CN110475163B - 一种挖掘机远程控制系统及挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机远程控制系统及挖掘机。其中挖掘机远程控制系统包括：车载系统、地表系统和远程操作系统；车载系统，包括第一5G通信组件、第一视频采集组件、数据汇集器、第一路由器和车载执行组件；地表系统，配置在挖掘机的作业区域，包括第二5G通信组件、第二路由器、第一交换机和第二视频采集组件；远程操作系统，包括第三5G通信组件、第三路由器、第二交换机、第一视频处理组件和操作控制组件，第三5G通信组件分别与第二5G通信组件、第一5G通信组件通信连接。本方案实现了对挖掘机的远程控制，同时通过地表系统采集挖掘机作业区域的环境视频信息，实时监测作业区域的环境状态，防止坍塌等突发事件，提高了远程控制的准确性、及时性和安全性。

Description

一种挖掘机远程控制系统及挖掘机

技术领域

本发明实施例涉及挖掘机远程控制技术，尤其涉及一种挖掘机远程控制系统及挖掘机。

背景技术

挖掘机是工程建设中使用最广泛、最重要的工程机械设备之一，在建筑行业、交通运输、矿山采掘等施工中起着极为重要的作用。目前，现有的挖掘机基本上采用人工操作方式，这样在某些特殊工况条件，如高温、高危等恶劣环境的条件下，会影响操作人员的正常操作，甚至损害操作人员健康。

发明内容

本发明提供一种挖掘机远程控制系统及挖掘机，以实现对挖掘机的远程控制。

第一方面，本发明实施例提供了一种挖掘机远程控制系统，该系统包括：

车载系统、地表系统和远程操作系统；其中，

所述车载系统，配置在挖掘机上，包括第一5G通信组件、第一视频采集组件、数据汇集器、第一路由器和车载执行组件，所述车载执行组件与所述第一视频采集组件分别与所述数据汇集器电连接，所述数据汇集器基于所述第一路由器与所述第一5G通信组件电连接；

所述地表系统，配置在所述挖掘机的作业区域，包括第二5G通信组件、第二路由器、第一交换机和第二视频采集组件，所述第二5G通信组件、所述第二路由器、所述第一交换机和所述第二视频采集组件依次电连接；

所述远程操作系统，包括第三5G通信组件、第三路由器、第二交换机、第一视频处理组件和操作控制组件，所述第一视频处理组件和所述操作控制组件分别与所述第二交换机电连接，所述第二交换机基于所述第三路由器与所述第三5G通信组件电连接，所述第三5G通信组件分别与所述第二5G通信组件、第一5G通信组件通信连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种挖掘机，该挖掘机配置有车载系统，所述车载系统包括第一5G通信组件、第一视频采集组件、数据汇集器、第一路由器和车载执行组件；其中，所述车载执行组件与所述第一视频采集组件分别与所述数据汇集器电连接，所述数据汇集器基于所述第一路由器与所述第一5G通信组件电连接；

所述第一视频采集组件设置在所述挖掘机的操作室前方，用于采集所述挖掘机作业范围内的视频信息；

所述车载执行组件用于采集挖掘机的车辆状态参数，并监测车辆故障信息；

所述数据汇集器用于对所述视频信息、所述车辆状态参数和所述车辆故障信息进行汇集并基于所述第一路由器发送至第一5G通信组件，并将所述第一5G通信组件接收的控制指令发送至所述车载执行组件；

所述第一5G通信组件用于将所述视频信息、所述车辆状态参数和所述车辆故障信息通信传输至远程操作系统，并接收所述远程操作系统发生的控制指令。

本发明实施例提供的技术方案，通过车载系统采集挖掘机作业的视频信息，发送至远程操作系统，操作者通过远程操作系统获取车载系统发送的视频信息，并根据视频信息进行控制，实现对挖掘机的远程控制，同时通过地表系统采集挖掘机作业区域的环境视频信息，实时监测作业区域的环境状态，防止坍塌等突发事件，提高了远程控制的准确性和及时性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种挖掘机远程控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种挖掘机远程控制系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种挖掘机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种挖掘机远程控制系统的结构示意图，该系统适用于对挖掘机进行远程控制的情况，该系统包括车载系统110、地表系统120和远程操作系统130。其中，车载系统110，配置在挖掘机上，与挖掘机的原控制电路电连接，用于接收远程操作系统130的控制指令，并执行接收的控制指令，便于在无用户直接操作时，根据远程控制进行作业，使得挖掘机可在高温、高危等恶劣环境下进行作业，且保证了挖掘机操作者的安全。

地表系统120，配置在挖掘机的作业区域，用于采集作业区域的环境信息，并将环境信息通过通信连接发送至程控制系统130，程控制系统130将接收的作业区域的环境信息进行播放，以便远程操作者根据环境信息向车载系统发送控制指令。

远程操作系统130，可以是设置在远离作业区域的位置，远程操作系统130所在位置可以是固定的，也可以根据作业区域的位置变化。远程操作系统130用于接收车载系统110发送的挖掘机信息和地表系统120发送的环境信息，并采集远程操作者的操作，根据采集的操作生成控制指令，发送至车载系统110或者地表系统120，以实现对车载系统110或者地表系统120的远程控制。

可选的，车载系统110包括第一5G通信组件111、第一视频采集组件112、数据汇集器113、第一路由器114和车载执行组件115，车载执行组件115与第一视频采集112组件分别与数据汇集器113电连接，数据汇集器113基于第一路由器114与第一5G通信组件111电连接。其中，第一5G通信组件111可以是具有5G通信功能的部件即可，例如可以是具有5G通信功能的终端(诸如手机、智能手表或者平板电脑等)，对此不作限定。第一5G通信组件电111与远程操作系统130中的第三5G通信组件131通信连接，可接收第三5G通信组件131基于5G通信连接发送的控制指令，以及将车载系统110采集的相关信息基于5G通信连接发送至第三5G通信组件131。相对于3G/4G通信网络，5G通信网络带宽大，提高了信息传输速率，降低了车载系统与远程操作系统的信息传输时延，提高了远程控制的实时性。

第一视频采集组件112包括至少一个摄像头，可选的,该摄像头可以是深度摄像,例如可以是但不限于双目摄像头或者TOF摄像头，可采集具有深度信息的视频。至少一个摄像头设置在挖掘机的操作室前方，可随挖掘机操作室的转动而转动，采集挖掘机工作视频。在本实施例中，第一视频采集组件112中的摄像头可以是一个或多个，当摄像头为一个时，可以是将该摄像头设置在挖掘机的操作室前方的中间位置，使得挖掘机的铲斗在摄像头的拍摄范围内，以采集挖掘机铲斗的作业视频。当摄像头为两个或两个以上时，上述摄像头分别间隔一定距离设置在挖掘机的操作室前方，其中，摄像头之间的间隔根据摄像头的拍摄范围确定，任意相邻摄像头的拍摄范围存在部分重叠，示例性的，相邻摄像头的重叠的拍摄范围小于摄像头拍摄范围的预设比例，例如预设比例可以是5％或3％，根据上述方式设置至少两个摄像头，可避免拍摄遗漏。可选的，车载系统还包括第二视频处理组件，该第二视频处理组件分别与第一视频采集组件112和数据汇集器113电连接，将各摄像头采集的视频信息进行拼接，生成挖掘机作业视频信息。可选的，上述多个摄像头设置在同一水平线上。具体的，对摄像头采集的视频信息进行拼接可以是确定相邻摄像头采集的视频信息中的重叠区域，将相邻摄像头采集的视频信息中的重叠区域进行均值处理，生成挖掘机作业视频信息。该挖掘机作业视频信息包括所有摄像头采集的视频信息，扩大了拍摄范围，无需摄像头转动即可采集大视场角的视频信息，不仅简化了挖掘机的控制过程，还消除了控制摄像头转动过程中控制时延导致的操作者眩晕的问题。

在上述实施例的基础上，第二视频处理组件还用于对挖掘机作业视频信息进行压缩处理和编码处理。挖掘机作业视频信息经由数据汇集器113、第一路由器114和第一5G通信组件111发送至远程操作系统130，同时第一5G通信组件111接收的控制指令经由第一路由器114、数据汇集器113传输至车载执行组件115，车载执行组件115执行该控制指令，示例性的，控制指令包括但不限于启动指令、怠机指令、停止指令、前进指令、后退指令和操作室旋转指令等。

在上述实施例的基础上，车载执行组件115还用于采集挖掘机的车辆状态参数，其中，车辆的状态参数包括但不限于油耗、电量等。车载执行组件115可以根据第一预设时间间隔采集挖掘机的车辆状态参数，示例性的，第一预设时间间隔可以是5分钟，将采集的车辆状态参数基于第一5G通信组件111发送至远程操作系统130。

在上述实施例的基础上，车载执行组件115还用于监测车辆故障信息，具体的，车载执行组件115根据第二预设时间间隔轮询地对挖掘机的预设部件进行故障检测，其中，预设部件可以是预先确定的，根据挖掘机的历史故障部件确定，对每一个部件进行故障检测的第二预设时间间隔可以相同或不同，例如，可以是根据部件的故障频率确定，部件的故障频率越高，该部件的进行故障检测的第二预设时间间隔越小，以根据部件的差异性确定故障检测时间间隔，提高故障检测的准确性和及时性，同时避免对使用寿命较长的部件的频繁检测。当检测到有部件存在故障时，生成故障信息，将故障信息基于第一5G通信组件111发送至远程操作系统130。

在上述实施例的基础上，数据汇集器113可用于根据信息传输方向对接收的信息进行排序，并依次将信息发送至接收方，避免信息量大导致的信息混乱，以及控制混乱的问题。

可选的，地表系统120，配置在挖掘机的作业区域的地表，包括第二5G通信组件121、第二路由器122、第一交换机123和第二视频采集组件124，第二5G通信组件121、第二路由器122、第一交换机123和第二视频采集组件124依次电连接。第二5G通信组件121可以是但不限于手机、智能手表、平板电脑等具有5G通信功能的终端。第二视频采集组件124包括至少一个摄像头和/或至少一个二维摄像头，可以是设置在作业区域的边缘或者边缘角，便于采集作业区域内的环境视频信息，将作业区域的视频信息经由第一交换机123、第二路由器122和第二5G通信组件发送至远程操作系统130，以使远程操作者获知作业区域的环境信息，当存在坍塌等情况时，及时对挖掘机进行控制。

远程操作系统130，包括第三5G通信组件131、第三路由器132、第二交换机133、第一视频处理组件134和操作控制组件135，第一视频处理组件134和操作控制组件135分别与第二交换机133电连接，第二交换机133基于第三路由器132与第三5G通信组件131电连接，第三5G通信组件131分别与第二5G通信组件121、第一5G通信组件111通信连接。其中，第三5G通信组件131可以是但不限于手机、智能手表、平板电脑等具有5G通信功能的终端，本实施例中不做限定。

第三5G通信组件131接收车载系统110和地表系统120发送的视频信息，将视频信息经由第三路由器132、第二交换机133发送至第一视频处理组件134，第一视频处理组件134包括视频解码部件和视频显示部件，视频解码部件对接收的是信息进行解码，并由视频显示部件进行视频显示，示例性的，视频显示部件可以是头戴3D显示设备，例如VR眼镜或者AR眼镜，视频显示部件对接收的视频信息进行3D显示，便于远程操作者身临其境的获知挖掘机的当前视角，便于准确对挖掘机进行控制。

操作控制组件135包括操作部件和操作监测部件；其中，所述操作部件包括按键、手柄、脚踏部件、触控面板、拾音器中的至少一项，远程操作者可通过对按键、手柄、脚踏部件、触控面板进行操作，实现控制指令的输入，或者通过拾音器采集远程操作者的语音信号，所述操作监测部件用于实时检测所述操作部件的操作信息，当任一操作部件被操作时，根据检测到的操作信息生成控制指令，经由第二交换机133、第三路由器132和第三5G通信组件131将控制指令发送至第二5G通信组件111、第一5G通信组件121。

本实施例的技术方案，通过车载系统采集挖掘机作业的视频信息，发送至远程操作系统，操作者通过远程操作系统获取车载系统发送的视频信息，并根据视频信息进行控制，实现对挖掘机的远程控制，同时通过地表系统采集挖掘机作业区域的环境视频信息，实时监测作业区域的环境状态，防止坍塌等突发事件，提高了远程控制的准确性和及时性。

参见图2，图2是本发明实施例提供的另一种挖掘机远程控制系统的结构示意图，在上述实施例的基础上，对掘机远程控制系统进行了优化，该系统包括：车载系统110、地表系统120和远程操作系统130。其中，车载系统110还包括第一无线基站(Access Point，AP)116，与数据汇集器113电连接，地表系统120还包括第二无线基站125，与所述第一交换机122电连接，其中，第一无线基站116与第二无线基站125形成局域网络，可进行通信传输。

本实施例中，车载系统110可通过第一5G通信组件111与远程操作系统130进行通信传输，还可以通过第一无线基站116通过局域网络与第二无线基站125通信，在通过与第二无线基站125连接的第二5G通信组件121与远程操作系统130进行通信传输。上述两个通信通路相互独立，且不能同时工作，可选的，当第一5G通信组件111与远程操作系统130通信良好时，不触发局域网络，直接通过5G网络进行信息传输，提高传输效率。当第一5G通信组件111与远程操作系统130通信不良时，关闭第一5G通信组件111，并触发局域网络，通过第二5G通信组件121接收控制指令，并通过局域网络将控制指令发送至第一无线基站116，进一步发送至车载执行组件115，相应的，车载执行组件115和第一视频采集组件112采集的相关信息经由第一无线基站116、第二无线基站125和第二5G通信组件121发送至远程操作系统130。

车载执行组件115用于确定监测所述挖掘机的作业环境，当所述挖掘机的作业环境为特定环境，触发所述第一无线基站与所述第二无线基站的通信连接。其中，特定环境包括但不限于地下、井下和矿洞等作业环境，上述特定环境时，易与远程操作系统130通信不良。

车载执行组件115还用于监测所述第一5G通信组件111的通信状态，具体的，可以是检测第一5G通信组件111的丢包率，当丢包率大于预设值时，确定第一5G通信组件111与远程操作系统130通信不良，即第一5G通信组件的通信状态为特定状态，关闭第一5G通信组件111，并触发所述第一无线基站与所述第二无线基站的通信连接。

本实施例提供的的技术方案，通过在车载系统中设置第一无线基站，以及地表系统中设置第二无线基站，以形成局域网络，地表系统设置在作业区域的地表，5G通信良好，保证了视频信息和控制指令的良好传输，以及地表系统和挖掘机的车载系统通过局域网络进行通信，距离近，通信质量良好，保证了挖掘机在诸如地下、井下和矿洞等作业环境下的良好通信。当挖掘机处于通信不良的特殊环境时，通过地表系统中的第二5G通信组件以及局域网络进行信息的传输，避免5G网络通信不良导致的远程控制失效的问题，提高了对挖掘机的控制精度，解决了5G网络通信质量受作业环境影响的问题。

参见图3，图3是本发明实施例提供的一种挖掘机的结构示意图，该挖掘机配置有车载系统，车载系统包括第一5G通信组件310、第一视频采集组件320、数据汇集器330、第一路由器340和车载执行组件350；其中，车载执行组件350与第一视频采集组件320分别与数据汇集器330电连接，数据汇集器330基于第一路由器340与第一5G通信组件310电连接；

第一视频采集组件320设置在挖掘机的操作室前方，用于采集挖掘机作业范围内的视频信息；

车载执行组件350用于采集挖掘机的车辆状态参数，并监测车辆故障信息，以及执行远程操作系统发送的控制指令；

数据汇集器330用于对视频信息、车辆状态参数和车辆故障信息进行汇集并基于第一路由器340发送至第一5G通信组件310，并将第一5G通信组件310接收的控制指令发送至车载执行组件350；其中，车载执行组件350可以与挖掘机的原控制系统连接，根据控制指令控制原控制系统中的对应部件执行该控制指令对应的动作，实现对挖掘机的控制。

第一5G通信组件310用于将视频信息、车辆状态参数和车辆故障信息通信传输至远程操作系统，并接收远程操作系统发生的控制指令。

需要说明的是，图3仅是一种示意图，在一些实施例中，第一5G通信组件310、数据汇集器330、第一路由器340和车载执行组件350可以是集成在一个终端内，本实施例不做限定。

本实施例中提供的挖掘机，可通过配置的车载系统与远程操作系统进行通信传输，接收远程操作系统的控制指令，使得挖掘机在无用户直接操作时，根据远程控制进行作业，该挖掘机可在高危、高温等特殊环境下作业，且不对操作者造成伤害。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种挖掘机远程控制系统，其特征在于，包括：车载系统、地表系统和远程操作系统；其中，

所述车载系统，配置在挖掘机上，包括第一5G通信组件、第一视频采集组件、数据汇集器、第一路由器和车载执行组件，所述车载执行组件与所述第一视频采集组件分别与所述数据汇集器电连接，所述数据汇集器基于所述第一路由器与所述第一5G通信组件电连接；

所述第一视频采集组件包括至少一个摄像头；

所述车载系统还包括第二视频处理组件，所述第二视频处理组件分别与所述第一视频采集组件、所述数据汇集器电连接；

当所述摄像头为至少两个时，所述至少两个摄像头间隔设置在挖掘机的操作室前方，其中，任意相邻摄像头的拍摄范围存在部分重叠；

所述第二视频处理组件将各摄像头采集的视频信息进行拼接，生成挖掘机作业视频信息；

所述第二视频处理组件还用于对所述挖掘机作业视频信息进行压缩处理和编码处理；

所述车载执行组件用于采集挖掘机的车辆状态参数，并监测车辆故障信息，将所述车辆状态参数和所述车辆故障信息基于所述第一5G通信组件发送至所述远程操作系统,所述车载执行组件还用于执行基于所述第一5G通信组件接收的远程控制指令；

所述地表系统，配置在所述挖掘机的作业区域，包括第二5G通信组件、第二路由器、第一交换机和第二视频采集组件，所述第二5G通信组件、所述第二路由器、所述第一交换机和所述第二视频采集组件依次电连接；

所述远程操作系统，包括第三5G通信组件、第三路由器、第二交换机、第一视频处理组件和操作控制组件，所述第一视频处理组件和所述操作控制组件分别与所述第二交换机电连接，所述第二交换机基于所述第三路由器与所述第三5G通信组件电连接，所述第三5G通信组件分别与所述第二5G通信组件、第一5G通信组件通信连接；

所述第一视频处理组件包括视频解码部件和视频显示部件；

所述车载系统还包括第一无线基站，所述第一无线基站与所述数据汇集器电连接；

所述地表系统还包括第二无线基站，所述第二无线基站与所述第一交换机电连接，所述第二无线基站与所述第一无线基站基于局域网络通信连接；

所述车载执行组件用于确定监测所述挖掘机的作业环境，以及监测所述第一5G通信组件的通信状态，当所述挖掘机的作业环境为特定环境或者所述第一5G通信组件的通信状态为特定状态时，触发所述第一无线基站与所述第二无线基站的通信连接；

所述车载执行组件监测车辆故障信息，包括：所述车载组件根据第二预设时间间隔轮询对所述挖掘机进行故障检测，所述第二预设时间根据故障频率确定，故障频率越高，所述第二预设时间间隔越小。

2.根据权利要求1所述的挖掘机远程控制系统，所述摄像头设置在所述挖掘机的操作室前方，用于采集所述挖掘机作业范围内的视频信息。

3.根据权利要求1所述的挖掘机远程控制系统，其特征在于，所述第二视频采集组件包括至少一个摄像头和/或至少一个二维摄像头，用于采集所述作业区域的视频信息，将所述作业区域的视频信息基于所述第二5G通信组件发送至所述远程操作系统。

4.根据权利要求1所述的挖掘机远程控制系统，其特征在于，操作控制组件包括操作部件和操作监测部件；其中，

所述操作部件包括按键、手柄、脚踏部件、触控面板、拾音器中的至少一项；

所述操作监测部件用于实时检测所述操作部件的操作信息，并根据检测到的操作信息生成控制指令。

5.一种挖掘机，其特征在于，配置有车载系统、地表系统，所述车载系统包括第一5G通信组件、第一视频采集组件、数据汇集器、第一路由器和车载执行组件；其中，所述车载执行组件与所述第一视频采集组件分别与所述数据汇集器电连接，所述数据汇集器基于所述第一路由器与所述第一5G通信组件电连接；

所述地表系统，包括第一交换机；

所述第一视频采集组件设置在所述挖掘机的操作室前方，用于采集挖掘机作业范围内的视频信息；

所述车载执行组件用于采集挖掘机的车辆状态参数，并监测车辆故障信息；

所述数据汇集器用于对所述视频信息、所述车辆状态参数和所述车辆故障信息进行汇集并基于所述第一路由器发送至第一5G通信组件，并将所述第一5G通信组件接收的控制指令发送至所述车载执行组件；

所述第一5G通信组件用于将所述视频信息、所述车辆状态参数和所述车辆故障信息通信传输至远程操作系统，并接收所述远程操作系统发生的控制指令；

所述车载系统还包括第一无线基站，所述第一无线基站与所述数据汇集器电连接；

所述地表系统还包括第二无线基站，所述第二无线基站与所述第一交换机电连接，所述第二无线基站与所述第一无线基站基于局域网络通信连接；

所述车载执行组件用于确定监测所述挖掘机的作业环境，以及监测所述第一5G通信组件的通信状态，当所述挖掘机的作业环境为特定环境或者所述第一5G通信组件的通信状态为特定状态时，触发所述第一无线基站与所述第二无线基站的通信连接；

所述车载执行组件监测车辆故障信息，包括：所述车载组件根据第二预设时间间隔轮询对所述挖掘机进行故障检测，所述第二预设时间根据故障频率确定，故障频率越高，所述第二预设时间间隔越小。

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