CN113622673A - 防干涉方法、装置及作业机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防干涉方法、装置及作业机械，其中，防干涉方法包括建立三维数据模型；根据所述三维数据模型，获取每个臂节的坐标和车体的坐标；根据每个所述臂节的坐标和所述车体的坐标，确定不同所述臂节之间的距离和每个所述臂节与所述车体之间的距离；当确定不同所述臂节之间的距离均大于臂节安全阈值且每个所述臂节与所述车体之间的距离均大于车体安全阈值时，控制所述臂节动作，否则，控制所述臂节停止动作。如此设置，解决了臂节与车体之间因误操作导致的碰撞干涉的缺陷，在误操作时能够避免臂节与车体之间产生的碰撞干涉，提高作业安全性。

Description

防干涉方法、装置及作业机械
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种防干涉方法、装置及作业机械。
背景技术
消防车或混凝土泵车等具有臂架的作业车辆在工作过程中，臂架需要经过收拢或者展开的过程，当臂架进行收拢或者展开动作时，由于操作失误等原因，会导致臂架的臂节之间发生干涉或导致臂节与车身之间发生碰撞干涉，造成臂节损坏。
现有技术中，主要通过对臂节间可能发生干涉的点从程序上进行固有限制，从而实现对臂节与臂节之间的碰撞干涉进行控制，确保在操作失误时，不发生干涉与碰撞。未涉及对臂节与车体(包括驾驶室和支腿)之间的干涉情况的控制，而臂节与车体之间发生碰撞也会导致臂节的损坏。
因此，如何解决臂节与车体之间因误操作导致的碰撞干涉的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明提供一种防干涉方法、装置及作业机械，用以解决臂节与车体之间因误操作导致的碰撞干涉的缺陷，在误操作时能够避免臂节与车体之间产生碰撞干涉，提高作业安全性。
本发明提供一种防干涉方法，包括：
建立三维数据模型；
根据所述三维数据模型，获取每个臂节的坐标和车体的坐标；
根据每个所述臂节的坐标和所述车体的坐标，确定不同所述臂节之间的距离和每个所述臂节与所述车体之间的距离；
当确定不同所述臂节之间的距离均大于臂节安全阈值且每个所述臂节与所述车体之间的距离均大于车体安全阈值时，控制所述臂节动作，否则，控制所述臂节停止动作。
根据本发明提供的一种防干涉方法，所述获取每个臂节的坐标，包括：
确定所述臂节与所述三维数据模型的坐标轴之间的夹角；
根据所述臂节的长度值和所述夹角，获取所述臂节的坐标。
根据本发明提供的一种防干涉方法，所述车体的坐标包括：车身坐标、车头坐标、车尾坐标和支腿坐标；
对应的，所述获取车体的坐标包括获取所述支腿坐标，所述获取所述支腿坐标包括：
获取支腿与车身的水平距离；
根据所述水平距离和支腿高度，确定所述支腿坐标。
根据本发明提供的一种防干涉方法，所述控制所述臂节停止动作之后，还包括：
发出报警提示。
根据本发明提供的一种防干涉方法，所述控制所述臂节停止动作之后，还包括：
根据所述不同所述臂节之间的距离和每个所述臂节与所述车体之间的距离，确定作业指令；
发送所述作业指令至作业机械的中控系统，以使作业人员根据所述作业指令进行作业。
本发明还提供一种防干涉装置，包括：
模型建立模块，用于建立三维数据模型；
获取模块，用于根据所述三维数据模型，获取每个臂节的坐标和车体的坐标；
确定模块，用于根据每个所述臂节的坐标和所述车体的坐标，确定不同所述臂节之间的距离和每个所述臂节与所述车体之间的距离；
控制模块，用于当确定不同所述臂节之间的距离均大于臂节安全阈值且每个所述臂节与所述车体之间的距离均大于车体安全阈值时，控制所述臂节动作，否则，控制所述臂节停止动作。
根据本发明提供的一种防干涉装置，所述获取模块，具体用于：
确定所述臂节与所述三维数据模型的坐标轴之间的夹角；
根据所述臂节的长度值和所述夹角，获取所述臂节的坐标；
所述车体的坐标包括：车身坐标、车头坐标、车尾坐标和支腿坐标；
对应的，所述获取车体的坐标包括获取所述支腿坐标，所述获取模块，还用于：
获取支腿与车身的水平距离；
根据所述水平距离和支腿高度，确定所述支腿坐标。
根据本发明提供的一种防干涉装置，还包括报警模块，用于：
发出报警提示。
根据本发明提供的一种防干涉装置，还包括提示模块，用于：
根据所述不同所述臂节之间的距离和每个所述臂节与所述车体之间的距离，确定作业指令；
发送所述作业指令至作业机械的中控系统，以使作业人员根据所述作业指令进行作业。
本发明还提供一种作业机械，包括机械本体和控制系统；
所述控制系统用于控制所述机械本体的作业，且所述控制系统用于执行上述的防干涉方法。
本发明提供的防干涉方法，通过分别获取每个臂节的坐标和车体的坐标来确定不同臂节之间的距离以及每个臂节与车体之间的距离，然后对比不同臂节之间的距离和臂节安全阈值的大小以及每个臂节与车体之间的距离和车体安全阈值的大小。当不同臂节之间的距离均大于臂节安全阈值，并且臂节与车体之间的距离均大于车体安全阈值时，则控制臂节继续动作，否则，控制臂节停止动作，以避免臂节与臂节之间或臂节与车体之间发生碰撞，解决了臂节与车体之间因误操作导致的碰撞干涉的缺陷，在误操作时能够避免臂节与车体之间产生的碰撞干涉，提高了作业安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的消防车的结构示意图；
图2是本发明提供的防干涉方法的流程图一；
图3是本发明提供的防干涉方法的流程图二；
图4是本发明提供的每个臂节的坐标的获取方法的流程图；
图5是本发明提供的支腿坐标的获取方法的流程图；
图6是本发明提供的防干涉装置的结构示意图一；
图7是本发明提供的防干涉装置的结构示意图二；
附图标记：
1：支腿； 2：车身； 3：模型建立模块；
4：获取模块； 5：确定模块； 6：控制模块；
7：报警模块； 8：提示模块； 9：第一臂节；
10：第二臂节； 11：转台。
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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
下面结合图1至图5描述本发明的防干涉方法。
如图2至图5所示，本发明实施例提供的防干涉方法，包括以下步骤：
步骤110、建立三维数据模型。
以消防车为例，消防车包括车体、臂架和转台11，参照图1，臂架由多个臂节串联而成，包括依次串联的第一臂节9、第二臂节10、第三臂节等，转台11包括回转结构，第一臂节9通过转台11能够相对于车体进行转动，转动轴线沿竖直方向设置。臂架中相邻臂节之间铰接，铰接轴沿水平方向设置。
先确定消防车的整车外观和结构尺寸，基于车体和各个臂节的结构尺寸，以第一臂节9与车体之间的连接点为原点O，以车体的长度方向为X轴、以车体的宽度方向为Y轴，以转台11的回转轴线为Z轴，建立三维数据模型。
步骤120、根据所述三维数据模型，获取每个臂节的坐标和车体的坐标。
上述三维数据模型为确定臂节的坐标和确定车体的坐标提供参照基础，根据车体的结构尺寸和臂节的结构尺寸，确定车体上各点和臂节上各点的空间坐标。一般情况下，臂节与臂节之间的碰撞干涉和臂节与车体之间的碰撞干涉，主要发生在臂节的端部和车体的上表面，故本发明实施例中，确定臂节端部的空间坐标和车体上表面中各点的空间坐标即可。
步骤130、根据每个所述臂节的坐标和所述车体的坐标，确定不同所述臂节之间的距离和每个所述臂节与所述车体之间的距离。
通过所获取的每个臂节的坐标和车体的坐标，能够确定不同臂节之间的相对位置关系和每个臂节与车体之间的相对位置关系，具体可通过计算不同的两个臂节的相远离的端部之间的距离和每个臂节端部与车体之间的距离确定。
第一臂节9与转台11连接的一端为第一端，另一端为第二端，第一臂节9与车体之间的距离为第一臂节9的第二端与车体之间的竖直距离。第一臂节9的第一端的坐标为O(0，0，0)，假设获取的第一臂节9的第二端的坐标为A(X2，Y2，Z2)，获取的车体的坐标为B(0，0，Z3)、C(X2，Y2，Z3)、D(X3，Y3，Z3)等，则第一臂节9与车体之间的距离应该为A(X2，Y2，Z2)与C(X2，Y2，Z3)之间的距离。
第二臂节10的第一端与第一臂节9的第二端铰接，第一臂节9与第二臂节10之间的距离为第一臂节9的第一端与第二臂节10的第二端之间的距离。若获取的第二臂节10的第二端的坐标为E(X4，Y4，Z4)，则第一臂节9与第二臂节10之间的距离应该为E(X4，Y4，Z4)与O(0，0，0)之间距离。
对于第二臂节10与第三臂节之间的距离和第二臂节10与车体之间的距离等均可按照上述方案类推，此处不再赘述。
步骤140、当确定不同所述臂节之间的距离均大于臂节安全阈值且每个所述臂节与所述车体之间的距离均大于车体安全阈值时，控制所述臂节动作，否则，控制所述臂节停止动作。
对臂节与臂节之间的安全距离设定阈值，即臂节安全阈值，对臂节与车体之间的安全距离设定阈值，即车体安全阈值。将确定的不同臂节之间的距离与臂节安全阈值对比，同时将确定的臂节与车体之间的距离与车体安全阈值对比。
如果确定的不同臂节之间的距离均大于臂节安全阈值并且确定的臂节与车体之间的距离均大于车体安全阈值，则，可以控制臂节动作。如果确定的不同臂节之间的距离小于臂节安全阈值，或者确定的臂节与车体之间的距离小于车体安全阈值，或者确定的不同臂节之间的距离小于臂节安全阈值且确定的臂节与车体之间的距离小于车体安全阈值，则控制臂节停止动作，以避免臂节继续靠近或臂节继续靠近车体，从而避免不同臂节与臂节之间的碰撞干涉和臂节与车体之间的碰撞干涉。
本发明实施例中，防干涉方法还包括：
步骤150、所述控制所述臂节停止动作之后，还包括：发出报警提示。
本发明实施例中，在控制臂节停止动作后，还会生成报警提示，可以将报警提示发送至作业机械的中控系统进行声、光等信号提示。以消防车为例，消防车的中控系统包括声音报警器，声音报警器接收报警提示后产生提示声音。
上述中控系统可以为驾驶室的中控台，也可以为遥控器等遥控终端。
本发明实施例中，防干涉方法还包括：
步骤160、所述控制所述臂节停止动作之后，还包括：根据所述不同所述臂节之间的距离和每个所述臂节与所述车体之间的距离，确定作业指令；发送所述作业指令至作业机械的中控系统，以使作业人员根据所述作业指令进行作业。
本发明实施例中，在控制臂节停止动作后，还会根据不同臂节之间的距离和每个臂节与车体之间的距离，确定避免产生碰撞干涉的作业指令。假设确定的第二臂节10的第二端与车体之间的距离小于车体的安全阈值时，可以使第二臂节10相对于第一臂节9转动或使第一臂节9相对于车体转动，以增加第二臂节10的第二端与车体之间的距离，对于第二臂节10相对于第一臂节9的转动方向可以结合第二臂节10与第一臂节9之间的距离确定。
确定作业指令后，将作业指令发送至作业机械的中控系统，使作业人员根据该作业指令进行作业。以消防车为例，消防车的中控系统包括显示器，显示器接收作业指令后，将作业指令呈现在屏幕上。
参照图4，对于步骤120中的获取每个臂节的坐标，包括以下步骤：
步骤121、确定所述臂节与所述三维数据模型的坐标轴之间的夹角；
步骤122、根据所述臂节的长度值和所述夹角，获取所述臂节的坐标。
以消防车为例，在消防车的第一臂节9与转台11之间设置有旋转编码器，通过旋转编码器能够检测臂架相对于XOZ平面之间的夹角，在消防车的各个臂节上设置有倾角传感器，通过倾角传感器能够检测各个臂节相对于XOY平面之间的夹角。结合各个臂节相对于XOZ平面之间的夹角和各个臂节相对于XOY平面之间的夹角以及臂节的长度值，可以计算出各个臂节末端的空间坐标。
消防车的车体包括车身2、车头、车尾和支腿1，其中，车身2、车头和车尾相对固定，支腿1与车身2活动链接，其中前支腿能够沿竖直方向伸缩，后支腿能够绕其与车身2之间的连接轴转动。消防车工作之前，需使前支腿伸长，并使后支腿相对于车身2转动一定角度。臂架可以绕竖直轴线相对于车体转动，当臂架相对于车体转动一定角度后，臂节可能与车身2、车头、车尾发生碰撞干涉外，还可能与支腿1发生碰撞干涉。
车体的坐标包括车身坐标、车头坐标、车尾坐标和支腿坐标。其中，车身坐标、车头坐标和车尾坐标不变，而支腿坐标随消防车的状态改变，需实时获取。
对应的，参照图5，对于步骤120中的获取车体的坐标包括获取支腿坐标。获取支腿坐标包括以下步骤：
步骤123、获取支腿与车身的水平距离；
步骤124、根据所述水平距离和支腿高度，确定所述支腿坐标。
以消防车为例，消防车的支腿1上设置有拉线传感器，通过拉线传感器能够检测出支腿1与车身2之间的水平距离，结合支腿1长度，能够确定支腿1与车身2之间的夹角，从而能够确定支腿1各点在XOY平面内的坐标。在结合支腿高度，可以计算出支腿1各点的空间坐标。
需要说明的是，上述支腿包括支腿臂和支撑腿，支腿臂的一端与车身2转动连接，另一端与支撑腿固定连接。上述支腿1各点的空间坐标包括支腿臂上表面中的各点坐标。
另一方面，本发明实施例还提供一种防干涉装置，下面结合图，对本发明提供的防干涉装置进行描述，下文描述的防干涉装置与上文描述的防干涉方法可相互对应参照。
如图6至图7所示，本发明实施例提供一种防干涉装置，包括：模型建立模块3、获取模块4、确定模块5和控制模块6。具体来说：
模型建立模块3用于建立三维数据模型；
获取模块4用于根据三维数据模型，获取每个臂节的坐标和车体的坐标；
确定模块5用于根据每个臂节的坐标和车体的坐标，确定不同臂节之间的距离和每个臂节与车体之间的距离；
控制模块6用于当确定不同臂节之间的距离均大于臂节安全阈值且每个臂节与车体之间的距离均大于车体安全阈值时，控制臂节动作，否则，控制臂节停止动作。
本发明实施例中，获取模块4具体用于确定臂节与三维数据模型的坐标轴之间的夹角；根据臂节的长度值和夹角，获取臂节的坐标。
车体的坐标包括：车身坐标、车头坐标、车尾坐标和支腿坐标；对应的，获取模块4还用于获取支腿1与车身2的水平距离；根据水平距离和支腿高度，确定支腿坐标。
本发明实施例中的防干涉装置还包括报警模块7，报警模块7用于发出报警提示。
本发明实施例中的防干涉装置还包括提示模块8，提示模块8用于根据不同臂节之间的距离和每个臂节与车体之间的距离，确定作业指令；发送作业指令至作业机械的中控系统，以使作业人员根据作业指令进行作业。
又一方面，本发明实施例还提供一种作业机械，包括机械本体和控制系统。控制系统用于控制机械本体的作业，且控制系统用于执行上述的防干涉方法。作业机械的控制系统在执行上述防干涉方法时，作业人员在误操作时，可以有效避免臂节与臂节之间的碰撞干涉以及臂节与车体之间的碰撞干涉，提高了作业安全性。本发明实施例中的作业机械的有益效果的推导过程与上述防干涉方法的有益效果的推导过程大体类似，故此处不再赘述。
上述作业机械可以为消防车。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种防干涉方法，其特征在于，包括：
建立三维数据模型；
根据所述三维数据模型，获取每个臂节的坐标和车体的坐标；
根据每个所述臂节的坐标和所述车体的坐标，确定不同所述臂节之间的距离和每个所述臂节与所述车体之间的距离；
当确定不同所述臂节之间的距离均大于臂节安全阈值且每个所述臂节与所述车体之间的距离均大于车体安全阈值时，控制所述臂节动作，否则，控制所述臂节停止动作。
2.根据权利要求1所述的防干涉方法，其特征在于，所述获取每个臂节的坐标，包括：
确定所述臂节与所述三维数据模型的坐标轴之间的夹角；
根据所述臂节的长度值和所述夹角，获取所述臂节的坐标。
3.根据权利要求1所述的防干涉方法，其特征在于，所述车体的坐标包括：车身坐标、车头坐标、车尾坐标和支腿坐标；
对应的，所述获取车体的坐标包括获取所述支腿坐标，所述获取所述支腿坐标包括：
获取支腿与车身的水平距离；
根据所述水平距离和支腿高度，确定所述支腿坐标。
4.根据权利要求1所述的防干涉方法，其特征在于，所述控制所述臂节停止动作之后，还包括：
发出报警提示。
5.根据权利要求1所述的防干涉方法，其特征在于，所述控制所述臂节停止动作之后，还包括：
根据所述不同所述臂节之间的距离和每个所述臂节与所述车体之间的距离，确定作业指令；
发送所述作业指令至作业机械的中控系统，以使作业人员根据所述作业指令进行作业。
6.一种防干涉装置，其特征在于，包括：
模型建立模块，用于建立三维数据模型；
获取模块，用于根据所述三维数据模型，获取每个臂节的坐标和车体的坐标；
确定模块，用于根据每个所述臂节的坐标和所述车体的坐标，确定不同所述臂节之间的距离和每个所述臂节与所述车体之间的距离；
控制模块，用于当确定不同所述臂节之间的距离均大于臂节安全阈值且每个所述臂节与所述车体之间的距离均大于车体安全阈值时，控制所述臂节动作，否则，控制所述臂节停止动作。
7.根据权利要求6所述的防干涉装置，其特征在于，所述获取模块，具体用于：
确定所述臂节与所述三维数据模型的坐标轴之间的夹角；
根据所述臂节的长度值和所述夹角，获取所述臂节的坐标；
所述车体的坐标包括：车身坐标、车头坐标、车尾坐标和支腿坐标；
对应的，所述获取车体的坐标包括获取所述支腿坐标，所述获取模块，还用于：
获取支腿与车身的水平距离；
根据所述水平距离和支腿高度，确定所述支腿坐标。
8.根据权利要求6所述的防干涉装置，其特征在于，还包括报警模块，用于：
发出报警提示。
9.根据权利要求6所述的防干涉装置，其特征在于，还包括提示模块，用于：
根据所述不同所述臂节之间的距离和每个所述臂节与所述车体之间的距离，确定作业指令；
发送所述作业指令至作业机械的中控系统，以使作业人员根据所述作业指令进行作业。
10.一种作业机械，其特征在于，包括机械本体和控制系统；
所述控制系统用于控制所述机械本体的作业，且所述控制系统用于执行如权利要求1至5任一项所述的防干涉方法。
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