一种挖掘设备水平定姿定位辅助装置的制作方法

本实用新型涉及姿态定位领域，涉及一种挖掘设备水平定姿定位辅助装置。

背景技术：

近年来，基于定位的服务(LBS，Location Based Services)被广泛认为是信息产业发展的一个重要趋势，目前，LBS中位置的获取主要是依靠GPS(Global Positioning System，全球卫星定位系统)为主要代表的全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)，GNSS具有定位精度高、全球24小时可用，以及不易受天气等因素影响的优势但卫星导航系统本身具有信号弱、易受遮挡的先天性不足，这使得GNSS的应用场景大大受限，例如在市区的街道和高架桥下等区域，其定位性能将严重受限，在室内、地下等区域将几乎彻底失效。因此，基于蜂窝移动通信网络、WLAN网络、视觉等方式的定位手段应用而生，这些辅助定位手段通常作为卫星导航的一种辅助定位方式，在连续性、精度等方面对卫星导航进行增强。

辅助定位技术是一种结合了网络基站信息和GPS信息对终端进行定位的技术，与普通GPS定位相比，具有定位速度快、精度高的优点。在室外等空旷地区，辅助定位系统精度在正常的GPS工作环境下，可达10米左右，是目前定位精度较高的一种定位技术。辅助定位手段通常作为卫星导航的一种辅助定位方式，在连续性、精度等方面对卫星导航进行增强。

目前，定位辅助系统已经得到了越来越广泛的应用。但是在挖掘设备定位辅助这块受到了一定的限制。现有的挖掘设备包括：动力装置、工作装置、回转机构等，用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。但是，大部分挖掘设备外观整体结构设计老套，工程挖掘主要依赖于驾驶员的个人感觉来进行挖掘，这种方法工作量大，周期长。挖掘设备无法对需要挖掘的区域实现精准的挖掘，挖掘精度低，耗时大以及调整技术要求比较困难，花费成本昂贵。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种挖掘设备水平定姿定位辅助装置，以解决现有工程挖掘效率低，挖掘区域错误率高等缺陷，极大避免各种挖掘事故发生，也为很多不便观察和测量的挖掘施工区域带来施工便利。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种挖掘设备水平定姿定位辅助装置，其特征在于：包括基准站、流动站、挖掘设备和用户主机；

所述基准站架设于地面固定位置，包括GPS接收模块和无线传送模块，接收卫星信号后把自己的观测量发送给流动站；设置在在地面上设定区域内的流动站运动定位，包括GPS接收模块和无线传送模块，接收卫星信号和基准站所发送的基准站观测量并结合自己的观测量将数据进行修正后传送给用户主机；

用户主机设于挖掘设备驾驶室内，用户主机根据流动站传送的数据在显示模块上对地面上的施工区域和挖掘设备的挖掘头实时位置进行水平定位并控制挖掘设备的工作路线；

挖掘设备的挖掘臂包括主臂，次臂和挖掘头，挖掘头上设有姿态传感器，用户主机根据姿态传感器回传的监控信息控制挖掘设备的主臂、次臂做出相应动作以维持挖掘头始终保持固定的工作姿态进行挖掘工作。

进一步的，所述流动站的观测量数据通过移动基站由串口输出，经用户主机的数传电台传送给用户主机。

进一步的，所述流动站为手持移动GPS终端。便于施工人员手持设备进行运动定位，操作方便。

进一步的，所述挖掘头所保持固定的工作姿态为垂直施工姿态。施工效率高，挖掘设备的受力好。

进一步的，所述显示模块为工业液晶屏。显示内容包括字符、汉字、图形和曲线中的一种或多种，显示内容包括施工区域的形状、挖掘头所处的当前位置和已挖掘区域的挖掘深度及挖掘量，便于施工人员更直观的了解工作任务进步，并通过用户主机控制挖掘设备的工作。此外，液晶屏显示的信息多，可显示字符、汉字，也可以显示图形和曲线，且容易与微处理器接口。

进一步的，所述姿态传感器是基于MEMS技术的三维运动姿态测量元件，安装在挖掘头上方，实时向用户主机输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态数据。用户主机根据姿态传感器的监控信息控制挖掘设备的主臂、次臂做出相应动作以维持挖掘头始终保持固定的工作姿态，垂直施工。基于MEMS技术的高性能姿态传感器能够在动态环境下启动，真正的低功耗，实测17mA；高速数据输出率，最高500Hz，全角度无盲区三维姿态方位数据输出给用户主机。

进一步的，所述显示模块上设有用于对地面上的施工区域和挖掘设备的挖掘头实时位置进行水平定位的水平面网格。通过显示模块上的水平面网格辅助显示施工区域和挖掘头的定位信息，能够使施工人员更加直接准确的了解工作状态和工作进步，并及时通过用户主机指导挖掘工作，从而提高挖掘精度，同时也减少了施工区域场地上辅助施工人员的工作量。

进一步的，所述水平面网格尺寸为5*5m，挖掘头施工尺寸1.3*0.8m。

进一步的，所述流动站定位精度为0.05m/12H，对挖掘头的空间定位精度优于0.1m。空间定位精准，挖掘精度高。

本实用新型的有益效果在于：

1、解决了现有挖掘设备挖掘效率低，挖掘区域错误率高等缺陷，极大避免各种挖掘事故发生，也为很多不便观察和测量的挖掘施工区域带来施工便利；

2、耗时少、并且可以根据现场施工要求及时灵活的调整施工操作；

3、建设花费成本较低。

附图说明

图1为挖掘设备结构示意图

图2为本装置在地面上的施工区域的位置示意图

图1～2中：1为主臂，2为次臂，3为姿态传感器，4为通讯线缆，5为驾驶室，6为用户主机，7为旋转车体，8为挖掘机底盘，9为挖掘头，10为基准站，11为流动站。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

以下将结合附图对本实施例所提供的基于载波相位差分技术的挖掘设备水平定姿定位辅助方法进行详细描述。

如图1所示的实施例所示挖掘设备，包括：挖掘机底盘8、旋转车体7、驾驶室5、主臂1、次臂2以及通讯线缆4、传感器3、挖掘头9等；本装置的核心为基于GPS加上载波相位差分系统(RTK)的基准站加流动站的定位模块和姿态传感装置，定位精度的高低取决于GPS接收机的性能。为兼顾系统可靠工作，具有友好的人机接口，驾驶室5中利用工控一体机作为用户主机6，工业液晶显示屏作为显示模块辅助显示，显示模块上还设有用于对地面上的施工区域和挖掘设备的挖掘头9实时位置进行水平定位的水平面网格，便于拖工人员直观了解挖掘工作实时状态，通过用户主机6指导挖掘设备的挖掘工作；本实施例中，显示模块的水平面网格的单一网格尺寸对应为5*5m的地面上的施工区域，，挖掘头9施工尺寸1.3*0.8m。

如图2所示的挖掘设备水平定姿定位辅助装置，包括基准站10、流动站11、挖掘设备和位于实际的施工区域(线框为施工区域边界线示意)内用户主机6。

基准站10架设于地面固定位置，包括GPS接收模块和无线传送模块，接收卫星信号后把自己的观测量发送给流动站11；设置在在地面上设定区域内的流动站11运动定位，包括GPS接收模块和无线传送模块，接收卫星信号和基准站10所发送的基准站10观测量并结合自己的观测量将数据进行修正后通过移动基站由串口输出，经用户主机6的数传电台传送给用户主机6，移动基站数据输出频率5Hz。本实施例中，流动站11为手持移动GPS终端。

用户主机6设于挖掘设备驾驶室5内，用户主机6根据流动站11传送的数据在显示模块上对地面上的施工区域和挖掘设备的挖掘头实时位置进行水平定位并控制挖掘设备的工作路线。

挖掘设备的挖掘臂包括主臂1，次臂2和挖掘头9，挖掘头9上设有姿态传感器3，用户主机6根据姿态传感器3回传的监控信息控制挖掘设备的主臂1、次臂2做出相应动作以维持挖掘头9始终保持垂直施工的工作姿态进行挖掘工作，从而能够在短时间内高效率的对这一施工区域进行挖掘，有效的完成施工设备挖掘头空间姿态的定位指示功能；本实施例中，姿态传感器3是基于MEMS技术的三维运动姿态测量元件，安装在挖掘头上方，实时向用户主机6输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态数据。

基准站10需要架设在一个观测条件比较好(上空视野，周围无干扰)的地方，然后流动站11就可以运动定位，流动站11定位精度为0.05m/12H。