CN110805080A

CN110805080A - 一种装载机作业场地的人员安全防护系统

Info

Publication number: CN110805080A
Application number: CN201910980804.5A
Authority: CN
Inventors: 曹显利
Original assignee: Jinhua Shenlian Network Technology Co Ltd
Current assignee: Guangxi Hongdemao Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2020-02-18
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: CN110805080B

Abstract

本发明公开一种装载机人员安全防护系统，包括环境监测模块、控制模块及执行机构，所述执行机构包括行走机构、铲斗、动臂、摇臂、转斗油缸、动臂油缸；所述控制模块与云端服务器通过远程通讯装置保持连接，实现控制模块与云端服务器进行数据交换；所述控制模块与云端服务器采集视频探测器的信号进行实时计算，得出装载机的安全状态值f；所述安全状态值f的计算方法如下：f(x,v)＝max(x(b+av))其中，a为加权系数,b预设的常数；x为装载机周围的区域设定值，v为人员的移动速度，正向表示靠近更危险区域，负向表示靠近更低危险区域。

Description

一种装载机作业场地的人员安全防护系统

技术领域

本发明属于工程机械安全防护领域，具体涉及一种装载机作业场地人员安全防护系统。

背景技术

装载机是一种具有代表性的工程机械，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、应用范围广、场地适应性好等特点，能够完成多种物料转场、散货短距离运输、土石方搬运等施工任务。

随着技术的发展，装载机作业场地的施工安全日益重要，其施工作业现场的安全主要包括以下几方面：

1、施工现场的人员安全，包括装载机驾驶员和现场其他人员的安全；

2、施工现场的设备安全，包括装载机、现场施工范围内的其他设备安全；

3、施工现场的环境安全，包括现场地基、周围建筑物和构筑物等安全。

对于装载机施工现场的人员安全，现有技术采取的技术措施主要是设置安全标识、在装载机上安装摄像头拍摄驾驶员视觉盲区的视频、提高驾驶员的安全意识等。

上述现有技术采取的技术措施有以下缺点：

1、视频包含较多信息，没有把人员信息提取出来重点处理；

2、施工现场的人员安全，很大程度依靠驾驶员的注意力集中和处置得当，而实际上驾驶员的注意力主要在装载机作业机构及其周围，只有很小一部分注意力关注显示屏；

3、当施工现场即将发生安全事故时，装载机不能自动采取措施，以避免安全事故。

发明内容

本方案提供了一种装载机人员安全防护系统，能够采集并提取现场与安全有关的重点信息、实时识别现场人员、根据危险程度及时采取合适的措施，进而避免装载机施工现场人员安全事故的发生。本发明的技术方案如下：

一种装载机人员安全防护系统，包括环境监测模块、控制模块及执行机构，

所述环境监测模块与控制模块相联接，环境监测模块监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，用于对装载机进行操作控制；

所述执行机构包括行走机构、铲斗、动臂、摇臂、转斗油缸、动臂油缸；

所述的环境监测模块包括视频探测器，用于探测和检测装载机周围的视频图像；

所述控制模块与云端服务器通过远程通讯装置保持连接，实现控制模块与云端服务器进行数据交换；

所述控制模块与云端服务器采集视频探测器的信号进行实时计算，得出装载机的安全状态值f；预先设定一个安全状态值f的触发值A，当安全状态值f≧A时，控制模块输出执行信号到执行机构，限制执行机构的运动速度不超过预先设定值B；

进一步的，所述安全状态值f的计算方法如下：

f(x,v)＝max(x(b+av))

其中，a为加权系数,b预设的常数；

x为装载机周围的区域设定值，

v为人员的移动速度，正向表示靠近更危险区域，负向表示靠近更低危险区域。

所述装载机周围的区域设定值x根据以下方式设定：

工作区域：装载机施工现场区域；

正在施工区域：装载机作业半径内区域；

高危险区域：装载机作业半径内区域的轮胎前后方、动臂及摇臂架下方和装载机往复作业范围，其中，装载机往复作业范围是指，在装载机进行铲土、运土、装车、返回等作业时，装载机移动所经过的范围；

工作区域x值<正在施工区域x值<高危险区域x值；

进一步的，所述视频探测器的监测区域包括：驾驶员视觉盲区、装载机作业范围区域、装载机所在地面；

进一步的，所述装载机周围的区域设定值x为：

工作区域x＝1，正在施工区域x＝15，高危险区域x＝100；

进一步的，安全状态值f的触发值A＝80；

进一步的，预设的常数b＝A，其含义是，在装载机行驶路径上出现人员，将立即触发安全保护功能；

进一步的，限制执行机构的运动速度值B＝0；

本发明的原理如下：

1、系统组成和连接关系

在装载机上装有环境监测模块，所述的环境监测模块包括电磁波探测器、雷达探测器和视频探测器中的部分或全部。环境监测模块用于探测和检测装载机周围的视频图像、物体形状、物体的距离等信号。

环境监测模块与装载机的控制模块相连接，环境监测模块监测到的信号输入控制模块。

装载机上装有控制模块，用于装载机的整机控制。控制模块用于装载机安全状态信息和过程数据的接收、存储、处理和输出。

控制模块与云端服务器通过远程通讯装置保持连接，实现控制模块与云端服务器进行数据交换。控制模块与云端服务器共同承担装载机的安全防护。

为了实现装载机的安全防护，控制模块输出安全保护信号，用于控制模块对装载机进行操作控制，以提高装载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

环境监测模块对装载机周围的环境进行实时监测，主要监测区域包括：

驾驶员视觉盲区，

装载机作业范围区域，

装载机所在地面，

环境监测模块的实时数据输入到控制模块后，控制模块对环境监测数据进行处理，调用人形识别模块，并进行本地实时运算，获得初步的本地结论信息，包括不同区域的人员数量及其移动速度；同时，控制模块通过与云端服务器的通讯，将这些环境监测数据和初步计算结论发送到云端服务器，同时接收云端服务器发来的云端结论信息。本地结论信息和云端结论信息描述了下列与安全相关的信息：

监测区域内的人员数量；

监测区域内的人员位置；

监测区域内人员的移动速度；

综合本地结论信息和云端结论信息，控制模块输出执行信号。执行信号发送给对应的执行机构，用于操纵装载机的部件或整机动作，从而避免危险发生，提高装载机的安全性。

3、本方案工作过程中采用的控制方法

通过预先定义和设定的方式，根据距离装载机的远近程度，把装载机周围的区域划分为几个逐层包含的区域，区域划分方式为：

工作区域：装载机施工现场区域；

正在施工区域：装载机作业半径内区域；

高危险区域：装载机作业半径内区域的轮胎前后方、动臂及摇臂架下方和装载机往复作业范围，其中，装载机往复作业范围是指，在装载机进行铲土、运土、装车、返回等作业时，装载机移动所经过的范围。

上述高危险区域是正在施工区域的一部分，正在施工区域是工作区域的一部分。为上述区域设定区域值x；

综合本地结论信息和云端结论信息，控制模块输出上述区域内的人员数量n和每个人员的移动速度v。

根据区域设定值x、每个区域内的人员数量n和每个人员的移动速度v，控制模块按照如下方法计算安全状态值f(x,v)：

f(x,v)＝max(x(b+av))

其中，a为加权系数,b预设的常数；

x为装载机周围的区域设定值，

上述计算方法，可以等价修改为其他形式的计算方法。其他等价计算方法也在本发明的保护范围之内。

预先设定一个安全状态值f(x,v)的触发值A，当安全状态值f(x,v)≧A时，控制模块输出安全保护信号到执行机构，限制执行机构的运动速度不超过预先设定值B。执行机构包括行走机构、铲斗、动臂、摇臂、转斗油缸、动臂油缸。

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

图3是装载机周围的区域设定示意图

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

在装载机上装有环境监测模块，所述的环境监测模块采用视频探测器，用于探测和检测装载机周围的视频图像。

视频探测器与装载机的控制模块通过控制总线相连接，视频探测器监测到的信号通过控制总线输入控制模块。

装载机上装有主控制器，作为控制模块，主控制器通过控制总线与远程通讯装置相连接，远程通讯装置通过无线通讯与云端服务器保持连接和数据交换。

为了实现装载机的安全防护，主控制器输出安全保护信号给执行机构，用于主控制器对装载机进行操作控制，以提高装载机施工现场人员的安全性。所述的执行机构包括装载机的行走机构、铲斗、动臂、摇臂、转斗油缸、动臂油缸。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

视频探测器对装载机周围的环境进行实时监测，主要监测区域包括：

驾驶员视觉盲区，

装载机作业范围区域，

装载机所在地面，

视频探测器的实时数据输入到主控制器后，主控制器对环境监测数据进行处理，调用人形识别模块，并进行本地实时运算，获得初步的本地结论信息，包括不同区域的人员数量及其移动速度；同时，主控制器通过与云端服务器的通讯，将这些环境监测数据部分或全部发送到云端服务器，同时接收云端服务器发来的云端结论信息。本地结论信息和云端结论信息的内容描述了下列与安全相关的信息：

监测区域内的人员数量；

监测区域内的人员位置；

监测区域内人员的移动速度和方向；

综合本地结论信息和云端结论信息，主控制器输出执行信号。执行信号发送给对应的执行机构，用于操纵装载机的部件或整机动作，从而避免危险发生，提高装载机的安全性。

3、本方案工作过程中采用的控制方法

本方案的控制方法流程图如图2所示，通过预先定义和设定的方式，根据距离装载机的远近程度，把装载机周围的区域划分为三个逐层包含的区域，区域划分方式为：

工作区域：装载机施工现场区域，即装载机的任何部分可能进入的范围；

正在施工区域：装载机当前所在的作业半径内区域；

高危险区域：装载机作业半径内区域的轮胎前后方、动臂及摇臂架下方和臂架往复作业范围，其中，装载机往复作业范围是指，在装载机进行铲土、运土、装车、返回等作业时，装载机移动所经过的范围，如图3所示。

上述高危险区域是正在施工区域的一部分，正在施工区域是工作区域的一部分。为上述区域设定区域值x，设定工作区域x＝1，正在施工区域x＝15，高危险区域x＝100；

根据本地人员信息识别的信息和调用云端服务器返回的信息，控制模块输出上述各区域内的人员数据，包括数量n和每个人员的移动速度v。

f(x,v)＝max(x(b+av))

其中，a为加权系数,b预设的常数；

x为装载机周围的区域设定值，

设置b＝A的含义是，在装载机行驶路径上出现人员，将立即触发安全保护功能。

预先设定一个安全状态值f(x,v)的触发值A＝80，当安全状态值f(x,v)≧80时，主控制器输出安全保护信号到执行机构，限制执行机构的运动速度不超过预先设定值B，本实施例取B＝0。执行机构包括行走机构、铲斗、动臂、摇臂、转斗油缸、动臂油缸。

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

1.一种装载机人员安全防护系统，其特征在于，包括环境监测模块、控制模块及执行机构，

所述安全状态值f的计算方法如下：

f(x,v)＝max(x(b+av))

其中，a为加权系数,b预设的常数；

x为装载机周围的区域设定值，

v为人员的移动速度，正向表示靠近更危险区域，负向表示靠近更低危险区域；

所述装载机周围的区域设定值x根据以下方式设定：

工作区域：装载机施工现场区域；

正在施工区域：装载机作业半径内区域；

工作区域x值<正在施工区域x值<高危险区域x值。

2.根据权利要求1所述的装载机人员安全防护系统，其特征在于，所述装载机周围的区域设定值x为：

工作区域x＝1，正在施工区域x＝15，高危险区域x＝100。

3.根据权利要求1所述的装载机人员安全防护系统，其特征在于，安全状态值f的触发值A＝80。

4.根据权利要求1所述的装载机人员安全防护系统，其特征在于，预设的常数b＝A。

5.根据权利要求1所述的装载机人员安全防护系统，其特征在于，限制执行机构的运动速度值B＝0。