灯光追踪系统及挖掘机的制作方法

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种灯光追踪系统及挖掘机。

背景技术：

在现代施工建设中，挖掘机作为进行土石方开挖的主要设备，在现代工程机械中占据着重要地位，其广泛应用在矿山采掘、工业与民用建筑、农机工程、交通运输、港口建设以及军事工程施工等各类工程中。由于施工环境复杂多变，挖掘机也会经常在夜间或矿井及隧道等光线暗淡的情况下施工，因此，提高挖掘机在这此工况下施工的效率及安全性是非常重要的。在挖掘机工作时，铲斗周围的视野和照明至关重要，然而，目前挖掘机的夜间照明灯光多为固定式，在具体施工时，照明存在一定的局限性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种灯光追踪系统及挖掘机，以实现控制探照灯对挖掘机铲斗的自动追踪，从而提高夜间作业安全性等。

本发明实施例提出一种灯光追踪系统，应用于挖掘机，所述系统包括：控制器和分别与所述控制器连接的超声波发射装置、超声波接收装置、驱动装置，所述驱动装置连接所述挖掘机的探照灯，所述超声波发射装置设在所述挖掘机的铲斗上；

所述控制器用于发送启动信号到所述超声波发射装置；

所述超声波发射装置用于在接收所述启动信号后发射超声波信号；

所述控制器还用于根据所述超声波接收装置接收到的超声波信号计算所述铲斗的位置信息，并根据所述位置信息和所述探照灯的当前角度确定所述探照灯的转动角度，以及根据所述转动角度驱动所述驱动装置以使所述探照灯转向所述铲斗。

进一步地，所述超声波发射装置包括分别位于所述铲斗的不同位置的第一超声波发射器和第二超声波发射器；

所述第一超声波发射器和所述第二超声波发射器用于发射不同频率的超声波；

所述控制器用于根据所述超声波接收装置分别接收到的两个超声波的时间计算所述铲斗的位置信息。

进一步地，所述位置信息包括所述铲斗相对于所述探照灯的方向角和距离，所述超声波接收装置设在所述探照灯上；

在接收到所述启动信号后，所述第一超声波发射器发送第一频率的超声波，所述第二超声波发射器在预设时间后发送第二频率的超声波；

所述控制器根据所述超声波接收装置接收到所述第一频率的超声波的第一时间计算第一距离值，并根据接收到所述第二频率的超声波的第二时间计算第二距离值；

所述控制器还根据所述第一距离值、所述第二距离值和两个超声波发射器之间的间隔距离计算所述铲斗相对于所述探照灯的距离和方向角。

进一步地，所述控制器根据所述探照灯的当前角度和所述方向角之间的角度差确定所述铲斗的转动角度。

进一步地，所述控制器计算所述第一距离值和所述第二距离值，包括：

获取所述第一超声波发射器和所述第二超声波发射器开始发射超声波的第一发射时间和第二发射时间；

根据所述第一频率的超声波对应的第一接收时间和所述第一发射时间计算所述第一时间，并根据所述第一时间和预设公式计算所述第一距离值；

根据所述第二频率的超声波对应的第二接收时间和所述第二发射时间计算所述第二时间，并根据所述第二时间和所述预设公式计算所述第二距离值。

进一步地，所述探照灯设于所述挖掘机的驾驶室顶部前方上。

进一步地，所述驱动装置包括伺服电机和驱动齿轮，所述伺服电机分别连接所述控制器和所述驱动齿轮，所述驱动齿轮连接所述探照灯；

所述控制器用于根据所述转动角度控制所述伺服电机转动，以使所述伺服电机带动所述驱动齿轮转动。

进一步地，该灯光追踪系统，还包括：开关，所述开关与所述控制器电性连接，当检测到所述开关按下时，所述控制器产生所述启动信号。

本发明另一实施例提出一种挖掘机，包括：铲斗、探照灯和灯光追踪系统，所述灯光追踪系统包括控制器和分别与所述控制器连接的超声波发射装置、超声波接收装置、驱动装置，所述驱动装置连接所述探照灯，所述超声波发射装置设在所述铲斗上；

所述控制器用于发送启动信号到所述超声波发射装置；

所述超声波发射装置用于在接收所述启动信号后发射超声波信号；

所述控制器还用于根据所述超声波接收装置接收到的超声波信号计算所述铲斗的位置信息，并根据所述位置信息和所述探照灯的当前角度确定所述探照灯的转动角度，以及根据所述转动角度驱动所述驱动装置以使所述探照灯转向所述铲斗。

进一步地，所述驱动装置包括伺服电机和驱动齿轮，所述伺服电机分别连接所述控制器和所述驱动齿轮，所述驱动齿轮连接所述探照灯；

所述控制器用于根据所述转动角度控制所述伺服电机转动，以使所述伺服电机带动所述驱动齿轮转动。

本发明实施例的灯光追踪系统利用超声波对挖掘机铲斗进行实时定位，实现了控制探照灯对挖掘机铲斗的自动追踪，很大程度上改善驾驶员的视野，不仅提高光线暗或夜间的施工安全性，还可提升挖掘效率等。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例的灯光追踪系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例的灯光追踪系统的应用示意图；

图3示出了本发明实施例的灯光追踪系统的第一流程图；

图4示出了本发明实施例的灯光追踪系统的第二流程图；

图5示出了本发明实施例的灯光追踪系统的一种转动角度计算示意图。

主要元件符号说明：

1-灯光追踪系统；2-挖掘机；3-铲斗；4-探照灯；

10-控制器；20-超声波发射装置；30-超声波接收装置；40-驱动装置；

201-第一超声波发射器；202-第二超声波发射器；301-超声波接收器；

410-伺服电机；420-驱动齿轮。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参照图1，本实施例提出一种灯光追踪系统1，可应用于挖掘机2上，通过对挖掘机2的铲斗3进行定位，从而控制探照灯4对铲斗3进行自动追踪，可提高夜间作业的安全性等。下面对该灯光追踪系统1进行详细说明。

如图1所示，该灯光追踪系统1包括：控制器10和分别与该控制器10连接的超声波发射装置20、超声波接收装置30、驱动装置40，其中，该驱动装置40连接该挖掘机2的探照灯4，该超声波发射装置20设在该挖掘机2的铲斗3上。

该控制器10可用于当需要启动该灯光追踪系统1时发送一启动信号以通知超声波发射装置20进行超声波信号发射。

可选地，该灯光追踪系统1还包括一开关，该开关与控制器10电性连接。于是，当检测到所述开关按下时，该控制器10将产生上述的启动信号。例如，该开关可以是机械式按钮等。这是由于考虑到该灯光追踪系统1主要用于光线暗淡的时候，尤其是夜间、矿井及隧道等地方，通过该开关可控制该灯光追踪系统1在光线较亮时不工作而在夜间开启，从而可降低系统功耗等等。

本实施例中，该超声波发射装置20用于在接收来自控制器10的启动信号后发射超声波信号，而该超声波接收装置30则用于接收所述超声波信号并发送给控制器10以进行相应处理。

其中，该超声波发射装置20包括至少一个超声波发射器。而该超声波接收装置30包括至少一个超声波接收器301。示范性地，该超声波发射器或超声波接收器301可采用如tct40-16xx，ma40s4r等不同型号的超声波传感器。

该控制器10用于根据该超声波接收装置30接收到的超声波信号计算该铲斗3的位置信息，并根据所述位置信息和该探照灯4的当前角度确定该探照灯4的转动角度，以及根据所述转动角度驱动所述驱动装置40以使所述探照灯4转向铲斗3。示范性地，该控制器10可采用如mcs-51系列单片机、msp430系列单片机、pic系列单片机、stc系列单片机或arm9/11系列单片机等等，具体如at89s51，pic12c508，msp430f149等等型号。

下面将以两个超声波发射器及一个超声波接收器为例对该灯光追踪系统1的工作原理进行举例说明。

示范性地，如图2所示，该超声波发射装置20可包括分别位于该铲斗3的不同位置的第一超声波发射器201和第二超声波发射器202，具体可是同一水平位置，也可以是不同水平位置。而该超声波接收装置30可设在位于该探照灯4的上方或下方的预设位置处，例如，可以是该探照灯4的支撑杆或灯底座上等等。这样在确定了铲斗3相对于超声波接收装置30的位置，也就确定了探照灯4的转动照射方向。

该控制器10将用于根据超声波接收装置30分别接收到的两个超声波的时间计算铲斗3的位置信息。其中，该位置信息主要包括铲斗3相对于探照灯4的方向角和距离。

如图3所示，该灯光追踪系统1的工作流程如下：

步骤s100，在接收到所述启动信号后，第一超声波发射器201发送第一频率的超声波，第二超声波发射器202在预设时间后发送第二频率的超声波。

步骤s200，超声波接收装置30分时接收第一频率的超声波和第二频率的超声波。

在上述步骤s100中，该第一超声波发射器201和第二超声波发射器202用于分时发射不同频率的超声波。通过发射不同频率的超声波便于让超声波接收装置30识别出不同频率，可避免在接收第二超声波发射器202发射的超声波信号时仍受到第一超声波发射器201的超声波信号影响，进而提高测量准确性等。

步骤s300，控制器10根据接收到该第一频率的超声波的第一时间计算第一距离值，并根据接收到该第二频率的超声波的第二时间计算第二距离值。

示范性地，如图4所示，该控制器10在计算该第一距离值和第二距离值时，步骤如下：

子步骤s310，获取第一超声波发射器201和第二超声波发射器202在发射对应的超声波的第一发射时间和第二发射时间，以及接收到所述第一频率的超声波时的第一接收时间和所述第二频率的超声波时的第二接收时间；

子步骤s320，根据所述第一发射时间和所述第一接收时间计算所述第一时间，并根据所述第一时间和预设公式计算第一距离值。

子步骤s330，根据所述第二发射时间和所述第二接收时间计算所述第二时间，并根据所述第二时间和预设公式计算第二距离值。

在上述子步骤s310中，分别获取第一频率和第二频率的超声波的发射时间及对应的接收时间，从而确定超声波在铲斗3到探照灯4之间的传输时间。

可以理解，所述第一时间是指第一频率的超声波从第一超声波发射器201传播到超声波接收器301所需的时间，进而利用超声波测距原理可计算得到第一超声波发射器201到超声波接收器301之间的距离，即上述的第一距离值。同理可知，所述第二时间即指第二频率的超声波从第二超声波发射器202传播到超声波接收器301所需的时间，该第二距离值即为第二超声波发射器202到超声波接收器301之间的距离。

例如，如图5所示，若第一超声波发射器201为a，第二超声波发射器202为b，超声波接收器301为o，若接收到该第一频率的超声波的第一时间为δt1，接收到该第二频率的超声波的第二时间为δt2，根据超声波测距原理可知，由超声波在空气中传播的声速c及距离与时间的计算公式可分别计算得到第一距离值d1和第二距离值d2，即d1＝c*δt1，d2＝c*δt2。

步骤s400，控制器10还根据所述第一距离值、所述第二距离值和两个超声波发射器之间的间隔距离计算铲斗3相对于探照灯4的距离和方向角。

例如，如图5所示，可取两个超声波发射器的中点c作为该铲斗3的位置，由于两个超声波的间隔距离d0是预先设定的，于是根据三角形的边长及夹角计算原理可计算出该中点到该探照灯4的距离，即指图5中的点o到点c的距离。另外，根据三角形角度计算原理同样可计算得到该铲斗3相对于该超声波接收器301的方向角θ。

于是，控制器10根据该探照灯4的当前角度和所述方向角之间的角度差确定铲斗3的转动角度。

由于超声波接收装置30位于探照灯4上，当确定了铲斗3相对于超声波接收装置30的方向角后，即可确定该探照灯4的照射方向。例如，当铲斗3位于该超声波接收装置30的左侧时，则驱动该探照灯4将向左转动，而具体的转动角度则可根据该探照灯4的当前角度与该方向角θ的角度差计算得到。可以理解，此时的方向角θ为铲斗3相对于超声波接收装置30的方向角，考虑到探照灯4具有一定的照射范围，而该铲斗3相对于超声波接收装置30的方向角与该铲斗3相对于探照灯4的方向角的角度差值较小，故在可接受的范围内。

当然，为进一步确定更加准确的角度差，在已知该铲斗3相对于超声波接收装置30的距离和超声波接收装置30与探照灯4的距离，也可利用直角三角形原理计算出该铲斗3相对于该探照灯4的实际方向角。

于是，当计算出转动角度后，控制器10则驱动该驱动装置40使探照灯4转动铲斗3所在的位置。本实施例中，该探照灯4可包括但不限于设在该挖掘机2的驾驶室顶部前方等等。

本实施例中，该驱动装置40包括伺服电机410和驱动齿轮420，该伺服电机410分别连接控制器10和驱动齿轮420，该驱动齿轮420连接探照灯4。于是，该控制器10则根据计算得到的转动角度控制该伺服电机410转动，以使该伺服电机410带动驱动齿轮420转动，从而实现探照灯4的转动。

本实施例的灯光追踪系统利用超声波对挖掘机铲斗进行实时定位，实现了控制探照灯对挖掘机铲斗的自动追踪，很大程度上改善驾驶员的视野，不仅提高光线暗或夜间的施工安全性，还可提升挖掘效率等。

实施例2

请参照图1，基于上述实施例1，本实施例提出一种挖掘机2，该挖掘机2包括铲斗3、探照灯4和灯光追踪系统1，其中，该灯光追踪系统1可采用上述实施例1中的灯光追踪系统。

示范性地，所述灯光追踪系统1包括控制器10和分别与所述控制器10连接的超声波发射装置20、超声波接收装置30、驱动装置40，所述驱动装置40连接所述探照灯4，所述超声波发射装置20设在所述铲斗3上；

所述控制器10用于发送启动信号到所述超声波发射装置20；

所述超声波发射装置20用于在接收所述启动信号后发射超声波信号；

所述控制器10还用于根据所述超声波接收装置30接收到的超声波信号计算所述铲斗的位置信息，并根据所述位置信息和所述探照灯4的当前角度确定所述探照灯4的转动角度，以及根据所述转动角度驱动所述驱动装置40以使所述探照灯4转向所述铲斗3。

进一步地，所述驱动装置40包括伺服电机410和驱动齿轮420，所述伺服电机410分别连接所述控制器10和所述驱动齿轮420，所述驱动齿轮420连接所述探照灯4。

所述控制器10用于根据所述转动角度控制所述伺服电机410转动，以使所述伺服电机410带动所述驱动齿轮420转动。

可以理解，本实施例的挖掘机与上述实施例1中的挖掘机对应，上述实施例1中的可选项同样适用于本实施例，故在些不再详述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。