一種臂架防碰撞裝置、方法及工程機(jī)械的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種臂架防碰撞裝置，包括：傳感單元，至少包括一個內(nèi)裝有氣體或液體的囊性容器和一個與囊性容器末端連接形成封閉空間的壓力傳感器，所述傳感單元沿機(jī)械裝置臂架表面設(shè)置用于檢測臂架與障礙物碰撞所產(chǎn)生的撞擊力，并發(fā)出壓力信號；報警控制器，與所述傳感單元連接，用于將壓力信號與預(yù)設(shè)壓力范圍比較，若所檢測壓力大于所預(yù)設(shè)壓力范圍，則進(jìn)行報警，并將報警信息發(fā)送給機(jī)械裝置的臂架控制器。該裝置能夠檢測臂架是否發(fā)生了碰撞以及臂架所受撞擊力的大小。本發(fā)明還公開了一種具有臂架防碰撞裝置的工程機(jī)械及臂架防碰撞的方法。
【專利說明】一種臂架防碰撞裝置、方法及工程機(jī)械

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程機(jī)械領(lǐng)域，特別是涉及一種臂架防碰撞裝置、方法及工程機(jī)械。

【背景技術(shù)】
[0002]許多大型工程機(jī)械，特別是具有多節(jié)臂架或折彎結(jié)構(gòu)機(jī)械臂的工程機(jī)械，例如混凝土泵車、起重機(jī)、挖掘機(jī)等，需要對臂架進(jìn)行控制，但在操作過程中易碰到周邊障礙物，引發(fā)安全事故。目前臂架的碰撞檢測技術(shù)多數(shù)采用紅外或激光測距，或者采用角度傳感器、速度傳感器進(jìn)行臂架姿態(tài)和運動軌跡規(guī)劃的方式來實現(xiàn)。但是紅外或激光測距的方式由于易受外界環(huán)境如遮擋的影響，且這種方式有方向性，不能實現(xiàn)臂架的全覆蓋檢測，應(yīng)用效果有很大的局限性。而采用角度傳感器、速度傳感器進(jìn)行臂架姿態(tài)和運動軌跡規(guī)劃的方式，由于算法復(fù)雜，對控制器的計算能力提出了很高的要求，且嚴(yán)重依賴于用戶所建立的運動模型的有效性，不僅成本高，應(yīng)用前還需要經(jīng)過嚴(yán)格的調(diào)試標(biāo)定過程，該技術(shù)的推廣具有一定的門檻。
[0003]專利申請?zhí)枮镃N201110025905提出了一種采用噪聲傳感器進(jìn)行臂架碰撞檢測的方法，該方法較紅外或激光檢測有更好的效果，但該方法僅能確定撞擊的位置，不能檢測撞擊力的大小和方向，而且對撞擊噪聲的檢測需要濾除環(huán)境噪聲，效果依賴于濾波算法的有效性，并且在環(huán)境噪聲中存在相似撞擊聲時，將無法辨認(rèn)是否是臂架的撞擊。
[0004]因此，如何能夠不受外界環(huán)境等影響準(zhǔn)確檢測臂架是否發(fā)生了碰撞以及臂架所受撞擊力的大小，從而提高檢測精確度，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一個目的是提供一種臂架防碰撞裝置，該裝置能夠準(zhǔn)確檢測臂架是否發(fā)生了碰撞以及臂架所受撞擊力的大小。本發(fā)明的第二個目的是提供一種臂架防碰撞方法，該方法能夠準(zhǔn)確檢測臂架是否發(fā)生了碰撞以及臂架所受撞擊力的大小。本發(fā)明的第三個目的是提供一種具有上述臂架防碰撞裝置的工程機(jī)械。
[0006]為了實現(xiàn)上述第一個目的，本發(fā)明提供了一種臂架防碰撞裝置，包括:傳感單元，至少包括一個內(nèi)裝有氣體或液體的囊性容器和一個與囊性容器末端連接形成封閉空間的壓力傳感器，所述傳感單元沿機(jī)械裝置臂架表面設(shè)置用于檢測臂架與障礙物碰撞所產(chǎn)生的撞擊力，并發(fā)出壓力信號；報警控制器，與所述傳感單元連接，用于將壓力信號與預(yù)設(shè)壓力范圍比較，若所檢測壓力大于所預(yù)設(shè)壓力范圍，則進(jìn)行報警，并將報警信息發(fā)送給機(jī)械裝置的臂架控制器。
[0007]優(yōu)選的，所述壓力傳感器通過對接密封接頭將感應(yīng)端嵌入到所述囊性容器中。
[0008]優(yōu)選的，所述在機(jī)械裝置的每一節(jié)臂架的每一個側(cè)面上均設(shè)置有傳感單元，傳感單元發(fā)送給報警控制器的信息還包括傳感單元標(biāo)示號ID。
[0009]優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)壓力范圍的下限根據(jù)囊性容器平放壓力測量值、垂直正放壓力測量值和垂直倒放壓力測量值計算，所述預(yù)設(shè)壓力范圍的上限為囊性容器所能承受的最大壓力值。
[0010]優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)壓力范圍為下限與上限之間等分取值的多級閾值范圍。
[0011]優(yōu)選的，所述傳感單元與所述報警控制器之間，報警控制器與機(jī)械裝置的臂架控制器之間通過CAN總線連接。
[0012]優(yōu)選的，所述機(jī)械裝置的臂架控制器根據(jù)報警信息控制機(jī)械裝置的臂架采取保護(hù)措施。
[0013]通過在機(jī)械裝置臂架表面設(shè)置具有裝有氣體或液體的囊性容器的傳感單元，來檢測臂架與障礙物碰撞所產(chǎn)生的撞擊力，并根據(jù)所預(yù)設(shè)壓力范圍進(jìn)行判斷報警，準(zhǔn)確檢測臂架是否發(fā)生了碰撞以及臂架所受撞擊力的大小，算法簡單可靠，這種裝置不受外界環(huán)境如遮擋、噪聲等影響，檢測精確度高，可提高工程機(jī)械臂架操作的安全性。
[0014]為了解決上述第二個目的，本發(fā)明還提供一種臂架防碰撞的方法，包括:步驟A，檢測臂架與障礙物碰撞所產(chǎn)生的撞擊力，并發(fā)出壓力信號；步驟B，將壓力信號與預(yù)設(shè)壓力范圍比較，若所檢測壓力范圍大于所預(yù)設(shè)壓力范圍，則進(jìn)行報警，并將報警信息發(fā)送給機(jī)械裝置的臂架控制器。
[0015]優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)壓力范圍的下限根據(jù)囊性容器平放壓力測量值、垂直正放壓力測量值和垂直倒放壓力測量值計算，所述預(yù)設(shè)壓力范圍的上限為囊性容器所能承受的最大壓力值。
[0016]通過上述臂架防碰撞的方法，準(zhǔn)確檢測臂架是否發(fā)生了碰撞以及臂架所受撞擊力的大小，算法簡單可靠，這種裝置不受外界環(huán)境如遮擋、噪聲等影響，檢測精確度高，可提高工程機(jī)械臂架操作的安全性。
[0017]為了實現(xiàn)上述第三個目的，本發(fā)明還提供了一種具有上述臂架防碰撞裝置的工程機(jī)械，該工程機(jī)械采用上述的臂架防碰撞的裝置檢測檢測臂架是否發(fā)生了碰撞以及臂架所受撞擊力的大小。由于上述的臂架防碰撞的裝置具有上述技術(shù)效果，具有該裝置的工程機(jī)械也應(yīng)具備相應(yīng)的技術(shù)效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實施方式所提供的一種臂架防碰撞裝置的原理框圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實施方式所提供的一種傳感單元的示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實施方式所提供的一種安裝示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明實施方式所提供的一種臂架防碰撞方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0022]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0023]參見圖1，圖1為本發(fā)明實施方式所提供的一種臂架防碰撞裝置的原理框圖。
[0024]本發(fā)明提供了一種臂架防碰撞裝置，包括:傳感單元1，至少包括一個內(nèi)裝有氣體或液體的囊性容器11和一個與囊性容器11末端連接形成封閉空間的壓力傳感器12，所述傳感單元I沿機(jī)械裝置臂架表面設(shè)置用于檢測臂架與障礙物碰撞所產(chǎn)生的撞擊力，并發(fā)出壓力信號；報警控制器2，與所述傳感單元I連接，用于將壓力信號與預(yù)設(shè)壓力范圍比較，若所檢測壓力大于所預(yù)設(shè)壓力范圍，則進(jìn)行報警，并將報警信息發(fā)送給機(jī)械裝置的臂架控制器3。
[0025]具體的方案中，囊性容器11內(nèi)部中預(yù)先填充的氣體或液體，壓力傳感器12將感應(yīng)端嵌入到囊性容器11中，與囊性容器11末端連接形成封閉空間，當(dāng)囊性容器11受到碰撞，內(nèi)部的氣體或液體會被迫發(fā)生流動，造成壓力傳感器所感受的壓力發(fā)生突變，發(fā)出壓力信號。
[0026]報警控制器2與所述傳感單元I連接，獲得壓力信號后，將將壓力信號與預(yù)設(shè)壓力范圍比較，若所檢測壓力小于所預(yù)設(shè)壓力范圍，說明臂架處于正常狀態(tài)未發(fā)生碰撞，若所檢測壓力大于所預(yù)設(shè)壓力范圍，說明臂架發(fā)生了碰撞則進(jìn)行報警。
[0027]具體的方案中囊性容器中填充的物質(zhì)不同，囊性氣體流動引起壓力傳感器的壓力變化量也不同，因此需要預(yù)先標(biāo)定壓力范圍，即通過對囊性容器進(jìn)行碰撞檢測出囊性平放壓力測量值、垂直正放壓力測量值、垂直倒放壓力測量值。壓力范圍的下限取三者中最大值上浮10%，壓力范圍的上限為囊性容器所能承受的最大壓力值。
[0028]在進(jìn)一步的方案中，預(yù)設(shè)壓力范圍可以為多級閾值范圍，多級閾值可以在預(yù)設(shè)壓力范圍的下限與上限之間等分取值。
[0029]通過上述臂架防碰撞裝置可以準(zhǔn)確檢測臂架是否發(fā)生了碰撞以及臂架所受撞擊力的大小，算法簡單可靠，這種裝置不受外界環(huán)境如遮擋、噪聲等影響，檢測精確度高，可提高工程機(jī)械臂架操作的安全性，減少工程安全事故。
[0030]參見圖2，圖2為本發(fā)明實施方式所提供的一種傳感單元的示意圖。
[0031]囊性容器的兩壁之間通過海綿狀的物質(zhì)連接，保證氣體或液體在封閉空間中的流動性，同時保證即使囊性容器面積較大時，囊性容器雖然填充有流動性氣體或液體仍然保持表面平整，內(nèi)部氣體或液體均勻的填充在囊性容器中。
[0032]壓力傳感器12通過對接密封接頭13將感應(yīng)端嵌入到囊性容器11中，連接形成封閉空間，當(dāng)囊性容器受到外界障礙物的碰撞時，局部表面發(fā)生凹陷，引起囊性容器內(nèi)部的氣體或液體流動，接口處的壓力傳感器所采集壓力發(fā)生變化，且撞擊力越大壓力信號變化越大。囊性容器與壓力傳感器集成一體，裝置體積和重量大幅降低，由于連接線路縮短，裝置的運行速度、抗干擾性，檢驗精度和可靠性均顯著改善。
[0033]在進(jìn)一步的方案中，由于囊性裝置的厚度很小，且均勻，因此壓力大小可以近似認(rèn)為由形變面積決定，形變面積是由障礙物與囊性容器接觸面積決定的，壓力傳感器所采集的壓力信號變化越大說明障礙物與囊性容器接觸面積越大，報警控制器通過預(yù)先標(biāo)定的壓力與形變面積對應(yīng)表即可通過壓力大小獲得碰撞時的接觸面積。因此不但可以檢測到臂架所受撞擊力的大小還可以檢測出臂架與障礙物的接觸面積。
[0034]參見圖3，圖3為本發(fā)明實施方式所提供的一種安裝示意圖。
[0035]在機(jī)械裝置任一臂架任一側(cè)面上設(shè)置覆蓋整個側(cè)面的傳感單元1，當(dāng)覆蓋有傳感單元的側(cè)面收到外界障礙物的碰撞時傳感單元即采集到壓力信息。
[0036]進(jìn)一步的，還可以在機(jī)械裝置的每一節(jié)臂架的每一個側(cè)面上均設(shè)置有傳感單元1，每個傳感單元均具有標(biāo)識號ID，機(jī)械裝置某一臂架采集到碰撞的壓力信息后，將壓力信息和傳感單元的標(biāo)識號ID發(fā)送給報警控制器2，報警控制2器將壓力信號與預(yù)設(shè)壓力范圍比較，若所檢測壓力大于所預(yù)設(shè)壓力范圍，則進(jìn)行報警，并且通過傳感單元標(biāo)志號ID準(zhǔn)確判斷碰撞的位置，并將報警信息發(fā)送給機(jī)械裝置的臂架控制器3，臂架控制器3根據(jù)報警信息控制機(jī)械裝置的臂架采取如對發(fā)生碰撞的臂架執(zhí)行閉鎖控制或回程運動控制的分級保護(hù)措施，即采取不同級別的保護(hù)措施，如果報警信息顯示碰撞壓力較小明囊狀裝置變形不嚴(yán)重，不會造成臂架損壞，則采取閉鎖控制的保護(hù)措施，僅僅是停止臂架繼續(xù)向前運動。如果報警信息顯示碰撞壓力很大，已經(jīng)可能造成臂架的變形，則執(zhí)行回程運動控制的保護(hù)措施，控制臂架往回退，以保護(hù)臂架避免繼續(xù)受到強(qiáng)應(yīng)力的作用。
[0037]優(yōu)選的，所述傳感單元I與所述報警控制器2之間，報警控制器2與機(jī)械裝置的臂架控制器3之間通過CAN總線連接，實現(xiàn)傳感單元的分布式安裝。
[0038]傳感單元沿臂架表面安裝，可以覆蓋整個機(jī)械裝置的表面，不存在檢測的盲區(qū)，通過在每節(jié)臂架的每個側(cè)面上均設(shè)置有傳感單元可以將碰撞位置精確到第幾節(jié)臂架以及臂架的哪個方向。
[0039]在具體的實施方式中，報警控制器包括報警燈和喇叭，當(dāng)報警控制器獲得壓力信號后，將將壓力信號與預(yù)設(shè)壓力范圍比較，若所檢測壓力大于所預(yù)設(shè)壓力范圍，則進(jìn)行燈光報警及聲音報警，且報警燈燈光閃爍的頻率及喇叭的音調(diào)隨著壓力信號的升高而提高。
[0040]除了上述臂架防碰撞裝置，本發(fā)明還提供一種包括上述臂架防碰撞裝置的工程機(jī)械，該工程機(jī)械的其他各部分結(jié)構(gòu)請參考現(xiàn)有技術(shù)。
[0041]另外，本發(fā)明還提供了一種臂架防碰撞方法，參見圖4，圖4為本發(fā)明實施方式所提供的一種臂架防碰撞方法的流程圖。
[0042]所述臂架防碰撞方法包括以下步驟:
[0043]步驟A，檢測臂架與障礙物碰撞所產(chǎn)生的撞擊力，并發(fā)出壓力信號；
[0044]具體方案中，可在沿機(jī)械裝置臂架表面設(shè)置至少一個內(nèi)裝有氣體或液體的囊性容器和一個與囊性容器末端連接形成封閉空間的壓力傳感器，在囊性容器內(nèi)部中預(yù)先填充的氣體或液體，壓力傳感器將感應(yīng)端嵌入到囊性容器中，與囊性容器末端連接形成封閉空間，當(dāng)囊性容器受到碰撞，內(nèi)部的氣體或液體會被迫發(fā)生流動，造成壓力傳感器所感受的壓力發(fā)生突變，發(fā)出壓力信號。
[0045]步驟B，將壓力信號與預(yù)設(shè)壓力范圍比較，若所檢測壓力范圍大于所預(yù)設(shè)壓力范圍，則進(jìn)行報警，并將報警信息發(fā)送給機(jī)械裝置的臂架控制器。
[0046]將將壓力信號與預(yù)設(shè)壓力范圍比較，若所檢測壓力小于所預(yù)設(shè)壓力范圍，說明臂架處于正常狀態(tài)未發(fā)生碰撞，若所檢測壓力大于所預(yù)設(shè)壓力范圍，說明臂架發(fā)生了碰撞則進(jìn)行報警。
[0047]具體的方案中囊性容器中填充的物質(zhì)不同，囊性氣體流動引起壓力傳感器的壓力變化量也不同，因此需要預(yù)先標(biāo)定壓力范圍，即通過對囊性容器進(jìn)行碰撞檢測出囊性平放壓力測量值、垂直正放壓力測量值、垂直倒放壓力測量值。壓力范圍的下限取三者中最大值上浮10%，壓力范圍的上限為囊性容器所能承受的最大壓力值。
[0048]在進(jìn)一步的方案中，預(yù)設(shè)壓力范圍可以為多級閾值范圍，多級閾值可以在預(yù)設(shè)壓力范圍的下限與上限之間等分取值。
[0049]通過上述臂架防碰撞方法可以準(zhǔn)確檢測臂架是否發(fā)生了碰撞以及臂架所受撞擊力的大小，算法簡單可靠，這種裝置不受外界環(huán)境如遮擋、噪聲等影響，檢測精確度高，可提高工程機(jī)械臂架操作的安全性，減少工程安全事故。
[0050]以上對本發(fā)明所提供的一種臂架防碰撞裝置、工程機(jī)械和方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種臂架防碰撞裝置，其特征在于，包括: 傳感單元，至少包括一個內(nèi)裝有氣體或液體的囊性容器和一個與囊性容器末端連接形成封閉空間的壓力傳感器，所述傳感單元沿機(jī)械裝置臂架表面設(shè)置用于檢測臂架與障礙物碰撞所產(chǎn)生的撞擊力，并發(fā)出壓力信號； 報警控制器，與所述傳感單元連接，用于將壓力信號與預(yù)設(shè)壓力范圍比較，若所檢測壓力大于所預(yù)設(shè)壓力范圍，則進(jìn)行報警，并將報警信息發(fā)送給機(jī)械裝置的臂架控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂架防碰撞裝置，其特征在于，所述壓力傳感器通過對接密封接頭將感應(yīng)端嵌入到所述囊性容器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的臂架防碰撞裝置，其特征在于，所述在機(jī)械裝置的每一節(jié)臂架的每一個側(cè)面上均設(shè)置有傳感單元，傳感單元發(fā)送給報警控制器的信息還包括傳感單元標(biāo)示號ID。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂架防碰撞裝置，其特征在于，所述預(yù)設(shè)壓力范圍的下限根據(jù)囊性容器平放壓力測量值、垂直正放壓力測量值和垂直倒放壓力測量值計算，所述預(yù)設(shè)壓力范圍的上限為囊性容器所能承受的最大壓力值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臂架防碰撞裝置，其特征在于，所述預(yù)設(shè)壓力范圍為下限與上限之間等分取值的多級閾值范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的臂架防碰撞裝置，其特征在于，所述傳感單元與所述報警控制器之間，報警控制器與機(jī)械裝置的臂架控制器之間通過CAN總線連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂架防碰撞裝置，其特征在于，所述機(jī)械裝置的臂架控制器根據(jù)報警信息控制機(jī)械裝置的臂架采取保護(hù)措施。
8.—種工程機(jī)械，其特征在于，包括權(quán)利要求1-7中任一項所述的臂架防碰撞裝置。
9.一種臂架防碰撞的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟A，檢測臂架與障礙物碰撞所產(chǎn)生的撞擊力，并發(fā)出壓力信號； 步驟B，將壓力信號與預(yù)設(shè)壓力范圍比較，若所檢測壓力范圍大于所預(yù)設(shè)壓力范圍，則進(jìn)行報警，并將報警信息發(fā)送給機(jī)械裝置的臂架控制器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂架防碰撞的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)壓力范圍的下限根據(jù)囊性容器平放壓力測量值、垂直正放壓力測量值和垂直倒放壓力測量值計算，所述預(yù)設(shè)壓力范圍的上限為囊性容器所能承受的最大壓力值。
【文檔編號】G01L5/00GK104502009SQ201410711810
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】何銀菊, 張鈺旻, 裴芳 申請人:湖南三一智能控制設(shè)備有限公司