CN110777873A - 一种挖掘机防撞击控制系统 - Google Patents

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曹国廷
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Yiwu Shenyan Intelligent Technology Co Ltd
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Yiwu Shenyan Intelligent Technology Co Ltd
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
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Abstract

本发明公开了一种挖掘机防撞击控制系统，能够检测静止物体和移动物体，能够对施工现场的人‑机‑环境的安全进行持续监测，并在必要的时候及时采取合适的措施，避免事故发生，进而提高安全性。本发明的挖掘机防撞击控制系统，包括检测模块、控制模块和执行机构，所述执行机构包括履带式行走机构、回转机构和动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸；视频检测器安装在挖掘机的后部，控制模块对视频监测器的视频信号进行处理，测算得出周边的物体移动速度v2；控制模块实时计算挖掘机的安全状态值f，根据预设的挖掘机安全状态阈值F，当f>＝F时，控制模块输出执行信号，控制挖掘机降低车速，直到实际车速v1低于最大允许车速Vmax。

Description

一种挖掘机防撞击控制系统
技术领域
本发明属于挖掘机安全防护领域，具体涉及一种挖掘机防撞击控制系统。
背景技术
挖掘机广泛应用于工程施工的各种领域，具有作业效率高、施工速度快等优点。
随着社会的发展，挖掘机的施工安全日益重要，挖掘机的技术发展路线之一就是其作业的安全性。其中，防止挖掘机与作业场地内的人员、建筑物和其他挖掘机的撞击，一直是挖掘机的重要安全指标。
为了确保挖掘机不与其他物体撞击，挖掘机现有技术采取了很多技术措施，包括：
1、利用摄像头采集驾驶员视觉盲区的视频；
2、利用测距雷达测量车辆到障碍物的距离；
3、通过声光报警的方式提醒驾驶员；
上述现有技术并不能覆盖施工现场的所有不安全因素，因此也不能确保挖掘机在其他突发情况下的安全，甚至对可能发生危险完全没有技术措施。这些被遗漏的危险因素包括：
1、对移动物体的探测不足；
2、驾驶员的注意力不会全部在盲区，而是在作业区，可能导致疏漏；
3、缺少突发情况的检测和自动处理措施；
发明内容
本方案提供了一种挖掘机防撞击控制系统，能够检测静止物体和移动物体，能够对施工现场的人-机-环境的安全进行持续监测，并在必要的时候及时采取合适的措施，避免事故发生，进而提高安全性。本发明的技术方案如下：
一种挖掘机防撞击控制系统，包括检测模块、控制模块和执行机构，所述检测模块与控制模块相连接，检测模块检测到的信号输入控制模块；所述控制模块与执行机构联接，控制模块发送执行信号给执行机构，用于对挖掘机进行操作控制；
所述执行机构包括履带式行走机构、回转机构和动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸；
所述检测模块包括距离探测器、视频监视器和车速探测器；
所述距离探测器安装在挖掘机上，用于检测挖掘机与周边物体的距离D；车速探测器安装在挖掘机上，用于检测挖掘机相对地面的运动速度v1，视频检测器安装在挖掘机的后部，控制模块对视频监测器的视频信号进行处理，测算得出周边的物体移动速度v2；
控制模块实时计算挖掘机的安全状态值f,
Figure BDA0002251173710000021
其中a、b、k为预设的系数；
根据预设的挖掘机安全状态阈值F，当f>＝F时，控制模块输出执行信号，控制挖掘机降低车速，直到实际车速v1低于最大允许车速Vmax；
进一步的，最大允许车速Vmax是f的函数，当f>F时，随着f增加，Vmax降低。
进一步的，最大允许车速
Figure BDA0002251173710000031
c为预设系数。
本发明的原理如下：
1、系统组成和连接关系
在挖掘机上装有检测模块，所述的检测模块包括距离探测器、视频监视器和车速探测器中的部分或全部。检测模块用于检测挖掘机周围的视频图像、物体的距离和车速等信号。
检测模块与挖掘机的控制模块相连接，检测模块检测到的信号输入控制模块。
挖掘机上装有控制模块，用于接收检测模块发来的检测信号。
为了实现挖掘机的安全防护，控制模块输出执行信号用于控制模块对挖掘机进行操作控制，以提高挖掘机和施工现场的安全性。
2、本方案所述的安全防护系统的工作原理
检测模块对挖掘机周围的环境进行实时检测，主要检测区域包括驾驶员视觉盲区和挖掘机作业范围区域，主要检测挖掘机行驶速度、周边物体情况及其移动速度，上述检测数据输入控制模块。
检测模块的实时数据输入到控制模块后，控制模块对环境数据进行本地实时运算，获得挖掘机在行驶方向上的安全状态值，并与预设的安全状态阈值进行比较，根据比较结果，输出执行信号，对车速进行干预。
控制模块输出执行信号，执行信号发送给对应的执行机构，用于操纵挖掘机降速，从而避免危险发生，提高挖掘机的安全性。
3、本方案工作过程中采用的控制方法
距离探测器安装在挖掘机上，用于检测挖掘机与周边物体的距离D；车速探测器安装在挖掘机上，用于检测挖掘机相对地面的运动速度v1，视频检测器安装在挖掘机的后部，用于检测挖掘机周边的视频信息，对挖掘机周边的物体进行识别和测速。
控制模块对视频监测器的视频信号进行识别、分析等处理，得出视频中物体的类别、形状、移动速度等信息.控制模块根据距离探测器的数据D、车速探测器的v1和测算得出的物体移动速度v2，按照特定的算法计算挖掘机的安全状态值:
其中a、b、k为预设的系数。
预设有挖掘机安全状态阈值F，当控制模块计算得到的实时安全状态值f>＝F时，控制模块输出执行信号，控制挖掘机降低车速，直到实际车速v1低于最大允许车速Vmax。
Vmax是f的函数，当f>F时，随着f增加，Vmax降低。
进一步的，
Figure BDA0002251173710000042
c为预设系数。
附图说明
图1是本发明各模块的连接关系示意图
图2是本发明的控制方法流程图
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：
1、系统组成和连接关系
在挖掘机上装有距离探测器、视频监视器和车速探测器，用于检测挖掘机周围的视频图像、物体的距离和车速等信号。
挖掘机上装有控制器，控制器与距离探测器、视频监视器和车速探测器相连接。
为了实现挖掘机的安全防护，控制器输出执行信号给执行机构，用于对挖掘机进行速度限制，以提高挖掘机和施工现场的安全性；所述执行机构包括履带式行走机构、回转机构和动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸；上述各模块的连接关系如图1所示。
2、本方案所述的安全防护系统的工作原理
车速探测器检测挖掘机的行驶速度v1，距离探测器检测周边物体到挖掘机的距离D，视频监测器拍摄挖掘机周围的视频，并识别出周边物体的类别和移动速度v2，这些检测数据输入控制器。
检测到的实时数据输入到控制器后，控制器对这些数据进行实时运算，获得挖掘机在行驶方向上的安全状态值f，并与预设的安全状态阈值F进行比较，根据比较结果，输出执行信号，对车速进行干预。
控制模块输出执行信号，执行信号发送给对应的执行机构，用于操纵挖掘机降速，从而避免危险发生，提高挖掘机的安全性。
3、本方案工作过程中采用的控制方法
本方案控制方法流程图如图2所示，距离探测器安装在挖掘机上，用于检测挖掘机与周边物体的距离D；车速探测器安装在挖掘机上，用于检测挖掘机相对地面的运动速度v1，视频检测器安装在挖掘机的后部，用于检测挖掘机周边的视频信息，对挖掘机周边的物体进行识别和测速。
控制模块对视频监测器的视频信号进行识别、分析等处理，得出视频中物体的类别、形状、移动速度等信息.控制模块根据距离探测器的数据D、车速探测器的v1和测算得出的物体移动速度v2，按照特定的算法计算挖掘机的安全状态值:
Figure BDA0002251173710000061
其中a、b、k为预设的系数，本实施例中，选取a＝1，b＝1,k＝1。
预设挖掘机安全状态阈值F＝0.2，当控制模块计算得到的实时安全状态值f>＝F时，控制模块输出执行信号，控制挖掘机降低车速，直到实际车速v1低于最大允许车速Vmax。
Vmax是f的函数，当f>F时，随着f增加，Vmax降低。本实施例中，Vmax与f的函数关系取为：
Figure BDA0002251173710000062
以上是对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种挖掘机防撞击控制系统，其特征在于，包括检测模块、控制模块和执行机构，所述检测模块与控制模块相连接，检测模块检测到的信号输入控制模块；所述控制模块与执行机构联接，控制模块发送执行信号给执行机构，用于对挖掘机进行操作控制；
所述执行机构包括履带式行走机构、回转机构和动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸；
所述检测模块包括距离探测器、视频监视器和车速探测器；
所述距离探测器安装在挖掘机上，用于检测挖掘机与周边物体的距离D；车速探测器安装在挖掘机上，用于检测挖掘机相对地面的运动速度v1，视频检测器安装在挖掘机的后部，控制模块对视频监测器的视频信号进行处理，测算得出周边的物体移动速度v2；
控制模块实时计算挖掘机的安全状态值f,
Figure FDA0002251173700000011
其中a、b、k为预设的系数；
根据预设的挖掘机安全状态阈值F，当f>＝F时，控制模块输出执行信号，控制挖掘机降低车速，直到实际车速v1低于最大允许车速Vmax。
2.根据权利要求1所述的一种挖掘机防撞击控制系统，其特征在于，最大允许车速Vmax是f的函数，当f>F时，随着f增加，Vmax降低。
3.根据权利要求2所述的一种挖掘机防撞击控制系统，其特征在于，最大允许车速
Figure FDA0002251173700000012
c为预设系数。
4.根据权利要求3所述的一种挖掘机防撞击控制系统，其特征在于，预设系数c＝4.6。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113756391A (zh) * 2021-08-17 2021-12-07 北京三一智造科技有限公司 作业机械回转防撞方法、系统及作业机械

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