态防碰撞系统，其特征在于，所述执行装置包括报警设备和制动设备中的至少一项，其中：

报警设备，用于根据作业空间动态防碰撞装置的指示，在所述障碍物坐标位于不同预定预警区域的情况下，向外发出相应的碰撞警报信息；

制动设备，用于根据作业空间动态防碰撞装置的指示，在所述障碍物坐标位于紧急制动区的情况下，对起重机臂架进行紧急制动。

18.一种工程机械，其特征在于，包括如权利要求9-11中任一项所述的作业空间动态防碰撞装置，或包括如权利要求12-17中任一项所述的作业空间动态防碰撞系统。

19.一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指令，所述指令被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的作业空间动态防碰撞方法。