CN115182406A - 一种用于挖掘装载机的远程无人遥控系统及挖掘装载机 - Google Patents

一种用于挖掘装载机的远程无人遥控系统及挖掘装载机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了挖掘装载机技术领域的一种用于挖掘装载机的远程无人遥控系统及挖掘装载机，系统包括：车载通信单元，与主控制器连接，用于获取挖掘装载机的当前运行状态数据，并根据接收到的运行或急停控制指令向主控制器发送操作请求；遥控单元，与车载通信单元连接，用于接收车载通信单元发送的挖掘装载机的当前运行状态数据，并向车载通信单元发送操纵挖掘装载机的运行或急停控制指令；无线使能操作按键，与主控制器连接，用于切换挖掘装载机的控制模式；急停按钮，与主控制器连接，用于使主控制器进入急停状态。本发明具有操作方便，控制灵活，能在紧急情况下或信号受干扰时主动执行安全保护程序，防止车辆失控，避免造成人员和物品伤害。

Description

一种用于挖掘装载机的远程无人遥控系统及挖掘装载机
技术领域
本发明属于挖掘装载机技术领域，具体涉及一种用于挖掘装载机的远程无人遥控系统及挖掘装载机。
背景技术
目前，挖掘装载机由于其多功能和高机动性被广泛应用于工程机械领域，其工作特性：前部装载装置，后侧挖掘装置，这样的结构特性要求能够适用于更多更复杂的工作环境。但如果工作环境存在一定的安全隐患或者会对操作者的生命安全产生威胁，这样就既严重限制挖掘装载机的工作能力，也会严重影响操作者的生命安全。现有技术方案为通过电脑进行遥控操作，这样的操作方式与正常的挖掘装载机的操作方式差异很大，操作极其不方便，不具备实用性；现有技术方案虽然可以实现一定程度对挖掘装载机的无线遥控控制，但是没有充分考虑车辆在远程无人操控时候的安全性，控制逻辑上也十分简单，存在一定的弊端，比如缺少车辆在遥控信号丢失后和紧急状态下的整车主动安全控制的解决方案。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种用于挖掘装载机的远程无人遥控系统及挖掘装载机，具有操作方便，控制灵活，能在紧急情况下或信号受干扰时主动执行安全保护程序，防止车辆失控，避免造成人员和物品伤害。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
第一方面，提供一种用于挖掘装载机的远程无人遥控系统，包括：车载通信单元，与挖掘装载机的主控制器通信连接，用于获取挖掘装载机的当前运行状态数据，并根据接收到的运行或急停控制指令向主控制器发送操作请求；遥控单元，与车载通信单元通信连接，用于接收车载通信单元发送的挖掘装载机的当前运行状态数据，并向车载通信单元发送操纵挖掘装载机的运行或急停控制指令；无线使能操作按键，与主控制器连接，用于切换挖掘装载机的控制模式；急停按钮，与主控制器连接，用于使主控制器进入急停状态。
进一步地，所述车载通信单元包括与主控制器通过CAN总线连接的无线模块上位机，无线模块上位机分别与车载前摄像头、车载后摄像头、车载端通信天线和视频传输天线连接；车载前摄像头和车载后摄像头用于分别采集装载装置、挖掘装置的工作状态信息，挖掘装载机所处的环境信息。
进一步地，所述遥控单元包括遥控操作箱、分别与所述遥控操作箱连接的操作端通信天线和视频接收天线；操作端通信天线与车载端通信天线通信连接；视频接收天线与视频传输天线通信连接；遥控操作箱用于向挖掘装载机发出控制指令以控制挖掘装载机的运行。
进一步地，当遥控操作箱通过操作端通信天线向挖掘装载机发出启动指令后；无线模块上位机通过车载端通信天线接收启动指令并转发给主控制器，主控制器控制继电器，进而启动发动机。
进一步地，无线模块上位机通过车载端通信天线接收遥控操作箱发送的行驶控制指令，主控制器根据接收到的行驶控制指令通过发动机控制器控制发动机转速、通过变速箱控制器控制挖掘装载机 “前进”或“倒退”、通过转向电机控制器控制挖掘装载机实现左右转向、通过行车制动电磁阀实现行车制动。
进一步地，无线模块上位机通过车载端通信天线接收遥控操作箱发送的挖掘控制指令，主控制器根据接收到的挖掘控制指令通过挖掘及支腿控制阀，实现挖掘动作的控制。
进一步地，无线模块上位机通过车载端通信天线接收遥控操作箱发送的装载控制指令，主控制器根据接收到的装载控制指令通过装载控制阀，实现装载动作的控制。
进一步地，无线模块上位机通过车载端通信天线接收遥控操作箱发送的工作灯控制指令，主控制器根据接收到的工作灯控制指令通过工作灯继电器，实现工作灯的控制。
进一步地，当主控制器接收到急停指令或接收不到遥控动作信号时，主控制器进入急停状态，切断无线遥控功能，挖掘、装载动作无输出，变速箱切换为空挡，同时对车辆进行行车制动；当主控制器重新接收到遥控动作信号，且没有接收到急停指令时，判断车辆是否为静止状态，若是，则响应遥控动作信号，若不是，则不响应遥控动作信号。
第二方面，提供一种挖掘装载机，所述挖掘装载机配置有第一方面所述的用于挖掘装载机的远程无人遥控系统。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
（1）本发明通过车载通信单元与遥控单元进行通信，以控制挖掘装载机的运行或急停，通过无线使能操作按键换挖掘装载机的控制模式，通过急停按钮使主控制器进入急停状态，具有操作方便，控制灵活，能在紧急情况下或信号受干扰时主动执行安全保护程序，防止车辆失控，避免造成人员和物品伤害；
（2）本发明采用便携式遥控操作箱，用于无线遥控整车的启动控制、行驶控制、挖掘/装载控制以及灯光控制等，操作方便，具有极强的适用性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于挖掘装载机的远程无人遥控系统配置在挖掘装载机上的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种用于挖掘装载机的远程无人遥控系统的车载端通信单元的系统框图；
图3是本发明实施例提供的一种用于挖掘装载机的远程无人遥控系统的主动安全控制逻辑示意图；
图中：1、挖掘装载机；2、车载前摄像头；3、无线使能操作按键；4、主控制器；5、车载端通信天线；6、无线模块上位机；7、视频传输天线；8、车载后摄像头；9、急停按钮；10、操作端通信天线；11、遥控操作箱；12、视频接收天线。
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。
实施例一：
如图1~图2所示，一种用于挖掘装载机的远程无人遥控系统，包括：车载通信单元，与挖掘装载机1的主控制器4通信连接，用于获取挖掘装载机1的当前运行状态数据，并根据接收到的运行或急停控制指令向主控制器4发送操作请求；遥控单元，与车载通信单元通信连接，用于接收车载通信单元发送的挖掘装载机1的当前运行状态数据，并向车载通信单元发送操纵挖掘装载机1的运行或急停控制指令；无线使能操作按键3，与主控制器4连接，用于切换挖掘装载机1的控制模式；急停按钮9，与主控制器4连接，用于使主控制器4进入急停状态。
车载通信单元包括与主控制器4通过CAN总线连接的无线模块上位机6，无线模块上位机6分别与车载前摄像头2、车载后摄像头8、车载端通信天线5和视频传输天线7连接；车载前摄像头2和车载后摄像头8用于分别采集装载装置、挖掘装置的工作状态信息，挖掘装载机1所处的环境信息。
遥控单元包括遥控操作箱11、分别与遥控操作箱11连接的操作端通信天线10和视频接收天线12；操作端通信天线10与车载端通信天线5通信连接；视频接收天线12与视频传输天线7通信连接；遥控操作箱11用于向挖掘装载机1发出控制指令以控制挖掘装载机1的运行。
本实施例中，无线模块上位机6固定在驾驶室内部，并通过CAN总线与挖掘装载机1的主控制器4进行信息交换；视频传输天线7和车载端通信传输天线5固定在驾驶室顶部，驾驶室外部安装急停按钮9与主控制器4硬线连接；无线使能操作按键3与主控制器4硬线连接；固定在驾驶室顶部的车载前摄像头2、车载后摄像头8接入无线模块上位机6；遥控操作箱11布置有操作手柄、拨钮开关等操作装置和显示器，显示器提供视频显示界面以及状态工况信息界面。
工作原理如下：
当面对高危工作环境时，可以将操控方式由驾驶室操作切换为远程无线遥控，具体可以通过驾驶室内部的无线使能操作按键3进行切换。整车进入无线遥控模式后，整车的数据及视频通讯通过车载端通讯模块和操控端进行数据交互。其中，无线模块上位机6、车载端通信天线5、视频传输天线7、遥控操作箱11、操作端通信天线10、视频接收天线12组成无线传输系统。
无线模块上位机6通过CAN总线与主控制器4进行通信，并通过操作端通信天线10接收到遥控操作箱11的工作状态信息显示界面；同时，无线模块上位机6可以将车载前摄像头2和车载后摄像头8的视频信息进行发送，并通过视频接收天线12传输，最终显示到遥控操作箱11的视频显示界面；操作人员根据视频信息和状态工况信息，操作遥控操作箱11上的手柄、拨钮开关等元器件通过无线传输系统，实现对整车功能的控制，具体控制系统构成如图2、图3所示。
启动控制：在车辆静止状态下，车辆上电后，按下遥控操作箱上的“点火”按钮，无线模块上位机通过车载端通信天线接收到控制指令发送到无线模块上位机，无线模块上位机通过CAN总线发送给主控制器，主控制器控制继电器，进而启动发动机。
行驶控制：发动机启动后，操作遥控操作箱上的行驶手柄，手柄向前/后推，分别控制车辆的前进和后退，控制信号通过无线传输系统发送到无线模块上位机，主控制器接收到指令后向变速箱控制器发送“前进”或“倒退”请求，并向发动机控制器发出发动机转速请求，进而控制整车前进，变速箱控制器根据发动机转速进行升档和降档；手柄向左/右推，分别用来控制车辆的左右转向，主控制器收到控制信号后，控制转向电机，实现左右转向控制；当需要刹车时，操作行驶手柄上的指轮，主控制器控制行车制动电磁阀，实现行车制动。
挖掘控制：操作遥控操作箱上的挖掘手柄，遥控操作箱将挖掘的“动臂升/降”、“抖杆伸/收”、“动臂左转/右转”，“铲斗开/合”的控制信号通过无线传输系统发送到主控制器，主控制器控制挖掘及支腿控制阀，实现挖掘的动作控制。
装载控制：操作遥控操作箱上的装载手柄，遥控操作箱将装载的动臂“升/降”和铲斗“开/合”的控制信号通过无线传输系统发送到主控制器，主控制器控制装载控制阀，实现装载的动作控制。
工作灯控制：拨动遥控操作箱上“前工作灯”拨钮，遥控操作箱将控制信号通过无线传输系统发送到主控制器，主控制器控制前工作灯继电器，前工作灯点亮，且前工作灯状态在遥控操作箱的显示器上指示。后工作灯的操作控制方式与前工作灯控制原理一样。
主动安全控制策略：当整车处于无线遥控操作状态时，主控制器控制警报灯常亮，示廓灯闪烁，进行危险提示；驾驶室外部及遥控终端上设置多处急停按钮，无线遥控状态下，当操作手或车辆保障人员发现紧急情况，可以拍下急停按钮，主控制器进入急停状态，切断无线遥控功能，工作机构不输出，即所有挖掘装载动作无输出，变速箱切换为空挡，同时对车辆进行行车制动，防止对人员和物品造成损伤；操作人员可以在车辆静止后，进入驾驶室，再按无线遥控使能按钮同时释放急停按钮，整车操控权限进入驾驶室操作模式。
遥控操作距离有限，当车辆行驶出了无线遥控范围，主控制器接收不到遥控动作信号时，为了避免车辆出现失控现象。主控制器将自动进入急停状态，当遥控信号重新恢复，主控制器只有收到新的遥控指令后且判断车辆为静止状态才执行响应动作，再此之前保持驻车状态，防止信号受干扰短暂恢复下车辆发生危险，降低风险概率。
本发明通过车载通信单元与遥控单元进行通信，以控制挖掘装载机的运行或急停，通过无线使能操作按键换挖掘装载机的控制模式，通过急停按钮使主控制器进入急停状态，具有操作方便，控制灵活，能在紧急情况下或信号受干扰时主动执行安全保护程序，防止车辆失控，避免造成人员和物品伤害；采用便携式遥控操作箱，用于无线遥控整车的启动控制、行驶控制、挖掘/装载控制以及灯光控制等，操作方便，具有极强的适用性。
实施例二：
基于实施例一所述的用于挖掘装载机的远程无人遥控系统，本实施例提供一种挖掘装载机，所述挖掘装载机配置有实施例一所述的用于挖掘装载机的远程无人遥控系统。
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 (10)

1.一种用于挖掘装载机的远程无人遥控系统，其特征是，包括：
车载通信单元，与挖掘装载机（1）的主控制器（4）通信连接，用于获取挖掘装载机（1）的当前运行状态数据，并根据接收到的运行或急停控制指令向主控制器（4）发送操作请求；
遥控单元，与车载通信单元通信连接，用于接收车载通信单元发送的挖掘装载机（1）的当前运行状态数据，并向车载通信单元发送操纵挖掘装载机（1）的运行或急停控制指令；
无线使能操作按键（3），与主控制器（4）连接，用于切换挖掘装载机（1）的控制模式；
急停按钮（9），与主控制器（4）连接，用于使主控制器（4）进入急停状态。
2.根据权利要求1所述的用于挖掘装载机的远程无人遥控系统，其特征是，所述车载通信单元包括与主控制器（4）通过CAN总线连接的无线模块上位机（6），无线模块上位机（6）分别与车载前摄像头（2）、车载后摄像头（8）、车载端通信天线（5）和视频传输天线（7）连接；车载前摄像头（2）和车载后摄像头（8）用于分别采集装载装置、挖掘装置的工作状态信息，挖掘装载机（1）所处的环境信息。
3.根据权利要求2所述的用于挖掘装载机的远程无人遥控系统，其特征是，所述遥控单元包括遥控操作箱（11）、分别与所述遥控操作箱（11）连接的操作端通信天线（10）和视频接收天线（12）；操作端通信天线（10）与车载端通信天线（5）通信连接；视频接收天线（12）与视频传输天线（7）通信连接；遥控操作箱（11）用于向挖掘装载机（1）发出控制指令以控制挖掘装载机（1）的运行。
4.根据权利要求3所述的用于挖掘装载机的远程无人遥控系统，其特征是，当遥控操作箱（11）通过操作端通信天线（10）向挖掘装载机（1）发出启动指令后；无线模块上位机（6）通过车载端通信天线（5）接收启动指令并转发给主控制器（4），主控制器（4）控制继电器，进而启动发动机。
5.根据权利要求3所述的用于挖掘装载机的远程无人遥控系统，其特征是，无线模块上位机（6）通过车载端通信天线（5）接收遥控操作箱（11）发送的行驶控制指令，主控制器（4）根据接收到的行驶控制指令通过发动机控制器控制发动机转速、通过变速箱控制器控制挖掘装载机（1）“前进”或“倒退”、通过转向电机控制器控制挖掘装载机（1）实现左右转向、通过行车制动电磁阀实现行车制动。
6.根据权利要求3所述的用于挖掘装载机的远程无人遥控系统，其特征是，无线模块上位机（6）通过车载端通信天线（5）接收遥控操作箱（11）发送的挖掘控制指令，主控制器（4）根据接收到的挖掘控制指令通过挖掘及支腿控制阀，实现挖掘动作的控制。
7.根据权利要求3所述的用于挖掘装载机的远程无人遥控系统，其特征是，无线模块上位机（6）通过车载端通信天线（5）接收遥控操作箱（11）发送的装载控制指令，主控制器（4）根据接收到的装载控制指令通过装载控制阀，实现装载动作的控制。
8.根据权利要求3所述的用于挖掘装载机的远程无人遥控系统，其特征是，无线模块上位机（6）通过车载端通信天线（5）接收遥控操作箱（11）发送的工作灯控制指令，主控制器（4）根据接收到的工作灯控制指令通过工作灯继电器，实现工作灯的控制。
9.根据权利要求3所述的用于挖掘装载机的远程无人遥控系统，其特征是，当主控制器（4）接收到急停指令或接收不到遥控动作信号时，主控制器（4）进入急停状态，切断无线遥控功能，挖掘、装载动作无输出，变速箱切换为空挡，同时对车辆进行行车制动；当主控制器（4）重新接收到遥控动作信号，且没有接收到急停指令时，判断车辆是否为静止状态，若是，则响应遥控动作信号，若不是，则不响应遥控动作信号。
10.一种挖掘装载机，其特征是，所述挖掘装载机配置有权利要求1~9任一项所述的用于挖掘装载机的远程无人遥控系统。
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