CN116243640A - 一种斗轮挖掘机远程控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斗轮挖掘机远程控制系统，主要采用的技术方案为:若干个位置定位装置，其分别安装在斗轮挖掘机的斗轮机构的头部、履带式行走机构和转载机构上；若干个角度定位装置，其分别安装在斗轮挖掘机的悬臂臂架回转平台中心线、连接桥回转平台中心线和斗轮挖掘机履带式行走机构中心线的适当位置；第一PLC控制装置，其与安装在斗轮挖掘机的悬臂臂架回转平台中心线和安装在连接桥回转平台中心线上的角度定位装置连接；第二PLC控制装置，其与安装在斗轮挖掘机履带中心线上的角度定位装置连接；视频监控装置，其与第一PLC控制装置连接；远程控制装置，其分别与若干个位置定位装置、第一PLC控制装置和第二PLC控制装置连接。

Description

一种斗轮挖掘机远程控制系统

技术领域

本发明涉及远程控制技术领域，特别是涉及一种斗轮挖掘机远程控制系统。

背景技术

斗轮挖掘机是露天矿连续开采与半连续开采工艺的关键设备。如图1所示，斗轮挖掘1机包括斗轮机构101、悬臂臂架102、悬臂输送胶带103、履带式行走机构104、转台机构105、钢丝绳卷扬机构106、连接桥107、受料胶带机108、卸料胶带机109、转载机构110。转载机构110和斗轮机构101之间由连接桥107固定连接，物料由斗轮机构101挖掘取到悬臂皮带上经过连接桥107运送至转载机构110，最终由转载机构110卸料臂运送至系统皮带2上。转载机构110拥有独立的行走驱动，连接桥107一端与转载机构110支撑部分铰连接，另一端与斗轮挖掘机中部料斗处铰连接，取料臂通过斗轮挖掘机履带式行走机构的转向移动改变取料臂的回转角度。斗轮式挖掘机是一种利用装于动臂前端转轮上的多个铲斗连续挖掘的多斗挖掘机。用于大量土方的挖掘、矿场的剥离和采掘以及大型料场的装卸作业，生产率高、挖掘力较大，可直接挖掘较坚硬的土壤，是连续化作业设备中比较理想的一种多斗挖掘设备，也是世界上最大成套挖掘设备之一。于是行业将注意力集中在改进设备结构、节约能源、提高自动化程度、改善工作环境的舒适性和提高环境保护措施等方面。

斗轮挖掘机以斗轮转动和动臂随转台匀速回转的复合运动进行挖掘作业，斗轮上的铲斗自下而上进行切削土壤并装斗，当铲斗转至上部位置时，将土卸于悬臂带式输送机上输出。作业时挖掘机不行走，动臂的倾角由变幅机构调整，以适应分层挖掘作业。有的动臂长度还可改变。当停机点弧形工作范围内的土壤全部挖掘后，挖掘机向前运行一段距离，再进行挖掘工作。所以斗轮挖掘机操作员的工作环境空旷且恶劣，而随着散料装卸设备，例如斗轮机无人值守技术越来越成熟，像斗轮挖掘机这类大型设备对于远程操作、智能化操作的需求越来越大，但是由于履带桥式斗轮挖掘机需要定位的机构有转载机、连接桥、履带行走机构、回转机构、俯仰机构，这对于斗轮挖掘机取料点定位成为难题，另外连接桥的回转是由履带行走机构通过一侧履带不动，另一侧履带转动调整方向，使得斗轮挖掘机对于料场的定位只能通过操作人员在机上通过肉眼进行定位调整，这就使得对于斗轮挖掘机智能化升级遇到阻碍，甚至目前连对斗轮挖掘机的远程控制都无法完全实现。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种斗轮挖掘机远程控制系统，主要目的在于实现斗轮挖掘机机的远程控制及自动作业。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

本发明的实施例提供一种斗轮挖掘机远程控制系统。其包括：

若干个位置定位装置，其分别安装在斗轮挖掘机的斗轮机构的头部、履带式行走机构和转载机构上，用于实时定位斗轮机构的头部、履带式行走机构和转载机构的位置以及用于测量斗轮挖掘机初始作业点到系统皮带的距离；

若干个角度定位装置，其分别安装在斗轮挖掘机的悬臂臂架回转平台中心线、连接桥回转平台中心线和斗轮挖掘机履带式行走机构中心线的适当位置，用于实时定位斗轮挖掘机悬臂臂架的回转角度、连接桥的回转角度和履带相对于系统皮带的旋转角度；

第一PLC控制装置，其安装在所述斗轮挖掘机的排土机上并分别与安装在所述斗轮挖掘机的悬臂臂架回转平台中心线和安装在连接桥回转平台中心线上的角度定位装置连接；

第二PLC控制装置，其安装在所述斗轮挖掘机上并与安装在所述斗轮挖掘机履带中心线上的角度定位装置连接；

视频监控装置，其安装在所述斗轮挖掘机的排土机上并与所述第一PLC控制装置连接；

远程控制装置，其分别与所述若干个位置定位装置、所述第一PLC控制装置和所述第二PLC控制装置连接，所述远程控制装置用于根据测绘好的料场数据建立料场坐标系并对料场坐标系进行数据建模，以及用于将若干个位置定位装置定位的斗轮挖掘机的位置数据与料场坐标系相对应计算出斗轮挖掘机的当前位置坐标，再根据选择的要作业点的位置坐标和斗轮挖掘机的当前位置坐标计算出斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度发送给第二PLC控制装置，控制第二PLC控制装置根据计算出的斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度以及设定好的自动挖掘流程进行自动挖掘作业。

如前所述的，所述若干个定位装置均采用北斗定位装置。

如前所述的，所述斗轮挖掘机的悬臂臂架和斗轮挖掘机的连接桥均以系统皮带的水平方向定位回转零度。

如前所述的，所述若干个角度定位装置均采用电子罗盘传感器。

如前所述的，所述若干角度定位装置均通过RS235与所述第一PLC控制装置或第二PLC控制装置连接。

如前所述的，所述远程控制装置包括通过无线电台与所述第二PLC控制装置连接的第三PLC控制装置、通过无线电台与所述第二PLC控制装置连接的远程服务器、通过无线电台与所述第二PLC控制装置连接的远程操作站和与所述远程服务器连接的程控室，所述远程服务器分别与所述若干个位置定位装置和所述第一PLC控制装置连接，所述远程操作站与所述第三PLC控制装置连接；所述远程服务器用于根据测绘好的料场数据建立料场坐标系并对料场坐标系进行数据建模，以及将定位的斗轮机构的头部、履带式行走机构和转载机构的位置和斗轮挖掘机初始作业点到系统皮带的距离的数据与料场坐标系相对应计算出斗轮挖掘机当前位置坐标，再根据选择要作业点的位置坐标和当前斗轮挖掘机的位置坐标计算出斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度并发送给所述第三PLC控制装置；所述第三PLC控制装置用于将计算出的斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度发送给所述第二PLC控制装置并通过所述远程操作站的控制使第二PLC控制装置根据计算出的斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度以及设定好的自动挖掘流程控制斗轮挖掘机进行自动挖掘作业。

如前所述的，所述远程服务器通过以太网与所述第一PLC控制装置连接。

借由上述技术方案，本发明的斗轮挖掘机远程控制系统至少具有下列优点：

本发明的斗轮挖掘机远程控制系统通过采用北斗定位、电子罗盘传感器检测斗轮挖掘机自身位置数据，建立料场的标准坐标系，提供料场位置数据，并通过位置数据对比编写自动控制闭环逻辑，让斗轮挖掘机远程自动控制成为可能，而这种带有自动定位功能的斗轮挖掘机远程控制系统直接改善了操作人员的工作环境，降低了工作强度，同时大大提升了斗轮挖掘机的自动化程度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是斗轮挖掘机结构示意图；

图2是本发明斗轮挖掘机远程控制系统拓扑图；

图3是本发明角度定位装置安装位置图；

图4是本发明斗轮挖掘机料场作业点布置图；

图5是本发明斗轮挖掘机自动定位及控制原理图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图2所示，本发明的一个实施例提出的一种斗轮挖掘机远程控制系统，其包括：若干个位置定位装置3、若干个角度定位装置4、第一PLC控制装置5、第二PLC控制装置6、视频监控装置7和远程控制装置8。

如图2所示，所若干个位置定位装置3，其分别安装在斗轮挖掘机1的斗轮机构101的头部、履带式行走机构104和转载机构110上，用于实时定位斗轮机构101的头部、履带式行走机构104和转载机构110的位置以及用于测量斗轮挖掘机1初始作业点到系统皮带2的距离。在本发明中，若干个位置定位装置3均采用北斗定位装置，当然还可以采用其他的定位装置，具体的本发明实施例对此不进行限制。

如图2和图3所示，所述若干个角度定位装置4，其分别安装在斗轮挖掘机1的悬臂臂架102回转平台中心线、连接桥107回转平台中心线和斗轮挖掘机履带式行走机构104中心线1041的适当位置，用于实时定位斗轮挖掘机悬臂臂架102的回转角度、连接桥107的回转角度和履带相对于系统皮带2的旋转角度。斗轮挖掘机的悬臂臂架102和斗轮挖掘机的连接桥107均以系统皮带2的水平方向定位回转零度。在本发明中，若干个角度定位装置4均采用电子罗盘传感器，当然还可以采用其他的角度定位装置，具体的本发明实施例对此不进行限制。所述第一PLC控制装置5，其安装在所述斗轮挖掘机上并与安装在所述斗轮挖掘机的悬臂臂架102回转平台中心线和安装在连接桥107回转平台中心线上的角度定位装置4连接。第二PLC控制装置6，其安装在所述斗轮挖掘机上并与安装在所述斗轮挖掘机履带式行走机构104中心线上的角度定位装置连接。在本发明中，若干角度定位装置4均通过RS235与所述第一PLC控制装置5或第二PLC控制装置6连接。电子罗盘传感器的数据通过RS235将数据存入第一PLC控制装置指定的存储地址中，从而可以计算出悬臂臂架的排料臂当前的回转角度α和受料臂的回转角度β。电子罗盘传感器的数据通过RS235将数据存入第二PLC控制装置指定的存储地址中，可以计算出履带相对于系统皮带的角度，有了轮挖掘机履带的旋转角度便可以远程对轮挖掘机的各转动机构和移动机构进行精确控制和自动定位。所述视频监控装置7，其安装在所述斗轮挖掘机的排土机上并与所述第一PLC控制装置5连接。

如图2所示，所述远程控制装置8，其分别与所述若干个位置定位装置3、所述第一PLC控制装置5和所述第二PLC控制装置6连接，所述远程控制装置8用于根据测绘好的料场数据建立料场坐标系并对料场坐标系进行数据建模，以及用于将若干个位置定位装置定位的斗轮挖掘机的位置数据与料场坐标系相对应计算出斗轮挖掘机的当前位置坐标，再根据选择的要作业点的位置坐标和斗轮挖掘机的当前位置坐标计算出斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度发送给第二PLC控制装置，控制第二PLC控制装置根据计算出的斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度以及设定好的自动挖掘流程进行自动挖掘作业。具体的，远程控制装置8包括通过无线电台801与所述第二PLC控制装置6连接的第三PLC控制装置802、通过无线电台801与所述第二PLC控制装置6连接的远程服务器803、与所述第二PLC控制装置6连接的远程操作站804和与所述远程服务器803连接的程控室，所述远程服务器803分别与所述若干个位置定位装置3和所述第一PLC控制装置5连接，所述远程操作站804与所述第三PLC控制装置802连接；所述远程服务器803用于根据测绘好的料场数据建立料场坐标系并对料场坐标系进行数据建模，以及将定位的斗轮机构101的头部、履带式行走机构104和转载机构110的位置和斗轮挖掘机初始作业点到系统皮带的距离的数据与料场坐标系相对应计算出斗轮挖掘机当前位置坐标，再根据选择要作业点的位置坐标和当前斗轮挖掘机的位置坐标计算出斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度并发送给所述第三PLC控制装置；所述第三PLC控制装置用于将计算出的斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度发送给所述第二PLC控制装置并通过所述远程操作站的控制使第二PLC控制装置根据计算出的斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度以及设定好的自动挖掘流程控制斗轮挖掘机进行自动挖掘作业。具体的，远程操作站804包括操作按钮和手柄控制线，将操作按钮、手柄控制线接到第三PLC控制装置的输入模块上，并且通过无线电台与第二PLC控制装置进行数据通讯，同时将远程服务器通过以太网与第一PLC控制装置进行通讯；这样操作员通过远程操作台可以对轮挖掘机进行远程控制，通过对两条履带的控制实现斗轮挖掘机“前进”、“后退”以及受料臂的“左转”和“右转”，对斗轮挖掘机回转手柄控制对排料臂进行“左转”和“右转”控制，同时操作员可以根据安装在履带式行走机构的电子罗盘传感器的定位角度判断斗轮挖掘机当前的运行方向。并通过无线电台将视频监控装置监控画面传到程控室，让操作员在远程操作的过程中可以通过视频观察现场情况。

具体的，如图4和图5所示，本发明的斗轮挖掘机远程控制系统控制斗轮挖掘机自动挖掘方法包括以下步骤：

S1、建立料场9坐标系：通过对料场9作业地面进行测绘，在远程服务器中建立一个料场9的平面仿真系统，即建立料场坐标系，并在远程服务器上对料场坐标系进行数据建模；

S2、自动开层作业：将北斗定位斗轮挖掘机位置数据与料场坐标系相对应，计算出斗轮挖掘机当前位置坐标(x1、y1)，通过现场测绘可以得到料场9垂直于系统皮带的距离D，通过悬臂长度r,可以计算出开层时悬臂需要回转的初始角度α，即α＝arccos(D-y1)/r；选择要作业点位置，远程服务器读取要作业点位置坐标(x2、y2)，根据斗轮机当前位置坐标(x1、y1)，计算出斗轮挖掘机要前进/后退的距离L，根据斗轮挖掘机要前进/后退的距离L和要作业点位置坐标(x2、y2)计算出前进/后退后悬臂需要回转的终止角度β，即β＝arccos(L-Y2)/r，依据此算法自动开层工艺流程如下：将斗轮挖掘机通过远程操作台开到预定位置，此时通过读取北斗定位的数据可以定位到回转中心当前坐标，并计算出初次的开层角度α，悬臂回转到+α度斗轮机挖掘机进行挖掘作业，当回转到达-α度后，大车垂直于矿山前进一段距离，根据回转中心当前坐标，计算出新的开层角度β，悬臂回转从-α度转到+β度，大车继续直于矿山前进，依次往复达到开层深度后停止；

S3、自动挖掘作业：根据开层深度，由操作员在开层回转角度范围内(即0-β)设定自动挖掘回转角度，设定好回转角度，斗轮挖掘机便可以根据设定角度进行自动挖掘作业，在挖掘过程中，当回转到达终止角度后，俯仰机构下降一定角度，悬臂臂架由终止角度取料至初始角度，到达初始角度后俯仰继续下降以此往复直至俯仰机构取到地面，俯仰上升至料堆高度，行走机构前进一段距离继续之前作业流程，从而实现自动化作业。

需要说明的是，在整个自动定位过程操作员可以通过上位机对排土机的运行状态和运行参数进行监控，同时也可以对整个过程进行手动干预。

本发明通过北斗定位装置对斗轮挖掘机进行定位，通过对系统皮带和料场的测绘，绘制一份料场的“数据地图”，采用电子罗盘传感器，对各回转机构的回转角度进行了精确的角度定位，同时在履带加装电子罗盘传感器增加了对斗轮挖掘机履带转向的角度检测，并且将检测角度加入到逻辑控制程序之中，这样不仅让操作人员在远程就可以对斗轮挖掘机进行控制，还可以通过这些位置数据判断出斗轮挖掘机当前的运行状态和运行方向，根据斗轮挖掘机回转中心位置、料场位置坐标、悬臂回转角度等数据对其进行闭环控制，不仅改善了操作人员的工作环境，也大大降低了操作人员的工作强度。而且通过对斗轮挖掘机各机构的精准定位，让斗轮挖掘机实现自动作业也成为可能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种斗轮挖掘机远程控制系统，其特征在于：其包括:

若干个位置定位装置，其分别安装在斗轮挖掘机的斗轮机构的头部、履带式行走机构和转载机构上，用于实时定位斗轮机构的头部、履带式行走机构和转载机构的位置以及用于测量斗轮挖掘机初始作业点到系统皮带的距离；

若干个角度定位装置，其分别安装在斗轮挖掘机的悬臂臂架回转平台中心线、连接桥回转平台中心线和斗轮挖掘机履带式行走机构中心线的适当位置，用于实时定位斗轮挖掘机悬臂臂架的回转角度、连接桥的回转角度和履带相对于系统皮带的旋转角度；

第一PLC控制装置，其安装在所述斗轮挖掘机的排土机上并分别与安装在所述斗轮挖掘机的悬臂臂架回转平台中心线和安装在连接桥回转平台中心线上的角度定位装置连接；

第二PLC控制装置，其安装在所述斗轮挖掘机上并与安装在所述斗轮挖掘机履带中心线上的角度定位装置连接；

视频监控装置，其安装在所述斗轮挖掘机的排土机上并与所述第一PLC控制装置连接；

远程控制装置，其分别与所述若干个位置定位装置、所述第一PLC控制装置和所述第二PLC控制装置连接，所述远程控制装置用于根据测绘好的料场数据建立料场坐标系并对料场坐标系进行数据建模，以及用于将若干个位置定位装置定位的斗轮挖掘机的位置数据与料场坐标系相对应计算出斗轮挖掘机的当前位置坐标，再根据选择的要作业点的位置坐标和斗轮挖掘机的当前位置坐标计算出斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度发送给第二PLC控制装置，控制第二PLC控制装置根据计算出的斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度以及设定好的自动挖掘流程进行自动挖掘作业。

2.根据权利要求1所述的斗轮挖掘机远程控制系统，其特征在于，

所述若干个定位装置均采用北斗定位装置。

3.根据权利要求1所述的斗轮挖掘机远程控制系统，其特征在于，

所述斗轮挖掘机的悬臂臂架和斗轮挖掘机的连接桥均以系统皮带的水平方向定位回转零度。

4.根据权利要求1所述的斗轮挖掘机远程控制系统，其特征在于，

所述若干个角度定位装置均采用电子罗盘传感器。

5.根据权利要求4所述的斗轮挖掘机远程控制系统，其特征在于，

所述若干角度定位装置均通过RS235与所述第一PLC控制装置或第二PLC控制装置连接。

6.根据权利要求1所述的斗轮挖掘机远程控制系统，其特征在于，

所述远程控制装置包括通过无线电台与所述第二PLC控制装置连接的第三PLC控制装置、通过无线电台与所述第二PLC控制装置连接的远程服务器、通过无线电台与所述第二PLC控制装置连接的远程操作站和与所述远程服务器连接的程控室，所述远程服务器分别与所述若干个位置定位装置和所述第一PLC控制装置连接，所述远程操作站与所述第三PLC控制装置连接；所述远程服务器用于根据测绘好的料场数据建立料场坐标系并对料场坐标系进行数据建模，以及将定位的斗轮机构的头部、履带式行走机构和转载机构的位置和斗轮挖掘机初始作业点到系统皮带的距离的数据与料场坐标系相对应计算出斗轮挖掘机当前位置坐标，再根据选择要作业点的位置坐标和当前斗轮挖掘机的位置坐标计算出斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度并发送给所述第三PLC控制装置；所述第三PLC控制装置用于将计算出的斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度发送给所述第二PLC控制装置并通过所述远程操作站的控制使第二PLC控制装置根据计算出的斗轮挖掘机要前进/后退的距离和斗轮挖掘机悬臂臂架作业的初始角度及终止角度以及设定好的自动挖掘流程控制斗轮挖掘机进行自动挖掘作业。

7.根据权利要求6所述的斗轮挖掘机远程控制系统，其特征在于，

所述远程服务器通过以太网与所述第一PLC控制装置连接。

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