一种无人加砂作业机械及其控制方法技术

本发明专利技术涉及工程机械技术领域，公开了一种无人加砂作业机械及其控制方法，包括作业机械本体、控制系统、安全平台以及遥控装置；所述控制系统分别与作业机械本体以及遥控装置连接，用于实现运砂车的位置确认和起吊砂袋的自动识别、用于控制砂袋的起吊和卸砂以及用于控制作业机械本体上的挂钩返回下一轮砂袋位置进行下一轮加砂工作；所述安全平台设置于远离作业机械本体工作臂作业范围的区域外部，作为操作人工的施工空间，用于以保障操作人员的施工安全；所述遥控装置设置于安全平台上，用于向作业机械发送指令。本发明专利技术的有益效果为：能够自主确认起吊点和卸砂点的识别以及自动起吊和自动卸砂功能，智能化作业。智能化作业。智能化作业。

【技术实现步骤摘要】
一种无人加砂作业机械及其控制方法


[0001]本专利技术涉及工程机械
，涉及一种无人加砂作业机械及其控制方法。

技术介绍

[0002]工程机械领域，很多工程作业需要储砂，比如高架桥墩制造，比如随着页岩气加砂压裂技术的日益成熟，为了提升地下气开采效率，提高地面机械设备的综合使用率，采用储砂罐提前储砂的方案被广为应用。
[0003]储砂罐的供砂采用砂袋运输为主，采用卡车运输方式将砂袋运输至储砂罐附近，目前，通常采用塔吊、吊机、卷扬机等起吊设备将挂钩下放至运输砂袋的卡车上方，通过工作人员完成挂袋作业，再操作起吊设备将砂袋吊运至加砂口上方，采用特定的卸砂方法，完成相应的卸砂过程。
[0004]如中国专利技术专利申请（申请号：202011047797.2，公开号：CN112373864A）公开了一种模块化压裂砂储存输送系统，使用悬臂吊组件将井场用压裂砂卸车上的砂袋吊装至砂袋存储区进行存储，等待加砂需求；使用悬臂吊组件将存储区的砂袋吊装至输送装置上等待起吊；在需要起吊时，由底部的工作人员将输送装置上的砂袋挂到吊钩上，通过卷扬机起吊砂袋，再将砂加入砂罐。但是未公开悬臂吊组件是否采用自动化方法或措施完成砂袋吊装、砂袋转移以及卷扬机控制是否采用自动化方法或措施完成起吊。此外，还公开了吊装砂袋和卸砂工艺，需要多名工作人员协同配合作业，存在人身安全隐患，且自动化程度不高；方案适用于卸砂口上方完全开放的储砂装置，不适用于卸砂口上方有顶棚遮挡加砂口的工况。
[0005]如中国专利技术专利（专利号：ZL201710766663.8，公告号：CN107381380B）公开了一种石油井场压裂施工自动卸砂一体化装置及其工作方法，采用吊机完成起吊砂袋的工作，但没有公开一键起吊前如何挂袋；公开了采用数据监控并记录前一轮作业过程数据对起吊位置进行标定，控制起吊大钩前往标定好的吊装位置实现空钩一键就位功能，包括解开绳子卸料，解锁机构复杂，包含砂袋锁绳器和解绳装置，解锁控制步骤繁琐，很明显锁绳过程需要专业人员完成精准操作达到锁绳的目的，用时较多，容易出现误操作的情况，操作人员在机械臂下存在较大的安全隐患。此外，公开的吊装上砂和卸砂工艺适用于卸砂口上方完全开放的储砂装置，不适用于卸砂口上方有顶棚遮挡加砂口的工况；受施工现场条件限制，当运砂车停放角度和位置不规范时，控制起吊大钩前往标定好的吊装位置会存在较大的偏差。
[0006]如中国专利技术专利申请（申请号：20201126360.5，公开号：CN112407978A）公开了一种页岩气加砂压裂用吊砂工艺，采用地面破袋模式，能够降低吊装风险，免除登高作业风险，保障作业安全性，实现高效、安全吊砂作业。另外还描述了通过远程遥控吊装系统将运输车上的袋装支撑剂吊至地面破袋器内，再通过皮带输送机将支撑剂送至罐顶入口入罐；作业过程中通过智能化监控，可适时监控砂罐各罐砂量，及时补充物料，保障支撑剂及时供应，但是未对精准挂袋、吊装以及卸袋方法及安全措施进行具体的描述。
[0007]此外，为了保证储砂罐内的干燥性，有必要在储砂罐加砂入口上方空间安装遮雨棚，但这种防雨结构的设置在一定程度上会影响加砂机械的工作方法及工作效率，而且需要多名工作人员协同指挥作业，导致人员劳动强度大而且人员安全风险程度非常高。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种无人加砂作业机械及其控制方法，能够自主确认起吊点和卸砂点的识别以及自动起吊和自动卸砂功能，智能化作业，解决了常规吊装过程需要多人配合的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，一种无人加砂作业机械，包括作业机械本体、控制系统、安全平台以及遥控装置；所述控制系统分别与作业机械本体以及遥控装置连接，用于实现运砂车的位置确认和起吊砂袋的自动识别、用于控制砂袋的起吊和卸砂以及用于控制作业机械本体上的挂钩返回下一轮砂袋位置进行下一轮加砂工作；所述安全平台设置于远离作业机械本体工作臂作业范围的区域外部，作为操作人工的施工空间，用于以保障操作人员的施工安全；所述遥控装置设置于安全平台上，用于向作业机械发送开关机、动作、起吊、急停、暂停、警报以及发动机转速切换的指令。
[0010]结合第一方面，进一步地，所述作业机械本体包括作业机械下车、设置于下车上的回转装置、大臂、小臂以及挂钩，所述大臂的一端与回转轴装置连接，另一端与小臂的一端连接，所述小臂的另一端与挂钩连接；所述大臂能够实现抬升和下降，所述小臂能够实现内收和外摆，所述挂钩始终保持垂直姿态，用于吊住砂袋。作业机械下车和回转装置相互之间能够实现360
°
的旋转。
[0011]结合第一方面，进一步地，所述大臂采用液压驱动方式，通过连轴实现相对于回转装置的抬升和下降，所述小臂采用液压驱动方式，通过连轴实现相对于大臂的内收和外摆。
[0012]结合第一方面，进一步地，所述控制系统包括程序控制器、激光雷达、料位检测仪、信号发射器、信号接收器、遥控发射器、遥控接收器、电液比例阀、压力传感器以及角度传感器；所述程序控制器设置于作业机械本体内部，分别与电液比例阀、料位检测仪、激光雷达、遥控装置相连接，用于接受激光雷达、料位检测仪、压力传感器以及角度传感器采集的数据，并将采集的数据传输至遥控装置的显示器，操作人员根据显示器上信息发出操作指令，根据遥控装置传输过来的操作指令向电液比例阀输出电流信号以控制电液比例阀动作，进一步控制作业机械本体的动作；所述激光雷达设置于作业机械本体上，用于负责实时检测视角范围内运砂车的停放位置信息以及运砂车上面摆放好的砂袋的分布信息，并建立相应的点云数据，同时将点云数据信息通过数据线传输给程序控制器；所述程序控制器用于将点云数据生成环境地图，并根据地图中的有效信息，能够得到运砂车上的砂袋的定位信息；所述料位检测仪设置于储砂罐的加砂砂斗内，用于检测加砂砂斗内砂子存储高度；所述信号发射器设置于加砂砂斗上，用于将料位检测仪检测到的加砂砂斗内砂子存储高度数据传送至信号接收器；
所述信号接收器设置于作业机械本体上，用于接收信号发射器传输过来的数据，并将数据传送至程序控制器。
[0013]所述遥控装置与遥控发射器连接，遥控装置的遥控操作指令经过遥控发射器发送给程序控制器；所述角度传感器设置于作业本体上，用于采集作业机械本体的运动角度变化数据，并将角度变化数据传输给程序控制器；所述电液比例阀设置于作业机械本体上，用于根据程序控制器传输过来的电流信号调节作业机械本体上的液压驱动组件，进而作业机械本体执行动作；所述压力传感器设置于作业机械本体上，用于采集作业机械本体上的液压压力数据信息，并将液压压力数据信息传输至程序控制器。
[0014]结合第一方面，进一步地，所述角度传感器包括设置于回转装置上的回转角度传感器、设置于大臂上的大臂角度传感器以及设置于小臂上的小臂角度传感器；所述回转角度传感器用于采集的回转装置的角度变化数据，并将数据传输至程序控制器；所述大臂角度传感器用于采集大臂的角度变化数据，并将数据传输至程序控制器；所述小臂角本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人加砂作业机械，其特征在于：包括作业机械本体、控制系统、安全平台以及遥控装置；所述控制系统分别与作业机械本体以及遥控装置连接，用于实现运砂车的位置确认和起吊砂袋的自动识别、用于控制砂袋的起吊和卸砂以及用于控制作业机械本体上的挂钩返回下一轮砂袋位置进行下一轮加砂工作；所述安全平台设置于远离作业机械本体工作臂作业范围的区域外部，作为操作人工的施工空间，用于以保障操作人员的施工安全；所述遥控装置设置于安全平台上，用于向作业机械发送开关机、动作、起吊、急停、暂停、警报以及发动机转速切换的指令。2.根据权利要求1所述的一种无人加砂作业机械，其特征在于：所述作业机械本体包括作业机械下车、设置于下车上的回转装置、大臂、小臂以及挂钩，所述大臂的一端与回转轴装置连接，另一端与小臂的一端连接，所述小臂的另一端与挂钩连接；所述大臂能够实现抬升和下降，所述小臂能够实现内收和外摆，所述挂钩始终保持垂直姿态，用于吊住砂袋。3.根据权利要求2所述的一种无人加砂作业机械，其特征在于：所述控制系统包括程序控制器、激光雷达、料位检测仪、信号发射器、信号接收器、遥控发射器、遥控接收器、电液比例阀、压力传感器以及角度传感器；所述程序控制器设置于作业机械本体内部，分别与电液比例阀、料位检测仪、激光雷达、遥控装置相连接，用于接受激光雷达、料位检测仪、压力传感器以及角度传感器采集的数据，并将采集的数据传输至遥控装置根据遥控装置传输过来的操作指令向电液比例阀输出电流信号；所述信号发射器用于将料位检测仪检测到的加砂砂斗内砂子存储高度数据传送至信号接收器；所述信号接收器用于接收信号发射器传输过来的数据，并将数据传送至程序控制器。4.根据权利要求3所述的一种无人加砂作业机械，其特征在于：所述遥控装置与遥控发射器连接，遥控装置的操作指令经过遥控发射器发送给程序控制器。5.根据权利要求3所述的一种无人加砂作业机械，其特征在于：所述料位检测仪设置于储砂罐的加砂砂斗内；所述信号发射器设置于加砂砂斗上；所述信号接收器、激光雷达、角度传感器、电液比例阀以及压力传感器分别设置于作业机械本体上。6.根据权利要求3所述的一种无人加砂作业机械，其特征在于：所述料位检测仪用于检测加砂砂斗内砂子存储高度；所述激光雷达用于负责实时检测视角范围内运砂车的停放位置信息以及运砂车上面摆放好的砂袋的分布信息，并建立相应的点云数据，同时将点云数据信息通过数据线传输给程序控制器；所述程序控制器用于将点云数据生成环境地图，并根据地图中的有效信息，得到运砂车上的砂袋的定位信息；所述角度传感器用于采集作业机械本体的运动角度变化数据，并将角度变化数据传输给程序控制器；所述电液比例阀用于根据程序控制器传输过来的电流信号调节作业机械本体上的液压驱动组件，进而作业机械本体执行动作；所述压力传感器用于采集作业机械本体上的液压压力数据信息，并将液压压力数据信息传输至程序控制器。7.根据权利要求6所述的一种无人加砂作业机械，其特征在于：所述角度传感器包括设置于回转装置上的回转角度传感器、设置于大臂上的大臂角度传感器以及设置于小臂上的
小臂角度传感器；所述回转角度传感器用于采集的回转装置的角度变化数据，并将数据传输至程序控制器；所述大臂角度传感器用于采集大臂的角度变化数据，并将数据传输至程序控制器；所述小臂角度传感器用于采集小臂的角度变化数据，并将数据传输至程序控制器。8.根据权利要求6所述的一种无人加砂作业机械，其特征在于：所述电液比例阀包括回转电液比例阀、大臂电液比例阀以及小臂电液比例阀；所述回转电液比例阀用于根据程序控制器输出的电流信号来调节回转装置的液压驱动组件，实现回转装置的正转或反转；所述大臂电液比例阀用于根据程序控制器输出的电流信号来调节大臂的液压驱动组件，实现大臂的上升或下降；所述小臂电液比例阀用于根据程序控制器输出的电流信号来调节小臂的液压驱动组件，实现小臂的外展或内收。9.根据权利要求6所述的一种无人加砂作业机械，其特征在于：所述压力传感器设置于大臂上，程序控制器通过压力传感器读取大臂的液压压力数据信息，得到挂钩上吊起的砂袋重量信息。10.根据权利要求1所述的一种无人加砂作业机械，其特征在于：还包括身份识别装置，所述份识别装置设置于遥控装置上，且与遥控装置电连接，用于进行操作人员的身份认证，以确保操作人员为施工方指定的专业人员。11.根据权利要求1所述的一种无人加砂作业机械，其特征在于：所述遥控装置用于向作业机械发送开机与关机指令、回转装置、大臂以及小臂的单独操作或者复合动作操作指令、起吊指令、作业机械急停指令、作业机械暂停指令；警报指令以及作业机械发动机转速切换指令；所述遥控装置包括指示灯和显示器，所述显示器用于显示作业机械的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敦坤，张斌，牛东东，胡恒强，邢泽成，蔺相伟，魏红敏，尹学峰，
申请(专利权)人：徐州徐工挖掘机械有限公司，
类型：发明
国别省市：