CN103809595A - 工程机械的操控方法、操控终端、控制装置及操控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械的操控方法、操控终端、控制装置及操控系统，该工程机械的操控方法包括：以大地基准为参照，操作终端与工程机械建立相同的坐标系；获取操作终端自身的操控动作信号，对所述操控动作信号进行分析，以确定对所述工程机械的操控信息，并输出所述操控信息给所述工程机械的控制装置。因此，本发明能够实现对工程机械的精确控制，操作准确灵活，防止因手柄或标定引起的操作误差。

Description

工程机械的操控方法、操控终端、控制装置及操控系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种工程机械的操控方法、操控终端、控制装置及操控系统。

背景技术

目前，在工程机械的操作中，尤其是多自由度机械装置，操作起来一般通过带有手柄的遥控装置进行操作，操作手需要充分考虑臂架姿态以及工程机械车体位置，实现不同工况下的正常施工，而且这种操作与操作手所处位置无关。因此，这就需要操作手具备充分的空间立体感以及娴熟的操作技术，无形中增加了人力成本，否则一旦操作手不具备这样专业素质，在施工过程中就会造成诸多不便，影响施工效果。

例如，有这样一种操作工程机械臂的遥控装置，通过坐标同步开关与控制手柄确定控制手柄方向为初始方向，并于此通过控制手柄旋转角度控制机械臂。在操作过程中，操作手需要不断将自己与工程机械进行空间位置转换，从而判断工程机械的实际位置，用于准确操纵遥控装置。

但是，这种操作方式存在手动标定初始方向导致的操作误差，而且对于一般操作手来说，易产生误操作。尤其对于操控性不好的工程机械，若在高层施工，容易造成混凝土或其它施工料的浪费，并且容易碰到建筑物或围栏等，这就造成了一定程度上的浪费。

一方面，对于现有的带手柄的遥控装置来讲，需要操作者同时操作几个手柄实现末端位置移动，操作复杂且不精准。另一方面，对于操作者来讲，需要不断考虑工程机械的位置、臂架姿态等信息才可实现臂架末端浇筑点的精确控制，易造成误操作及施工浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种工程机械的操控方法、操控终端、控制装置及操控系统，能够实现对工程机械的精确控制，操作准确灵活，防止因手柄或标定引起的操作误差。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种工程机械的操控方法，该工程机械的操控方法包括：以大地基准为参照，操作终端与工程机械建立相同的坐标系；获取操作终端自身的操控动作信号，对所述操控动作信号进行分析，以确定对所述工程机械的操控信息，并输出所述操控信息给所述工程机械的控制装置。

进一步地，上述方法中，获取操作终端自身的动作控制信号，对所述动作控制信号进行分析，以确定对所述工程机械的操控信息的步骤包括：所述操控终端感应自身的动作控制信号，所述动作控制信号包括所述操控终端感的自身重力方向和倾斜度；将所述重力方向和倾斜度与所述大地基准进行比较，通过数据转换，获取包含有操控方向和操控速度的操控信息。

进一步地，上述方法还包括：获取所述工程机械的当前位姿及工况信息；对所述当前位姿、工况信息及操控信息图像化处理，并分区动态显示处理后的当前位姿、工况信息及操控信息。

进一步地，上述方法还包括：采用声音、振动、文字、动画中的一种或多种形式，发出动态提示信号，进行预警。

进一步地，上述方法还包括：基于所述操控信息，设置所述工程机械的运动轨迹，确定所述工程机械的旋转规划量和臂架平移规划量；判断所确定的旋转规划量和臂架平移规划量是否在对应的限位量范围内，如果所述旋转规划量和臂架平移规划量在对应的限位量范围内，根据预设的规划位移量与驱动电流的对应关系，确定与所述旋转量和臂架平移量对应的驱动电流，对所述驱动电流进行反馈校正后，将其输出至所述工程机械的动作执行机构；如果所述旋转规划量和臂架平移规划量中的任一规划量不在对应的限位量范围内，则针对不在对应的限位量范围内的规划量，调整所设置的运动轨迹，直到使所述旋转规划量和臂架平移规划量均在对应的限位量范围内。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明的操作终端以大地基准为参照，建立与工程机械相同的坐标系，不仅便于进行工程机械位姿的确定，有助于进行工程机械的臂架、转台位姿的定位，还方便对操控信息进行转换和处理，实现与工程机械操作的无缝连接，避免因手柄或标定引起的操作误差。

在操控过程中，操作终端根据获取所述工程机械的位姿、工况信息及操控信息，确定并输出所述工程机械的操控信息给所述工程机械的控制装置，实现对工程机械的控制。因此，本发明的操作终端不仅便于实现工程机械的精确控制，而且操作准确灵活。

相应地，本发明还提供一种工程机械的操控终端，该工程机械的操控终端包括：初始化模块，配置为以大地基准为参照，建立操作终端与工程机械的三维坐标系；信息获取模块，配置为获取自身的动作控制信号，并据此确定所述工程机械的操控信息；信息输出模块，配置为向所述工程机械的控制装置输出所述操控信息。

进一步地，上述装置中，所述信息获取模块包括：感应单元，配置为基于所述大地基准感应操控终端自身的动作控制信号，所述动作控制信号包括所述操控终端感的自身重力方向和倾斜度；信息处理单元，配置为将所述重力方向和倾斜度与所述大地基准进行比较，通过数据转换，获取包含有操控方向和操控速度的操控信息。

进一步地，上述装置中，所述信息获取模块还包括：位姿获取单元及工况获取单元；其中，位姿获取单元配置为与所述工程机械的控制装置进行通信，获取所述工程机械的当前位姿；工况获取单元配置为与所述工程机械的控制装置进行通信，获取所述工程机械的当前工况信息；所述操控终端还包括：显示装置，配置为图像化处理所述工程机械的当前位姿、工况信息及操控信息，并分区动态显示处理后的当前位姿、工况信息及操控信息。

进一步地，上述装置中，所述显示装置还配置有：触控模块，配置有屏幕控件，并配置为通过所述屏幕控件执行控制操作；和/或，预警模块，配置为采用声音、振动、文字\动画中的一种或多种形式发出动态提示信号，进行预警。

进一步地，上述装置还包括：机械控制装置，配置有与工程机械动作相对应的机械按键，并配置为通过所述机械按键执行控制操作。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明的操作终端以大地基准为参照，建立与工程机械相同的坐标系，不仅便于进行工程机械位姿的确定，有助于进行工程机械的臂架、转台位姿的定位，还方便对操控信息进行转换和处理。

在操控过程中，操作终端的信息处理模块根据信息获取模块所获取的工程机械位姿、工况信息及操控信息，确定所述工程机械的操控信息，并由信息输出模块将其给所述工程机械的控制装置，实现对工程机械的控制。因此，本发明的操作终端不仅便于实现工程机械的精确控制，操作准确灵活，而且能够与工程机械操作无缝连接，避免因手柄或标定引起的操作误差。

相应地，本发明还提供一种工程机械的控制装置，该控制装置包括：信息接收模块、轨迹规划模块、限位模块、电流-规划量比例模块、调整模块及输出模块；其中：

所述信息接收模块配置为：接收操控信息；所述轨迹规划模块配置为：基于所述操控信息，设置所述工程机械的运动轨迹，确定所述工程机械的旋转规划量和臂架平移规划量；所述限位模块配置为：判断所述轨迹规划模块所确定的旋转规划量和臂架平移规划量是否在对应的限位量范围内，并在所述旋转规划量和臂架平移规划量在对应的限位量范围内时，通知所述电流-规划量比例模块；所述电流-规划量比例模块配置为：根据预设的规划位移量与驱动电流的对应关系，确定与所述旋转量和臂架平移量对应的驱动电流，对所述驱动电流进行反馈校正后，将其输出至所述工程机械的动作执行机构；所述调整模块配置为：在所述限位模块确定所述旋转规划量和臂架平移规划量中的任一规划量不在对应的限位量范围内，则针对不在对应的限位量范围内的规划量，调整所设置的运动轨迹，直到使所述旋转规划量和臂架平移规划量均在对应的限位量范围内。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

因此，本发明的控制装置与上述操控终端配合能够保证操作者在任何方位实现对工程机械的准确灵活操作。本发明能够实现操控终端与工程机械操作的无缝连接，避免因手柄或标定引起的操作误差。

相应地，本发明还提供一种工程机械的操控系统，该工程机械的操控系统包括：上述任一种所述的工程机械的操控终端；传感系统，布置在工程机械上的运动机构上，并配置为采集各运动机构的位姿信号；车体感应单元，设置在工程机械的车体上，并配置为采集工程机械的车体位姿信号；控制装置，设置于工程机械上，与所述传感系统、所述车体感应单元及所述操控终端连接；其中，所述控制装置配置为：接收并处理所述各运动机构的位姿信号及所述车体位姿信号，确定工程机械的当前位姿；所述控制装置接收并处理所述操控信息，指示相应运动机构根据所述操控信息执行动作。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

因此，本发明设计的智能感应操控系统，保证操作者在任何方位实现对工程机械的准确灵活操作。本发明的操控系统实现操控终端与工程机械操作的无缝连接，避免因手柄或标定引起的操作误差。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的操控方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中获取位姿的流程示意图；

图3为本发明实施例中获取操控信息的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的操控系统的总体控制流程示意图；

图5为本发明实施例提供的轨迹规划流程示意图；

图6为本发明实施例提供的操控终端侧的控制流程示意图；

图7为本发明实施例提供的操控系统的方框图；

图8为本发明实施例提供的方向感应装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的基本思想在于：针对遥控装置控制的工程机械臂，设计基于带有重力感应效应的操控终端，通过标定操作方向，实现对工程机械部件如机械臂的动作控制。并且，还在操控终端上设置显示、触控界面，便于操作信息的动态显示以及进行运动方向设置。

下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：

方法实施例

为解决现有技术中对工程机械的控制存在的操作复杂、控制不精准的技术问题，本实施例提出一种工程机械的操控方法，该操控方法包括：以大地基准为参照，操作终端与工程机械建立相同的坐标系；获取操作终端自身的操控动作信号，对所述操控动作信号进行分析，以确定对所述工程机械的操控信息，并输出所述操控信息给所述工程机械的控制装置。

参照图1，其示出了本实施例的工程机械操控方法。本实施例中，该工程机械操控方法包括以下步骤：

S102：以大地基准为参照，操作终端与工程机械建立相同的坐标系。

本步骤中，坐标系可采用笛卡尔空间三维坐标系。例如，以工程机械转台与一号臂架始端铰接处作为坐标原点，以车身的料斗方向为X正半轴，以垂直于车身的方向为Y轴正半轴，根据笛卡尔坐标系右手定则，可确定Z轴。

其中，建立坐标系主要从两个方面考虑，一是，便于进行工程机械位姿的确定，有助于进行工程机械的臂架、转台位姿的定位；二是，操作终端与工程机械采用相同的坐标参考系，便于操控信息的转换和处理。

S104：获取操作终端自身的动作控制信号，对所述动作控制信号进行分析，以确定对所述工程机械的操控信息。

需要说明的是，本步骤进一步包括：

S1041：所述操控终端感应自身的动作控制信号，所述动作控制信号包括所述操控终端感的自身重力方向和倾斜度；

S1042：将所述重力方向和倾斜度与所述大地基准进行比较，通过数据转换，获取包含有操控方向和操控速度的操控信息。

需要说明的是，本实施例可采用重力感应装置作为操控终端的感应单元，将所感应到的重力方向和终端倾斜度对应转换为操控方向和操控速度，从而形成操控信息。

S106：对所述工程机械的位姿、工况信息及操控信息进行分析，确定所述工程机械的操控信息，并输出所述操控信息给所述工程机械的控制系统。

在一优选实施例中，上述方法还可包括以下步骤：

获取所述工程机械的当前位姿及工况信息，对所述当前位姿、工况信息及操控信息图像化处理，分区动态显示处理后的当前位姿、工况信息及操控信息。

上述步骤中，对于工程机械的车体、臂架位姿获取及计算可在工程机械的控制系统中实现，操作终端通过与控制系统进行信息交互，获取工程机械的位姿、工况信息。

其中，获取所述工程机械的位姿进一步包括：在大地基准下，通过所述工程机械的车体感应单元获取工程机械车体的当前方向；通过所述工程机械的转台旋转编码器及臂架倾角传感器，采集工程机械的旋转角度及其臂架倾角，以获取旋转姿态和臂架位姿。

例如，以泵车为例，在泵车车体上安装感应单元，用于获取泵车车体在大地基准下的现有方向。在泵车转台位置安装旋转编码器，在机械臂上安装角度传感器，这两种传感器用于采集相应动作角度，计算旋转姿态和臂架位姿。

参照图2，其示出了一种泵车的位姿获取方式：泵车的控制系统收到旋转编码器传输过来的旋转编码器信号后，对该旋转编码器信号进行处理，计算得到旋转角度。泵车的控制系统收到角度传感器传输过来的机械臂角度信号后，对该机械臂角度信号进行处理，计算得到机械臂夹角。根据获得的旋转角度和机械臂夹角，结合机械臂参数库和建立的运动方程，计算各臂节的坐标，从而得到泵车位姿，然后将泵车位姿信号输出给操控终端。至此，一次位姿计算结束。需要说明的是，泵车的控制系统采集到这些位姿信息后，可主动或应操控终端的请求，向其提供泵车的位姿信息。

需要说明的是，为便于说明，本实施例将操控终端上初步产生的操控指示定义为操控信息，将处理后的操控信息定义为操控信息，操控信息可处理为图像化信息。

上述实施例中，对所述工程机械的位姿、工况信息及操控信息图像化处理，并分区动态显示处理后的工程机械位姿、工况信息及操控信息。例如，在操控终端上设置显示、触控界面，便于操作信息的动态显示以及进行运动方向设置。并且，还可以在显示触控界面设置上下动作操控键，实现工程机械的三维空间直线运动。

本实施例可以泵车为例，对图像化处理操控信息的过程做进一步说明，参照图3，其示出了本实施例将操控终端的操控信息转化操控信息的过程：

如图3所示，在开始对泵车进行控制时，操控终端获取大地基准，感应到自身的操控动作信号，根据该操控动作信号获取操作方向，然后对该操控方向进行数据处理，确定其在大地基准下的坐标，转换为图像化的操控信息。操控终端上显示处理后的操控信息，并将其输出给泵车的控制系统，控制系统可根据该操控信息实现后续的控制操作。

在一优选实施例中，上述操控方法还包括：采用声音、振动、文字和/或动画的形式，发出动态提示信号，进行预警。本实施例中，与工况、位姿、操控相关的信息均可以采用图片、文字、振动、喇叭、或动画等预警方式，告知操作者目前操作工况的动态信息。

在一优选实施例中，上述操控方法还可包括以下步骤：

基于所述操控信息，设置所述工程机械的运动轨迹，确定所述工程机械的旋转规划量和臂架平移规划量；

判断所确定的旋转规划量和臂架平移规划量是否在对应的限位量范围内，如果所述旋转规划量和臂架平移规划量在对应的限位量范围内，根据预设的规划位移量与驱动电流的对应关系，确定与所述旋转量和臂架平移量对应的驱动电流，对所述驱动电流进行反馈校正后，将其输出至所述工程机械的动作执行机构；

如果所述旋转规划量和臂架平移规划量中的任一规划量不在对应的限位量范围内，则针对不在对应的限位量范围内的规划量，调整所设置的运动轨迹，直到使所述旋转规划量和臂架平移规划量均在对应的限位量范围内。

上述实施例可基于终端指示方向即操控信息，对工程机械进行轨迹规划。下面结合图4和图5对工程机械的三维空间轨迹规划作进一步说明：

参照图4，其示出了本实施例提出的操控方法的总体控制流程。参照图5，其示出了本实施例提出的操控方法的轨迹规划流程。

如图4和图5所示，当确定操控信息后，工程机械的控制装置可根据操控信息，当前位置和下一个目标位置（根据操控信息确定）建立优化运动轨迹，也可以说，此处主要是解决如何根据操控信息，使工程机械动作机构平稳达到指定的目标位置。

本实施例中，工程机械的控制装置可基于操控信息，设置其相关动作机构的运动轨迹，确定工程机械的旋转规划量和臂架平移规划量。这里，旋转规划量包括两个分量：一是转动角度，二是转动速度。臂架平移规划量也包括两个分量：一是移动距离，二是移动速度。

优选的是，将旋转的控制与机械臂平面的控制分开进行，对旋转机构，设置其旋转动作规划量；对于机械臂架，设置其机械臂末端的伸长/缩短量，并在机械臂平面内采用二维规划策略，求取各个臂节运动规划量。其中，二维规划策略主要是指：在机械臂平面内，使相关动作机构能够达到运动轨迹所指定的位置，且能够平稳达到指定位置。

如图5所示，控制装置判断所确定的旋转规划量和臂架平移规划量是否在对应的限位量范围内。本步骤中，可通过判断各臂节是否超出其各自限位角度的范围，来判断旋转规划量、臂架平移规划量是否在对应的限位量范围内。其中，各臂节的限位角度根据工程机械的自身特点设置，一般的限位角度在0～180°之间。

如果各臂节没有超出其各自限位角度的范围，根据电流-规划量比例模块设置的规划位移量与驱动电流的对应关系，确定与旋转量和臂架平移量对应的驱动电流，对驱动电流进行反馈校正后，将其输出至工程机械的动作执行机构。其中，规划位移量与驱动电流的对应关系可根据阀特性中规划的位移量和驱动电流之间的函数关系i=I(Q)进行确定。

但是，如果有臂节超出其自限位角度，则判断臂架是否能够动作，如果臂架无法动作，则停止输出，并发出臂架无法动作的警示。如果臂架可以动作，则针对不在对应的限位量范围内的规划量，调整所设置的运动轨迹，直到使旋转规划量和臂架平移规划量均在对应的限位量范围内。

本实施例中，可通过对驱动电流进行反馈校正，获得精确驱动电流i，并将精确驱动电流i输出给工程机械的多关节臂架执行机构。

下面，结合图6上述操控方法作进一步说明：

参照图6，其示出了本实例的操控过程。本实例中，泵车的操控终端设置有感应单元，用于获取当前操控终端的操控方向。感应单元通过感应终端重力方向，获取操控动作信号，并将其与大地基准做比较，通过数据转换，得到操控信息，还可将该操控信息显示在操控终端的显示触控装置上。

操控终端设置有显示触控装置，用于将泵车车体方向在显示屏幕上，以及将当前工况信息（换向次数、工作状态、压力等信息）、泵车位姿（在大地基准下）、操控触摸按键显示在屏幕上，并且，可以通过屏幕和终端机械控件进行遥控动作。其中，显示触控装置可以直接被操作，也可以增设基本机械按键用于关键操作。

由泵车操控终端所操控的泵车车体上安装有感应单元，用于获取泵车车体在大地基准下的当前方向。泵车转台位置安装有旋转编码器，在机械臂上安装角度传感器。这两种传感器用于采集相应动作角度，计算旋转姿态和臂架位姿。

如图6所示，泵车操控终端启动后获取大地基准，建立坐标系，并监测感应单元是否感应到操控信息，并在感应到操控信息时，对操控信息进行处理，获取图像化的工程机械的操控信息。并且，操控终端与泵车的控制装置进行通信，获取泵车实时位姿以及重要工况信息。操控终端可在其显示触控装置的屏幕上对操控信息、泵车实时位姿以及重要工况信息进行分区动态显示，并将操控信息传输给泵车的控制装置。

与现有技术相比，本发明的上述各实施例具有如下优点：

本发明的操作终端以大地基准为参照，建立与工程机械相同的坐标系，不仅便于进行工程机械位姿的确定，有助于进行工程机械的臂架、转台位姿的定位，还方便对操控信息进行转换和处理。

在操控过程中，操作终端根据获取所述工程机械的位姿、工况信息及操控信息，确定并输出所述工程机械的操控信息给所述工程机械的控制装置，实现对工程机械的控制。因此，本发明的操作终端不仅便于实现工程机械的精确控制，操作准确灵活，而且能够与工程机械操作的无缝连接，避免因手柄或标定引起的操作误差。

终端实施例

参照图7，其示出了本实施例的工程机械的操控系统。本实施例中，工程机械操控终端包括：初始化模块、信息获取模块、信息处理模块及信息输出模块。其中：

初始化模块配置为：以大地基准为参照，建立操作终端与工程机械的三维坐标系。

信息获取模块配置为：获取自身的动作控制信号，并据此确定所述工程机械的操控信息。

信息输出模块配置为：向所述工程机械的控制装置输出所述操控信息。

上述实施例的操控终端中，所述信息获取模块可包括：感应单元及信息处理单元。其中：

感应单元配置为：基于所述大地基准感应操控终端自身的动作控制信号，所述动作控制信号包括所述操控终端感的自身重力方向和倾斜度；

信息处理单元配置为：将所述重力方向和倾斜度与所述大地基准进行比较，通过数据转换，获取包含有操控方向和操控速度的操控信息。

在一优选实施例的操控终端中，所述信息获取模块还可包括：位姿获取单元、工况获取单元及感应单元。其中：

位姿获取单元配置为：与所述工程机械的控制装置进行通信，获取大地基准下所述工程机械的当前位姿，如车体当前方向、旋转姿态和臂架位姿。

工况获取单元配置为：与所述工程机械的控制装置进行通信，获取所述工况信息。

需要说明的是，位姿获取单元、工况获取单元及感应单元均可与信息处理单元通信，分别将所述工程机械的位姿、工况信息及操控方向传输给信息处理模块，进行后续处理，如图像化处理。本实施例中，操控终端设置的感应单元用于获取当前操控终端的操控方向。感应单元通过感应终端重力方向，获取操控动作信号，并将其与大地基准做比较，通过数据转换，得到操控方向，并交由信息处理单元进行处理。

为进一步便于对工程机械进行操控，在一优选实施例中，上述操控终端还可包括：显示装置，配置为图像化处理所述工程机械的位姿、工况信息及操控信息，并分区动态显示处理后的工程机械位姿、工况信息及操控信息。本实施例中，操控终端的显示装置可用于显示工程机械的实时位姿，同时动态显示用户操控方向，便于实时动态了解工况信息。

需要说明的是，本实施例的显示装置可划分为两个基本模块：显示模块和图像化处理模块。其中：图像化处理模块配置为图像化处理所述工程机械的位姿、工况信息及操控信息。显示模块配置为分区动态显示处理后的工程机械位姿、工况信息及操控信息。

在一优选实施例中，上述操控终端中，所述显示装置还可配置有触控模块。触控模块配置有屏幕控件，并配置为通过所述屏幕控件执行控制操作，如输入、调整、发送所述操控信息。本实施例中，操控终端的显示触控装置不仅可显示工程机械的实时位姿，而且还可同时动态显示用户操控方向、工况信息等。

在一优选实施例中，上述操控终端中，所述显示装置还可配置有预警模块。预警模块配置为采用声音、振动、文字和/或动画的形式发出动态提示信号，进行预警。

本实施例通过在显示装置上实现动画文字提示，而且还可采用声音、振动、动画等形式提示用户，实现工程机械动态信息与操作者之间的互动。本实施例中，所有操作方式均可以采用图片、文字、振动、喇叭、或动画等预警方式告知操作者目前操作工况的动态信息。

在一优选实施例中，上述操控终端中，操控终端还可设置有机械控制装置。机械控制装置配置有与工程机械动作相对应的机械按键，并配置为通过所述机械按键执行控制操作，如输入、修改、发送所述操控信息。机械控制装置与信息处理模块通信，信息处理模块对通过机械按键输入的操控信息进行处理，将其输出至显示装置进行显示。

优选地，显示装置在配置有触控模块时，也可同时配置有机械控制装置，对关键功能同时设置两种控制方式：显示界面的触控以及机械按键控制。

需要说明的是，操控终端设置的显示触控装置，用于将泵车车体方向显示在触控屏幕上，以及可以将当前工况信息（如换向次数、工作状态、压力等信息）、泵车位姿（在大地基准下）、操控方向、操控信息显示在屏幕上；并且，操控触摸按键可显示在屏幕上，并可以通过屏幕和终端机械控件进行遥控动作。其中，显示触控装置可以直接被操作，也可以增设基本机械按键用于关键操作，这样，操控终端可以通过屏幕触控和终端上的机械控件分别进行遥控动作。

需要强调的是，操控终端中比较重要的两个部分分别为：1）方向感应装置（即感应单元），实现操控终端的方向感应信号的获取；2）显示触控装置，实现对应功能操作、工况信息显示及预警功能。

需要指出的是，操控终端可为便携式移动终端，也可以为遥控式手持操控终端设备。

上述各实施例将重力感应装置、操作者、工程机械作为一个系统进行整体考虑，设计的操控终端及方法，不仅便于对工程机械的控制，而且通过设置触控界面和按键装置，便于操作者根据自身操控习惯进行操作，同时基于三维几何坐标关系进行操控模式标定，操控起来更为精准。

控制装置实施例

参照图7，其示出了本实施例的工程机械的操控系统。本实施例中，工程机械的控制装置包括：信息接收模块、轨迹规划模块、限位模块、电流-规划量比例模块、调整模块及输出模块。其中：

信息接收模块配置为接收操控信息，并将其传输给轨迹规划模块进行解析处理。

轨迹规划模块配置为：基于操控信息，设置工程机械的运动轨迹，确定工程机械的旋转规划量和臂架平移规划量。根据坐标标定信息、三维几何坐标关系，对操控信息进行优化，对臂架连杆机构几何关系处理、臂架动力学处理、电磁阀电液比例进行处理等。

限位模块配置为：判断轨迹规划模块所确定的旋转规划量和臂架平移规划量是否在对应的限位量范围内，并在旋转规划量和臂架平移规划量在对应的限位量范围内时，通知电流-规划量比例模块。

电流-规划量比例模块配置为：根据预设的规划位移量与驱动电流的对应关系，确定与旋转量和臂架平移量对应的驱动电流，对驱动电流进行反馈校正后，将其输出至工程机械的动作执行机构。通过将获得驱动电流的传输给工程机械的各执行机构，如多关节臂执行机构，指示执行相应动作，从而实现机械臂末端点的智能动作。

调整模块配置为：在限位模块确定旋转规划量和臂架平移规划量中的任一规划量不在对应的限位量范围内，则针对不在对应的限位量范围内的规划量，调整所设置的运动轨迹，直到使旋转规划量和臂架平移规划量均在对应的限位量范围内。

需要说明的是，操控终端与控制装置之间、以及各自内部模块之间的通信可采用事先定义好的协议进行信息传输，本发明的各实施例对此不作限制。

相对于现有技术，本发明上述各实施例具有以下优势：

因此，上述实施例的控制装置与上述操控终端配合能够保证操作者在任何方位实现对工程机械的准确灵活操作，从而实现操控终端与工程机械操作的无缝连接，避免因手柄或标定引起的操作误差。

系统实施例

另外，本发明的实施例还提供了一种工程机械的智能操控系统。参照图4至图8，其分别示出了智能操控系统的控制流程及其主要组成。

本实施例中，如图7所示，该操控系统包括：上述任一实施例的工程机械的操控终端、传感系统、车体方向感应装置、及上述的控制装置。其中，操控终端参见上述任一实施例，此处不再赘述。

传感系统设置在工程机械上的运动机构上，并配置为采集各运动机构的位姿信号。这里，传感系统包括旋转编码器及臂架角度传感器等。

车体方向感应装置设置在工程机械的车体上，并配置为采集工程机械的车体位姿信号

控制装置设置于工程机械上，与传感系统、车体方向感应装置及操控终端连接。其中，控制装置配置为：接收并处理各运动机构的位姿信号及车体位姿信号，确定工程机械的当前位姿；控制装置接收并处理操控信息，设置运动轨迹，指示相应运动机构根据所述运动轨迹进行动作。

下面结合图8，对工程机械的控制装置及与其配合工作的各传感器作进一步说明：

这里，以泵车为例，由上述各实施例所述的操控终端操控泵车的动作。本实施例中，泵车车体上安装有方向感应装置，用于获取泵车车体在大地基准方向下的当前车体方向。泵车转台位置安装有旋转编码器，在机械臂上安装角度传感器。这两种传感器用于采集相应动作角度，计算旋转姿态和臂架位姿。

其中，泵车车体上安装的方向感应装置具备两种模式：

1）电子式方向感应装置

电子式方向感应装置采用车上电池供电，并将感应到的车体方向转换成电子信号传输给控制装置。

2）机械式方向感应装置

无论是否具备供电电源，机械式一直可以处于工作状态，并且在供电电源工作的情况下，将机械信号转换成电信号传输给控制装置。

需要说明的是，可根据工况的需要，选择方向感应装置的模式，当采集到信号后，泵车控制装置的感应信号处理装置对电子信号或机械信号进行处理，获取车体位姿，并输出给操控终端。但由于工况的需要，对上述两种模式的方向感应装置的精度要求很高，并且这两种方向感应装置可以互补工作，可共用车体方向感应信号源，避免信号的数据错误。

本实施例中，泵车的控制装置将接收的操控信息进行处理实现其对应的操控功能。因此，从另一个划分角度来看，该控制装置可包含信息接收模块、信息解析模块、处理模块、输出模块。信息接收模块将接收的操控信息传输给信息解析模块、处理模块进行解析处理，输出模块将处理后的操控信息传输泵车的各执行机构，如多关节臂执行机构，从而实现机械臂末端点的智能动作。

其中，信息解析模块主要根据坐标标定信息、三维几何坐标关系将正确的操控信息用事先定义好的协议传输给处理模块。处理模块的处理过程主要包括：臂架连杆机构几何关系处理、臂架动力学处理、电磁阀电液比例处理等。输出模块将经处理模块处理完成的信息输出至各相应的执行机构，指示执行相应动作，从而实现对工程机械的操控。

因此，本实施例设计的智能感应操控系统，保证操作者在任何方位实现对工程机械的准确灵活操作。本实施例的智能操控系统实现操控终端与工程机械操作的无缝连接，避免因手柄或标定引起的操作误差。

此外，本发明实施例还提供了一种工程机械，例如泵车，该工程机械设有上述任一种操控终端，由于上述任一种操控终端具有上述技术效果，因此，设有该操控终端的工程机械也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。所述存储装置为非易失性存储器，如：ROM/RAM、闪存、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种工程机械的操控方法，其特征在于，包括：

以大地基准为参照，操作终端与工程机械建立相同的坐标系；

获取操作终端自身的操控动作信号，对所述操控动作信号进行分析，以确定对所述工程机械的操控信息，并输出所述操控信息给所述工程机械的控制装置。

2.根据权利要求1所述的操控方法，其特征在于，所述获取操作终端自身的动作控制信号，对所述动作控制信号进行分析，以确定对所述工程机械的操控信息的步骤包括：

所述操控终端感应自身的动作控制信号，所述动作控制信号包括所述操控终端感的自身重力方向和倾斜度；

将所述重力方向和倾斜度与所述大地基准进行比较，通过数据转换，获取包含有操控方向和操控速度的操控信息。

3.根据权利要求1所述的操控方法，其特征在于，还包括：

获取所述工程机械的当前位姿及工况信息；

对所述当前位姿、工况信息及操控信息图像化处理，并分区动态显示处理后的当前位姿、工况信息及操控信息。

4.根据权利要求1所述的操控方法，其特征在于，还包括：

采用声音、振动、文字、动画中的一种或多种形式，发出动态提示信号，进行预警。

5.根据权利要求1至4任一项所述的操控方法，其特征在于，还包括：

基于所述操控信息，设置所述工程机械的运动轨迹，确定所述工程机械的旋转规划量和臂架平移规划量；

判断所确定的旋转规划量和臂架平移规划量是否在对应的限位量范围内，如果所述旋转规划量和臂架平移规划量在对应的限位量范围内，根据预设的规划位移量与驱动电流的对应关系，确定与所述旋转量和臂架平移量对应的驱动电流，对所述驱动电流进行反馈校正后，将其输出至所述工程机械的动作执行机构；

如果所述旋转规划量和臂架平移规划量中的任一规划量不在对应的限位量范围内，则针对不在对应的限位量范围内的规划量，调整所设置的运动轨迹，直到使所述旋转规划量和臂架平移规划量均在对应的限位量范围内。

6.一种工程机械的操控终端，其特征在于，包括：

初始化模块，配置为以大地基准为参照，建立操作终端与工程机械的三维坐标系；

信息获取模块，配置为获取自身的动作控制信号，并据此确定所述工程机械的操控信息；

信息输出模块，配置为向所述工程机械的控制装置输出所述操控信息。

7.根据权利要求6所述的操控终端，其特征在于，所述信息获取模块包括：感应单元，配置为基于所述大地基准感应操控终端自身的动作控制信号，所述动作控制信号包括所述操控终端感的自身重力方向和倾斜度；

信息处理单元，配置为将所述重力方向和倾斜度与所述大地基准进行比较，通过数据转换，获取包含有操控方向和操控速度的操控信息。

8.根据权利要求7所述的操控终端，其特征在于，

所述信息获取模块还包括：位姿获取单元及工况获取单元；其中，位姿获取单元配置为与所述工程机械的控制装置进行通信，获取所述工程机械的当前位姿；工况获取单元配置为与所述工程机械的控制装置进行通信，获取所述工程机械的当前工况信息；

所述操控终端还包括：显示装置，配置为图像化处理所述工程机械的当前位姿、工况信息及操控信息，并分区动态显示处理后的当前位姿、工况信息及操控信息。

9.根据权利要求8所述的操控终端，其特征在于，所述显示装置还配置有：

触控模块，配置有屏幕控件，并配置为通过所述屏幕控件执行控制操作；和/或，

预警模块，配置为采用声音、振动、文字、动画中的一种或多种形式发出动态提示信号，进行预警。

10.根据权利要求5至8任一项所述的操控终端，其特征在于，还包括：

机械控制装置，设置有与工程机械动作相对应的机械按键，并配置为通过所述机械按键生成或修改所述操控信息。

11.一种工程机械的控制装置，其特征在于，包括：信息接收模块、轨迹规划模块、限位模块、电流-规划量比例模块、调整模块及输出模块；其中，

所述信息接收模块配置为：接收操控信息；

所述轨迹规划模块配置为：基于所述操控信息，设置所述工程机械的运动轨迹，确定所述工程机械的旋转规划量和臂架平移规划量；

所述限位模块配置为：判断所述轨迹规划模块所确定的旋转规划量和臂架平移规划量是否在对应的限位量范围内，并在所述旋转规划量和臂架平移规划量在对应的限位量范围内时，通知所述电流-规划量比例模块；

所述电流-规划量比例模块配置为：根据预设的规划位移量与驱动电流的对应关系，确定与所述旋转量和臂架平移量对应的驱动电流，对所述驱动电流进行反馈校正后，将其输出至所述工程机械的动作执行机构；

所述调整模块配置为：在所述限位模块确定所述旋转规划量和臂架平移规划量中的任一规划量不在对应的限位量范围内，则针对不在对应的限位量范围内的规划量，调整所设置的运动轨迹，直到使所述旋转规划量和臂架平移规划量均在对应的限位量范围内。

12.一种工程机械的操控系统，其特征在于，包括：权利要求6至10任一项所述的工程机械的操控终端、权利要求11所述的工程机械的控制装置、传感系统及车体方向感应装置；其中，

所述传感系统设置在工程机械上的运动机构上，并配置为采集各运动机构的位姿信号；

所述车体方向感应装置设置在工程机械的车体上，并配置为采集工程机械的车体位姿信号；

所述控制装置设置于工程机械上，与所述传感系统、所述车体方向感应装置及所述操控终端连接；其中，所述控制装置配置为：接收并处理所述各运动机构的位姿信号及所述车体位姿信号，确定工程机械的当前位姿；所述控制装置接收并处理所述操控信息，设置运动轨迹，指示相应运动机构根据所述运动轨迹进行动作。

Images