CN218273132U - 作业机械调控系统及作业机械 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种作业机械调控系统及作业机械，涉及作业机械技术领域，该作业机械调控系统包括：孪生体、数据处理装置、第一采集部件以及第二采集部件；第一采集部件与作业机械的车身控制器通讯连接，用于采集作业机械的位姿信息；第二采集部件与数据处理装置通讯连接，用于采集孪生体的位姿信息；数据处理装置用于控制孪生体展现作业机械的位姿和/或向车身控制器发送孪生体的位姿信息。该系统用以解决现有技术中基于将作业机械状态信息通过三维模型展示，进行作业机械实时监控，所造成的用户使用体验感不佳的缺陷，基于能够实时模拟、监控主机在真实环境中的状态和行为的实体孪生体，实现对作业机械的监控和远程调控。

Description

作业机械调控系统及作业机械

技术领域

本实用新型涉及作业机械技术领域，尤其涉及一种作业机械调控系统及作业机械。

背景技术

作业机械在研发和使用过程中均对操作人员的安全具有一定的威胁。因为在研发过程中，需要研发人员在实际操作中不断调试，而在调试过程中，存在一定的不可控因素，会对操作人员的人身安全产生威胁。而在使用过程中，由于工作环境恶劣、工作强度大、作业时间长等因素，不仅会对操作人员的人身安全产生威胁，还使得潜在故障风险提高，而一旦发生故障将会带来严重的损失。

基于此，目前出现了能够基于远程控制的作业机械。同时，为了保证操作人员的人身安全，以及作业机械稳定作业，在调试和使用过程中，均需要对作业机械的工作状态进行实时监测。

目前的监测方式主要是通过单独设置的监控系统采集作业机械的状态信息，然后通过虚拟的三维模型进行展示，然而，基于虚拟三维模型的展示受模型精细程度，以及渲染效果等的影响，对作业机械的姿态展示不够直观和真实，使用户的使用体验感不佳。

实用新型内容

本实用新型提供一种作业机械调控系统及作业机械，用以解决现有技术中基于将作业机械状态信息通过三维模型展示，进行作业机械实时监控，所造成的用户使用体验感不佳的缺陷，基于能够实时模拟、监控主机在真实环境中的状态和行为的实体孪生体，实现对作业机械的监控和远程调控。

本实用新型提供一种作业机械调控系统，包括：孪生体、数据处理装置、第一采集部件以及第二采集部件；所述孪生体为与作业机械的动作形态匹配的物理实体；其中，

所述第一采集部件与所述作业机械的车身控制器通讯连接，布置于所述作业机械的各个活动部件的位置上，用于采集所述作业机械的位姿信息；

所述第二采集部件与所述数据处理装置通讯连接，布置于所述孪生体对应各个所述活动部件的位置上，用于采集所述孪生体的位姿信息；

所述数据处理装置与所述车身控制器通讯连接，用于接收所述车身控制器发送的所述作业机械的位姿信息和/或向所述车身控制器发送所述孪生体的位姿信息。

根据本实用新型所述的作业机械调控系统，还包括：操控部件；

所述操控部件与所述数据处理装置通讯连接，用于在操作时，使所述数据处理装置根据所述操控部件的操作动作，控制所述孪生体的位姿。

根据本实用新型所述的作业机械调控系统，所述操控部件为操作手柄。

根据本实用新型所述的作业机械调控系统，所述数据处理装置与所述第二采集部件，所述第一采集部件与所述车身控制器均通过CAN总线连接。

根据本实用新型所述的作业机械调控系统，所述数据处理装置与所述车身控制器基于无线传输装置通讯连接。

根据本实用新型所述的作业机械调控系统，所述数据处理装置与所述车身控制器通过4G网络连接。

根据本实用新型所述的作业机械调控系统，所述第一采集部件和第二采集部件为位姿传感器。

根据本实用新型所述的作业机械调控系统，所述数据处理装置为边缘计算平台。

根据本实用新型所述的作业机械调控系统，所述孪生体为实现所述作业机械的动作形态的机械臂或模型。

本实用新型还提供一种包括如上述任一种所述的作业机械调控系统的作业机械。

本实用新型提供的一种作业机械调控系统及作业机械，通过设置与作业机械的动作形态匹配的孪生体，然后在作业机械的各个活动部件的位置上布置用于采集作业机械的位姿信息第一采集部件，在孪生体对应作业机械的各个活动部件的位置上布置用于孪生体的位姿信息的第二采集部件，并使第一采集部件通讯连接作业机械的车身控制器，第二采集部件通讯连接数据处理装置，而数据处理装置还与车身控制器通讯连接，使得作业机械的位姿信息和孪生体的位姿信息可以相互传输，进而在将孪生体的位姿信息传输给作业机械的车身控制器时，能够实现基于孪生体的位姿信息对作业机械的远程控制；而在根据接收到的作业机械的位姿信息后，能够控制孪生体对作业机械的位姿进行实时展示，实现对作业机械工作状态的监控。不仅使得对作业机械工作状态的监控更加直观，提高了用户的使用体验，还能够实现作业机械的远程控制和监控，较之现有远程控制系统和状态监控系统相互独立的作业机械，有效降低了作业机械的使用成本和操控难度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的一种作业机械调控系统的结构示意图；

图2是采用本实用新型提供的作业机械调控系统的挖掘机的结构示意图；

图3是采用本实用新型提供的作业机械调控系统的挖掘机的执行逻辑示意图；

附图标记：

1：挖掘机；2：孪生体；3：第一位姿传感器；4：第二位姿传感器；5：边缘计算平台；6：车身控制器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

可以理解的是，目前对于作业机械的监控系统多采用采集作业机械的状态信息，然后通过虚拟三维模型进行展示的方式，进行作业机械的运行状态的监控，基于采集的状态信息构建的虚拟三维模型，受模型精细程度以及渲染效果等的影响，与作业机械的实际工作状态存在一定的差异，使得监测不够直观，影响用户的使用体验，同时，作业机械的远程控制系统和监控系统相互独立设置，即监控系统不能实现对作业机械的远程控制功能，远程控制系统也不能实现对作业机械运行状态的监控功能，因而增加了作业机械的使用成本和操作难度。

基于此，本实用新型实施例提出了一种作业机械调控系统，实现控制系统和监控系统的结合，降低了作业机械的使用成本，同时基于实体孪生体的监控和远程控制，将作业机械的工作状态以实体形式直观的展示给操作人员，有效降低了操作人员的操作难度，提高了用户的使用体验。

下面结合图1至图3描述本实用新型的一种作业机械调控系统，如图1所示，所述作业机械调控系统包括：孪生体110、数据处理装置120、第一采集部件130以及第二采集部件140；所述孪生体110为与作业机械150的动作形态匹配的物理实体；其中，

所述第一采集部件130与所述作业机械150的车身控制器160通讯连接，布置于所述作业机械150的各个活动部件的位置上，用于采集所述作业机械150的位姿信息；

所述第二采集部件140与所述数据处理装置120通讯连接，布置于所述孪生体1对应各个所述活动部件的位置上，用于采集所述孪生体1的位姿信息；

所述数据处理装置120与所述车身控制器160通讯连接，用于接收所述车身控制器160发送的所述作业机械150的位姿信息和/或向所述车身控制器160发送所述孪生体110的位姿信息。

具体地，通过设置与作业机械的动作形态匹配的孪生体，然后在作业机械的各个活动部件的位置上设置能够采集作业机械的位姿信息的第一采集部件，在孪生体对应各个活动部件的位置上设置能够采集孪生体的位姿信息的第二采集部件。同时，可以理解的是，作业机械通过车身控制器控制执行各种作业动作。因而，通过将车身控制器和能够控制孪生体动作的数据处理装置相连接，能够实现基于数据处理装置和车身控制器将孪生体的位姿信息和作业机械的位姿信息进行交互。即在进行作业机械的远程控制时，通过数据处理装置将孪生体的位姿信息传输给车身控制器，使车身控制器能够根据孪生体的位姿信息控制作业机械的动作形态；而在进行作业机械监控时，通过车身控制器将作业机械的位姿信息传输给数据处理装置，使数据处理装置能够控制孪生体对作业机械的位姿进行实时展示。基于实体孪生体的设置，不仅提高了监控或调试的直观性和真实性，还使本实用新型实施例所述的作业机械调控系统兼具了远程控制和监控功能，较之现有远程控制系统和状态监控系统相互独立的作业机械，有效降低了作业机械的使用成本和操控难度。

更具体地，通过能够实时模拟作业机械在真实工作环境中的状态和行为的孪生体的设置，能够通过对孪生体的调试代替对作业机械的调试，不仅避免了直接对作业机械进行调试的安全风险，还大大降低了研发人员的工作强度，进而提高了研发效率。

作为本实用新型的一种实施例，所述的作业机械调控系统还包括：操控部件；

所述操控部件与所述数据处理装置通讯连接，用于在操作时，使所述数据处理装置根据所述操控部件的操作动作，控制所述孪生体的位姿。

具体地，通过设置操控部件，使得在进行作业机械的远程控制时，能够通过在操控部件上的操作，来实现对作业机械执行动作的控制。即由数据处理装置接收操作操控部件产生的控制信息，并将其处理为位姿信息，之后传输到作业机械的车身控制器和孪生体，从而实现作业机械的远程控制，并使孪生体实时展示作业机械的位姿，便于对作业机械的实时监控。

更具体地，操控部件设置在孪生体上，或者孪生体的附近，在操作操控部件时，孪生体实时展示的是作业机械的位姿，不仅便于对作业机械的实时监控，也便于操作人员根据孪生体的位姿，来更为方便的操控作业机械。

可以理解的是，作业机械主要用于特定的作业执行，因而存在大量重复的作业动作，例如挖掘机在进行甩方、平地等动作时，就常常是挖掘、卸载和回转动作的重复。因而，在对作业机械进行远程控制时，可以通过在孪生体上预设相应作业动作的方式来简化对作业机械的远程控制。

具体地，在操作人员确定了需要远程控制作业机械执行的作业动作后，可以手动赋予孪生体执行相应作业动作开始时的初始姿态、执行过程中的中间姿态，以及执行结束时的结束姿态，数据处理装置在获取到初始姿态、中间姿态以及结束姿态三个姿态对应的位姿信息后，基于预设的作业动作，就能确定预控制作业机械执行的作业动作，之后对孪生体处于三个位置时的位姿信息自动进行插值，就能得到中间过程，最终将计算结果传输到车身控制器和孪生体，即可实现作业机械和孪生体对相应作业动作的执行，从而进一步简化作业机械的远程控制。

作为本实用新型的一种实施例，所述操控部件为操作手柄。

具体地，通过将操控部件设置为目前操控作业机械常用的操作手柄，使得操作人员更易操控，进一步提高了使用的便捷性和体验感。

作为本实用新型的一种实施例，所述数据处理装置与所述第二采集部件，所述第一采集部件与所述车身控制器均通过CAN总线连接。

具体地，通过CAN总线分别将数据处理装置与第二采集部件，以及车身控制器与第一采集部件相连接，通用性强，成本低，还保证了数据传输的可靠性。

作为本实用新型的一种实施例，所述数据处理装置与所述车身控制器基于无线传输装置通讯连接。

具体地，通过将数据处理装置与车身控制器无线连接，减少了长距离布线的麻烦，使得本实用新型实施例所述的作业机械调控系统使用更加方便。

作为本实用新型的一种实施例，所述数据处理装置与所述车身控制器通过4G网络连接。

具体地，第四代移动通信技术(4th Generation Mobile CommunicationTechnology，4G)是目前常用的无线数据通讯技术，因而可以通过4G网络将数据处理装置与车身控制器进行无线连接。

更具体地，也可以通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service，GPRS)或第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology，5G)等将数据处理装置与车身控制器连接，在这里不做赘述。

作为本实用新型的一种实施例，所述第一采集部件和第二采集部件为位姿传感器。

具体地，通过位姿传感器能够准确的获得作业机械以及孪生体的位姿信息。

作为本实用新型的一种实施例，所述数据处理装置为边缘计算平台。

可以理解的是，边缘计算指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。

具体地，通过设置数据处理装置为边缘计算平台，能够提高对孪生体处位姿信息的传输速率，便于提高孪生体和作业机械执行动作的同步性，减少动作延迟，从而保证监控，以及远程控制的准确性。

作为本实用新型的一种实施例，所述孪生体为实现所述作业机械的动作形态的机械臂或模型。

具体地，孪生体可以为以机械臂为基础建立的能够复制作业机械姿态的实体结构，也可以为与作业机械对应的实体模型，或者其他能够实现复制作业机械姿态的实体结构。

下面以挖掘机为例，具体说明应用本实用新型实施例所述的作业机械调控系统的挖掘机的如图2所示的布置结构和如图3所示的执行逻辑，针对挖掘机1的铲斗挖掘、铲斗卸载、斗杆挖掘、斗杆卸载、动臂提升、动臂下降、回转等动作，在挖掘机1和孪生体2相应位置分别安装第一位姿传感器3和第二位姿传感器4，以进行位姿信息采集，边缘计算平台5与第二位姿传感器4通过CAN总线相连，用于整合挖掘机1或者孪生体2的位姿信息。挖掘机1的车身控制器6通过CAN总线接收第一位姿传感器3的数据。车身控制器6和边缘计算平台5之间通过4G进行信息互传。车身控制器6负责整合第一位姿传感器的数据和接收边缘计算平台5发出的数据。在监测挖掘机1工作状态时，边缘计算平台5将计算得到的位姿信息实时发送到孪生体2，孪生体2对挖掘机1的位姿进行实时展示；在远程控制挖掘机1时，边缘计算平台5将位姿信息传输到挖掘机1的车身控制器6，由车身控制器6发出指令控制挖掘机1。

通过建立一种挖掘机孪生体，并利用挖掘机自带的车身控制器，将位姿传感器检测的位姿信息与孪生体进行位姿信息互传，能够实时的更为直观的模拟、监控挖掘机在真实环境中的状态和行为，提高了对挖掘机远程监控和操作的便捷性。同时，通过对挖掘机孪生体的调试，能够降低挖掘机研发人员的工作强度，提高研发效率。

本实用新型还提供一种包括如上述任一种所述的作业机械调控系统的作业机械。

可以理解的是，所述包括本实用新型所述的作业机械调控系统的作业机械具有所述作业机械调控系统的所有优点和技术效果，此处不再赘述。

具体地，所述作业机械可以为挖掘机、起重机、转载机等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种作业机械调控系统，其特征在于，包括：孪生体、数据处理装置、第一采集部件以及第二采集部件；所述孪生体为与作业机械的动作形态匹配的物理实体；其中，

所述第一采集部件与所述作业机械的车身控制器通讯连接，布置于所述作业机械的各个活动部件的位置上，用于采集所述作业机械的位姿信息；

所述第二采集部件与所述数据处理装置通讯连接，布置于所述孪生体对应各个所述活动部件的位置上，用于采集所述孪生体的位姿信息；

所述数据处理装置与所述车身控制器通讯连接，用于接收所述车身控制器发送的所述作业机械的位姿信息和/或向所述车身控制器发送所述孪生体的位姿信息。

2.根据权利要求1所述的作业机械调控系统，其特征在于，还包括：操控部件；

所述操控部件与所述数据处理装置通讯连接，用于在操作时，使所述数据处理装置根据所述操控部件的操作动作，控制所述孪生体的位姿。

3.根据权利要求2所述的作业机械调控系统，其特征在于，所述操控部件为操作手柄。

4.根据权利要求1所述的作业机械调控系统，其特征在于，所述数据处理装置与所述第二采集部件，所述第一采集部件与所述车身控制器均通过CAN总线连接。

5.根据权利要求1所述的作业机械调控系统，其特征在于，所述数据处理装置与所述车身控制器基于无线传输装置通讯连接。

6.根据权利要求5所述的作业机械调控系统，其特征在于，所述数据处理装置与所述车身控制器通过4G网络连接。

7.根据权利要求1所述的作业机械调控系统，其特征在于，所述第一采集部件和第二采集部件为位姿传感器。

8.根据权利要求1所述的作业机械调控系统，其特征在于，所述数据处理装置为边缘计算平台。

9.根据权利要求1-8任一项所述的作业机械调控系统，其特征在于，所述孪生体为实现所述作业机械的动作形态的机械臂或模型。

10.一种作业机械，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的作业机械调控系统。

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