CN212866140U - 一种智能挖掘机工作装置自主避障系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能挖掘机工作装置自主避障系统，属于工程车辆自动化领域，其特征在于：整套自主避障系统主要针对智能挖掘机的两种工况下的避障，分别是进行挖掘动作时铲斗对作业对象内障碍物的避让和进行回转动作时铲臂对回转空间内障碍物的避让，前者是通过监测管道内液压油的压力实现挖掘过程中的避障，后者则是通过机器视觉实现回转过程中的避障。为了保护工作装置，并对传统的铲臂连杆进行了改进。与传统的智能挖掘机工作装置避障系统相比，该系统具有可自主避障、运行稳定、安全可靠等优点。

Description

一种智能挖掘机工作装置自主避障系统

技术领域

本实用新型涉及工程机械的机电一体化及其测量技术领域，更具体地说是一种针对智能挖掘机的工作装置在挖掘和回转动作中能够实现自主避让障碍物的系统。

背景技术

智能挖掘机主要功能是实现对作业对象的自主作业功能，能够适应多种不同的作业对象，能够在有毒、有害的恶劣的环境中工作，所以智能挖掘机具有自主作业、适应性强、安全性高、节省人工等优点，因其具备较多的优点，使得挖掘机的自主作业成为近些年来研究的热点之一。仅仅实现智能挖掘机在理想状态下的自主作业功能还不全面，对于障碍物的避让问题也是需要解决的一个重要环节。智能挖掘机工作装置主要包括两种工况下的避障，分别是进行挖掘动作时铲斗对作业对象内障碍物的避让和进行回转动作时铲臂对回转空间内障碍物的避让，智能挖掘机工作装置的自主避障系统是为了弥补自主作业时的避障缺陷而设计的。目前的智能挖掘机对于障碍物的避让机制并不完善，无法实现复杂环境下的避障，所以开发一种智能挖掘机工作装置自主避障系统来完善智能挖掘机对于障碍物的避让机制，弥补所述不足，提高工作效能。

发明内容

本实用新型弥补了上述现有的智能挖掘机自主避障现有装置的不足，提供了一种智能挖掘机工作装置自主避障系统，为了实现了对作业对象内部和回转空间内部障碍物的避让，分别采用了油压监测和视觉监测的方案，并使用高性能的机载工控主机作为控制核心，实现智能挖掘机的自主避障，使整个系统安全可靠地稳定运行。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：动臂液压驱动油缸、斗杆液压驱动油缸、铲斗液压驱动油缸为铲臂关节动作的驱动元件，与油压传感器、视觉传感器、回转液压马达、比例电磁阀机构等共同构成了液压传动的重要组成部分；控制单元通过接口电路板接收并处理来自传感器的信号，通过比例电磁阀机构控制液压执行元件；改进之后的铲斗连杆为铲臂机构提供保护；定位装置、电源供应装置为整套系统提供必要的辅助。

进一步地，所述的智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：所述油压传感器通过输油管道与铲斗液压驱动油缸进油腔相连。

进一步地，所述的智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：所述视觉传感器为两组相同的工业相机，通过接口电路板与控制单元相连接。

进一步地，所述的智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：所述比例电磁阀机构由多组电液比例驱动器和电液比例阀组成，分别与各液压驱动元件对应连接。

进一步地，所述的智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：所述控制单元为机载工控主机，通过接口电路板接收传感器的信号并向比例电磁阀机构发送控制信号。

进一步地，所述的智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：所述铲斗连杆为弹性连杆，其主体结构为弹性阻尼体缓冲器。

进一步地，所述的智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：所述定位装置用于实现对工业相机的定位与支撑。

本实用新型产生的有益效果是：与现有技术相比较，本实用新型采用了油压监测和视觉监测的方案分别实现了对作业对象内部和回转空间内部障碍物的避让，采用以机载工控主机为主控核心的高性能控制器让整个自主避障系统在控制元件的控制下进行，实现智能挖掘机的自主避障，使整个系统安全可靠地稳定运行。

附图说明

图1为本实用新型工作部分硬件结构示意图。

图2为本实用新型铲斗连杆结构图。

图3为本实用新型控制系统原理图。

图1中，1-机载工控主机、2-电液比例驱动器组、3-电液比例阀组、4-工业相机支撑架、5-工业相机一、6-工业相机二、7-回转液压马达、8-动臂液压驱动油缸、9-斗杆液压驱动油缸、10-油压传感器、11-铲斗液压驱动油缸、12-弹性连杆、13-铲斗、14-摇杆、15-斗杆器、16-动臂。

图2中，17-下支撑筒、18-弹簧、19-滚珠、20-上支撑筒。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型做进一步的解释说明。附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制；为了便于解释本实用新型，附图某些部件会有省略、放大或缩小；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明作出省略是可以理解的。

一种智能挖掘机工作装置自主避障系统，由工作装置和监测装置组成；在工作装置中，包括：回转液压马达、动臂液压驱动油缸、斗杆液压驱动油缸、铲斗液压驱动油缸、铲斗连杆、铲斗、摇杆、斗杆、动臂；在监测装置中，包括：机载工控主机、比例电磁阀机构、相机支撑架、工业相机、油压传感器、24VDC电源、接口电路板，本实施例中工业相机有两个，分别为工业相机一和工业相机二，比例电磁阀机构由电液比例驱动器组和电液比例阀组构成。

如图1所示，铲臂机构的运动部件动臂16、斗杆15、铲斗13分别由动臂液压驱动油缸8、斗杆液压驱动油缸9、铲斗液压驱动油缸11驱动产生对应的动作，摇杆14、铲斗连杆12为铲斗液压驱动油缸11的动力输出起到必要的辅助作用。

进一步地，所述动臂液压驱动油缸8、斗杆液压驱动油缸9、铲斗液压驱动油缸11受电液比例阀组3的控制，而电液比例阀组3的动作信号由电液比例驱动器组2产生。

进一步地，油压传感器10与铲斗液压驱动油缸11的进油腔相连，在施工过程中铲斗13的齿尖与障碍物直接接触会引起液压油压力的激增，通过监测进油腔内液压油压力的方式来确定作业对象内挖掘阻力的变化。

所述工业相机一5和工业相机二6通过机器视觉的原理以非接触方式来获取障碍物在回转空间中的位置信息。

进一步地，工业相机支撑架4为工业相机一5和工业相机二6提供支撑和定位，且两相机的位置可以左右调节。

如图2所示，铲斗连杆12的主体结构为弹性阻尼体缓冲器，由下支撑筒17、弹簧18、滚珠19、上支撑筒20组成。

所述下支撑筒17和上支撑筒20内部有定位孔，用来实现对弹簧18的定位。

当进行挖掘作业时，若铲斗13遇到障碍物时，所述弹簧18可用来吸收铲斗13与障碍物的冲击力，为工作装置提供保护。

进一步地，为了能与铲斗液压驱动油缸11进行铰接，下支撑筒17和上支撑筒20上设有销孔。

进一步地，为了消除径向力的作用对弹簧18造成的影响，在下支撑筒17的外侧和上支撑筒20的内侧为滚珠19开设轨道，使下支撑筒17、弹簧18和上支撑筒20的轴线重合。

如图3所示，监测装置由24VDC电源供电，机载工控主机1、油压传感器10、工业相机一5、工业相机二6、比例电磁阀机构中的电液比例驱动器组2相互之间的信号都是通过接口电路板进行传递。

所述油压传感器10采集的油压值超过机载工控主机1分析出的正常工作压力值时，意味着挖掘对象中包含障碍物，机载工控主机1会向比例电磁阀机构中的电液比例驱动器组2发送控制信号，通过控制电液比例阀组3分别控制各自对应的液压驱动油缸，自主调整挖掘轨迹实现挖掘过程中的避障。

在回转液压马达7带动铲臂进行回转动作时，若工业相机一5和工业相机二6拍摄到回转路径中存在障碍物时，机载工控主机1会发出控制信号，自主调整运动轨迹，实现回转过程中的避障。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：动臂液压驱动油缸、斗杆液压驱动油缸、铲斗液压驱动油缸为铲臂关节动作的驱动元件，与油压传感器、视觉传感器、回转液压马达、比例电磁阀机构共同构成了液压传动部分；控制单元通过接口电路板接收并处理来自传感器的信号，通过比例电磁阀机构控制液压执行元件；改进之后的铲斗连杆为铲臂机构提供保护；定位装置、电源供应装置为整套系统提供必要的辅助。

2.根据权利要求1所述的智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：所述油压传感器通过输油管道与铲斗液压驱动油缸进油腔相连。

3.根据权利要求1所述的智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：所述视觉传感器为两组相同的工业相机，通过接口电路板与控制单元相连接。

4.根据权利要求1所述的智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：所述比例电磁阀机构由多组电液比例驱动器和电液比例阀组成，分别与各液压驱动元件对应连接。

5.根据权利要求1所述的智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：所述控制单元为机载工控主机，通过接口电路板接收传感器的信号并向比例电磁阀机构发送控制信号。

6.根据权利要求1所述的智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：所述铲斗连杆为弹性连杆，其主体结构为弹性阻尼体缓冲器。

7.根据权利要求1所述的智能挖掘机工作装置自主避障系统，其特征在于：所述定位装置用于实现对工业相机的定位与支撑。

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