CN114215362B - 一种臂架自动避障系统、避障方法及泵车 - Google Patents

一种臂架自动避障系统、避障方法及泵车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种臂架自动避障系统、避障方法及泵车，包括第一传感装置、臂架及控制器，第一传感装置用于获取障碍点相对应的虚拟障碍坐标；第一传感装置的数据输出端及臂架的控制端分别连接控制器；控制器设有第一档位及第二档位，当控制器处于第一档位时，控制器发出第一控制指令，以控制臂架移动至障碍点，并通过第一传感装置获取障碍点相对应的虚拟障碍坐标；根据虚拟障碍坐标，构建虚拟障碍区域；当控制器处于第二档位时，控制器发出第二控制指令，以控制臂架的移动区域与虚拟障碍区域无重合。本发明操作简单，实现了臂架的自动避障功能，提高了安全性和工作效率。

Description

一种臂架自动避障系统、避障方法及泵车
技术领域
本发明涉及一种臂架自动避障系统、避障方法及泵车，属于建筑工程机械设备技术领域。
背景技术
泵车作为混凝土的输送设备，在如今的建筑施工中经常被用到。泵车输送混凝土的工作流程主要由泵送系统及臂架系统组成。泵送系统将混凝土注入臂架管道中，臂架系统负责支撑管道，将混凝土输送至指定的施工目标位置上。
泵车工作环境较为复杂，周围高楼林立或障碍物较多，由于泵车臂架长度过长，对操作要求较高，稍不注意，可能会碰撞周边的脚手架等障碍物。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种臂架自动避障系统、避障方法及泵车，操作简单，实现了臂架的自动避障功能，提高了安全性和工作效率。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种臂架自动避障系统，包括第一传感装置、臂架及控制器，所述第一传感装置用于获取障碍点相对应的虚拟障碍坐标；所述第一传感装置的数据输出端及臂架的控制端分别连接控制器；
所述控制器设有第一档位及第二档位，当控制器处于第一档位时，控制器发出第一控制指令，以控制臂架移动至障碍点，并通过第一传感装置获取障碍点相对应的虚拟障碍坐标；根据所述虚拟障碍坐标，构建虚拟障碍区域；
当控制器处于第二档位时，控制器发出第二控制指令，以控制臂架的移动区域与虚拟障碍区域无重合。
进一步的，还包括第二传感装置；所述第二传感装置用于获取臂架的动作姿态数据，并将所述动作姿态数据发送至控制器。
进一步的，还包括第三传感装置；所述第三传感装置用于实时检测臂架附近的障碍物数据，并将所述障碍物数据发送至控制器；
当控制器处于第一档位或第二档位时，根据所述臂架的动作姿态数据及障碍物数据，分别计算出臂架及障碍物的虚拟空间坐标，并判断障碍物是否出现在臂架的预设范围内；若障碍物处于臂架的预设范围内，则发出报警指令并控制臂架使其处于锁止状态；反之则不发出报警指令。
进一步的，所述臂架包括多个活动连接的臂架单元，所述臂架的动作姿态数据包括各臂架单元间的角度数据。
进一步的，所述控制器还设有多个臂架单元控制档位；
当控制器处于臂架单元控制档位时，控制器发出臂架单元控制指令，使与所述臂架单元控制档位相配合的臂架单元处于锁止状态。
需要强调的是，臂架单元控制档位与第一档位或第二档位是独立工作的。
进一步的，所述障碍点的数量不少于两个，则与障碍点相对应的虚拟障碍坐标的数量也不少于两个。通过虚拟障碍坐标构建的虚拟障碍区域既可以是一条直线，也可以是一个平面，或者是根据障碍点确定的立体区域。该立体区域可以是规则的长方体、球体或圆柱体，也可以是不规则的立体区域。
第二方面，本发明还提供了一种臂架自动避障方法，包括，
当控制器处于第一档位时，发出第一控制指令，以控制臂架移动至障碍点，并通过第一传感装置获取障碍点相对应的虚拟障碍坐标；根据所述虚拟障碍坐标，构建虚拟障碍区域；
当控制器处于第二档位时，发出第二控制指令，以控制臂架的移动区域与虚拟障碍区域无重合。
进一步的，还包括，当控制器处于第一档位或第二档位时，获取臂架的动作姿态数据及障碍物数据；
根据所述臂架的动作姿态数据及障碍物数据，分别计算出臂架及障碍物的虚拟空间坐标，并判断障碍物是否出现在臂架的预设范围内；
若障碍物处于臂架的预设范围内，则发出报警指令并控制臂架使其处于锁止状态；反之则不发出报警指令。
进一步的，还包括，当控制器处于臂架单元控制档位时，发出臂架单元控制指令，使与所述臂架单元控制档位相配合的臂架单元处于锁止状态。
第三方面，本发明还提供了一种泵车，包括泵车本体，以及上述的臂架自动避障系统，减少泵车在工作时的安全隐患，使泵车的臂架操作更加简单。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明通过移动臂架获取虚拟障碍坐标，从而精准构建虚拟障碍区域；再发出第二控制指令，控制臂架的移动区域与虚拟障碍区域无重合。本发明操作简单，能够精准地构建虚拟障碍区域，初步实现臂架的自动避障功能。
本发明还可以实时监测臂架的动作姿态并检测臂架周围的障碍物，双重措施进一步实现了臂架的自动避障功能，减少了工作时的安全隐患，提高了工作效率。
附图说明
图1是一种臂架自动避障系统的示意图；
图2是一种臂架自动避障方法的流程图；
图3是控制器档位的工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种臂架自动避障系统，包括第一传感装置、臂架及控制器，第一传感装置用于获取障碍点相对应的虚拟障碍坐标；第一传感装置的数据输出端及臂架的控制端分别连接控制器；
控制器设有第一档位及第二档位，当控制器处于第一档位时，控制器发出第一控制指令，以控制臂架移动至障碍点，并通过第一传感装置获取障碍点相对应的虚拟障碍坐标；根据虚拟障碍坐标，构建虚拟障碍区域；
当控制器处于第二档位时，控制器发出第二控制指令，以控制臂架的移动区域与虚拟障碍区域无重合。
本发明的技术构思为，在工作前，通过移动臂架标定障碍物的大致方位，采集虚拟障碍坐标以构建虚拟障碍区域，在虚拟障碍区域内包含了在工作中需要避开的障碍物。在工作过程时，控制臂架的移动区域，使得臂架不会进入虚拟障碍区域内，与虚拟障碍区域内的障碍物发生碰撞，从而保证施工的安全性，提高工作效率。
具体的，如图2所示，臂架的自动避障控制流程如下，
S0：将控制器调至第一档位；
S1：控制臂架，移动至障碍点1，记录障碍点1相对应的虚拟障碍坐标1；
S2：控制臂架，移动至障碍点2，记录障碍点2相对应的虚拟障碍坐标2；
…
Sn：控制臂架，移动至障碍点n，记录障碍点n相对应的虚拟障碍坐标n；
Sn+1：通过虚拟障碍坐标1、2、…、n，确定障碍物空间位图；通过n个坐标构建虚拟障碍区域；
Sn+2：将控制器调至第二档位，执行自动避障功能。此时臂架的移动范围被限定在虚拟障碍区域以外的区域，臂架无法移动至虚拟障碍区域内。
需要强调的是，更改障碍点的数量及位置，也在本发明的专利保护范围内，一般说来，障碍点的数量不少于两个，则与障碍点相对应的虚拟障碍坐标的数量也不少于两个。通过虚拟障碍坐标构建的虚拟障碍区域既可以是一条直线，也可以是一个平面，或者是根据障碍点确定的立体区域。该立体区域可以是规则的长方体、球体或圆柱体，也可以是不规则的立体区域，在此不做限定。
本实施例提供的臂架自动避障系统还包括第二传感装置和第三传感装置；其中，第二传感装置用于获取臂架的动作姿态数据，并将动作姿态数据发送至控制器；第三传感装置用于实时检测臂架附近的障碍物数据，并将障碍物数据发送至控制器；
当控制器处于第一档位或第二档位时，根据臂架的动作姿态数据及障碍物数据，分别计算出臂架及障碍物的虚拟空间坐标，并判断障碍物是否出现在臂架的预设范围内；若障碍物处于臂架的预设范围内，则发出报警指令并控制臂架使其处于锁止状态；反之则不发出报警指令。
臂架包括多个活动连接的臂架单元，臂架的动作姿态数据包括各臂架单元间的角度数据。
具体的，在各个臂架单元上都安装有第二传感装置，通过第二传感装置采集各臂架单元间的角度数据，从而获取整个臂架的动作姿态；同时在臂架上也安装有实时检测臂架附近的障碍物的第三传感装置，检测范围可以根据实际情况进行调节，一般说来是大于或等于臂架的预设范围。
假设臂架的预设范围为2米，当障碍物处于臂架2米内，控制器就会控制臂架使其处于锁止状态，并发出报警指令，提醒操作工需要避开障碍物。当障碍物处于臂架2米外，则正常工作。
需要强调的是，设置第一传感装置的目的是通过手动控制臂架构建虚拟障碍区域，但是，在实际操作中，在虚拟障碍区域以外的区域也会存在障碍物，该障碍物可能是静止的，也可能是运动的，无法通过标定障碍点使其位于虚拟障碍区域内。于是，本实施例增设了第三传感装置，用于实时检测臂架附近的障碍物，进一步提高了施工的安全性。
其中，第二传感装置可以采用角度传感器，第三传感装置可以采用雷达激光传感器，可以实现上述功能的传感装置均可，在此不做限制。
控制器还设有多个臂架单元控制档位；当控制器处于臂架单元控制档位时，控制器发出臂架单元控制指令，使与臂架单元控制档位相配合的臂架单元处于锁止状态。
需要强调的是，臂架单元控制档位与第一档位或第二档位是独立工作的。在控制器上还设有确认按钮，当控制器调至第一档位时，按下确认按钮默认控制器处于构建虚拟障碍区域过程中，这时可以将控制器先调至任意一个臂架单元控制档位，按下确认按钮锁住该臂架单元，根据实际情况锁住下一个臂架单元或者将控制器重新调至第一档位，继续构建虚拟障碍区域。第二档位同理。
如图3所示，假设臂架由3个臂架单元组成，该图为控制器档位的工作示意图。为了方便工人操作，将第一档位表述为障碍设定档位，将第二档位表述为0档位，将3个臂架单元控制档位分别表述为1档位、2档位及3档位。
该控制器采用旋钮开关控制，当开关拨至障碍设定档位，通过移动臂架采集虚拟障碍坐标以构建虚拟障碍区域；成功构建虚拟障碍区域后，当开关拨至0档位，臂架正常工作，此时臂架无法移动至虚拟障碍区域内；同时可以根据实际情况将开关拨至1档位或2档位或3档位，以锁住第一臂架单元、第二臂架单元或第三臂架单元。
实施例2
本实施例还提供了一种臂架自动避障方法，包括，
当控制器处于第一档位时，发出第一控制指令，以控制臂架移动至障碍点，并通过第一传感装置获取障碍点相对应的虚拟障碍坐标；根据虚拟障碍坐标，构建虚拟障碍区域；
当控制器处于第二档位时，发出第二控制指令，以控制臂架的移动区域与虚拟障碍区域无重合。
其中，当控制器处于第一档位或第二档位时，根据臂架的动作姿态数据及障碍物数据，分别计算出臂架及障碍物的虚拟空间坐标，并判断障碍物是否出现在臂架的预设范围内；
若障碍物处于臂架的预设范围内，则发出报警指令并控制臂架使其处于锁止状态；反之则不发出报警指令。
当控制器处于臂架单元控制档位时，发出臂架单元控制指令，使与所述臂架单元控制档位相配合的臂架单元处于锁止状态。其中，臂架单元控制档位的数量是由臂架单元的数量决定的，每一个臂架单元都有相对应的臂架单元控制档位。
需要强调的是，臂架单元控制档位与第一档位或第二档位是独立工作的。在控制器上还设有确认按钮，当控制器调至第一档位时，按下确认按钮默认控制器处于构建虚拟障碍区域过程中，这时可以将控制器先调至任意一个臂架单元控制档位，按下确认按钮锁住该臂架单元，根据实际情况锁住下一个臂架单元或者将控制器重新调至第一档位，继续构建虚拟障碍区域。第二档位同理。
实施例3
本实施例提供了一种泵车，包括泵车本体，以及实施例1的臂架自动避障系统，减少泵车在工作时的安全隐患，使泵车的臂架操作更加简单。
在本发明的描述中，需要理解的是，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，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。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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种臂架自动避障系统，其特征是，包括第一传感装置、臂架及控制器，所述第一传感装置用于获取障碍点相对应的虚拟障碍坐标；所述第一传感装置的数据输出端及臂架的控制端分别连接控制器；
所述控制器设有第一档位及第二档位，当控制器处于第一档位时，控制器发出第一控制指令，以控制臂架移动至障碍点，并通过第一传感装置获取障碍点相对应的虚拟障碍坐标；根据所述虚拟障碍坐标，构建虚拟障碍区域；
当控制器处于第二档位时，控制器发出第二控制指令，以控制臂架的移动区域与虚拟障碍区域无重合；
还包括第二传感装置；所述第二传感装置用于获取臂架的动作姿态数据，并将所述动作姿态数据发送至控制器；
还包括第三传感装置；所述第三传感装置用于实时检测臂架附近的障碍物数据，并将所述障碍物数据发送至控制器；
当控制器处于第一档位或第二档位时，根据所述臂架的动作姿态数据及障碍物数据，分别计算出臂架及障碍物的虚拟空间坐标，并判断障碍物是否出现在臂架的预设范围内；若障碍物处于臂架的预设范围内，则发出报警指令并控制臂架使其处于锁止状态；反之则不发出报警指令。
2.根据权利要求1所述的臂架自动避障系统，其特征是，所述臂架包括多个活动连接的臂架单元，所述臂架的动作姿态数据包括各臂架单元间的角度数据。
3.根据权利要求2所述的臂架自动避障系统，其特征是，所述控制器还设有多个臂架单元控制档位；
当控制器处于臂架单元控制档位时，控制器发出臂架单元控制指令，使与所述臂架单元控制档位相配合的臂架单元处于锁止状态。
4.根据权利要求1所述的臂架自动避障系统，其特征是，所述障碍点的数量不少于两个，则与障碍点相对应的虚拟障碍坐标的数量也不少于两个。
5.一种臂架自动避障方法，其特征是，包括，
当控制器处于第一档位时，发出第一控制指令，以控制臂架移动至障碍点，并通过第一传感装置获取障碍点相对应的虚拟障碍坐标；根据所述虚拟障碍坐标，构建虚拟障碍区域；
当控制器处于第二档位时，发出第二控制指令，以控制臂架的移动区域与虚拟障碍区域无重合；
还包括，
当控制器处于第一档位或第二档位时，获取臂架的动作姿态数据及障碍物数据；
根据所述臂架的动作姿态数据及障碍物数据，分别计算出臂架及障碍物的虚拟空间坐标，并判断障碍物是否出现在臂架的预设范围内；
若障碍物处于臂架的预设范围内，则发出报警指令并控制臂架使其处于锁止状态；反之则不发出报警指令。
6.根据权利要求5所述的臂架自动避障方法，其特征是，还包括，当控制器处于臂架单元控制档位时，发出臂架单元控制指令，使与所述臂架单元控制档位相配合的臂架单元处于锁止状态。
7.一种泵车，其特征是，包括泵车本体，以及权利要求1-4任一项所述的臂架自动避障系统。
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