挖掘机远程智能控制系统技术方案

本发明专利技术涉及挖掘机远程智能控制系统，通过在下位控制子系统设置视觉传感器以及惯性导航传感器，在操作控制子系统上设置多自由度运动平台，且多自由度运动平台上设置显示模块，即采用惯性导航传感器与多自由度运动平台相结合这一独一无二的方式，效解决工程机械在人机分离研究过程中，操作人员无法掌握工程机械周边环境情况的难题，进而实现了在不影响操作性能的前提下的人机分离，解决现有挖掘机现场作业危险程度高的问题。

【技术实现步骤摘要】
挖掘机远程智能控制系统
本专利技术涉及智能化工业设备
，具体涉及用于挖掘机远程控制的挖掘机远程智能控制系统。
技术介绍
挖掘机，是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，挖掘机已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。现有技术中，挖掘机的操作员属于高危技术工种，在操作员操作过程中，一旦发生事故，操作员很难逃生；另一方面，挖掘机的作业环境通常都比较恶劣，受到各种外界因素的干扰和影响，特别是在某些特殊行业工程机械作业环境异常恶劣，比如：毒气废气场合、垃圾清理、抢险救灾、隧道开挖、防爆作业、放射性场合作业等，使用人工现场操作的挖掘机是难以保证操作者的安全的。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种挖掘机远程智能控制系统，以解决现有挖掘机现场作业危险程度高的问题。具体方案如下：挖掘机远程智能控制系统，包括下位控制子系统以及操作控制子系统：该下位控制子系统包括被设置在挖掘机上的视觉传感器、嵌入式控制器、惯性导航传感器以及第一无线传输模块；该嵌入式控制器分别与该视觉传感器、惯性导航传感器以及该第一无线传输模块通讯连接；该嵌入式控制器还与挖掘机的作业控制系统通讯连接；该操作控制子系统包括上位主机，还包括与该上位主机通讯连接的多自由度运动平台、显示模块、操纵模块以及第二无线传输模块；该显示模块设于该多自由度运动平台上，该上位主机通过该第一和第二无线传输模块与该嵌入式控制器通讯连接，以根据挖掘机姿态调整该多自由度运动平台的姿态。进一步的，还包括操作座椅，该操纵模块以及该操作座椅均设于该多自由度运动平台上，配合该显示模块，以构成一远程驾驶舱。进一步的，该视觉传感器包括多个被安装于挖掘机上的高清摄像头；该显示模块对应每一该高清摄像头均具有一显示屏，且该显示屏在该多自由度运动平台上的位置对应高清摄像头位置排布设置。进一步的，该多自由度运动平台为六自由度运动平台，其包括一固定基座以及一自由平台，该自由平台通过六组电动缸连接于该固定基座上。其中，该上位主机还用于，收到惯性导航传感器有关挖掘机姿态数据参数后，经过多自由度运动平台的空间运动模型变换，进行反解以及补偿运算，控制六组电动缸的伸长量；同时电动缸的编码器实时检测电动缸力矩、速度以及位置信息，并发送到电动缸的驱动器，构成电动缸闭环控制系统；以实时精确地控制各电动缸的伸长量，实现实时调整自由平台姿态。进一步的，还包括挖掘机，该挖掘机包括机架，该机架上分别设有回转机构以及电力驱动的履带行走装置，该回转机构上设有挖掘臂；该机架上还设有液压系统，该液压系统设有油压传感器以及油压泵电机，该油压传感器以及油压泵电机均与该嵌入式控制器通讯连接。有益效果：本专利技术的挖掘机远程智能控制系统，通过在下位控制子系统设置视觉传感器以及惯性导航传感器，在操作控制子系统上设置多自由度运动平台，且多自由度运动平台上设置显示模块，即采用惯性导航传感器与多自由度运动平台相结合这一独一无二的方式，效解决工程机械在人机分离研究过程中，操作人员无法掌握工程机械周边环境情况的难题，进而实现了在不影响操作性能的前提下的人机分离，解决现有挖掘机现场作业危险程度高的问题。对比于当前工程机械领域仍然极度依赖人力操控，并且操控复杂，目前已揭示的采用视觉辅助的操控方案实用新能差，本专利技术引进姿态传感器、视觉检测系统及嵌入式控制器的智能化控制策略，结合多自由度运动平台，在远程遥操作的同时保证操作者有真实的现场操作体验，具有极广阔的开发潜力以及市场应用价值。附图说明图1示出了本专利技术挖掘机远程智能控制系统结构示意图；图2示出了本专利技术挖掘机远程智能控制系统挖掘机结构示意图；图3示出了六自由度运动平台结构示意图；图4示出了显示模块监控界面图片。具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。结合图1至图3所示，该实施例提供了一种挖掘机远程智能控制系统，其包括下位控制子系统10以及操作控制子系统20：该下位控制子系统10包括一台电力驱动的挖掘机，该挖掘机上还固定有一控制柜30，该控制柜30内设置有嵌入式控制器、惯性导航传感器以及第一无线传输模块，同时，该挖掘机上还设有多个高清摄像头，以构成该下位控制子系统的视觉传感器。由图2可见，该挖掘机包括机架2，该机架2的上端分别设有回转机构22，该回转机构22上设有液压驱动的挖掘臂23；该机架2的左右两侧设有电力驱动的履带行走装置21，以驱动该挖掘机移动；该控制柜30是固定设置在该回转机构22上的，且设于该挖掘臂23底部的一侧，至少一高清摄像头设于该控制柜30上，且其视角正对该挖掘臂23设置，以实现对挖掘臂23的实时监控。该机架2上还设有液压系统，该液压系统是电机驱动的：该回转平台2上设有油压泵电机40；各个执行油缸以及油压泵电机40的输出位置，均设有油压传感器，每一该油压传感器均与该嵌入式控制器通讯连接，且该嵌入式控制器还通过多个电机控制器分别与油压泵电机40、履带行走装置21以及回转机构22通讯连接；该嵌入式控制器还与该液压系统的电磁相连接，以实现对液压系统的控制。再结合图1，该嵌入式控制器分别与该视觉传感器的各个高清摄像头、惯性导航传感器以及该第一无线传输模块通讯连接，且该嵌入式控制器通过上述方式还与挖掘机的作业控制系统通讯连接，实现了对挖掘机自身信息，如作业状况、作业环境、液压系统参数等，的采集，以及实现了对挖掘机的作业控制。其中，优选的，该视觉传感器包括设于回转平台四个侧面的高清摄像头，以分别采集360°的作业环境信息。该操作控制子系统20包括上位主机，还包括与该上位主机通讯连接的多自由度运动平台5、显示模块、操纵模块以及第二无线传输模块；该第二无线传输模块与该第一无线传输模块通讯连接，进而实现了该上位主机通过该第一和第二无线传输模块与该嵌入式控制器通讯连接，上位主机实现对挖掘机以及作业工况信息的采集。该操作控制子系统20还包括操作座椅，该操纵模块、操作座椅以及显示模块均设于该多自由度运动平台5的自由平台52上，在该实施例中，该显示模块为一显示器，该操纵模块为控制手柄，进而构成一远程驾驶舱。再结合图4所示，该监控界面设置有四个图像显示区域61，以分别对应每一高清摄像头；该监控界面还设置有油缸工作状态显示区域62、挖掘机姿态参数显示区域63以及挖掘机动力参数显示区域64，以分别显示挖掘臂23动作、惯性导航传感器参数以及液压系统参数等，实现在线数据监控。在该实施例中，该显示模块为一个显示屏，可以理解的是，在其他的具体实施方式中，该显示模块还可以对应每一该高清摄像头均设一显示屏，且该显示屏在该多自由度运动平台上的位置对应高清摄像头在挖掘机机架2上的位置排布设置，以在自由平台52运动时，更高精度反应挖掘机作业状况。在该实施例中，该多自由度运动平台5为六自由度运动平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.挖掘机远程智能控制系统，其特征在于，包括下位控制子系统以及操作控制子系统：该下位控制子系统包括被设置在挖掘机上的视觉传感器、嵌入式控制器、惯性导航传感器以及第一无线传输模块；该嵌入式控制器分别与该视觉传感器、惯性导航传感器以及该第一无线传输模块通讯连接；该嵌入式控制器还与挖掘机的作业控制系统通讯连接；该操作控制子系统包括上位主机，还包括与该上位主机通讯连接的多自由度运动平台、显示模块、操纵模块以及第二无线传输模块；该显示模块设于该多自由度运动平台上，该上位主机通过该第一和第二无线传输模块与该嵌入式控制器通讯连接，以根据挖掘机姿态调整该多自由度运动平台的姿态。

【技术特征摘要】
1.挖掘机远程智能控制系统，其特征在于，包括下位控制子系统以及操作控制子系统：该下位控制子系统包括被设置在挖掘机上的视觉传感器、嵌入式控制器、惯性导航传感器以及第一无线传输模块；该嵌入式控制器分别与该视觉传感器、惯性导航传感器以及该第一无线传输模块通讯连接；该嵌入式控制器还与挖掘机的作业控制系统通讯连接；该操作控制子系统包括上位主机，还包括与该上位主机通讯连接的多自由度运动平台、显示模块、操纵模块以及第二无线传输模块；该显示模块设于该多自由度运动平台上，该上位主机通过该第一和第二无线传输模块与该嵌入式控制器通讯连接，以根据挖掘机姿态调整该多自由度运动平台的姿态。2.根据权利要求1所述的挖掘机远程智能控制系统，其特征在于：还包括操作座椅，该操纵模块以及该操作座椅均设于该多自由度运动平台上，配合该显示模块，以构成一远程驾驶舱。3.根据权利要求1所述的挖掘机远程智能控制系统，其特征在于：该视觉传感器包括多个被安装于挖掘机上的高清摄像头；该显示模块对应每一该高清摄像头均具有一显示屏，且该...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宁，吴少鹏，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：福建,35