CN111424743A - 基于北斗rtk技术的推土机自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，包括推土机控制单元和定位定向单元，所述推土机控制单元包括铲刀和刮刀架，所述刮刀架固定连接在铲刀的下方，所述铲刀的上端表面左侧固定连接有横坡感应器，所述铲刀的右侧固定连接有纵坡感应器，所述刮刀架的内部中间位置固定连接有倾角传感器，所述定位定向单元内设置有推土机控制器，所述推土机控制器通过信号传输与推土机控制单元连接。该基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，利用定位定向单元中的北斗RTK技术，利用多个连续运行北斗基准站的观测数据，经计算处理实时生成格网化的差分改正数据，反馈给操作人员，实现了推土机的自动找平功能。

Description

基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统

技术领域

本发明涉及推土机控制领域，尤其是基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统。

背景技术

推土机是一种能够进行挖掘、运输和排弃岩土的土方工程机械,在露天矿有广泛的用途。例如，用于建设排土场,平整汽车排土场，堆集分散的矿岩，平整工作平盘和建筑场地等。它不仅用于辅助工作，也可用于主要开采工作。例如:砂矿床的剥离和采矿，铲运机和犁岩机的牵引和助推，在无运输开采法时配合其他土方机械降低剥离台阶高度等。

推土机自动找平应用最多的是激光控制机械自动找平系统，激光控制机械自动找平系统是一种专门用于对施工作业面进行高精度平整的光机电液一体化自动控制设备,是专门与相关施工机械配套并提高其自动化水平的重要手段,推土机安装激光控制机械自动找平系统主要是将激光信号转化为电信号,根据电信号的变化控制电磁比例液压换向阀,最终控制铲刀提升液压缸实现平整作业。

当前市面上的推土机在工作的时候，推土的高度主要靠驾驶员肉眼识别，很难做到和设计数据相结合，会有很大几率产生推的地面过高或者过低，对施工效率和质量造成不良影响，且目前公开的技术方案大多采用激光辅助定位，可靠性差，受环境、扬尘等因素干扰，实用性差，且推土机无法根据设计的不同位置的高程自动调节刮刀上下位置，减小了其适用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，该装置利用RTK技术能对移动点进行精准定位的优势，借助于驾驶员的辅助操控，可实现推土机的自动找平功能，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，包括推土机控制单元和定位定向单元，所述推土机控制单元包括铲刀和刮刀架，所述刮刀架固定连接在铲刀的下方，所述铲刀的上端表面左侧固定连接有横坡感应器，所述铲刀的右侧固定连接有纵坡感应器，所述刮刀架的内部中间位置固定连接有倾角传感器，所述定位定向单元内设置有推土机控制器，所述推土机控制器通过信号传输与推土机控制单元连接。

进一步的，定位定向单元内还设置有基准站，所述基准站的底端固定连接有撑架，且基准站竖直设置并延伸至撑架的底端，能够利用基准站进行测量和高精度作业，无需测量放样，避免施工返工，同时减少测量人员和辅助施工人员数量，减少燃料使用。

进一步的，所述基准站的底端左侧固定连接有信号线，所述信号线的另一端固定连接有定位定向终端，能够可以24小时全天候施工，缩短工期和提高施工质量。

进一步的，所述定位定向终端利用北斗RTK技术对移动点进行定位，且定位定向终端采用3D显示屏三维设计模型显示，能够使得三维设计模型显示，图形化和三维化的信息参考，操作手直观的了解推土状态信息，快速施工。

进一步的，所述定位定向终端背部上端中间位置固定连接有固定支架，且定位定向终端的左侧位置转动连接有天线，所述定位定向终端的前端固定连接有连接线，且连接线的去前端固定连接有转接器，能够使得终端将三维设计数据，推土机作业状况及信息通过无线网络可实时回传，让施工过程管理信息化。

进一步的，所述转接器的前端右侧固定连接有备用传输线，且备用传输线的另一端固定连接在推图控制器的表面，能够防止意外情况发生数据丢失。

进一步的，所述定位定向单元还设置定向天线，所述定向天线的底端转动连接有支架。且支架的底端固定连接有底座，能够利用天线获得高精度坐标实时定位、操作手可以实时参考刮刀姿态施工，全新的施工方式、施工更容易、更高效。

进一步的，所述定向天线通过信号与定位定向终端左侧设置的天线传输连接，且定向天线分为两份分别活动插接在底座的上方，能够保证数据的准确性。

进一步的，所述定位定向单元还设置有直流电源模块，所述直流电源模块的前端右侧固定连接有电源线，且电源线的另一端固定连接在转接器的前端表面左侧，能够装置获得电力支持。

进一步的，所述直流电源模块的前端左侧固定连接有供电线，且供电线的另一端固定连接在推土机控制器的表面，能够推土机工作情况反映到定位定向单元中。

与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

1.通过设置推土机控制单元和定位定向单元，在推土机内的工作人员在进行推土机的找平操作时，借助于驾驶员的辅助操控，可实现推土机的自动找平功能；本装置采用了两个分别安装在铲刀左右两端的左侧或右侧铲刀刃角位置定位天线传感器和一个安装在刮刀架中部的倾角传感器对刮刀进行定位，使推土机可以对具有纵横坡度的“待平整面”进行平整，本装置还可导入预设的设计模型，使推土机可以根据设计的不同位置的高程自动调节刮刀上下位置，扩大了推土机的应用范围，增强了其适用性，然后利用定位定向单元中的北斗RTK技术，利用多个连续运行北斗基准站的观测数据，经计算处理实时生成格网化的差分改正数据，发送给推土机内的操作用户，该数据相当于距离用户较近位置的一个虚拟参考站的观测数据，该种方法的RTK定位结果可靠、精度高，且精度一致性好，最后将数据通过信号线等线路传输到定位定向终端上，反馈给操作人员，达到了实现推土机的自动找平功能。

2.通过设置推土机控制单元和定位定向单元，利用RTK技术能对移动点进行精准定位的优势，借助于驾驶员的辅助操控，可实现推土机的自动找平功能，本装置采用了两个分别安装在铲刀左右两端的左侧或右侧铲刀刃角位置定位天线传感器和一个安装在刮刀架中部的倾角传感器对刮刀进行定位，使推土机可以对具有纵横坡度的“待平整面”进行平整，本装置还可导入预设的设计模型，使推土机可以根据设计的不同位置的高程自动调节刮刀上下位置，扩大了推土机的应用范围，增强了其适用性，且刮刀GNSS高精度坐标实时定位、操作手可以实时参考刮刀姿态施工，全新的施工方式、施工更容易、更高效，利用定位定向单元高精度作业，无需测量放样，避免施工返工，同时减少测量人员和辅助施工人员数量，减少燃料使用，利用定位定向终端的3D显示屏三维设计模型显示，图形化和三维化的信息参考，操作手直观的了解推土状态信息，快速施工，并且可以24小时全天候施工，缩短工期和提高施工质量，降低劳动强度和安全风险，且定位定向单元产生的三维设计数据，推土机作业状况及信息通过无线网络可实时回传，让施工过程管理信息化。

附图说明

图1为基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统的定位定向单元的结构示意图。

图2为基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统的推土机控制单元的结构示意图。

图中：1、铲刀；2、刮刀架；3、横坡感应器；4、纵坡感应器；5、基准站；51、撑架；52、信号线；6、定位定向终端；61、固定支架；62、天线； 63、转接器；64、连接线；7、定向天线；71、支架；72、底座；8、推土机控制器；81、备用传输线；9、直流电源模块；91、电源线；92、供电线。

具体实施方式

在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在发明的描述中，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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。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。

技术术语解释：

RTK技术：RTK(Real-time kinematic，实时动态)载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。

如图1-2所示，本发明实施例中，一种基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，包括推土机控制单元和定位定向单元，推土机控制单元包括铲刀1 和刮刀架2，刮刀架2固定连接在铲刀1的下方，铲刀1的上端表面左侧固定连接有横坡感应器3，铲刀1的右侧固定连接有纵坡感应器4，定位定向单元内还设置有基准站5，基准站5的底端固定连接有撑架51，且基准站5竖直设置并延伸至撑架51的底端，能够利用基准站5进行测量和高精度作业，无需测量放样，避免施工返工，同时减少测量人员和辅助施工人员数量，减少燃料使用，基准站5的底端左侧固定连接有信号线52，信号线52的另一端固定连接有定位定向终端6，能够可以24小时全天候施工，缩短工期和提高施工质量，基准站5是网络RTK的空间基准，其位置信息和观测数据是生成差分校正数据的基础数据。控制中心是网络RTK系统的核心，利用网络RTK软件处理基准站5网络的数据，形成校正数据网格。基准站5到控制中心的通信网络则负责将基准站5的数据实时传输给控制中心，由于基准站5数据量大，位置固定，并有实时性要求，因此通常采用有线通信网络(或无线移动链路)进行数据通信，但应避免通信延迟过大。控制中心和用户间的通信采用无线移动网络，将网络校正数据传送给用户，定位定向终端6利用北斗RTK 技术对移动点进行定位，且定位定向终端6采用3D显示屏三维设计模型显示，能够使得三维设计模型显示，图形化和三维化的信息参考，操作手直观的了解推土状态信息，快速施工，定位定向终端6背部上端中间位置固定连接有固定支架61，且定位定向终端6的左侧位置转动连接有天线62，定位定向终端6的前端固定连接有连接线64，且连接线64的去前端固定连接有转接器 63，能够使得终端将三维设计数据，推土机作业状况及信息通过无线网络可实时回传，让施工过程管理信息化，转接器63的前端右侧固定连接有备用传输线81，且备用传输线81的另一端固定连接在推土机控制器8的表面，能够防止意外情况发生数据丢失，定位定向单元还设置定向天线7，定向天线7的底端转动连接有支架71，且支架71的底端固定连接有底座72，能够利用天线62获得高精度坐标实时定位、操作手可以实时参考刮刀姿态施工，全新的施工方式、施工更容易、更高效，定向天线7通过信号与定位定向终端6左侧设置的天线62传输连接，且定向天线7分为两份分别活动插接在底座72 的上方，能够保证数据的准确性，通过设置推土机控制单元和定位定向单元，利用RTK技术能对移动点进行精准定位的优势，借助于驾驶员的辅助操控，可实现推土机的自动找平功能，定位定向终端6通过信息网络实时接收地面基准站5的观测数据，生成作业区域内的差分定位改正信息，同时通过移动网络把这些改正信息发送给作业区域内的所有配备北斗差分接收机的测量用户，进行自主测量定位，本装置采用了两个分别安装在铲刀1左右两端的左侧或右侧铲刀1刃角位置定位天线传感器和一个安装在刮刀架2中部的倾角传感器对刮刀进行定位，使推土机可以对具有纵横坡度的“待平整面”进行平整，本装置还可导入预设的设计模型，使推土机可以根据设计的不同位置的高程自动调节刮刀上下位置，扩大了推土机的应用范围，增强了其适用性，且刮刀GNSS高精度坐标实时定位、操作手可以实时参考刮刀姿态施工，全新的施工方式、施工更容易、更高效，利用定位定向单元高精度作业，无需测量放样，避免施工返工，同时减少测量人员和辅助施工人员数量，减少燃料使用，利用定位定向终端6的3D显示屏三维设计模型显示，图形化和三维化的信息参考，操作手直观的了解推土状态信息，快速施工，并且可以24小时全天候施工，缩短工期和提高施工质量，降低劳动强度和安全风险，且定位定向单元产生的三维设计数据，推土机作业状况及信息通过无线网络可实时回传，让施工过程管理信息化，达到了可靠性高，受环境制约性少，实用性强的效果。

定位定向单元还设置有直流电源模块9，直流电源模块9的前端右侧固定连接有电源线91，且电源线91的另一端固定连接在转接器63的前端表面左侧，能够装置获得电力支持，刮刀架2的内部中间位置固定连接有倾角传感器，定位定向单元内设置有推土机控制器8，直流电源模块9的前端左侧固定连接有供电线92，且供电线92的另一端固定连接在推土机控制器8的表面，能够推土机工作情况反映到定位定向单元中，推土机控制器8通过信号传输与推土机控制单元连接，该基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，通过设置推土机控制单元和定位定向单元，在推土机内的工作人员在进行推土机的找平操作时，借助于驾驶员的辅助操控，可实现推土机的自动找平功能；本装置采用了两个分别安装在铲刀1左右两端的左侧或右侧铲刀1刃角位置定位天线传感器和一个安装在刮刀架2中部的倾角传感器对刮刀进行定位，使推土机可以对具有纵横坡度的“待平整面”进行平整，本装置还可导入预设的设计模型，使推土机可以根据设计的不同位置的高程自动调节刮刀上下位置，扩大了推土机的应用范围，增强了其适用性，然后利用定位定向单元中的北斗RTK技术，利用多个连续运行北斗基准站5的观测数据，经计算处理实时生成格网化的差分改正数据，发送给推土机内的操作用户，该数据相当于距离用户较近位置的一个虚拟参考站的观测数据，该种方法的RTK定位结果可靠、精度高，且精度一致性好，最后将数据通过信号线52等线路传输到定位定向终端6上，反馈给操作人员，达到了实现推土机的自动找平功能，且刮刀GNSS高精度坐标实时定位、操作手可以实时参考刮刀姿态施工，全新的施工方式、施工更容易、更高效，利用定位定向单元高精度作业，无需测量放样，避免施工返工，同时减少测量人员和辅助施工人员数量，减少燃料使用，利用定位定向终端6的3D显示屏三维设计模型显示，图形化和三维化的信息参考，操作手直观的了解推土状态信息，快速施工，并且可以24小时全天候施工，缩短工期和提高施工质量，降低劳动强度和安全风险，且定位定向单元产生的三维设计数据，推土机作业状况及信息通过无线网络可实时回传，让施工过程管理信息化。

本发明的工作原理是：在推土机内的工作人员在进行推土机的找平操作时，借助于驾驶员的辅助操控，可实现推土机的自动找平功能；本装置采用了两个分别安装在铲刀1左右两端的左侧或右侧铲刀1刃角位置定位天线传感器和一个安装在刮刀架2中部的倾角传感器对刮刀进行定位，使推土机可以对具有纵横坡度的“待平整面”进行平整，本装置还可导入预设的设计模型，使推土机可以根据设计的不同位置的高程自动调节刮刀上下位置，扩大了推土机的应用范围，增强了其适用性，然后利用定位定向单元中的北斗RTK 技术，利用多个连续运行北斗基准站5的观测数据，经计算处理实时生成格网化的差分改正数据，发送给推土机内的操作用户，该数据相当于距离用户较近位置的一个虚拟参考站的观测数据，该种方法的RTK定位结果可靠、精度高，且精度一致性好，最后将数据通过信号线52等线路传输到定位定向终端6上，反馈给操作人员，达到了实现推土机的自动找平功能。

综上所述，本发明提供了一种基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，包括推土机控制单元和定位定向单元，所述推土机控制单元包括铲刀和刮刀架，所述刮刀架固定连接在铲刀的下方，所述铲刀的上端表面左侧固定连接有横坡感应器，所述铲刀的右侧固定连接有纵坡感应器，所述刮刀架的内部中间位置固定连接有倾角传感器，所述定位定向单元内设置有推土机控制器，所述推土机控制器通过信号传输与推土机控制单元连接。该基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，利用定位定向单元中的北斗RTK技术，利用多个连续运行北斗基准站的观测数据，经计算处理实时生成格网化的差分改正数据，反馈给操作人员，实现了推土机的自动找平功能。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，包括推土机控制单元和定位定向单元，其特征在于，所述推土机控制单元包括铲刀(1)和刮刀架(2)，所述刮刀架(2)固定连接在铲刀(1)的下方，所述铲刀(1)的上端表面左侧固定连接有横坡感应器(3)，所述铲刀(1)的右侧固定连接有纵坡感应器(4)，所述刮刀架(2)的内部中间位置固定连接有倾角传感器，所述定位定向单元内设置有推土机控制器(8)，所述推土机控制器(8)通过信号传输与推土机控制单元连接。

2.根据权利要求1所述的基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，其特征在于，所述定位定向单元内还设置有基准站(5)，所述基准站(5)的底端固定连接有撑架(51)，且基准站(5)竖直设置并延伸至撑架(51)的底端。

3.根据权利要求2所述的基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，其特征在于，所述基准站(5)的底端左侧固定连接有信号线(52)，所述信号线(52)的另一端固定连接有定位定向终端(6)。

4.根据权利要求3所述的基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，其特征在于，所述定位定向终端(6)利用北斗RTK技术对移动点进行定位，且定位定向终端(6)采用3D显示屏三维设计模型显示。

5.根据权利要求4所述的基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，其特征在于，所述定位定向终端(6)背部上端中间位置固定连接有固定支架(61)，且定位定向终端(6)的左侧位置转动连接有天线(62)，所述定位定向终端(6)的前端固定连接有连接线(64)，且连接线(64)的去前端固定连接有转接器(63)。

6.根据权利要求5所述的基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，其特征在于，所述转接器(63)的前端右侧固定连接有备用传输线(81)，且备用传输线(81)的另一端固定连接在推土机控制器(8)的表面。

7.根据权利要求6所述的基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，其特征在于，所述定位定向单元还设置定向天线(7)，所述定向天线(7)的底端转动连接有支架(71)。且支架(71)的底端固定连接有底座(72)。

8.根据权利要求7所述的基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，其特征在于，所述定向天线(7)通过信号与定位定向终端(6)左侧设置的天线(62)传输连接，且定向天线(7)分为两份分别活动插接在底座(72)的上方。

9.根据权利要求6所述的基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，其特征在于，所述定位定向单元还设置有直流电源模块(9)，所述直流电源模块(9)的前端右侧固定连接有电源线(91)，且电源线(91)的另一端固定连接在转接器(63)的前端表面左侧。

10.根据权利要求9所述的基于北斗RTK技术的推土机自动控制系统，其特征在于，所述直流电源模块(9)的前端左侧固定连接有供电线(92)，且供电线(92)的另一端固定连接在推土机控制器(8)的表面。

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