CN110805081B - 一种挖掘机人员安全防护*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种挖掘机人员安全防护***，能够采集并提取重点信息、实时识别现场人员、根据危险程度及时采取合适的措施，进而避免挖掘机施工现场人员安全事故的发生。本发明的技术方案如下：一种挖掘机人员安全防护***，包括环境监测模块、控制模块及执行机构，所述执行机构包括履带式行走机构、回转机构和动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸；所述控制模块与云端服务器采集视频探测器的信号进行实时计算，得出挖掘机的安全状态值f；预先设定一个安全状态值f的触发值A，当安全状态值f≧A时，控制模块输出执行信号到执行机构，限制执行机构的运动速度不超过预先设定值B。
Description
技术领域
本发明属于工程机械安全防护领域，具体涉及一种挖掘机人员安全防护***。
背景技术
工程机械广泛应用于工程施工的各种领域，具有作业效率高、施工速度快等优点，其中，挖掘机是一种具有代表性的工程机械，其应用范围广、场地适应性好、能够灵活完成多种施工任务。
随着社会的发展，工程机械的施工安全日益重要，以挖掘机为例，施工作业现场的安全主要包括以下几方面：
1、施工现场的人员安全，包括挖掘机驾驶员和现场其他人员的安全；
2、施工现场的设备安全，包括挖掘机、现场施工范围内的其他设备安全；
3、施工现场的环境安全，包括现场地基、周围建筑物和构筑物等安全。
对于挖掘机施工现场的人员安全，现有技术采取的技术措施主要是在挖掘机上安装摄像头，用于拍摄驾驶员视觉盲区的视频，并在驾驶室内的显示屏上显示拍摄到的视频，提供给驾驶员作为参考。
上述现有技术采取的技术措施有以下缺点：
1、视频包含较多信息，没有把人员信息提取出来重点处理；
2、施工现场的人员安全，很大程度依靠驾驶员的注意力集中和处置得当，而实际上驾驶员的注意力主要在挖掘机作业机构及其周围，只有很小一部分注意力关注显示屏；
3、当施工现场即将发生安全事故时，挖掘机不能自动采取措施，以避免安全事故。
发明内容
本方案提供了一种挖掘机施工现场人员安全防护***，能够采集并提取重点信息、实时识别现场人员、根据危险程度及时采取合适的措施，进而避免挖掘机施工现场人员安全事故的发生。本发明的技术方案如下：
一种挖掘机人员安全防护***，包括环境监测模块、控制模块及执行机构，
所述环境监测模块与控制模块相联接，环境监测模块监测到的信号输入控制模块；所述控制模块与执行机构联接，控制模块发送执行信号给执行机构，用于对挖掘机进行操作控制；
所述执行机构包括履带式行走机构、回转机构和动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸；
所述的环境监测模块包括视频探测器，用于探测和检测挖掘机周围的视频图像；
所述控制模块与云端服务器通过远程通讯装置保持连接，实现控制模块与云端服务器进行数据交换；
所述控制模块与云端服务器采集视频探测器的信号进行实时计算，得出挖掘机的安全状态值f；预先设定一个安全状态值f的触发值A，当安全状态值f≧A时，控制模块输出执行信号到执行机构，限制执行机构的运动速度不超过预先设定值B；
进一步的，所述安全状态值f的计算方法如下：
其中，a为加权系数，
x为挖掘机周围的区域设定值，
n为每个区域内的人员数量，
v为每个人员的移动速度，正向表示靠近更危险区域，负向表示靠近更低危险区域。
所述挖掘机周围的区域设定值x根据以下方式设定：
工作区域：挖掘机施工现场区域；
正在施工区域：挖掘机作业半径内区域；
高危险区域：挖掘机作业半径内区域的履带前后方、动臂及斗杆下方和臂架往复作业范围,其中，臂架往复作业范围是指，在挖掘机进行挖沟、装车、散土、刮平等作业时，臂架往复移动所经过的范围；
工作区域x值<正在施工区域x值<高危险区域x值；
进一步的，所述视频探测器的监测区域包括：驾驶员视觉盲区、挖掘机作业范围区域、挖掘机所在地面；
进一步的，所述挖掘机周围的区域设定值x为：
工作区域x＝2，正在施工区域x＝10，高危险区域x＝100；
进一步的，安全状态值f的触发值A＝70；
进一步的，限制执行机构的运动速度值B＝0；
本发明的原理如下：
1、***组成和连接关系
在挖掘机上装有环境监测模块，所述的环境监测模块包括电磁波探测器、雷达探测器和视频探测器中的部分或全部。环境监测模块用于探测和检测挖掘机周围的视频图像、物体形状、物体的距离等信号。
环境监测模块与挖掘机的控制模块相连接，环境监测模块监测到的信号输入控制模块。
挖掘机上装有控制模块，用于挖掘机的整机控制。控制模块用于挖掘机安全状态信息和过程数据的接收、存储、处理和输出。
控制模块与云端服务器通过远程通讯装置保持连接，实现控制模块与云端服务器进行数据交换。控制模块与云端服务器共同承担挖掘机的安全防护。
为了实现挖掘机的安全防护，控制模块输出安全保护信号，用于控制模块对挖掘机进行操作控制，以提高挖掘机和施工现场的安全性。
2、本方案所述的安全防护***的工作原理
环境监测模块对挖掘机周围的环境进行实时监测，主要监测区域包括：
驾驶员视觉盲区，
挖掘机作业范围区域，
挖掘机所在地面，
环境监测模块的实时数据输入到控制模块后，控制模块对环境监测数据进行处理，调用人形识别模块，并进行本地实时运算，获得初步的本地结论信息，包括不同区域的人员数量及其移动速度；同时，控制模块通过与云端服务器的通讯，将这些环境监测数据和初步计算结论发送到云端服务器，同时接收云端服务器发来的云端结论信息。本地结论信息和云端结论信息描述了下列与安全相关的信息：
监测区域内的人员数量；
监测区域内的人员位置；
监测区域内人员的移动速度；
综合本地结论信息和云端结论信息，控制模块输出执行信号。执行信号发送给对应的执行机构，用于操纵挖掘机的部件或整机动作，从而避免危险发生，提高挖掘机的安全性。
3、本方案工作过程中采用的控制方法
通过预先定义和设定的方式，根据距离挖掘机的远近程度，把挖掘机周围的区域划分为几个逐层包含的区域，区域划分方式为：
工作区域：挖掘机施工现场区域；
正在施工区域：挖掘机作业半径内区域；
高危险区域：挖掘机作业半径内区域的履带前后方、动臂及斗杆下方和臂架往复作业范围,其中，臂架往复作业范围是指，在挖掘机进行挖沟、装车、散土、刮平等作业时，臂架移动所经过的范围；
上述高危险区域是正在施工区域的一部分，正在施工区域是工作区域的一部分。为上述区域设定区域值x；
综合本地结论信息和云端结论信息，控制模块输出上述区域内的人员数量n和每个人员的移动速度v。
根据区域设定值x、每个区域内的人员数量n和每个人员的移动速度v，控制模块按照如下方法计算安全状态值f(x,n,v)：
期中，a为加权系数；
v为人员的移动速度，正向表示靠近更危险区域，负向表示靠近更低危险区域。
上述计算方法，可以等价修改为其他形式的计算方法。其他等价计算方法也在本发明的保护范围之内。
预先设定一个安全状态值f(x,n,v)的触发值A，当安全状态值f(x,n,v)≧A时，控制模块输出安全保护信号到执行机构，限制执行机构的运动速度不超过预先设定值B。执行机构包括履带式行走机构、回转机构和动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸。
附图说明
图1是本发明各模块的连接关系示意图
图2是本发明的控制方法流程图
图3是挖掘机周围的区域设定示意图
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：
1、***组成和连接关系
在挖掘机上装有环境监测模块，所述的环境监测模块采用视频探测器，用于探测和检测挖掘机周围的视频图像。
视频探测器与挖掘机的控制模块通过控制总线相连接，视频探测器监测到的信号通过控制总线输入控制模块。
挖掘机上装有主控制器，作为控制模块，主控制器通过控制总线与远程通讯装置相连接，远程通讯装置通过无线通讯与云端服务器保持连接和数据交换。
为了实现挖掘机的安全防护，主控制器输出安全保护信号给执行机构，用于主控制器对挖掘机进行操作控制，以提高挖掘机施工现场人员的安全性。所述的执行机构包括挖掘机的履带式行走机构、回转机构和动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸。上述各模块的连接关系如图1所示。
2、本方案所述的安全防护***的工作原理
视频探测器对挖掘机周围的环境进行实时监测，主要监测区域包括：
驾驶员视觉盲区，
挖掘机作业范围区域，
挖掘机所在地面，
视频探测器的实时数据输入到主控制器后，主控制器对环境监测数据进行处理，调用人形识别模块，并进行本地实时运算，获得初步的本地结论信息，包括不同区域的人员数量及其移动速度；同时，主控制器通过与云端服务器的通讯，将这些环境监测数据部分或全部发送到云端服务器，同时接收云端服务器发来的云端结论信息。本地结论信息和云端结论信息的内容描述了下列与安全相关的信息：
监测区域内的人员数量；
监测区域内的人员位置；
监测区域内人员的移动速度和方向；
综合本地结论信息和云端结论信息，主控制器输出执行信号。执行信号发送给对应的执行机构，用于操纵挖掘机的部件或整机动作，从而避免危险发生，提高挖掘机的安全性。
3、本方案工作过程中采用的控制方法
本方案的控制方法流程图如图2所示，通过预先定义和设定的方式，根据距离挖掘机的远近程度，把挖掘机周围的区域划分为三个逐层包含的区域，区域划分方式为：
工作区域：挖掘机施工现场区域，即挖掘机的任何部分可能进入的范围；
正在施工区域：挖掘机当前所在的作业半径内区域；
高危险区域：挖掘机作业半径内区域的履带前后方、动臂及斗杆下方和臂架往复作业范围，其中，臂架往复作业范围是指，在挖掘机进行挖沟、装车、散土、刮平等作业时，臂架移动所经过的范围。如图3所示，挖掘机在挖土装车时，臂架经过的区域为一个半圆区域。
上述高危险区域是正在施工区域的一部分，正在施工区域是工作区域的一部分。为上述区域设定区域值x，设定工作区域x＝2，正在施工区域x＝10，高危险区域x＝100；
根据本地人员信息识别的信息和调用云端服务器返回的信息，控制模块输出上述各区域内的人员数据，包括数量n和每个人员的移动速度v。
根据区域设定值x、每个区域内的人员数量n和每个人员的移动速度v，控制模块按照如下方法计算安全状态值f(x,n,v)：
其中，加权系数a＝3.
v为人员的移动速度，正向表示人员的移动方向为更危险区域，负向表示人员移动方向为更低危险区域。
上述计算方法，可以等价修改为其他形式的计算方法。其他等价计算方法也在本发明的保护范围之内。
预先设定一个安全状态值f(x,n,v)的触发值A＝70，当安全状态值f(x,n,v)≧70时，主控制器输出安全保护信号到执行机构，限制执行机构的运动速度不超过预先设定值B，本实施例取B＝0。执行机构包括履带式行走机构、回转机构和动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸。
以上是对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种挖掘机人员安全防护***，其特征在于，包括环境监测模块、控制模块及执行机构，
所述环境监测模块与控制模块相联接，环境监测模块监测到的信号输入控制模块；所述控制模块与执行机构联接，控制模块发送执行信号给执行机构，用于对挖掘机进行操作控制；
所述执行机构包括履带式行走机构、回转机构和动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸；
所述的环境监测模块包括视频探测器，用于探测和检测挖掘机周围的视频图像；
所述控制模块与云端服务器通过远程通讯装置保持连接，实现控制模块与云端服务器进行数据交换；
所述控制模块与云端服务器采集视频探测器的信号进行实时计算，得出挖掘机的安全状态值f；预先设定一个安全状态值f的触发值A，当安全状态值f≧A时，控制模块输出执行信号到执行机构，限制执行机构的运动速度不超过预先设定值B；
所述安全状态值f的计算方法如下：
其中，a为加权系数，
x为挖掘机周围的区域设定值，
n为每个区域内的人员数量，
v为每个人员的移动速度，正向表示靠近更危险区域，负向表示靠近更低危险区域；
所述挖掘机周围的区域设定值x根据以下方式设定：
工作区域：挖掘机施工现场区域；
正在施工区域：挖掘机作业半径内区域；
高危险区域：挖掘机作业半径内区域的履带前后方、动臂及斗杆下方和臂架往复作业范围；
工作区域x值<正在施工区域x值<高危险区域x值；
所述视频探测器的监测区域包括：驾驶员视觉盲区、挖掘机作业范围区域、挖掘机所在地面；
所述挖掘机周围的区域设定值x为：
工作区域x＝2，正在施工区域x＝10，高危险区域x＝100；
所述安全状态值f的触发值A＝70；
限制执行机构的运动速度值B＝0。
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