CN202689566U - 一种用于臂架的避障系统及包括该系统的工程机械设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于臂架的避障系统及包括该系统的工程机械设备，该系统包括：测距传感器，安装于所述臂架上，用于检测该测距传感器与障碍物之间的距离；臂架位置检测装置，用于检测所述臂架的空间位置；以及控制器，与所述测距传感器及臂架位置检测装置相连，用于根据所述距离及空间位置，规划所述臂架的动作路径，以避开所述障碍物。通过上述技术方案，可利用位于臂架上的测距传感器实时监测其与障碍物之间的距离，之后根据该距离及臂架的空间位置，预计下一时刻该障碍物相对于臂架的位置，并根据该位置规划臂架的动作，以实现避障。
Description
技术领域
本实用新型涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于臂架的智能避障系统及包括该系统的工程机械设备。
背景技术
在现代建筑施工中，混凝土泵车因其机动、灵活、高效等优点，已成为不可缺少的重要施工设备。在混凝土泵车的操作过程中，操作员往往根据自身操作经验目测障碍物及目标的位置来操作臂架展开，或者是通过使用对讲机以语音交流的方式在指挥员的指挥下操作臂架展开。
然而，随着混凝土泵车的工作环境越来越复杂，臂架越来越长，加之臂架是一组多冗余度机构，经常出现操作员难以或不能目测到臂架位置及其周边的情况。加之语音方式进行交流时信息量有限且缺乏准确性，使得操作员和指挥员难以准确协调，容易导致操作员误操作，造成安全事故。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于臂架的智能避障系统及包括该系统的工程机械设备，其可实现智能避障。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种用于臂架的智能避障系统，该系统包括：测距传感器，安装于所述臂架上，用于检测该测距传感器与障碍物之间的距离；臂架位置检测装置，用于检测所述臂架的空间位置；以及控制器，与所述测距传感器及臂架位置检测装置相连，用于在所述距离小于第一预设值时，根据所述距离及空间位置，确定所述障碍物的位置，并根据该障碍物的位置，规划所述臂架的动作路径，以避开所述障碍物。
其中，所述测距传感器可安装于所述臂架的与另一臂架相连接的位置处。
其中，该臂架位置检测装置可为编码器或角度传感器。
其中，该系统还可包括滤波器，该滤波器连接于所述臂架位置检测装置与所述控制器之间。
其中，该系统还可包括报警装置，所述控制器在测距传感器与障碍物之间的距离小于第一预设值时，还发送报警信号至该报警装置。
相应地，本实用新型还提供一种用于臂架的智能避障系统，该系统包括：测距传感器，安装于所述臂架上，用于检测该测距传感器与障碍物之间的距离；臂架位置检测装置，用于检测所述臂架的空间位置；速度传感器，安装于所述臂架上，用于检测所述臂架的运动速度；以及控制器，与所述测距传感器、臂架位置检测装置及速度传感器相连，用于：根据所述距离及空间位置，确定所述障碍物的位置；根据所述臂架的运动速度及空间位置，预算该臂架于下一时刻的位置；根据所述障碍物的位置及所述臂架于下一时刻的位置，计算该下一时刻的位置与所述障碍物之间的距离，并在该距离小于第二预设值时，根据所述障碍物的位置，规划所述臂架的动作路径，以避开所述障碍物。
其中，所述测距传感器可安装于所述臂架的与另一臂架相连接的位置处。
其中，该臂架位置检测装置可为编码器或角度传感器。
其中，该系统还可包括滤波器，该滤波器连接于所述臂架位置检测装置与所述控制器之间。
其中，该系统还可包括报警装置，所述控制器在所述臂架于下一时刻的位置与所述障碍物之间的距离小于第二预设值时，还发送报警信号至该报警装置。
相应地，本实用新型还提供一种工程机械设备，该设备包括上述智能避障系统；以及执行机构，与所述控制器相连，用于根据所规划的动作路径，控制所述臂架动作。
通过上述技术方案，可利用位于臂架上的测距传感器实时监测其与障碍物之间的距离，并在该距离过近时，或者在下一时刻臂架的位置与障碍物之间的距离过近时，规划臂架的动作，以实现避障。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型提供的智能避障系统的结构示意图；
图2为示出了本实用新型提供的智能避障系统中测距传感器的布置情形的示意图；
图3为示出了本实用新型提供的智能避障系统中测距传感器的另一布置情形的示意图；以及
图4为本实用新型提供的另一智能避障系统的结构示意图。
附图标记说明
10 测距传感器 20 臂架位置检测装置
30 控制器 1a、1b、1c 测距传感器
2a、2b 臂架 40 速度传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
图1为本实用新型提供的智能避障系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型提供了一种用于臂架的智能避障系统，该系统包括：测距传感器10，安装于所述臂架上，用于检测该测距传感器与障碍物之间的距离；臂架位置检测装置20，用于检测所述臂架的空间位置；以及控制器30，与所述测距传感器10及臂架位置检测装置20相连，用于在所述距离小于第一预设值时，根据所述距离及空间位置，确定所述障碍物的位置，并根据该障碍物的位置，规划所述臂架的动作路径，以避开所述障碍物。
所述测距传感器10例如可为超声波传感器、激光传感器、红外传感器等非接触式传感器，可具有多种布置方式，而根据工作环境的复杂程度进行布置，工作环境越复杂，所布置的测距传感器10越多。例如，如图2所示，一节臂架上可布置三个测距传感器，该三个测距传感器可分别位于A、B、C处，此可应用于工作环境复杂的情形；另外，如图3所示，所述测距传感器亦可安装于所述臂架的与另一臂架相连接的位置处，例如图3中的测距传感器1a和1c，此可应用于工作环境相对简单的情形。测距传感器的布置方式并不限于此，其他适于本实用新型的布置方式亦是可以的。
所述臂架位置检测装置20可为编码器或角度传感器。该臂架位置检测装置可安装于第一节臂架与回转台之间的连接处以及相邻两节臂架相连接的位置处，从而可测量第一节臂架与回转台之间的角度以及相邻臂架之间的角度，之后可借助该角度及每一臂架的长度，计算每节臂架的空间位置。
优选地，该系统还包括滤波器，该滤波器连接于所述臂架位置检测装置与所述控制器之间，藉此可滤除噪声信号，提高臂架测量精度。
以下介绍所述控制器的具体操作。
在臂架运动过程中，所述测距传感器可实时检测障碍物。当障碍物进入臂架工作区域之后，其所发出的超声波会被反射回来并由该测距传感器接收，测距传感器可根据上述发射与接收之间的时间差，计算其与障碍物之间的距离，之后将该距离输出至控制器。控制器可根据该距离，实现对障碍物的定位。
在此以图2所示为例介绍障碍物与臂架之间的距离的计算过程。图中A点坐标为(xa，ya)，B点坐标为(xb，yb)，C点坐标为(xc，yc)，位于A、B、C点的传感器所检测到的与P之间的距离分别为S1、S2、S3，AB间距为a1，P为障碍物，控制器可计算得出障碍物P与臂架的实际距离为：
D＝S1·sin θ1＝S1·sin(arccos((S1 2+a1 2-S2 2)/(2·S1·a1)))。
当该距离(即D)过近时，可根据所述障碍物的位置，反求计算臂架该如何动作方可避开该障碍物，该反求计算得到的是转台及各节臂架的转动角度(该反求过程可通过例如梯度投影法进行计算)。之后，该控制器可根据反求得到的角度信息，控制液压多路阀，使所述转台及各节臂架转动反求得到的角度，达到避开所述障碍物的效果。
优选地，所述控制器还可接收所述测距传感器的回波信号，并对该回波信号进行Kalman滤波，滤除来自其他测距传感器的干扰。之后，控制器可分析该回波信号的波形特征，并根据预先存储的多种不同的障碍物形状及与该多种不同的障碍物形状相对应的波形特征，确定所述障碍物的形状，实现障碍物分类，并在规划所述臂架的动作路径时考虑该障碍物的形状。
优选地，所述智能避障系统还包括报警装置，所述控制器在测距传感器与障碍物之间的距离小于第一预设值时，还发送报警信号至该报警装置，以控制该报警装置报警。
相应地，如图4所示，本实用新型还提供一种用于臂架的智能避障系统， 该系统包括：测距传感器，安装于所述臂架上，用于检测该测距传感器与障碍物之间的距离；臂架位置检测装置，用于检测所述臂架的空间位置；速度传感器，安装于所述臂架上，用于检测所述臂架的运动速度；以及控制器，与所述测距传感器、臂架位置检测装置及速度传感器相连，用于：根据所述距离及空间位置，确定所述障碍物的位置；根据所述臂架的运动速度及空间位置，预算该臂架于下一时刻的位置；根据所述障碍物的位置及所述臂架于下一时刻的位置，计算该下一时刻的位置与所述障碍物之间的距离，并在该距离小于第二预设值时，根据所述障碍物的位置，规划所述臂架的动作路径，以避开所述障碍物。
有关该智能避障系统的具体细节以上述所描述的智能避障系统的细节大致相同，不同之处仅在于其包含速度传感器，控制器需预测臂架于下一时刻的位置，并在该位置与障碍物之间的距离过近时，规划臂架的动作路径，以避开障碍物。
相应地，本实用新型还提供了一种工程机械设备，该设备包括上述智能避障系统；以及执行机构，与所述控制器相连，用于根据所规划的动作路径，控制所述臂架动作。该执行机构例如为回转台、臂架液压油缸等。该工程机械设备可包括但不限于混凝土泵车、起重机等。
通过上述技术方案，可利用位于臂架上的测距传感器实时监测其与障碍物之间的距离，并在该距离过近时，或者在下一时刻臂架的位置与障碍物之间的距离过近时，规划臂架的动作，以实现避障。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特 征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (10)
1.一种用于臂架的避障系统，其特征在于，该系统包括：
测距传感器，安装于所述臂架上，用于检测该测距传感器与障碍物之间的距离；
臂架位置检测装置，用于检测所述臂架的空间位置；以及
控制器，与所述测距传感器及臂架位置检测装置相连，用于在所述距离小于第一预设值时，根据所述距离及空间位置，确定所述障碍物的位置，并根据该障碍物的位置，规划所述臂架的动作路径，以避开所述障碍物。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测距传感器安装于所述臂架的与另一臂架相连接的位置处。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述臂架位置检测装置为编码器或角度传感器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括滤波器，该滤波器连接于所述臂架位置检测装置与所述控制器之间。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括报警装置，所述控制器在测距传感器与障碍物之间的距离小于所述第一预设值时，还发送报警信号至该报警装置。
6.一种用于臂架的避障系统，其特征在于，该系统包括：
测距传感器，安装于所述臂架上，用于检测该测距传感器与障碍物之间的距离；
臂架位置检测装置，用于检测所述臂架的空间位置；
速度传感器，安装于所述臂架上，用于检测所述臂架的运动速度；以及
控制器，与所述测距传感器、臂架位置检测装置及速度传感器相连，用于：
根据所述距离及空间位置，确定所述障碍物的位置；
根据所述臂架的运动速度及空间位置，预算该臂架于下一时刻的位置；
根据所述障碍物的位置及所述臂架于下一时刻的位置，计算该下一时刻的位置与所述障碍物之间的距离，并在该距离小于第二预设值时，根据所述障碍物的位置，规划所述臂架的动作路径，以避开所述障碍物。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述测距传感器安装于所述臂架的与另一臂架相连接的位置处。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，该系统还包括滤波器，该滤波器连接于所述臂架位置检测装置与所述控制器之间。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，该系统还包括报警装置，所述控制器在所述臂架于下一时刻的位置与所述障碍物之间的距离小于所述第二预设值时，还发送报警信号至该报警装置。
10.一种工程机械设备，其特征在于，该设备包括：
根据权利要求1-9中任一项权利要求所述的系统；以及
执行机构，与所述控制器相连，用于根据所规划的动作路径，控制所述臂架动作。
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