一種用於臂架的避障系統及包括該系統的工程機械設備的製作方法
2023-12-10 05:01:36
專利名稱：一種用於臂架的避障系統及包括該系統的工程機械設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及工程機械領域，具體地，涉及一種用於臂架的智能避障系統及包括該系統的工程機械設備。
背景技術：
在現代建築施工中，混凝土泵車因其機動、靈活、高效等優點，已成為不可缺少的重要施工設備。在混凝土泵車的操作過程中，操作員往往根據自身操作經驗目測障礙物及目標的位置來操作臂架展開，或者是通過使用對講機以語音交流的方式在指揮員的指揮下操作臂架展開。然而，隨著混凝土泵車的工作環境越來越複雜，臂架越來越長，加之臂架是一組多冗餘度機構，經常出現操作員難以或不能目測到臂架位置及其周邊的情況。加之語音方式·進行交流時信息量有限且缺乏準確性，使得操作員和指揮員難以準確協調，容易導致操作員誤操作，造成安全事故。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種用於臂架的智能避障系統及包括該系統的工程機械設備，其可實現智能避障。為了實現上述目的，本實用新型提供一種用於臂架的智能避障系統，該系統包括測距傳感器，安裝於所述臂架上，用於檢測該測距傳感器與障礙物之間的距離；臂架位置檢測裝置，用於檢測所述臂架的空間位置；以及控制器，與所述測距傳感器及臂架位置檢測裝置相連，用於在所述距離小於第一預設值時，根據所述距離及空間位置，確定所述障礙物的位置，並根據該障礙物的位置，規劃所述臂架的動作路徑，以避開所述障礙物。其中，所述測距傳感器可安裝於所述臂架的與另一臂架相連接的位置處。其中，該臂架位置檢測裝置可為編碼器或角度傳感器。其中，該系統還可包括濾波器，該濾波器連接於所述臂架位置檢測裝置與所述控制器之間。其中，該系統還可包括報警裝置，所述控制器在測距傳感器與障礙物之間的距離小於第一預設值時，還發送報警信號至該報警裝置。相應地，本實用新型還提供一種用於臂架的智能避障系統，該系統包括測距傳感器，安裝於所述臂架上，用於檢測該測距傳感器與障礙物之間的距離；臂架位置檢測裝置，用於檢測所述臂架的空間位置；速度傳感器，安裝於所述臂架上，用於檢測所述臂架的運動速度；以及控制器，與所述測距傳感器、臂架位置檢測裝置及速度傳感器相連，用於根據所述距離及空間位置，確定所述障礙物的位置；根據所述臂架的運動速度及空間位置，預算該臂架於下一時刻的位置；根據所述障礙物的位置及所述臂架於下一時刻的位置，計算該下一時刻的位置與所述障礙物之間的距離，並在該距離小於第二預設值時，根據所述障礙物的位置，規劃所述臂架的動作路徑，以避開所述障礙物。[0011]其中，所述測距傳感器可安裝於所述臂架的與另一臂架相連接的位置處。其中，該臂架位置檢測裝置可為編碼器或角度傳感器。其中，該系統還可包括濾波器，該濾波器連接於所述臂架位置檢測裝置與所述控制器之間。其中，該系統還可包括報警裝置，所述控制器在所述臂架於下一時刻的位置與所述障礙物之間的距離小於第二預設值時，還發送報警信號至該報警裝置。相應地，本實用新型還提供一種工程機械設備，該設備包括上述智能避障系統；以及執行機構，與所述控制器相連，用於根據所規劃的動作路徑，控制所述臂架動作。通過上述技術方案，可利用位於臂架上的測距傳感器實時監測其與障礙物之間的距離，並在該距離過近時，或者在下一時刻臂架的位置與障礙物之間的距離過近時，規劃臂 架的動作，以實現避障。本實用新型的其他特徵和優點將在隨後的具體實施方式
部分予以詳細說明。
附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用於解釋本實用新型，但並不構成對本實用新型的限制。在附圖中圖I為本實用新型提供的智能避障系統的結構示意圖；圖2為示出了本實用新型提供的智能避障系統中測距傳感器的布置情形的示意圖；圖3為示出了本實用新型提供的智能避障系統中測距傳感器的另一布置情形的示意圖；以及圖4為本實用新型提供的另一智能避障系統的結構示意圖。附圖標記說明10 測距傳感器 20臂架位置檢測裝置30 控制器la、lb、Ic測距傳感器2a、2b臂架40速度傳感器。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用於說明和解釋本實用新型，並不用於限制本實用新型。圖I為本實用新型提供的智能避障系統的結構示意圖。如圖I所示，本實用新型提供了一種用於臂架的智能避障系統，該系統包括測距傳感器10，安裝於所述臂架上，用於檢測該測距傳感器與障礙物之間的距離；臂架位置檢測裝置20，用於檢測所述臂架的空間位置；以及控制器30，與所述測距傳感器10及臂架位置檢測裝置20相連，用於在所述距離小於第一預設值時，根據所述距離及空間位置，確定所述障礙物的位置，並根據該障礙物的位置，規劃所述臂架的動作路徑，以避開所述障礙物。所述測距傳感器10例如可為超聲波傳感器、雷射傳感器、紅外傳感器等非接觸式傳感器，可具有多種布置方式，而根據工作環境的複雜程度進行布置，工作環境越複雜，所布置的測距傳感器10越多。例如，如圖2所示，一節臂架上可布置三個測距傳感器，該三個測距傳感器可分別位於A、B、C處，此可應用於工作環境複雜的情形；另外，如圖3所示，所述測距傳感器亦可安裝於所述臂架的與另一臂架相連接的位置處，例如圖3中的測距傳感器Ia和lc，此可應用於工作環境相對簡單的情形。測距傳感器的布置方式並不限於此，其他適於本實用新型的布置方式亦是可以的。所述臂架位置檢測裝置20可為編碼器或角度傳感器。該臂架位置檢測裝置可安裝於第一節臂架與迴轉臺之間的連接處以及相鄰兩節臂架相連接的位置處，從而可測量第一節臂架與迴轉臺之間的角度以及相鄰臂架之間的角度，之後可藉助該角度及每一臂架的長度，計算每節臂架的空間位置。優選地，該系統還包括濾波器，該濾波器連接於所述臂架位置檢測裝置與所述控制器之間，藉此可濾除噪聲信號，提高臂架測量精度。以下介紹所述控制器的具體操作。在臂架運動過程中，所述測距傳感器可實時檢測障礙物。當障礙物進入臂架工作區域之後，其所發出的超聲波會被反射回來並由該測距傳感器接收，測距傳感器可根據上述發射與接收之間的時間差，計算其與障礙物之間的距離，之後將該距離輸出至控制器。控制器可根據該距離，實現對障礙物的定位。在此以圖2所示為例介紹障礙物與臂架之間的距離的計算過程。圖中A點坐標為(xa, yj , B點坐標為(xb, yb), C點坐標為(x。，y。)，位於A、B、C點的傳感器所檢測到的與P之間的距離分別為Sp S2, S3, AB間距為a1; P為障礙物，控制器可計算得出障礙物P與臂架的實際距離為D = S1 · sin Θ j = S1 · sin(arccos ((S^+a^-Sa2)/(2 · S1 · a)))。當該距離(即D)過近時，可根據所述障礙物的位置，反求計算臂架該如何動作方可避開該障礙物，該反求計算得到的是轉臺及各節臂架的轉動角度(該反求過程可通過例如梯度投影法進行計算)。之後，該控制器可根據反求得到的角度信息，控制液壓多路閥，使所述轉臺及各節臂架轉動反求得到的角度，達到避開所述障礙物的效果。優選地，所述控制器還可接收所述測距傳感器的回波信號，並對該回波信號進行Kalman濾波，濾除來自其他測距傳感器的幹擾。之後，控制器可分析該回波信號的波形特徵，並根據預先存儲的多種不同的障礙物形狀及與該多種不同的障礙物形狀相對應的波形特徵，確定所述障礙物的形狀，實現障礙物分類，並在規劃所述臂架的動作路徑時考慮該障礙物的形狀。優選地，所述智能避障系統還包括報警裝置，所述控制器在測距傳感器與障礙物之間的距離小於第一預設值時，還發送報警信號至該報警裝置，以控制該報警裝置報警。相應地，如圖4所示，本實用新型還提供一種用於臂架的智能避障系統，該系統包括測距傳感器，安裝於所述臂架上，用於檢測該測距傳感器與障礙物之間的距離；臂架位置檢測裝置，用於檢測所述臂架的空間位置；速度傳感器，安裝於所述臂架上，用於檢測所述臂架的運動速度；以及控制器，與所述測距傳感器、臂架位置檢測裝置及速度傳感器相連，用於根據所述距離及空間位置，確定所述障礙物的位置；根據所述臂架的運動速度及空間位置，預算該臂架於下一時刻的位置；根據所述障礙物的位置及所述臂架於下一時刻的位置，計算該下一時刻的位置與所述障礙物之間的距離，並在該距離小於第二預設值時，根據所述障礙物的位置，規劃所述臂架的動作路徑，以避開所述障礙物。[0040]有關該智能避障系統的具體細節以上述所描述的智能避障系統的細節大致相同，不同之處僅在於其包含速度傳感器，控制器需預測臂架於下一時刻的位置，並在該位置與障礙物之間的距離過近時，規劃臂架的動作路徑，以避開障礙物。相應地，本實用新型還提供了一種工程機械設備，該設備包括上述智能避障系統；以及執行機構，與所述控制器相連，用於根據所規劃的動作路徑，控制所述臂架動作。該執行機構例如為迴轉臺、臂架液壓油缸等。該工程機械設備可包括但不限於混凝土泵車、起重機等。通過上述技術方案，可利用位於臂架上的測距傳感器實時監測其與障礙物之間的距離，並在該距離過近時，或者在下一時刻臂架的位置與障礙物之間的距離過近時，規劃臂架的動作，以實現避障。以上結合附圖詳細描述了本實用新型的優選實施方式，但是，本實用新型並不限於上述實施方式中的具體細節，在本實用新型的技術構思範圍內，可以對本實用新型的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本實用新型的保護範圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重複，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應當視為本實用新型所公開的內容。
權利要求1.一種用於臂架的避障系統，其特徵在於，該系統包括 測距傳感器，安裝於所述臂架上，用於檢測該測距傳感器與障礙物之間的距離； 臂架位置檢測裝置，用於檢測所述臂架的空間位置；以及 控制器，與所述測距傳感器及臂架位置檢測裝置相連，用於在所述距離小於第一預設值時，根據所述距離及空間位置，確定所述障礙物的位置，並根據該障礙物的位置，規劃所述臂架的動作路徑，以避開所述障礙物。
2.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述測距傳感器安裝於所述臂架的與另一臂架相連接的位置處。
3.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述臂架位置檢測裝置為編碼器或角度傳感器。
4.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，該系統還包括濾波器，該濾波器連接於所述臂架位置檢測裝置與所述控制器之間。
5.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，該系統還包括報警裝置，所述控制器在測距傳感器與障礙物之間的距離小於所述第一預設值時，還發送報警信號至該報警裝置。
6.一種用於臂架的避障系統，其特徵在於，該系統包括 測距傳感器，安裝於所述臂架上，用於檢測該測距傳感器與障礙物之間的距離； 臂架位置檢測裝置，用於檢測所述臂架的空間位置； 速度傳感器，安裝於所述臂架上，用於檢測所述臂架的運動速度；以及 控制器，與所述測距傳感器、臂架位置檢測裝置及速度傳感器相連，用於 根據所述距離及空間位置，確定所述障礙物的位置； 根據所述臂架的運動速度及空間位置，預算該臂架於下一時刻的位置； 根據所述障礙物的位置及所述臂架於下一時刻的位置，計算該下一時刻的位置與所述障礙物之間的距離，並在該距離小於第二預設值時，根據所述障礙物的位置，規劃所述臂架的動作路徑，以避開所述障礙物。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述測距傳感器安裝於所述臂架的與另一臂架相連接的位置處。
8.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，該系統還包括濾波器，該濾波器連接於所述臂架位置檢測裝置與所述控制器之間。
9.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，該系統還包括報警裝置，所述控制器在所述臂架於下一時刻的位置與所述障礙物之間的距離小於所述第二預設值時，還發送報警信號至該報警裝置。
10.一種工程機械設備，其特徵在於，該設備包括 根據權利要求1-9中任一項權利要求所述的系統；以及 執行機構，與所述控制器相連，用於根據所規劃的動作路徑，控制所述臂架動作。
專利摘要本實用新型公開了一種用於臂架的避障系統及包括該系統的工程機械設備，該系統包括測距傳感器，安裝於所述臂架上，用於檢測該測距傳感器與障礙物之間的距離；臂架位置檢測裝置，用於檢測所述臂架的空間位置；以及控制器，與所述測距傳感器及臂架位置檢測裝置相連，用於根據所述距離及空間位置，規劃所述臂架的動作路徑，以避開所述障礙物。通過上述技術方案，可利用位於臂架上的測距傳感器實時監測其與障礙物之間的距離，之後根據該距離及臂架的空間位置，預計下一時刻該障礙物相對於臂架的位置，並根據該位置規劃臂架的動作，以實現避障。
文檔編號E04G21/04GK202689566SQ201120562159
公開日2013年1月23日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者尹莉, 鄧超 申請人:中聯重科股份有限公司