CN109235531A - 用于挖掘机的后装无人系统以及挖掘机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种用于挖掘机的后装无人系统以及挖掘机，涉及挖掘机控制技术领域，包括感知单元、控制单元、比例电磁阀和液压单元；感知单元，用于获取当前环境的感知信息并根据感知信息生成感知信号；控制单元与感知单元数据连接，用于获取感知信号并根据感知信号生成驱动信号；比例电磁阀与控制单元数据连接，用于获取驱动信号；液压单元与比例电磁阀数据连接，用于获取驱动信号并根据驱动信号执行对应的动作。能够实现通过电信号以无人操作的控制形式对挖掘机后装无人系统的流量及方向进行控制，与此同时还能够通过比例电磁阀对挖掘机各个运动单元进行精细化的控制，降低生产成本。

Description

用于挖掘机的后装无人系统以及挖掘机
技术领域
本发明涉及挖掘机控制技术领域，尤其是涉及一种用于挖掘机的后装无人系统以及挖掘机。
背景技术
挖掘机，又称挖掘机械(excavating machinery)，又称挖土机，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘机挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。从工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，挖掘机已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。
当前挖掘机的后装无人系统均为传统的液压控制系统，电气器件在当前的后装无人系统中只起到感知及辅助控制的作用，需要人为的操作才能够实现正常工作。但是，挖掘机的工作环境都具有一定的危险性，现场操作十分容易造成工作人员受伤，对工作人员的人身安全形成威胁，所以人工成本也较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于挖掘机的后装无人系统以及挖掘机，以解决现有技术中存在的对工作人员的人身安全形成威胁，以及人工成本较高的技术问题。
本发明提供的一种用于挖掘机的后装无人系统，包括感知单元、控制单元、比例电磁阀和液压单元；
所述感知单元，用于获取当前环境的感知信息并根据所述感知信息生成感知信号；
所述控制单元与所述感知单元数据连接，用于获取所述感知信号并根据所述感知信号生成驱动信号；
所述比例电磁阀与所述控制单元数据连接，用于获取所述驱动信号；
所述液压单元与所述比例电磁阀数据连接，用于获取所述驱动信号并根据所述驱动信号执行对应的动作。
进一步的，在本发明的实施例中，所述感知信息包括视频信息、音频信息、图像信息、位置信息、位移信息和车辆倾倒信息中的一种或任意组合。
进一步的，在本发明的实施例中，所述感知单元包括视频模块、音频模块、图像采集模块、GPS、位移传感器和倾角传感器中的一种或任意组合。
进一步的，在本发明的实施例中，所述视频模块，用于获取当前环境的视频信息；
所述音频模块，用于获取当前环境的音频信息；
所述图像采集模块，用于获取当前环境的图像信息；
所述GPS，用于获取当前环境的位置信息；
所述位移传感器，用于获取当前环境的位移信息；
所述倾角传感器，用于获取当前环境的车辆倾倒信息。
进一步的，在本发明的实施例中，所述后装无人系统还包括先导阀和控制手柄；
所述控制手柄通过所述先导阀与所述液压单元控制连接，用于控制所述液压单元执行动作。
进一步的，在本发明的实施例中，所述比例电磁阀与所述先导阀之间采用并联连接的方式与所述液压单元控制连接。
进一步的，在本发明的实施例中，所述后装无人系统还包括多个执行器；
所述控制单元与多个所述执行器数据连接，用于根据获取的控制指令生成不同的PWM信号并映射到不同的所述执行器中；
多个所述执行器与所述比例电磁阀控制连接，用于根据所述比例电磁阀驱动所述液压单元执行对应的动作。
进一步的，在本发明的实施例中，所述控制单元为CPU。
进一步的，在本发明的实施例中，所述控制单元连接有报警单元。
本发明还提供了一种挖掘机，包括所述的后装无人系统。
在上述技术方案中，能够自动的对挖掘机的当前环境状态进行判断，从而生成能够应对当前环境状态的执行动作。由此可知，通过本申请所提供的用于挖掘机的后装无人系统，能够使挖掘机在无人操作的情况下，自动的采集挖掘机当前的环境状态，也即感知信息，然后通过对感知信息的判断进一步通过一系列过程形成可以驱动液压单元执行相应动作的驱动信号。
综上所述，本申请所提供的后装无人系统能够实现通过电信号的控制形式对挖掘机后装无人系统的流量及方向进行控制，与此同时还能够通过比例电磁阀对挖掘机各个运动单元(各个执行动作)进行精细化的控制。整个过程均可以自动化的完成，无需工作人员实际操作。
所以，挖掘机可以在环境条件恶劣、安全系数低等不适于人工作的现场环境下进行工作，保证了作业效果、提高了工作人员作业的安全性，还可以选择低成本的工作人员远程操作，大大降低了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为现有技术中的后装无人系统的电路连接结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的后装无人系统的遥控部分的电路连接结构示意图；
图3为本发明一个实施例提供的后装无人系统的电路连接结构示意图；
图4为本发明一个实施例提供的感知单元的结构示意图。
附图标记：
1-控制单元；2-比例电磁阀；
3-液压单元；4-先导阀；
5-感知单元；
51-视频模块；52-音频模块；
53-图像采集模块；54-GPS；
55-位移传感器；56-倾角传感器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为现有技术中的后装无人系统的电路连接结构示意图；图2为本发明一个实施例提供的后装无人系统的遥控部分的电路连接结构示意图；图3为本发明一个实施例提供的后装无人系统的电路连接结构示意图；图4为本发明一个实施例提供的感知单元5的结构示意图。如图1-4所示，本实施例提供的一种用于挖掘机的后装无人系统，包括感知单元5、控制单元1、比例电磁阀2和液压单元3；
所述感知单元5，用于获取当前环境的感知信息并根据所述感知信息生成感知信号；
所述控制单元1与所述感知单元5数据连接，用于获取所述感知信号并根据所述感知信号生成驱动信号；
所述比例电磁阀2与所述控制单元1数据连接，用于获取所述驱动信号；
所述液压单元3与所述比例电磁阀2数据连接，用于获取所述驱动信号并根据所述驱动信号执行对应的动作。
根据上述提供的后装无人系统，其主要是由感知单元5、控制单元1、比例电磁阀2和液压单元3构成。在各个部件协同工作过程中，所述感知单元5能够获取当前环境的感知信息，以此可以对挖掘机当前的环境状况进行初步采集，并且把所述感知信息生成控制单元1可识别的感知信号。然后，控制单元1可以与所述感知单元5控制连接，向所述感知单元5获取所述感知信号，并将感知信号转成比例电磁阀2可识别的驱动信号。
同时，所述比例电磁阀2与所述控制单元1数据连接，能够获取所述驱动信号；然后，由于所述液压单元3与所述比例电磁阀2数据连接，这样所述比例电磁阀2便能够根据这些接收到的驱动信号对液压单元3进行控制，使液压单元3能够执行相应的动作。
需要说明的是，在上述后装无人系统中将所述比例电磁阀2定义为整个后装无人系统的主阀。所述比例电磁阀2不同于现有的控制阀结构，之所以采用比例电磁阀2的原因是，当前挖掘机使用的控制阀无法通过电信号来实现控制、智能手动摇杆的形式实现控制。而为了实现远程电信号控制，所以采用比例电磁阀2对液压单元3进行控制。具体的，采用比例电磁阀2是基于电磁开关阀的原理：断电时，弹簧将铁心直接压在阀座上，使阀门关闭；通电时，所产生电磁力克服弹簧力将铁心提起，从而打开阀门。比例电磁阀2对电磁开关阀的结构作了一些改动：在任何线圈电流下，使弹簧力与电磁力之间产生平衡。线圈电流的大小或电磁力的大小将影响柱塞的行程和阀门开度，而阀门开度(流量)与线圈电流(控制信号)之间为理想的线性关系，不仅实现了电信号控制的效果，同时也能像传统的控制阀一样进行精细化控制。
具体的，所述控制单元1为CPU，能够对各种数据实现获取、处理等。所述液压单元3可参考现有技术。另外，本领域技术人员还可以根据实际情况对所述远程控制端、控制单元1和液压单元3进行选择、替换，在此便不做限定。
这属于一个反馈的机制，利用这种反馈机制能够自动的对挖掘机的当前环境状态进行判断，从而生成能够应对当前环境状态的执行动作。由此可知，通过本申请所提供的用于挖掘机的后装无人系统，能够使挖掘机在无人操作的情况下，自动的采集挖掘机当前的环境状态，也即感知信息，然后通过对感知信息的判断进一步通过一系列过程形成可以驱动液压单元3执行相应动作的驱动信号。
综上所述，本申请所提供的后装无人系统能够实现通过电信号的控制形式对挖掘机后装无人系统的流量及方向进行控制，与此同时还能够通过比例电磁阀2对挖掘机各个运动单元(各个执行动作)进行精细化的控制。整个过程均可以自动化的完成，无需工作人员实际操作。
所以，挖掘机可以在环境条件恶劣、安全系数低等不适于人工作的现场环境下进行工作，保证了作业效果、提高了工作人员作业的安全性，还可以选择低成本的工作人员远程操作，大大降低了生产成本。
其中，在本发明的实施例中，所述感知信息包括视频信息、音频信息、图像信息、位置信息、位移信息和车辆倾倒信息中的一种或任意组合。也就是说，所述感知单元5可以在挖掘机工作过程中对挖掘机的周围环境进行录像、录音以及拍照，或者记录当前的位置、当前的运动轨迹以及判断当前挖掘机运行是否平稳等，将这些实时状态的相关信息进行采集。所以，工作人员便能够在远程掌控挖掘机当前的状态，以对挖掘机的实时状态做出适应的调整；或者通过人工智能机器学习的方式做出适应的判断，生成挖掘机下一步的执行动作指令，使挖掘机实时的做出适应的调整。
例如，当感知单元5获取了当前挖掘机的视频信息、音频信息以后，人工智能机器通过判断发现挖掘机当前执行的动作与预设的执行动作具有差异，所以就会做出判断，生成挖掘机下一步的执行动作指令，使控制单元1根据新生成的执行动作进行工作，以保证挖掘机在执行动作时不发生错误。
本领域技术人员可以根据实际情况增加或减少感知信息的内容，以对挖掘机当前的状态进行更加精确的掌控，在此便不再赘述。
例如，在本发明的实施例中，所述感知单元5包括视频模块51、音频模块52、图像采集模块53、GPS54、位移传感器55和倾角传感器56中的一种或任意组合。
其中，在本发明的实施例中，所述视频模块51，用于获取当前环境的视频信息；
所述音频模块52，用于获取当前环境的音频信息；
所述图像采集模块53，用于获取当前环境的图像信息；
所述GPS54，用于获取当前环境的位置信息；
所述位移传感器55，用于获取当前环境的位移信息；
所述倾角传感器56，用于获取当前环境的车辆倾倒信息。
进一步的，在本发明的实施例中，所述后装无人系统还包括先导阀4和控制手柄；
所述控制手柄通过所述先导阀4与所述液压单元3控制连接，用于控制所述液压单元3执行动作。
采用控制手柄和先导阀4可以实现手动的操作，挖掘机后装无人系统在工作过程中，液压油自油箱底部通过滤油器被工作泵吸入，从油泵输出具有一定压力的液压油进入一组并联的分配阀。依次通过手柄、先导阀4、工作阀组来实现相应的动作，后装无人系统通过总油路上的总安全阀限定整个系统的总压力，各组工作油路的安全阀分别对相应油路起过载保护和补油作用。
进一步的，在本发明的实施例中，所述比例电磁阀2与所述先导阀4之间采用并联连接的方式与所述液压单元3控制连接。
而在本申请所提出的遥控方式控制挖掘机的后装无人系统时，可以将所述比例电磁阀2与所述先导阀4之间采用并联连接的方式与所述液压单元3控制连接，这种连接方式可以使手动操作和遥控操作两者相互独立，不产生互相影响的进行工作。
本领域技术人员可以根据需求选择合适的操作方式对挖掘机进行操作，满足当前的工作要求。
优选的，在本发明的实施例中，所述后装无人系统还包括多个执行器；
所述控制单元1与多个所述执行器数据连接，用于根据获取的控制指令生成不同的PWM信号并映射到不同的所述执行器中；
多个所述执行器与所述比例电磁阀2控制连接，用于根据所述比例电磁阀2驱动所述液压单元3执行对应的动作。
优选的，在本发明的实施例中，所述控制单元1连接有报警单元。
本发明还提供了一种挖掘机，包括所述的后装无人系统。
由于所述后装无人系统的具体结构、功能原理以技术效果均在前文详述，所以，任何有关于所述后装无人系统的技术内容均可参考前文记载，在此便不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于挖掘机的后装无人系统，其特征在于，包括感知单元、控制单元、比例电磁阀和液压单元；
所述感知单元，用于获取当前环境的感知信息并根据所述感知信息生成感知信号；
所述控制单元与所述感知单元数据连接，用于获取所述感知信号并根据所述感知信号生成驱动信号；
所述比例电磁阀与所述控制单元数据连接，用于获取所述驱动信号；
所述液压单元与所述比例电磁阀数据连接，用于获取所述驱动信号并根据所述驱动信号执行对应的动作。
2.根据权利要求1所述的后装无人系统，其特征在于，所述感知信息包括视频信息、音频信息、图像信息、位置信息、位移信息和车辆倾倒信息中的一种或任意组合。
3.根据权利要求1所述的后装无人系统，其特征在于，所述感知单元包括视频模块、音频模块、图像采集模块、GPS、位移传感器和倾角传感器中的一种或任意组合。
4.根据权利要求3所述的后装无人系统，其特征在于，所述视频模块，用于获取当前环境的视频信息；
所述音频模块，用于获取当前环境的音频信息；
所述图像采集模块，用于获取当前环境的图像信息；
所述GPS，用于获取当前环境的位置信息；
所述位移传感器，用于获取当前环境的位移信息；
所述倾角传感器，用于获取当前环境的车辆倾倒信息。
5.根据权利要求1所述的后装无人系统，其特征在于，还包括先导阀和控制手柄；
所述控制手柄通过所述先导阀与所述液压单元控制连接，用于控制所述液压单元执行动作。
6.根据权利要求5所述的后装无人系统，其特征在于，所述比例电磁阀与所述先导阀之间采用并联连接的方式与所述液压单元控制连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的后装无人系统，其特征在于，还包括多个执行器；
所述控制单元与多个所述执行器数据连接，用于根据获取的感知信号生成不同的PWM信号并映射到不同的所述执行器中；
多个所述执行器与所述比例电磁阀控制连接，用于根据所述比例电磁阀驱动所述液压单元执行对应的动作。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的后装无人系统，其特征在于，所述控制单元为CPU。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的后装无人系统，其特征在于，所述控制单元连接有报警单元。
10.一种挖掘机，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的后装无人系统。
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