CN212515423U - 智能控制器和机械设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种智能控制器，属于机械设备控制领域。所述智能控制器包括：外接模块，设置在所述智能控制器中，用于与机械设备的整车控制器和其他外接设备连接；通讯模块，用于获取采集自所述外接设备的机械设备运行工况信息，并将所述运行工况信息传输到所述推理模块；所述推理模块用于对所述运行工况信息进行人工智能计算推理，根据推理结果确定机械设备运行规则，并生成对应的机械设备执行构件运行控制指令。储存模块，设置在所述智能控制器内，用于存储所述农机控制器的运行程序和运行数据。本实用新型提供的智能控制器适配大部分传统机械设备，提高机械设备人工智能感知和推理能力，增强机械设备智能化。

Description

智能控制器和机械设备

技术领域

本实用新型涉及机械设备控制领域，具体地涉及一种智能控制器和一种机械设备。

背景技术

近年来，我国生产机械化虽保持了快速发展势头，但中高端机械设备而产品不多，低端产品过剩，机械设备智能化水平整体不高。农业机械设备(下称农机)因为执行作业时作业工况复杂，需要处理的工况信息复杂，所以控制系统是决定农机智能化水平的核心关键要素，传统农机的控制系统以整车控制器为核心，通过运行在其上的控制软件实现机械、电气、液压系统的控制，进而驱动执行部件完成农机驾驶或作业任务。但整车控制器无法执行复杂的、以智能感知与控制为目的的人工智能(下称AI)计算，目前有一些通过采用小算力、小存储的边缘计算设备执行部分AI计算，对于强算力、大存储的AI计算则通过云计算的方式执行，但这种解决方案受限于边缘计算设备扩展接口有限，导致可扩展传感器模块有限，且传感器数据的采集延迟严重，因而造成AI性能不高；这种方案还受限于边缘计算设备的算力，无法执行多种AI计算，造成AI性能不高；还有，在农机户外作业区域，网络带宽普遍较低、通信延迟普遍较大，这严重降低了云计算的实时性，从而造成智能农机的AI功能、性能均无法达到实用要求。另外，目前一些用于乘用车的车载计算终端在算力方面可能满足基本要求，但受部分机械设备工作环境恶劣、作业任务多样等因素制约，依旧无法适用于智能。因此，研制基于人工智能技术且适用于传统机械设备的AI控制器势在必行。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种智能控制器，以至少解决上述的农机无法通过边缘计算设备或整车控制器进行完全AI升级的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种智能控制器，该控制器包括：外接模块，用于与机械设备整车控制器和其他外接设备连接；通讯模块，与所述外接模块和推理模块连接，用于获取采集自所述外接设备的机械设备运行工况信息，并将所述运行工况信息传输到所述推理模块；所述推理模块，用于对所述运行工况信息进行人工计算计算推理，根据推理结果确定机械设备运行规则；并生成对应的机械设备执行构件运行控制指令。

优选的，所述智能控制器还包括用于储存所述智能控制器运行程序和运行数据的储存模块。

优选的，所述外接模块包括：多个外设接口，用于对应的外接设备的接入；CAN总线接口，用于所述智能控制器与所述整车控制器的通讯连接。

优选的，所述外设接口至少包括:RS-232、RS-422、RS-485、USB、 GMSL/FPD-Link、以太网接口，以及HDMI/VGA/DVI、SYNC_IO、 GPIO、wifi、蜂窝网络接口。

优选的，所述外接设备至少包括：传感器装置，设置在所述机械设备外表面和工作仓，用于采集机械设备运行工况信息；人机交互装置，用于所述机械设备与技术人员、操作手的交互。

优选的，所述智能控制器的运行电源与所述整车控制器的运行电源取自同一电源回路。

优选的，所述所述运行控制指令能够经由所述通讯模块发送至所述整车控制器。

优选的，所述智能控制器用于与所述整车控制器协同控制所述机械设备运行。

优选的，所述外接模块、所述通讯模块和所述推理模块均密封封装于同一控制器外壳中。

另一方面，本实用新型提供一种机械设备，其特征在于，所述机械设备包括上述智能控制器，所述机械设备为农业机械设备。

通过本申请技术方案，机械设备配置本申请的智能控制器，智能控制器与机械设备的整车控制器连接，智能控制器通过外接的传感器模块进行机械设备运行信息收集，并根据采集的机械设备运行信息计算农机运行规则，可以配合整车控制器对机械设备运行状态进行调整，由于为机械设备额外配置了智能控制器，不同于整车控制器，人工智能推理模块可以在智能控制器上进行扩展，可以执行多种强算力、大存储的AI计算与推理，AI 性能得到提升，机械设备的人工智能控制通过智能控制器得以实现，对机械设备的整车控制器计算能力没有要求，解决了边缘计算设备扩展能力弱、计算能力不足和信息传递困难的问题。

本实用新型实施例的其它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实施例的进一步理解，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实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：

图1是本实用新型一种实施方式提供的智能控制器的结构示意图；

图2是本实用新型一种实施方式提供的农机智能控制流程图。

附图标记说明

10外接模块 20通讯模块 30推理模块

40存储模块 50整车控制器

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例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实施例，并不用于限制本实用新型实施例。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1是本实用新型一种实施方式提供的智能控制器的结构示意图，如图 1所示，本实用新型实施方式提供了一种智能控制器，所述控制器包括：外接模块10，用于与机械设备的整车控制器50和其他外接设备连接；通讯模块20，与所述外接模块10和推理模块30连接，用于获取采集自所述外接设备的机械设备运行工况信息，并将所述运行工况信息传输到所述推理模块 30；所述推理模块30，用于对所述运行工况信息进行人工智能计算推理，根据推理结果确定机械设备运行规则，并生成对应的机械设备执行构件运行控制指令。

在一种可能的实施方式中，如图2所示，智能控制器通过外接模块10 扩展连接传感器，还通过CAN总线接口与整车控制器50连接，在智能控制器内配置所需的人工智能软件、系统软件和应用软件。机械设备在运行过程中，所述传感器模块实时收集机械设备运行信息，所述机械设备运行信息至少包括：机械设备作业目标信息、机械设备作业环境信息和机械设备作业效果信息，所述传感器模块通过所述通讯模块20将收集的机械设备运行信息发送到所述推理模块30，推理模块30通过人工智能软件对所述运行信息进行人工智能分析推理，并模拟机械设备运行工况，判断机械设备是否按照预设功能性能运行，如果遇到预设外情况或出现需要调整的情况，推理模块30将利用人工智能软件建立相应的人工智能模型并进行最优求解，从而推理得出适应当前运行信息的最优工况执行指令，达到人工智能感知和推理能力。所述推理模块30根据最优工况执行指令生成最优调整控制指令，并通过外接模块10的CAN总线接口将所述最优调整控制指令发送到机械设备整车控制器50，配合机械设备整车控制器50通过机械设备的机械系统、电气系统和液压系统来调整机械设备运行状态，达到机械设备智能运行的目的。

优选的，所述外接模块10包括：多个外设接口，用于对应的外接设备的接入；CAN总线接口，用于所述智能控制器与机械设备整车控制器50的通讯连接；所述外设接口至少包括:RS-232、RS-422、RS-485、USB、 GMSL/FPD-Link、以太网接口，以及HDMI/VGA/DVI、SYNC_IO、GPIO、 wifi、蜂窝网络接口。

在本实用新型实施例中，智能控制器的外设接口数量和种类都很多，方便更多种类的外接设备进行连接，使得智能控制器的外接设备扩展能力足够强，能够通过扩展对应的外接设备适应任何复杂的机械设备运行工况。传统机械设备整车控制器50的计算能力和扩展能力都有限，无法通过扩展各种传感器来达到机械设备的人工智能感知，现有技术的边缘计算设备虽然可以进行外接设备连接，但扩展能力有限，无法满足机械设备一些复杂工况的精准作业。而本实用新型的智能控制器，外接扩展能力很强，种类也很多，可扩展的功能性外接设备种类齐全，配合智能控制器强大的人工智能计算能力，实现机械设备在任何工况下都能实施精准智能作业的能力。现有技术的机械设备整车控制器50无法实现对传感器模块采集的运行信息进行人工智能分析计算，通过CAN总线接口，将执行人工智能分析计算的推理模块30放在智能控制器内，对机械设备的整车控制器50没有要求，整车控制器50只需要通过CAN总线接口与智能控制器进行简单的最终控制指令和简单信息的交互，适用于绝大部分传统机械设备，简单通过CAN总线连接实现传统机械设备向高端智能机械设备的升级。

优选的，所述外接设备至少包括：传感器装置，设置在机械设备外表面和工作仓，用于获取机械设备运行工况信息；人机交互装置，用于机械设备与技术人员、操作手的交互。

在本实用新型实施例中，想要实现机械设备的人工智能感知，就需要机械设备外接有足够的传感器模块，例如机械设备的运行方向、机械设备周围是否有障碍物、机械设备进行的作业类型、机械设备运行的地形情况等都需要对应的传感器进行信息采集。本实用新型提出的智能控制器有强大的扩展能力，至少包括温度传感器、速度传感器、视频传感器、压力传感器等多种传感器类型都可以通过外接模块10连接到智能控制器，并通过通讯模块20 将采集的机械设备运行信息发送到智能控制器推理模块30，实现对机械设备运行工况的完全感知，即使是复杂的运行地形和突然出现的紧急情况，都可以通过对应的外接传感器捕捉到，通过智能控制器控制机械设备及时做出应对。外接模块10还可以连接鼠标、显示器和键盘等人机交互设备，操作人员通过显示器可以实时了解机械设备运行状态，在出现紧急情况或复杂工况时，操作人员可以通过人机交互设备进行机械设备运行干预或配合智能控制器对机械设备进行操控，提高机械设备应对紧急情况的能力。

优选的，所述推理模块30包括：人工智能计算硬件模块，用于执行机器学习、深度学习计算任务，所述硬件模块至少包括：CPU/GPU/NPU和内存；人工智能推理软件模块，用于根据所述传感器装置获取的机械设备运行工况信息进行人工智能推理，模拟机械设备运行工况，确定机械设备运行规则。所述软件模块至少包括：人工智能感知软件、人工智能优化软件、人工智能控制软件。所述软件模块可根据机械设备实际运行工况进行自定义扩展，人工智能软件储存于储存模块40，在执行特定工况作业时，硬件模块从储存模块40中读取运行对应工况的人工智能软件，执行相关工况信息的人工智能推理，依靠智能控制器配置高算力CPU和内存等硬件模块，处理复杂工况获取的大量运行数据，实现机械设备的快速人工智能运算推理。所述人工智能推理软件均基于机器学习、深度学习技术开发。

优选的，智能控制器在运行之前，需要先对其上的人工智能推理软件进行适应机械设备运行工况的人工智能模型训练，然后在实际工作过程中针对具体的机械设备运行工况进行计算和推理。不同种类的机械设备需要执行不同的工作，运行过程中的运行工况也不同，即使是相同种类的机械设备，在户外作业时，丘陵或平原地带等实际工况环境不同也会有不同的工况信息。所以，为了适应不同的工况信息，智能控制器实际工作之前，需要先进行一次工况信息获取，进行适应当前工况的人工智能模型训练，训练完成后的人工智能模型部署于智能控制器推理软件模块，从而在实际运行过程中，随着运行环境发生细微的改变，适时进行人工智能计算和推理。

在本实用新型实施例中，人工智能的计算和推理过程就是推理模块30 对于获取的机械设备运行信息进行优化求解最佳工况执行指令的过程，而推理模块30的人工智能推理软件模块所集成的人工智能模型决定了上述过程的准确性和智能性。所以在机械设备开始工作前，需要先获取一次机械设备所处工况信息，推理模块30根据所述工况信息对人工智能模型进行适应训练，达到预定的功能性能指标后将其部署在人工智能推理软件中，在机械设备工作时，推理模块30利用人工智能推理软件，根据不同的机械设备实时运行工况进行人工智能计算和推理，从而使得新型控制器在极短的时间内准确判断机械设备运行状态，并根据所述运行状态快速准确推理出机械设备需要调整的运行参数，生成对应的调整控制指令。

优选的，所述智能控制器有多样化的外接模块10接口类型，可以根据机械设备运行不用工况进行不同类型外接设备扩展，并根据所要驱动运行的外接设备进行对应的软件扩展；智能控制器安装常规计算机操作系统，除人工智能推理软件外的其它所有软件扩展都可通过常规应用商店进行下载适配。

在本实用新型实施例中，机械设备进行野外作业时，因为地形多变、农田形状不规则、突发情况多等原因使得作业工况复杂多变，想要机械设备在复杂的运行工况中保持智能精准作业，就必须使得机械设备具有强大的人工智能感知能力，通过人工智能感知去获取机械设备运行过程中全面的运行参数，来模拟机械设备准确的运行情况。例如，通过外接模块10扩展农机小麦收割机视频采集设备，通过人工智能视觉技术获取小麦的倒伏情况、生长高度密度信息，在小麦收割机运行过程中，视频采集设备通过通讯模块20实时采集小麦的倒伏状况、生长高度密度信息；推理模块30根据这些信息模拟小麦收割机的实时运行状态，并推理求解适合当前运行信息的最优收割指令；控制模块40根据最优收割指令生成最优调整控制指令，这些指令包括：割台高度调整、拨禾轮转速调整、车速调整等等；小麦收割机整车控制器50通过CAN总线接口接收最优调整控制指令，驱动小麦收割机机械系统、电气系统和液压系统来调整小麦收割机运行状态，达到智能运行的目的。智能控制器可进行软件扩展，在一些特定的机械设备运行工况中，可能需要运用到特定的人工智能软件，所以智能控制器可以进行软件扩展并将扩展软件储存于储存模块40，软件扩展能力可以保证智能控制器在运用新的运行工况时也能进行对应的人工智能软件扩展。而控制器系统既能适配现有软件又能方便进行扩展，大大减少了系统的软件开发成本。

优选的，所述智能控制器防尘防水标准不低于GB/T 4208中规定的IP68 标准。

在本实用新型实施例中，机械设备在工作过程中，可能会产生巨大的灰尘和遇到雨天作业的情况，如果灰尘和雨水进入智能控制器会导致无法散热或破坏电路使得控制器发生故障，所以智能机械设备新型控制器在防水防尘设计上需不低于GB/T 4208中规定的IP68标准，且选择合适的安装位置妥善安装，智能控制器外壳的拼接缝都通过螺丝固定和垫圈封堵的方法进行连接，使得灰尘和雨水无法通过拼接缝进入控制器内部。智能机械设备新型控制器所有外接模块10均采用IP68连接器，最大程度上阻隔灰尘和雨水，防止在机械设备运行过程中雨水和工作产生的灰尘通过外接设备接口进入新型控制器而导致控制器发生故障。本实用新型实施例使得智能控制器防尘防水标准达到GB/T 4208中规定的IP68标准，甚至超过这条标准，保证智能控制器工作过程中内部一直保持无尘无水的状态，增长控制器使用寿命，提高系统长期稳定性。

在一种可能的实施方式中，所述智能控制器被运用于装载机，装载机在运行过程中，因为驾驶舱过高和装载铲斗过大导致驾驶人员在装载作业过程中对于周围环境和铲斗接触工作面的感知能力很弱，需要驾驶人员具有很强的经验驾驶能力。将智能控制器接入到装载机的整车控制器中，并适应装载机的工作情况扩展度小镜等进行车身周围环境感知的人工智能软件，并通过外接扩展视频传感器和显示器，将车身周围的环境信息显示到驾驶舱的显示器上，并在视线死角出现障碍物或人时，用过人工智能运算软件捕捉到障碍物位置，并将显示器画面自动切换到障碍物画面。铲斗位置进行相应图像采集器，通过扩展人工智能图像识别软件，例如DeepMask和SharpMask，准确识别铲斗工作面的画面信息，并推理出最优的铲斗切入角度和高度，并实时将优选方案推送到驾驶舱的显示器，作为驾驶人员进行精准作业的参考依据，实现装载机的智能工作能力。

在另一种可能的实施方式中，所述智能控制器被运用于叉车，叉车进行仓库转运货物时具有很强的灵活性，将智能控制器接入叉车的整车控制器，通过扩展网络模块与仓管管理系统连接，仓库提货信息准确推送到智能控制器，智能控制器扩展例如DataMaker的三维实景建模的软件，通过扩展视频采集模块模拟完整的仓库三维模型，在接收到仓库提货指令后，通过推理模块30扩展的Experience-based算法提取创建的三维模型进行路径自动规划，生成到达目标货物的最快路径线路图，并配合整车控制器控制叉车按照预设路线到达货物位置，提高叉车提货效率，甚至实现叉车自动驾驶提货。

以上结合附图详细描述了本实用新型实施例的可选实施方式，但是，本实用新型实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施例的技术构思范围内，可以对本实用新型实施例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实施例的保护范围。

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，本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型实施例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实施例的思想，其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种智能控制器，其特征在于，所述智能控制器包括：

外接模块，设置在所述智能控制中，用于与机械设备的整车控制器和外接设备的连接；

通讯模块，与所述外接模块和推理模块电信号连接，用于获取采集自所述外接设备的机械设备运行工况信息，并将所述运行工况信息传输到所述推理模块；所述推理模块用于对所述运行工况信息进行人工智能计算推理，根据推理结果确定机械设备运行规则，并生成对应的机械设备执行构件运行控制指令；

储存模块，设置在所述智能控制器内，用于存储所述智能控制器的运行程序和运行数据。

2.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述外接模块包括多个外接接口，所述外接接口设置在所述智能控制器外壳表面。

3.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述外接模块包括：

多个外设接口，用于对应的外接设备的接入；

CAN总线接口，用于所述智能控制器与所述整车控制器的通讯连接。

4.根据权利要求3所述的智能控制器，其特征在于，所述外设接口至少包括:RS-232、RS-422、RS-485、USB、GMSL/FPD-Link、以太网接口，以及HDMI/VGA/DVI、SYNC_IO、GPIO、wifi、蜂窝网络接口。

5.根据权利要求3所述的智能控制器，其特征在于，所述外接设备至少包括：

传感器装置，设置在所述机械设备外表面和工作仓，用于采集机械设备运行工况信息；

人机交互装置，用于所述机械设备与技术人员、操作手的交互。

6.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述智能控制器的运行电源与所述整车控制器的运行电源取自同一电源回路。

7.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述运行控制指令能够经由所述通讯模块发送至所述整车控制器。

8.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述智能控制器用于与所述整车控制器协同控制所述机械设备运行。

9.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述通讯模块、所述推理模块和所述储存模块均密封封装于所述智能控制器外壳中。

10.一种机械设备，其特征在于，所述机械设备包括权利要求1-9中任一项权利要求所述的智能控制器，所述机械设备为农业机械设备。

Images