CN111708067B - 挖掘机自动引导系统 - Google Patents

挖掘机自动引导系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111708067B
CN111708067B CN202010774758.6A CN202010774758A CN111708067B CN 111708067 B CN111708067 B CN 111708067B CN 202010774758 A CN202010774758 A CN 202010774758A CN 111708067 B CN111708067 B CN 111708067B
Authority
CN
China
Prior art keywords
excavator
positioning
chip
electrically connected
angle sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010774758.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111708067A (zh
Inventor
蔡德钩
朱宏伟
叶阳升
陈锋
张千里
姚建平
闫宏业
尧俊凯
李超
崔颖辉
刘星
张君秀
周阳宗
李斯
李吉亮
杨伟利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS
Railway Engineering Research Institute of CARS
Beijing Tieke Special Engineering Technology Co Ltd
Original Assignee
China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS
Railway Engineering Research Institute of CARS
Beijing Tieke Special Engineering Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS, Railway Engineering Research Institute of CARS, Beijing Tieke Special Engineering Technology Co Ltd filed Critical China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS
Priority to CN202010774758.6A priority Critical patent/CN111708067B/zh
Publication of CN111708067A publication Critical patent/CN111708067A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111708067B publication Critical patent/CN111708067B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G01S19/46—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement the supplementary measurement being of a radio-wave signal type
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • 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
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/14—Receivers specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/40—Correcting position, velocity or attitude
    • G01S19/41—Differential correction, e.g. DGPS [differential GPS]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/43—Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/53—Determining attitude
    • G01S19/54—Determining attitude using carrier phase measurements; using long or short baseline interferometry

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

本发明提供一种挖掘机自动引导系统，包括：挖掘机机体，挖掘机机体的一侧固定设置有操作室，操作室内部设置有挖掘机操作面板，挖掘机操作面板的表面固定安装有定位定向终端，挖掘机机体的另一侧固定安装有以供方向调整的大臂，大臂的一端驱动设置有小臂，小臂与大臂的驱动铰接端固定安装有第二倾角传感器。本发明过通过设有的定位定向终端、触摸屏和壳体实时反映挖掘机的四周环境，通过设有的工控主板、GNSS定位定向板卡、以太网芯片和三网通多模通信芯片，并设置挖掘机三维方位软件，可直观的得出使用者操作挖掘机时的方位。

Description

挖掘机自动引导系统
技术领域
本发明属于北斗导航技术领域，具体涉及一种挖掘机自动引导系统。
背景技术
现有的北斗导航技术应用在各行各业，但缺点是定位的精准度较低，在进行工控操作过程中不便于提高检测精准度，当应用在挖掘机挖斗控制过程中时，不便于提高挖掘机挖斗的定位效果；在挖掘操作时，使用者在挖掘后不能够直观的在操作室中看到挖掘区域地面的变化，导致使用者观察室死角较多，无法实时计算出铲斗斗齿实时、精确的三维位置信息，也无法根据安装在驾驶室里平板终端显示的三维图形及数值等信息引导机手作业，且使得后期工作区域内的欠挖或多挖区域较多，尤其当遇到视力不及的盲区，精确完成工作的难度很大。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种挖掘机自动引导系统，在控制挖掘机挖斗操作时能够提高挖掘机挖斗的定位精准度，以及在进行工控操作过程中有效提高检测精准度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种挖掘机自动引导系统，包括：挖掘机机体(6)，所述挖掘机机体(6)的一侧固定设置有操作室(11)，所述操作室(11)内部设置有挖掘机操作面板，所述挖掘机操作面板的表面固定安装有定位定向终端(1)，所述挖掘机机体(6)的另一侧固定安装有用于方向调整的大臂(32)，所述大臂(32)的一端设置有小臂(31)，所述小臂(31)与大臂(32)的铰接端固定安装有第二倾角传感器(3)，所述第二倾角传感器(3)内置在所述铰接端的铰接处，小臂(31)端头处设置有斗杆(21)，该斗杆(21)的倾斜端固定安装有铲斗(22)，所述铲斗(22)与斗杆(21)的驱动端固定安装有第一倾角传感器(2)，所述挖掘机机体(6)的表面固定安装有底板(401)，所述底板(401)的表面安装有天线(4)，所述天线(4)的信号接收端与外部设有的基准站(5)的信号发射端通过无线电信号连接。
进一步的，所述定位定向终端(1)包括与挖掘机操作面板固定连接的壳体(102)，所述壳体(102)的表面嵌接有触摸屏(101)，所述触摸屏(101)的背面固定安装有工控主板(103)，该工控主板(103)的表面通过锡焊电路依次电性连接有基于北斗的GNSS定位定向板卡(104)、WiFi芯片(105)、以太网芯片(106)、RS232接口、CAN总线、三网通多模通信芯片(107)和中央处理器(108)；
所述GNSS定位定向板卡(104)安装设置在所述工控主板(103)的顶部，所述工控主板(103)的表面边侧中部锡焊有WiFi芯片(105)和以太网芯片(106)，所述工控主板(103)的中部固定安装有中央处理器(108)，所述中央处理器(108)的底部锡焊有RS232接口、CAN总线，所述RS232接口、CAN总线底部电性连接有三网通多模通信芯片(107)；
所述GNSS定位定向板卡(104)由电性连接的ZDT810定位定向芯片和ZDT820定位定向芯片组成，所述GNSS定位定向板卡(104)、WiFi芯片(105)、以太网芯片(106)、RS232接口、CAN总线、三网通多模通信芯片(107)均与中央处理器(108)锡焊电路电性连接，所述工控主板(103)和触摸屏(101)均与挖掘机的供电单元电性连接。
进一步的，所述第一倾角传感器(2)包括与铲斗(22)和斗杆(21)的驱动端电感应连接的第一探测头(201)，所述第一倾角传感器(2)还包括与第一探测头(201)电性连接的磁敏感元件(203)，所述第一倾角传感器(2)的内部固定安装有基板(202)，所述基板(202)的表面分别集成有磁敏感元件(203)和微处理器，所述微处理器设置在所述基板(202)的中部，所述磁敏感元件(203)的表面电性连接有第一探测头(201)，所述第一探测头(201)的检测端与磁敏感元件(203)电性连接，所述微处理器与磁敏感元件(203)电性连接，所述基板(202)和微处理器与GNSS定位定向板卡(104)电性连接，所述第一倾角传感器(2)为双轴倾角传感器，且第一探测头(201)为双轴向电感应端头，所述定位定向终端(1)搭载有安卓系统，且安装有以供三维模型导航的定制软件。
进一步的，所述第二倾角传感器(3)包括与小臂(31)和大臂(32)的铰接端固定连接的第二探测头，所述第二探测头与第二倾角传感器(3)的内部电性连接，且第二倾角传感器(3)的内部结构与第一倾角传感器(2)相同。
进一步的，所述天线(4)为GNSS天线，该GNSS天线由天线罩(402)、微带辐射器(403)、底板(401)和高频输出插座组成，所述底板(401)设置在挖掘机机体(6)的表面，所述高频输出插座的顶部罩设有天线罩(402)，所述天线罩(402)的下部设有微带辐射器(403)，所述高频输出插座与三网通多模通信芯片(107)无线连接，所述微带辐射器(403)的信号接收端与基准站(5)无线连接，所述基准站(5)为RTK基准站。
综上所述，本发明提供一种挖掘机自动引导系统，包括：挖掘机机体，挖掘机机体的一侧固定设置有操作室，操作室内部设置有挖掘机操作面板，挖掘机操作面板的表面固定安装有定位定向终端，挖掘机机体的另一侧固定安装有以供方向调整的大臂，大臂的一端驱动设置有小臂，小臂与大臂的驱动铰接端固定安装有第二倾角传感器。本发明过通过设有的定位定向终端、触摸屏和壳体实时反映挖掘机的四周环境，通过设有的工控主板、GNSS定位定向板卡、以太网芯片和三网通多模通信芯片，并设置挖掘机三维方位软件，可直观的得出使用者操作挖掘机时的方位。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)通过设有的定位定向终端、触摸屏和壳体，便于将挖掘机的四周环境进行反应，通过设有的工控主板、GNSS定位定向板卡、以太网芯片和三网通多模通信芯片，设置三维挖掘机方位软件，可直观的得出使用者操作挖掘机时挖掘机的方位、所挖掘的土壤土坡高度，感应到的物体是以3D模型显示在触摸屏上的图形化和三维化的信息，操作手直观的了解挖掘状态信息，快速施工，在视力不及的盲区(例如在水下)，铲斗也能精确完成坡度、高程控制，提高工作效率，三网通多模通信芯片实现与卫星信号基站的无延迟网络连接；
2)通过设有的第一倾角传感器、第一探测头、基板、磁敏感元件和微处理器，便于在小臂和大臂运行过程中对角度变化进行检测，当使用人员在挖掘机的操作面板上操作挖掘机的斗杆和小臂时，其铰接转动端会被气动压缸牵引，此时牵引过程中铰接端会发生转动，实现角度上的变化，为了便于收集转动过程中位置差值，利用双轴向电感应端头，在转动的过程中可检测到斗杆和小臂的空间位置变化(影响经纬度上的XYZ三轴间的变化)，以及斗杆挖掘区域的地形变化，对北斗高精度定位定向车载定位终端内安装的信号集成装置及机械智能控制软件收集并处理的倾斜传感器传输的数据进行计算，得到变化数据；
3)通过设有的基准站、微带辐射器和天线罩利用三网通多模通信芯片与高频输出插座进行电性连接后，高频输出插座与微带辐射器电性连接，使其在挖掘机使用过程中利用微带辐射器双向接收的无线通讯载波，即RTK技术，以便得出经纬差，进行位置变化。
附图说明
图1为本发明的挖掘机自动引导系统的结构示意图；
图2为本发明的第一倾角传感器的结构示意图；
图3为本发明的定位定向终端的结构示意图；
图4为本发明的天线结构示意图；
图5为本发明的流程示意图之一；
图6为本发明的流程示意图之二；
图7为本发明的流程示意图之三；
图8为本发明的流程示意图之四。
图中：1-定位定向终端；101-触摸屏；102-壳体；103-工控主板；104-GNSS定位定向板卡；105-WiFi芯片；106-以太网芯片；107-三网通多模通信芯片；108-中央处理器；11-操作室；2-第一倾角传感器；201-第一探测头；202-基板；203-磁敏感元件；21-斗杆；22-铲斗；3-第二倾角传感器；31-小臂；32-大臂；4-天线；401-底板；402-天线罩；403-微带辐射器；5-基准站；6-挖掘机机体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1
如图1-7所示，本发明提供一种挖掘机自动引导系统，所述系统包括：挖掘机机体6，挖掘机机体6的一侧固定设置有操作室11，操作室11内部设置有挖掘机操作面板，挖掘机操作面板的表面固定安装有定位定向终端1，挖掘机机体6的另一侧固定安装有用于方向调整的大臂32，大臂32的一端设置有小臂31，小臂31与大臂32的驱动铰接端固定安装有第二倾角传感器3，第二倾角传感器3内置在该铰接处，倾斜的小臂31端头处设有斗杆21，该斗杆21的倾斜端固定安装有铲斗22，铲斗22与斗杆21的驱动端固定安装有第一倾角传感器2，挖掘机机体6的表面还固定安装有底板401，底板401的表面安装有天线4，天线4的信号接收端与外部设有的基准站5的信号发射端通过无线电信号连接，通过设有的定位定向终端1、触摸屏101和壳体102来反映挖掘机的四周环境，通过设有的工控主板103、GNSS定位定向板卡104、以太网芯片106和三网通多模通信芯片107，配合定制的挖掘机三维方位软件，可直观的得出使用者操作挖掘机时的方位、所挖掘的土壤土坡高度等，本发明中感应到的物体是以3D模型显示在触摸屏101上的图形化和三维化的信息，操作手直观的了解挖掘状态信息，快速施工。
本实施例中，定位定向终端1包括与挖掘机操作面板固定连接的壳体102，壳体102的表面嵌接有触摸屏101，触摸屏101的背面固定安装有工控主板103，该工控主板103的表面电性连接有基于北斗的GNSS定位定向板卡104、WiFi芯片105、以太网芯片106、RS232接口、CAN总线、三网通多模通信芯片107和中央处理器108，通过锡焊电路连接；
GNSS定位定向板卡104安装设置在工控主板103的顶部，工控主板103的表面边侧中部锡焊有WiFi芯片105和以太网芯片106，工控主板103的中部固定安装有中央处理器108，中央处理器108的底部锡焊有RS232接口、CAN总线，RS232接口、CAN总线底部电性连接有三网通多模通信芯片107；
GNSS定位定向板卡104由电性连接的ZDT810定位定向芯片和ZDT820定位定向芯片组成，GNSS定位定向板卡104、WiFi芯片105、以太网芯片106、RS232接口、CAN总线、三网通多模通信芯片107均与中央处理器108通过锡焊电路电性连接，工控主板103和触摸屏101均与挖掘机的供电单元电性连接。
具体的：在使用时，定位定向终端1要与其他探测物件相结合使用，因此，在日常使用过程中触摸屏101结合搭载的安卓系统，设置三维挖掘机方位软件，可直观的得出使用者操作挖掘机时挖掘机的方位、所挖掘的土壤土坡高度，本发明感应到的物体以3D模型模型显示在触摸屏101上，显示图形化和三维化的信息，操作手直观的了解挖掘状态信息，快速施工，在视力不及的盲区例如在水下，铲斗22也能精确完成坡度、高程控制，提高工作效率，其工作原理为：GNSS定位定向板卡104上的ZDT810定位定向芯片和ZDT820定位定向芯片调取北斗导航卫星图像，实时反应在触摸屏101的表面，精准度高，显示误差小，在操作挖掘机挖土过程中，挖掘机周围的地形发生变化后可实时进行更新，且三网通多模通信芯片107实现与卫星信号基站的无延迟网络连接。
本实施例中，第一倾角传感器2包括与铲斗22和斗杆21的驱动端连接的第一探测头201，该第一倾角传感器2包括与铲斗22和斗杆21的驱动端与第一探测头201通过电感应连接，第一倾角传感器2还包括磁敏感元件203，该磁敏感元件203与第一探测头201电性连接，第一倾角传感器2的内部固定安装有基板202，该基板202的表面分别集成有磁敏感元件203和微处理器，基板202的中部设有微处理器，磁敏感元件203的表面电性连接有第一探测头201，第一探测头201的检测端与磁敏感元件203电性连接，微处理器与磁敏感元件203电性连接，基板202和微处理器与GNSS定位定向板卡104电性连接，第一倾角传感器2为双轴倾角传感器，且第一探测头201为双轴向电感应端头，定位定向终端1搭载有安卓系统，且安装有以供三维模型导航的定制软件。
具体的，在使用过程中，驱动端和第一探测头201通过电感应连接，第一探测头201在双轴向电感应端头的电感应作用下，当使用人员在挖掘机的挖掘机操作面板上操作挖掘机的斗杆21和小臂31时，铰接转动端会被气动压缸牵引，此时牵引过程中铰接端会发生转动，实现角度上的变化，为了便于采集转动过程中的位置差值，利用双轴向电感应端头，在转动的过程中可检测到斗杆21和小臂31的空间位置变化，该空间位置变化影响经纬度上的XYZ三轴间的变化、以及斗杆21挖掘区域的地形变化，通过北斗高精度定位定向车载定位终端内安装的信号集成装置及机械智能控制软件收集并处理的倾斜传感器传输的数据，计算得出变化数据，从而获得挖掘机本体上的挖斗斗尖的空间姿态信息，将该斗尖的空间姿态信息与数字地形模型三维变化模型基准位置进行比对，获得该斗尖与地形基准位置的差值，挖掘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。
本实施例中，第二倾角传感器3包括与其小臂31和大臂32的驱动铰接端固定连接的第二探测头，第二探测头与第二倾角传感器3内部电性连接，且内部结构与第一倾角传感器2相同，该第二倾角传感器3为单轴倾角传感器。
具体的：单轴倾角传感器与双轴倾角传感器功能相同，均为检测工业机械的角度运动变化的传感器，单轴向进行转动检测，检测小臂31和大臂32间的上下变化，无法检测环绕四周的变化，检测并收集所需要的挖掘机挖土部件的位置运动信息以及影响经纬线XYZ上的位置变化。
在本实施例中，天线4为GNSS天线，该GNSS天线由天线罩402、微带辐射器403、底板401和高频输出插座组成，底板401固定安装在挖掘机机体6的顶部表面，高频输出插座的顶部罩设有天线罩402，该天线罩402的下部设有微带辐射器403，高频输出插座与三网通多模通信芯片107无线连接，微带辐射器403的信号接收端与基准站5无线连接，基准站5为RTK基准站。
具体的，使用人员首先利用三网通多模通信芯片107与高频输出插座进行电性连接后，高频输出插座与微带辐射器403电性连接，在挖掘机使用过程中，利用微带辐射器403双向接收的无线通讯载波，即RTK技术，载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测的差分方法。将基准站5采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解，能够实时得到厘米级的定位精度。采用载波相位动态实时差分方法，具体过程是：GNSS测量型天线获取卫星定位信号，并利用车载定位终端与GPS基站发送的差分数据进行解算，得到挖掘机本体的水平定位WGS-84坐标，将挖掘机的水平定位WGS-84坐标转换为工程坐标，得到挖掘机本体当前测量高程值，与数字地形模型的设计高程值进行对比计算，获得差值，结合斗尖与设计地形c基准位置的差值，计算出斗尖与刷坡位置的实时空间查距；根据斗尖与刷坡位置的实时空间差距，引导机手根据图像显示控制挖斗移动至路基刷坡基准位置，进行施工，此过程是由微带辐射器403放射无线通讯载波，由天线罩402的放大无线通讯载波，发出后经由基准站5接收作为中转站，基准站5再放大信号高度，放射出信号后调取北斗导航卫星的实时地图，此时需要使用者根据精准度得到的地图再由基准站5反向发送给高频输出插座，而天线罩402给与接收，最终卫星地图由RTK技术在挖掘机实时挖掘过程中在触摸屏101上进行反应。
本发明的工作原理及使用流程：
实施例1：具体使用时，使用人员操作安装有北斗RTK技术的挖掘机自动引导系统内，启动挖掘机，定位定向终端1通电启动，触摸屏101亮起，所搭载的安卓系统等待几分钟后自动进入系统内，下载相配对的RTK软件安装后，点击进入软件内，三维挖掘机方位软件调用硬件权限后，双轴倾角传感器和单轴倾角传感器与该型号为ZDT820定位定向终端1相连接，此时使用人员操作挖掘机操作面板，正常作业，后台权限全部读取开启后，软件可结合硬件自动对所需的物件进行控制，定位定向终端1内部的型号为CotexA9的中央处理器108自动进行处理，其处理过程中，一方面控制以太网芯片106运行利用三网通三网通多模通信芯片107实现移动数据定位连接，一方面为了网络延迟尽肯能的降低，采取的ZDT810定位定向芯片和ZDT820定位定向芯片所组成的基于北斗的GNSS定位定向板卡104实现所需的网络数据传输，与三维挖掘机方位软件建立连接后，得到卫星地图的定位信息和卫星图像，这些卫星图像接收过程为：利用天线罩402强力接收基准站5所传来的方位信息，由于基准站5采用的是RTK技术，使得在挖掘机操作人员实施移动过程中，触摸屏101能够实时刷新三维挖掘机模型周围的地形，北斗导航系统采用经纬度(xyz)三维定位的方式，从而锁定挖掘机，起到良好的防盗效果，定位定向芯片调取北斗导航卫星图像实时反应在触摸屏101的表面，精准度高，显示误差小，且实时发生变化，在操作挖掘机挖土过程中，挖掘机周围的地形发生变化后可实时进行刷新，且三网通多模通信芯片107实现与卫星信号基站的无延迟网络连接。
实施例2：当挖掘机使用者操作挖掘机，操作挖掘机操作面板，控制大臂32和小臂31的驱动方位时，此时反应在触摸屏101上的挖掘机模型会实时刷新，大臂32和小臂31也会产生相应的挖掘位置动画，这些挖掘位置动画的产生依据是：位差技术，在挖掘机使用过程中利用微带辐射器403双向接收的无线通讯载波，即RTK技术，载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测的差分方法，将基准站5采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标，这里的坐标解算是经由外太空北斗导航系统提供地图方位信息，待到接收到软件端，经由ZDT810定位定向芯片和ZDT820定位定向芯片与三网通多模通信芯片107的网络连接后，变化间位置由GNSS测量型天线获取卫星定位信号，GNSS测量型天线内部的微带辐射器403放射方位信息指令，由天线罩402再次进行放大，放大的RTK波指令与附近的基准站5无线接收连接，基准站5为RTK放射载波，载波经由此站点放大后与太空中环绕的北斗卫星进行接收，北斗卫星指令接收到后，再处理，再发送给基准站5变化后的卫星图，也就是附近的经纬度在地图上产生了位移变化，这样就可以实时利用RTK技术计算出位置地形差，实现挖掘机四周挖掘时土壤地表的显示动画，当挖掘机的斗杆21和铲斗22造成挖掘动画时，同理利用小臂31和大臂32的驱动铰接端固定连接的第二探测头检测作用下，驱动端电感应连接的第一探测头201在双轴向电感应端头感应作用下，当使用人员在挖掘机的挖掘机操作面板上操作挖掘机的斗杆21和小臂31时，其铰接转动端会被气动压缸牵引，此时牵引过程中铰接端会发生转动，实现角度上的变化，为了便于收集转动过程中位置差值，利用双轴向电感应端头，在转动的过程中可检测到斗杆21和小臂31的空间位置变化(影响经纬度上的XYZ三轴间的变化)，以及斗杆21挖掘区域的地形变化，通过北斗高精度定位定向车载定位终端内安装的信号集成装置及机械智能控制软件收集并处理的倾斜传感器传输的数据，计算得出变化数据，获得挖掘机本体上的挖斗斗尖的空间姿态信息，将斗尖的空间姿态信息与数字地形模型(三维变化模型)基准位置进行比对，获得斗尖与地形基准位置的差值，挖掘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。
综上所述，本发明提供一种挖掘机自动引导系统，包括：挖掘机机体，挖掘机机体的一侧固定设置有操作室，操作室内部设置有挖掘机操作面板，挖掘机操作面板的表面固定安装有定位定向终端，挖掘机机体的另一侧固定安装有以供方向调整的大臂，大臂的一端驱动设置有小臂，小臂与大臂的驱动铰接端固定安装有第二倾角传感器。本发明过通过设有的定位定向终端、触摸屏和壳体实时反映挖掘机的四周环境，通过设有的工控主板、GNSS定位定向板卡、以太网芯片和三网通多模通信芯片，并设置挖掘机三维方位软件，可直观的得出使用者操作挖掘机时的方位。
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 (3)

1.一种挖掘机自动引导系统，其特征在于，包括：挖掘机机体(6)，所述挖掘机机体(6)的一侧固定设置有操作室(11)，所述操作室(11)内部设置有挖掘机操作面板，所述挖掘机操作面板的表面固定安装有定位定向终端(1)，所述挖掘机机体(6)的另一侧固定安装有用于方向调整的大臂(32)，所述大臂(32)的一端设置有小臂(31)，所述小臂(31)与大臂(32)的铰接端固定安装有第二倾角传感器(3)，所述第二倾角传感器(3)内置在所述铰接端的铰接处，小臂(31)端头处设置有斗杆(21)，该斗杆(21)的倾斜端固定安装有铲斗(22)，所述铲斗(22)与斗杆(21)的驱动端固定安装有第一倾角传感器(2)，所述挖掘机机体(6)的表面固定安装有底板(401)，所述底板(401)的表面安装有天线(4)，所述天线(4)的信号接收端与外部设有的基准站(5)的信号发射端通过无线电信号连接；
所述定位定向终端(1)包括与挖掘机操作面板固定连接的壳体(102)，所述壳体(102)的表面嵌接有触摸屏(101)，所述触摸屏(101)的背面固定安装有工控主板(103)，该工控主板(103)的表面通过锡焊电路依次电性连接有基于北斗的GNSS定位定向板卡(104)、WiFi芯片(105)、以太网芯片(106)、RS232接口、CAN总线、三网通多模通信芯片(107)和中央处理器(108)；
所述GNSS定位定向板卡(104)安装设置在所述工控主板(103)的顶部，所述工控主板(103)的表面边侧中部锡焊有WiFi芯片(105)和以太网芯片(106)，所述工控主板(103)的中部固定安装有中央处理器(108)，所述中央处理器(108)的底部锡焊有RS232接口、CAN总线，所述RS232接口、CAN总线底部电性连接有三网通多模通信芯片(107)；
所述GNSS定位定向板卡(104)由电性连接的ZDT810定位定向芯片和ZDT820定位定向芯片组成，所述GNSS定位定向板卡(104)、WiFi芯片(105)、以太网芯片(106)、RS232接口、CAN总线、三网通多模通信芯片(107)均与中央处理器(108)锡焊电路电性连接，所述工控主板(103)和触摸屏(101)均与挖掘机的供电单元电性连接；
所述第一倾角传感器(2)包括与铲斗(22)和斗杆(21)的驱动端电感应连接的第一探测头(201)，所述第一倾角传感器(2)还包括与第一探测头(201)电性连接的磁敏感元件(203)，所述第一倾角传感器(2)的内部固定安装有基板(202)，所述基板(202)的表面分别集成有磁敏感元件(203)和微处理器，所述微处理器设置在所述基板(202)的中部，所述磁敏感元件(203)的表面电性连接有第一探测头(201)，所述第一探测头(201)的检测端与磁敏感元件(203)电性连接，所述微处理器与磁敏感元件(203)电性连接，所述基板(202)和微处理器与GNSS定位定向板卡(104)电性连接，所述第一倾角传感器(2)为双轴倾角传感器，且第一探测头(201)为双轴向电感应端头，所述定位定向终端(1)搭载有安卓系统，且安装有以供三维模型导航的定制软件；
定位定向终端(1)与其他探测物件相结合使用，触摸屏(101)结合搭载的安卓系统，设置三维挖掘机方位软件，可直观得出使用者操作挖掘机时挖掘机的方位、所挖掘的土壤土坡高度，感应到的物体以3D模型模型显示在触摸屏(101)上，显示图形化和三维化的信息，GNSS定位定向板卡(104)上的ZDT810定位定向芯片和ZDT820定位定向芯片调取北斗导航卫星图像，实时反应在触摸屏(101)的表面，在操作挖掘机挖土时，挖掘机周围的地形发生变化后实时进行更新，三网通多模通信芯片(107)实现与卫星信号基站的无延迟连接。
2.根据权利要求1所述的一种挖掘机自动引导系统，其特征在于：所述第二倾角传感器(3)包括与小臂(31)和大臂(32)的铰接端固定连接的第二探测头，所述第二探测头与第二倾角传感器(3)的内部电性连接，且第二倾角传感器(3)的内部结构与第一倾角传感器(2)相同。
3.根据权利要求2所述的一种挖掘机自动引导系统，其特征在于：所述天线(4)为GNSS天线，该GNSS天线由天线罩(402)、微带辐射器(403)、底板(401)和高频输出插座组成，所述底板(401)设置在挖掘机机体(6)的表面，与所述挖掘机机体(6)固定连接，所述高频输出插座的顶部罩设有天线罩(402)，所述天线罩(402)的下部设有微带辐射器(403)，所述高频输出插座与三网通多模通信芯片(107)无线连接，所述微带辐射器(403)的信号接收端与基准站(5)无线连接，所述基准站(5)为RTK基准站。
CN202010774758.6A 2020-08-04 2020-08-04 挖掘机自动引导系统 Active CN111708067B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010774758.6A CN111708067B (zh) 2020-08-04 2020-08-04 挖掘机自动引导系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010774758.6A CN111708067B (zh) 2020-08-04 2020-08-04 挖掘机自动引导系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111708067A CN111708067A (zh) 2020-09-25
CN111708067B true CN111708067B (zh) 2022-04-12

Family

ID=72546892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010774758.6A Active CN111708067B (zh) 2020-08-04 2020-08-04 挖掘机自动引导系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111708067B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112302093A (zh) * 2020-11-06 2021-02-02 河北跃进信息技术有限公司 一种挖掘机施工引导与分析装备
CN115012468A (zh) * 2022-06-30 2022-09-06 徐州徐工矿业机械有限公司 一种挖掘机自动作业控制系统、方法及挖掘机

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001098585A (ja) * 1999-10-01 2001-04-10 Komatsu Ltd 建設機械の掘削作業ガイダンス装置および掘削制御装置
CN105971050A (zh) * 2015-03-13 2016-09-28 住友重机械工业株式会社 挖掘机
CN108797669A (zh) * 2018-06-20 2018-11-13 清华大学 一种自主3d挖掘施工机器人
CN110634343A (zh) * 2019-08-16 2019-12-31 深圳前海小萌文化科技有限公司 挖掘机互动模拟设备
CN111076709A (zh) * 2019-12-19 2020-04-28 中国农业大学 一种地形测量方法及系统
CN111424743A (zh) * 2020-02-27 2020-07-17 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 基于北斗rtk技术的推土机自动控制系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6782644B2 (en) * 2001-06-20 2004-08-31 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Remote control system and remote setting system for construction machinery
CN103065540B (zh) * 2012-12-31 2014-08-20 黑龙江大学 智能清障车
US10935660B2 (en) * 2015-10-30 2021-03-02 Komatsu Ltd. Control system of work machine, work machine, management system of work machine, and method of managing work machine
CN105421523A (zh) * 2015-12-08 2016-03-23 中交天津港航勘察设计研究院有限公司 一种磁传动铲臂角度传感器装置
CN106781619A (zh) * 2017-01-22 2017-05-31 西安兖矿科技研发设计有限公司 一种车辆调度系统及车载终端
CN106908824B (zh) * 2017-04-18 2023-07-14 冯本勇 一种应用于铁路的精准定位系统
CN107462246A (zh) * 2017-07-07 2017-12-12 南京天辰礼达电子科技有限公司 一种挖机引导系统
CN107905275B (zh) * 2017-11-15 2020-08-25 山东天星北斗信息科技有限公司 一种挖掘机数字化辅助施工系统及其辅助施工方法
CN208844647U (zh) * 2018-08-08 2019-05-10 上海宝冶集团有限公司 一种挖掘机及其施工作业系统
CN108951750A (zh) * 2018-08-08 2018-12-07 上海宝冶集团有限公司 一种挖掘机施工作业方法、系统及挖掘机
CN109614743B (zh) * 2018-12-26 2023-11-21 广州市中海达测绘仪器有限公司 挖掘机及其铲斗定位方法、电子设备、存储介质

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001098585A (ja) * 1999-10-01 2001-04-10 Komatsu Ltd 建設機械の掘削作業ガイダンス装置および掘削制御装置
CN105971050A (zh) * 2015-03-13 2016-09-28 住友重机械工业株式会社 挖掘机
CN108797669A (zh) * 2018-06-20 2018-11-13 清华大学 一种自主3d挖掘施工机器人
CN110634343A (zh) * 2019-08-16 2019-12-31 深圳前海小萌文化科技有限公司 挖掘机互动模拟设备
CN111076709A (zh) * 2019-12-19 2020-04-28 中国农业大学 一种地形测量方法及系统
CN111424743A (zh) * 2020-02-27 2020-07-17 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 基于北斗rtk技术的推土机自动控制系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"The load sensing principle of proportion multi-channel valve and its application in excavator";Yi, Yuan等;《2013 THIRD INTERNATIONAL CONFERENCE ON INTELLIGENT SYSTEM DESIGN AND ENGINEERING APPLICATIONS (ISDEA)》;20131231;1469-1472 *
"东北地区粉质黏土湿陷系数与物理性质指标的相关性";尧俊凯等;《铁道建筑》;20190228;第59卷(第2期);50-53 *
"驾驶模拟器中液压挖掘机与地形的动态交互仿真";于长志;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 工程科技Ⅱ辑》;20140915(第9期);C038-319 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111708067A (zh) 2020-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN212866139U (zh) 基于北斗rtk的挖掘机自动引导系统
US20200273191A1 (en) Measurement device of shovel
US20190003153A1 (en) Construction management system, construction management method, and management device
CN111708067B (zh) 挖掘机自动引导系统
JP2866289B2 (ja) 建設機械の位置及び姿勢表示方法
JP2001503134A (ja) 携帯可能な手持ちデジタル地理データ・マネージャ
WO2021127968A1 (zh) 一种gnss/imu测绘系统和方法
US10094662B1 (en) Three-dimension position and heading solution
EP3105544A1 (en) Non-contact location and orientation determination of an implement coupled with a mobile machine
US11508091B2 (en) Calibration device for imaging device, monitoring device, work machine and calibration method
KR20180115756A (ko) 형상 계측 시스템, 작업 기계 및 형상 계측 방법
CN113508209B (zh) 作业机械
CN103033836B (zh) 一种车载导航指向装置的导航指向方法
CN216925591U (zh) 基于动态实时定位的便携式激光测量设备
US20230029071A1 (en) Excavation level detection device
CN108594281A (zh) 基于载波相位差分技术的挖掘设备水平定姿定位辅助方法
CN212030530U (zh) 遥控器及测量组件
KR102564721B1 (ko) 작업 기계
KR101348500B1 (ko) 로봇기반의 자동화 gps 측량시스템
US20230291989A1 (en) Display control device and display method
CN111913204B (zh) 一种基于rtk定位的机械臂引导方法
CN114489041A (zh) 矿区无人驾驶车辆的装载点位置的指定方法和指定系统
AU2021294070A1 (en) Method for smart high-precision positioning of excavator based on satellite navigation
WO2021030912A1 (en) Systems and methods for multi-sensor mapping using a single device that can operate in multiple modes
CN114910933B (zh) 带视觉测量功能的rtk接收机系统、板卡及测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant