一种挖掘机施工作业方法、系统及挖掘机技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种挖掘机施工作业方法、系统及挖掘机。其中，挖掘机包括用于采集挖掘机在施工作业时预设器件在相应预设方向的倾斜角度的角度传感器组、根据接收的GPS信号和GPS基准站发送的差分信号，实时计算挖掘机的三维位置信息和施工作业时的挖掘方向和角度的定位测向传感器、计算挖掘机的高程信息以用于替代定位测向传感器计算得到的三维位置信息的高程坐标值的激光传感器及计算挖斗三维位置信息，并通过比对挖斗三维位置信息与预先存储的三维基准模型，以确定挖斗需要在施工作业面挖掘的厚度、方向及角度的处理器。本申请可有效提升挖掘机的挖掘准确度和精度，避免土方工程中的超欠挖带来的返工，有效缩短工期，提高挖掘机的挖掘效率。

【技术实现步骤摘要】
一种挖掘机施工作业方法、系统及挖掘机
本专利技术实施例涉及建筑工程
，特别是涉及一种挖掘机施工作业方法、系统及挖掘机。
技术介绍
挖掘机，或者是挖掘机械，又称挖土机，为一种用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘机挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。从近几年工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。传统的挖掘机施工作业，在下达工作指令后，完全依靠挖掘机操作手的工作经验，需要操作手可对道路路基、边坡、河道等工作面的作业环境进行判断，对操作手操作水平要求较高，当操作手操作水平不高或者经验不足或是发挥失常时，会出现一次开挖不到位或者是超挖的现象，需要对作业面进行反复测量，现场质量控制难度大，工效低。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供挖掘机和挖掘机施工作业的方法、系统及挖掘机，有效的提高了挖掘机的挖掘精度和挖掘效率。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供以下技术方案：本专利技术实施例一方面提供了一种挖掘机，包括角度传感器组、定位测向传感器、激光传感器及处理器；所述角度传感器组用于采集挖掘机在施工作业时预设器件在相应预设方向的倾斜角度；所述定位测向传感器用于根据接收的GPS信号和GPS基准站发送的差分信号，实时计算所述挖掘机的三维位置信息和施工作业时的挖掘方向和角度；所述激光传感器根据接收的高精度激光高程信号发射器发送的测量信号计算得到所述挖掘机的高程信息，用于替代所述定位测向传感器计算的三维位置信息中的高程坐标值；所述处理器根据所述角度传感器组中各角度传感器采集的角度信息和所述挖掘机的三维位置信息，计算挖斗三维位置信息；通过比对所述挖斗三维位置信息与预先存储的三维基准模型，确定所述挖斗在当前施工作业面的目标挖掘参数，以实时引导所述挖掘机进行施工作业；其中，所述目标挖掘参数包括挖掘厚度、方向及角度，所述三维基准模型为根据所述施工作业面的二维场地数据、挖掘任务、作业方式和所述挖掘机参数生成，用于表示所述挖掘机施工作业过程中的实时目标位置信息，所述目标位置信息包括三维空间坐标、挖掘厚度、方向和角度。可选的，所述角度传感器组包括设置在所述挖掘机车体上的车身传感器、位于所述挖掘机小臂上的小臂传感器、位于所述挖掘机大臂上的大臂传感器及位于所述小臂与所述挖斗连接处的挖斗传感器；其中，所述车体传感器用于采集所述挖掘机车体的纵向和横向的倾斜角度；所述小臂传感器用于采集所述小臂的纵向倾斜角度；所述大臂传感器用于采集所述大臂的纵向倾斜角度；所述挖斗传感器用于采集所述挖斗的纵向倾斜角度。可选的，所述定位测向传感器包括GPS接收机和定位测向天线；所述定位测向天线设置在所述GPS接收机上，包括主定位天线和辅测向天线；所述GPS接收机用于接收GPS信号和GPS基准站发送的差分信号；所述主定位天线用于确定所述挖掘机的实时三维位置信息，所述辅测向天线用于辅助所述主定位天线，确定所述挖掘机施工作业时的挖掘方向和角度。可选的，所述GPS接收机设置在所述挖掘机的车体后端；所述主定位天线与所述辅测向天线的连线与所述挖掘机大臂的中轴线相垂直。可选的，所述施工作业为边坡整修，还包括设置在所述挖斗铲尖的挖斗钢板。可选的，所述挖斗钢板焊接于所述挖斗的铲尖上。可选的，还包括显示器，所述显示器用于显示所述挖掘机铲斗的当前三维位置信息、在所述施工作业面上的三维目标位置信息，以及显示所述当前三维位置信息与所述目标位置信息的差值信息。可选的，还包括指示灯，用于显示数传电台信号及卫星颗数；所述数传电台位于所述GPS基准站中。本专利技术实施例另一方面提供了一种挖掘机施工作业系统，包括GPS基准站、高精度激光高程信号发射器和如前任意一项所述挖掘机；所述GPS基准站架设的位置与挖掘机施工现场的距离不超过预设距离阈值；所述GPS基准站包括数传电台，所述数传电台用于在所述GPS基准站和设置在所述挖掘机机身上的GPS接收机之间进行数据传输；所述高精度激光高程信号发射器架设在所述挖掘机的施工现场，用于将采集的所述挖掘机的高程信号发送至所述挖掘机的激光传感器。本专利技术实施例最后还提供了一种挖掘机施工作业方法，包括：获取挖掘机在施工作业过程中的实时三维位置信息，及预设器件在相应预设方向的倾斜角度信息；根据各倾斜角度信息和所述挖掘机的三维位置信息，计算挖斗在相应时刻的三维位置信息；判断所述挖斗的三维位置信息是否和预建的三维基准模型中相对应的目标位置信息相同；若否，则显示所述当前三维位置信息与所述目标位置信息的差值信息，以使操作手调整所述挖斗的位置至目标位置；其中，所述实时三维位置信息为由利用定位测向传感器根据接收的GPS信号和GPS基准站发送的差分信号实时计算所述挖掘机的二维位置信息和激光传感器测量的挖掘机的高程信息构成的三维位置信息；所述三维基准模型为根据所述施工作业面的二维场地数据、挖掘任务、作业方式和所述挖掘机参数生成，用于表示所述挖掘机施工作业过程中的实时目标位置信息，所述目标位置信息包括三维空间坐标、挖掘厚度、方向和角度。本专利技术实施例提供了一种挖掘机，包括用于采集挖掘机在施工作业时预设器件在相应预设方向的倾斜角度的角度传感器组、用于根据接收的GPS信号和GPS基准站发送的差分信号，实时计算挖掘机的三维位置信息和施工作业时的挖掘方向和角度的定位测向传感器、计算挖掘机的高程信息以用于替代定位测向传感器计算得到的挖斗三维位置信息中的高程坐标值的激光传感器及计算挖斗三维位置信息，并通过比对挖斗三维位置信息与预先存储的三维基准模型，以确定挖斗在当前施工作业面上的需要挖掘的厚度、方向及角度的处理器。本申请提供的技术方案的优点在于，通过设置角度传感器组、定位测向传感器及激光传感器，可实时获得挖掘机的挖斗的三维位置信息，通过比对挖斗在施工现场的三维位置信息和三维基准模型中的目标位置信息，可确定挖斗的当前施工行为是否准确，从而可实时监测挖斗在施工作业面上施工行为(施工位置和挖掘深度、角度、方向)的准确性，有利于及时纠正挖掘机错误的施工行为，进而有效提升挖掘机的挖掘准确度和精度，还可有效避免土方工程中的超欠挖带来的返工的现象，无需反复测量，并可24小时不间断施工，有效缩短工期，提高挖掘机的挖掘效率。此外，本专利技术实施例还针对挖掘机提供了相应的使用方法及系统，进一步使得所述挖掘机更具有可行性，所述方法及系统具有相应的优点。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例提供的挖掘机的一种具体实施方式结构图；图2为本专利技术实施例提供的一种角度传感器组在挖掘机上的分布示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种三维坐标转化原理示意图；图4为本专利技术实施例提供的挖掘机的另一种具体实施方式结构图；图5为本专利技术实施例提供的一种挖掘机各部件的连接关系示意图图；图6为本专利技术实施例提供的一种挖掘机施工作业方法的流程示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种挖掘机施工作业方法的工艺流程示意图。具体实施方式为了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种挖掘机，其特征在于，包括角度传感器组、定位测向传感器、激光传感器及处理器；所述角度传感器组用于采集挖掘机在施工作业时预设器件在相应预设方向的倾斜角度；所述定位测向传感器用于根据接收的GPS信号和GPS基准站发送的差分信号，实时计算所述挖掘机的三维位置信息和施工作业时的挖掘方向和角度；所述激光传感器根据接收的高精度激光高程信号发射器发送的测量信号计算得到所述挖掘机的高程信息；所述处理器根据所述角度传感器组中各角度传感器采集的角度信息和所述挖掘机的三维位置信息，计算挖斗三维位置信息；通过比对所述挖斗三维位置信息与预先存储的三维基准模型，确定所述挖斗在当前施工作业面的目标挖掘参数，以实时引导所述挖掘机进行施工作业；其中，所述目标挖掘参数包括挖掘厚度、方向及角度，所述三维基准模型为根据所述施工作业面的二维场地数据、挖掘任务、作业方式及所述挖掘机参数生成，用于表示所述挖掘机施工作业过程中的实时目标位置信息，所述目标位置信息包括三维空间坐标、挖掘厚度、方向和角度。

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机，其特征在于，包括角度传感器组、定位测向传感器、激光传感器及处理器；所述角度传感器组用于采集挖掘机在施工作业时预设器件在相应预设方向的倾斜角度；所述定位测向传感器用于根据接收的GPS信号和GPS基准站发送的差分信号，实时计算所述挖掘机的三维位置信息和施工作业时的挖掘方向和角度；所述激光传感器根据接收的高精度激光高程信号发射器发送的测量信号计算得到所述挖掘机的高程信息；所述处理器根据所述角度传感器组中各角度传感器采集的角度信息和所述挖掘机的三维位置信息，计算挖斗三维位置信息；通过比对所述挖斗三维位置信息与预先存储的三维基准模型，确定所述挖斗在当前施工作业面的目标挖掘参数，以实时引导所述挖掘机进行施工作业；其中，所述目标挖掘参数包括挖掘厚度、方向及角度，所述三维基准模型为根据所述施工作业面的二维场地数据、挖掘任务、作业方式及所述挖掘机参数生成，用于表示所述挖掘机施工作业过程中的实时目标位置信息，所述目标位置信息包括三维空间坐标、挖掘厚度、方向和角度。2.根据权利要求1所述的挖掘机，其特征在于，所述角度传感器组包括设置在所述挖掘机车体上的车身传感器、位于所述挖掘机小臂上的小臂传感器、位于所述挖掘机大臂上的大臂传感器及位于所述小臂与所述挖斗连接处的挖斗传感器；其中，所述车体传感器用于采集所述挖掘机车体的纵向和横向的倾斜角度；所述小臂传感器用于采集所述小臂的纵向倾斜角度；所述大臂传感器用于采集所述大臂的纵向倾斜角度；所述挖斗传感器用于采集所述挖斗的纵向倾斜角度。3.根据权利要求1所述的挖掘机，其特征在于，所述定位测向传感器包括GPS接收机和定位测向天线；所述定位测向天线设置在所述GPS接收机上，包括主定位天线和辅测向天线；所述GPS接收机用于接收GPS信号和GPS基准站发送的差分信号；所述主定位天线用于确定所述挖掘机的实时三维位置信息，所述辅测向天线用于辅助所述主定位天线，确定所述挖掘机施工作业时的挖掘方向和角度。4.根据权利要求2所述的挖掘机，其特征在于，所述GPS接收机设置在所述挖掘机的车体后端；所述主定位天线与所述辅测向天线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高彬，张华山，朱长根，
申请(专利权)人：上海宝冶集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31