一种工程机械及其操作智能提示系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种工程机械操作智能提示系统，该系统包括检测装置、控制装置及提示装置；检测装置检测操作输入装置和操作执行装置的实时工作状况，并将检测信息发送给控制装置；控制装置接收该信息并对其进行处理，进而发出提示信息；提示装置根据该提示信息做出相对应的提示动作，使整个系统的工作状况实时地处于操作人员可感知状态。本实用新型还公开了一种工程机械。与以往工程机械只有发生危险时才发出警报相比，可以减少操作的失误，使工程机械的工作过程更具可控性。
【专利说明】一种工程机械及其操作智能提示系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工程机械设备领域，具体涉及一种工程机械，还涉及一种工程机械操作的智能提示系统。
【背景技术】
[0002]我国近些年对基础设施建设投入很大，工程机械设备修建桥梁、楼房等工作中又是必不可少的，但由于施工环境和条件复杂导致工程事故频发。
[0003]目前的大型机械设备(包括起重机、吊车、挖掘机等)上都配备了声光报警装置，不过这些报警装置只能在操作过程出现危险情况时给出一些简单的提示和警告，而这些大型机械设备质量、惯性较大，反应速度缓慢，在实际操作过程中会出现动作延时，比如，操作者操作机构动作已经开始运动，操作者的位移机构没有运动，如果加大操作速度，稍不留神就会出现误操作及设备晃动等危险情况，因此，目前的报警装置不能满足对设备操作过程的可控性要求。
实用新型内容
[0004]为解决上述问题，本实用新型提供了一种工程机械操作的智能提示系统，来实现使工程机械操作过程处于实时地可知和可控状态。
[0005]本实用新型解决上述问题的技术方案是:提供一种工程机械操作智能提示系统，所述工程机械包括操作输入装置及操作执行装置；其中，所述操作智能提示系统包括:检测装置；控制装置，所述控制装置与所述检测装置的输出端相连，所述检测装置检测所述操作输入装置和所述操作执行装置的工作状况；并将检测信息发送给所述控制装置，所述控制装置接收所述检测装置的检测信息，并对所述检测信息进行处理，进而发出提示信息；提示装置，所述提示装置的输入端连接所述控制装置的输出端，所述提示装置接收所述控制装置的提示信息，并将所述提示信息传递给操作人员。
[0006]其中，所述操作输入装置包括:系统控制开关、操作手柄和/或操作踏板，所述操作执行装置包括伸缩臂、回转盘、吊钩和/或油压缸。
[0007]其中，所述检测装置包括:安装在所述伸缩臂和吊钩上的测距仪、安装在所述回转盘上的角度传感器、安装在所述油压缸上的温度传感器、安装在所述操作手柄和操作踏板上的位移传感器、安装在所述油压缸上的压力传感器和/或安装在所述伸缩臂上的载荷传感器。
[0008]其中，所述控制装置包括:信息接收模块，接收所述检测装置发送的检测信息，并将所述检测信息进行初步的校对及整理；信息处理模块；信息发送模块，其中，所述信息处理模块接收所述信息接收模块发送的检测信息，对所述检测信息进行处理，并通过所述信息发送模块发送出提示信息；1/0接口，所述I/O接口连接所述信息接收模块、所述信息处理模块和所述信息发送模块。
[0009]其中，所述提示装置包括:操作提示装置，将所述控制装置发送的提示信息通过可视、可听和/或可感触的方式传递给操作人员；指挥提示装置，将所述控制装置发送的提示信息通过可视、可听和/或可感触的方式传递给指挥人员。
[0010]其中，所述提示装置包括:显示器、报警灯、蜂鸣器、震动器、仪表盘、指示灯和/或语音提示器。
[0011]其中，所述提示信息通过所述提示装置显示所述操作输入装置和所述操作执行装置的实时工作状况；所述提示信息包括:使显示器显示操作状态、使仪表盘指示相应数据、使报警灯闪烁、使蜂鸣器发出蜂鸣声、使震动器震动和/或使语音提示器发出语音提示。
[0012]其中，所述显示器显示伸缩臂长度及位置、载荷值、回转控制电流、回转盘角度位置和/或操作手柄位置信息。
[0013]其中，所述显示器、所述指示灯、所述仪表盘安装在所述工程机械的操作室内的工作台上；所述震动器安装在所述操作手柄和/或所述操作室内的座椅上；所述报警灯安装在所述操作室外顶部；所述蜂鸣器和所述语音提示器分别安装在操作室内部和外部的侧壁上。
[0014]本实用新型提供一种工程机械，其中，所述工程机械包括以上所述的可能实现方式中任一项工程机械操作智能提示系统。
[0015]本实用新型的有益效果是:区别于现有技术的情况，本实用新型所揭示的操作智能提示系统可以使操作者通过提示装置获得工程机械的操作输入装置及操作执行装置的实时动作及状态，从而能够更加安全、高效的控制工程机械进行作业，减少或避免危险情况的发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型一实施例的操作智能提示系统模块框图；
[0017]图2是本实用新型又一实施例的操作智能提示系统的模块框图；
[0018]图3是本实用新型操作智能提示系统一般工作情况的流程示意图；
[0019]图4是本实用新型操作智能提示系统一具体应用例的工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面，将结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细的说明。
[0021]请参阅图1，图1是本实用新型一实施例的操作智能提示系统模块框图。
[0022]该提示系统100包括检测装置110、控制装置120和提示装置130。控制装置120与检测装置110的输出端相连，检测装置110检测操作输入装置和操作执行装置的工作状况，这其中可包括工程机械的工位、机械臂的扬角、操作手柄和操作踏板的位置及油压缸压力等信息；之后，检测装置110将检测信息发送给控制装置120，控制装置120接收检测装置110的检测信息，并对检测信息进行处理，进而发出提示信息；提示装置130的输入端连接控制装置120的输出端，提示装置130接收控制装置120的提示信息，并将提示信息传递给操作人员，传递方式可以为可视、可听及可感触等，其中，有可视的显示器显示的相关信息、报警灯的不同颜色及频率闪烁；有可听的语音提示装置播放的语音提示、蜂鸣器发出的蜂鸣音；有可感触的震动器发出的震动等。通过细致而全面的检测和提示，使做操人员随时了解工程机械的各个机构的工作状况，增加了工程机械的可控性，减少安全隐患的发生。[0023]本实用新型所提到的工程机械可以是起重机械、挖掘机械、修路机械、铲土机械、凿岩机械等，在此不作限定。
[0024]图2是本实用新型又一实施例的操作智能提示系统的模块框图。其中，为了能够清楚说明本实施例的技术方案，故将操作输入装置510和操作执行装置520以虚线框的方式表示在图中。
[0025]图2中的操作输入装置510和操作执行装置520虽然不属于本实用新型的保护客体，但本实用新型方案的实施需要操作输入装置510和操作执行装置520配合完成，其中，操作输入装置510即操作控制装置，可以包括系统控制开关、操作手柄、操作踏板等，操作执行装置520则可以包括伸缩臂、回转盘、吊钩、油压缸、铲斗等，不同的工程机械的操作执行装置不同，这里不再赘述。
[0026]检测装置210用于检测整个工程机械操作提示系统各个部分的工作状况，其中，检测装置有很多种，比如，安装在伸缩臂和吊钩上的测距仪，测距仪的种类一般有激光测距仪、超声波测距仪、红外线测距仪等，在工程机械中红外测距仪使用广泛，其主要作用是测量机械臂与障碍物或者工作对象之间的距离，可以使操作人员清楚的知道机械臂的位置和状态、保证所做操作规范安全；安装在回转盘和吊臂上的角度传感器，我们都知道，工程机械的工作环境复杂，很多情况下操作室的方向和位置不利于操作人员很好的看清楚所控制工作步骤的进行情况，譬如，挖掘机的操作过程，由于地面不平等原因常导致操作室位置及角度不利于操作人员看清所挖沟壑深度、尺寸等工况，有了检测其方位的传感器就能够使操作人员准确知道操作室的方位及角度，进而及时地做出调整动作，使操作室处于最佳方位和视角，以有利于操作人员做出合理正确的操作；检测吊臂角度传感器则与检测吊臂与其他物体距离的测距仪相配合，能够准确定位出吊臂的位置，防止过卷、偏摆等情况的发生；安装在油压缸及发动机上的温度、压力传感器，使操作人员了解油压缸及发动机的实时工作温度和工作压力，判断其是否在安全范围内工作，避免爆缸、漏油等情况发生；安装在操作手柄和操作踏板上的位移传感器，用于检测操作手柄及其操作踏板所处的操作位置(即操作百分比)，实际操作过工程机械的技术人员都知道，一般情况他们是根据经验判断来控制操作手柄及操作踏板的行程，而没有一个具体的量化数值作为指导，这就有一个问题，当新手不熟悉该工程机械的操作过程时，光凭感觉和看到的工况来操作难免会出现事故，本技术方案通过检测操作手柄及操作踏板的位置(即行程百分比)可以把该数据具体的显示出来，也会使操作人员根据显示数据与执行机构做出的实际动作来判断操作的准确性，同时可以通过观察操作执行装置520与操作输入装置510的动作是否相符来判断工程机械的健康状况；安装在伸缩臂(或吊臂)上的载荷传感器，确保工程机械在规定载荷范围内工作，以防止由于过载产生的危险情况发生。
[0027]控制装置220与检测装置210的输出端相连，检测装置210检测操作输入装置510和操作执行装置520的工作状况；并将检测信息发送给控制装置220，同时，如果检测装置210本身处于不正常工作状态，控制装置220也会收到其发来的反馈信息，提示给操作人员，操作人员进行更换或修理等；控制装置220的主要作用还是接收检测装置210的检测信息，并对检测信息进行处理，进而发出提示信息；其中，控制装置220会根据工程机械的控制需求选用不同的配置，譬如，一个大型的复杂工程机械(如隧道挖掘机)就需要一个功能强大的CPU (Central Processing Unit)来控制,而像一些简单的、要求精度不高的工程机械(譬如，小型起重机)则一般的PLC (Programmable Logic Controller)模块就能满足要求，在优选实施例中，控制装置220由信息接收模块2201、信息处理模块2202、信息发送模块2203及I/O接口 2204构成，其中，信息接收模块2201接收检测装置210发送的检测信息，并将检测信息进行初步的校对及整理，发送给信息处理模块2202 ;信息处理模块2202收到信息接收模块2201发送的检测信息，对检测信息进行处理，并通过信息发送模块2203发送出提示信息；I/O接口 2204连接信息接收模块2201、信息处理模块2202和信息发送模块2203，I/O接口 2204的具体形式有很多种，可以是水晶接头、通用USB接口、PCI Express(Personal Computer Interface Express)等；一般情况信息接收模块2201、信息处理模块2201、信息发送模块2203及I/O接口 2204多是集成在PCB(Printed Circuit Board，中文名称为印制电路板)上，本申请为了能够清楚的说明检测信息的处理及传递过程将各模块予以分别说明并加以区分，但只要是能够实现对检测信息处理功能的控制装置，在本领域技术人员能够理解的范围之内，都不影响本实用新型的保护范围。
[0028]在本实施例中，提示装置230有两种，操作提示装置2301和指挥提示装置2302，操作提示装置2301将控制装置220发送的提示信息通过可视、可听和可感触的方式传递给操作人员；指挥提示装置2302将控制装置220发送的提示信息通过可视、可听和可感触的方式传递给指挥人员；实际上操作提示装置2301和指挥提示装置2302同时受到控制装置220的控制，只是考虑到提示装置230的受众对象不同(操作人员和指挥人员)才加以区分，在部分种类的工程机械中，由于执行动作简单而没有指挥人员，这样的话就无所谓操作提示装置2301和指挥提示装置2302之分，换句话说，本实用新型对提示装置的区分方法不影响其保护范围，只要提示装置中包括了本实用新型提到的相同或者相类似的装置都在本实用新型保护范围之内。
[0029]在本实施例中，提示信息通过提示装置230显示操作输入装置510和操作执行装置520的实时工作状况；提示信息可以包括:使显示器显示操作状态、使仪表盘指示相应数据、使报警灯闪烁、使蜂鸣器发出蜂鸣声、使震动器震动以及使语音提示器发出语音提示；其中，该操作智能提示系统可以设计不同的提示图标和提示界面在显示器中予以显示，根据不同操作机构的工作特点和工作位置设计不同的提示声音，根据常用的指挥用语设计语音提示装置的提示语音，根据人们认知常识的习惯设计报警灯的颜色及闪烁频率等，确保操作者能够很容易地知道系统是否有效及各装置的工作状况，指挥人员也能够结合该提示信息和执行装置的实际动作做出正确的指挥。譬如，起重机在用吊钩吊载地面重物时，重物质量太大，超过了该起重机的工作载荷，吊不起来，操作者可以根据操作提示知道执行装置已经在做起升动作，但是震动器没有震动，即实际上吊钩没有上升，则可以判断是超重。
[0030]实现以上过程的提示装置230具体可以为:显示器、报警灯、蜂鸣器、震动器、仪表盘、指示灯、语音提示器等，当然，在具体工程机械的实施例中可能用到其中的一种或者多种，在本领域技术人员理解范围内，不作具体数量的限定。其中，在优选实施例中，显示器、指示灯、仪表盘可安装在操作室内的工作台上；震动器可安装在操作手柄和/或操作室内的座椅上；需要重点说明的是，震动器按照其能源类型分主要有:气动震动器、液动震动器和电动震动器，本实用新型的技术方案中根据工程机械的能源提供形式选取最优的震动器种类；报警灯可安装在操作室外顶部；蜂鸣器、和语音提示器可分别安装在操作室内部和外部的侧壁，其中，在优选实施例中，显示器可显示伸缩臂长度及位置、载荷值、回转控制电流、回转盘角度位置、操作手柄位置等信息，根据具体的工程机械复杂程度和要求显示内容会有所不同，在本领域技术人员能够理解范围内，在此不做赘述。
[0031]图3是本实用新型操作智能提示系统一般工作情况的流程示意图，该流程包括但不限于以下步骤。
[0032]步骤S300，检测操作输入装置和操作执行装置的实时工作状况，将检测信息发送给控制装置。
[0033]在步骤S300中，通过检测装置实现检测操作输入装置和操作执行装置实时工作状况，检测装置包括检测机械臂与障碍物距离的测距仪，检测操作室(即回转盘)和吊臂角度方位的角度传感器，检测油压缸压力的压力传感器，检测发动机及油压缸温度的温度传感器，检测操作手柄和操作踏板位移(即操作百分比)的位移传感器，检测伸缩臂(或吊臂等)载荷的载荷传感器，最后，各检测传感器把检测到的信号发送给控制装置。
[0034]需要说明的是，实际工程机械设备中用到的传感器可能不止以上所列举，还可包括像用于检测回转速度的速度传感器等，在本领域技术人员能够理解的范围内，在此就不在赞述。
[0035]步骤S301，对检测信息进行处理，并发出提示信息。
[0036]在步骤S301中，控制装置首先接收到检测装置发送来的检测信息，其中，对检测信息的处理具体为:对检测信息进行整理、分析和计算；控制装置中将分析得出的提示信息发送给提示装置。
[0037]步骤S302，将提示信息的内容以可视、可听和可感触的方式传递给操作人员。其具体的提示方式可以为:显示器显示操作状态、仪表盘指示相应数据、报警灯闪烁、蜂鸣器发出蜂鸣声、震动器震动以及使语音提示器发出语音提示等。
[0038]步骤S303，操作人员根据提示信息做出相应操作动作，包括调整工位、停止危险作业等。
[0039]在步骤S303中，操作人员根据提示系统的提示信息并结合执行装置实际的工作情况做出正确的操作动作，可以包括调整工位、停止危险作业等，以顺利完成工程任务。其中操作人员包括工程机械的操控者和指挥者。
[0040]请参阅图4，是本实用新型操作智能提示系统一具体应用例的工作流程示意图，以起重机的回转为例进行说明，本实施例操作智能提示系统的工作过程包括但不限于以下步骤。
[0041]步骤S400，操作回转动作，智能提示工作开始。即操作输入装置输入命令，本实施例具体为扳动操纵手柄，操作执行装置根据输入的命令做出相应的执行动作。
[0042]步骤S410，判断回转操作是否有效。
[0043]在步骤S410中，检测装置开始检测该工程机械的各个机构的工作状况，包括:油压缸压力和温度、机械臂的载荷及过卷角度、机械臂与障碍物之间距离及操作室角度位置等信息，检测装置把以上检测信息发送给控制装置，控制装置经过分析及逻辑运算进行判断回转操作是否有效，如果判断结果为无效，进入到步骤S450，回转提示结束，并将无效信号反馈到步骤S410，重新进行回转操作有效性的判断；如果判断结果为有效，则发出相应的提示信息给提示装置，并进入到下一步骤。
[0044]步骤S420,提示装置接收控制装置的提示信息,做出提示动作，比如提示动作有:显示器显示操作手柄的开关状态、操作百分比及回转电流等信息，安装在操作室内部及外部的蜂鸣器发出蜂鸣提示音，其中，声音控制信号根据实际需要，不同类别执行机构操作对应不同声音，如本实施例起重机回转操作声音可以为“滴答--?滴答--?”，行走操作声音为“滴滴--?滴滴--?”等，声音的大小、音色及间隔可以由控制电脑输出电压的大小和时间的长短控制；报警灯发出相应颜色的光并按照一定频率进行闪烁，譬如，正常工作时绿灯低频率闪烁，待机时黄灯中频率闪烁，出现故障时红灯高频率闪烁；还有语音提示器播放语音提示信息等。当然，此处不可能把所有的提示装置全部列出，实际工程机械的提示信息还包括像操作台上提示灯的明暗变化、仪表盘指示油量和功率等，在本领域技术人员能够理解的范围之内，在此不再一一罗列。
[0045]步骤S430，控制装置判断回转动作是否有效。如果判断结果是无效，即执行装置没能有效执行预计的动作，进入到步骤S450，回转提示结束，并将无效信号反馈到步骤S410，重新进行回转操作有效性的判断；如果判断结果为有效，即执行装置有效而准确完成预计动作，控制装置发出提示信息给提示装置的震动器，并进入到下一步骤。
[0046]步骤S440，安装于操作手柄及操作室座椅上的震动器发出震动。震动的频率和幅度则根据回转速度的不同而变化，使操作人员得到的信息是整个操作过程有效，操作人员再决定是继续执行这一动作还是结束该动作而进行其他操作。
[0047]步骤S450，回转提示结束。
[0048]以上所述仅为本实用新型的一种实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种工程机械操作智能提示系统(100，200)，所述工程机械包括操作输入装置(510)及操作执行装置(520);其特征在于，所述操作智能提示系统(100，200)包括: 检测装置(110，210)； 控制装置(120，220)，所述控制装置(120，220)与所述检测装置(110，210)的输出端相连，所述检测装置(110，210)检测所述操作输入装置(510)和所述操作执行装置(520)的工作状况，并将检测信息发送给所述控制装置(120，220)，所述控制装置(120，220)接收所述检测装置(110，210)的检测信息，并对所述检测信息进行处理，进而发出提示信息； 提示装置(130，230)，所述提示装置(130，230)的输入端连接所述控制装置(120，220)的输出端，所述提示装置(130，230)接收所述控制装置(120，220)的提示信息，并将所述提示信息传递给操作人员。
2.根据权利要求1所述的操作智能提示系统(100，200)，其特征在于，所述操作输入装置(510)包括系统控制开关、操作手柄和/或操作踏板；所述操作执行装置(520)包括伸缩臂、回转盘、吊钩和/或油压缸。
3.根据权利要求2所述的操作智能提示系统(100，200)，其特征在于，所述检测装置(110,210)包括:安装在所述伸缩臂和吊钩上的测距仪、安装在所述回转盘上的角度传感器、安装在所述油压缸上的温度传感器、安装在所述操作手柄和操作踏板上的位移传感器、安装在所述油压缸上的压力传感器和/或安装在所述伸缩臂上的载荷传感器。
4.根据权利 要求1所述的操作智能提示系统(100，200)，其特征在于，所述控制装置(120,220)包括: 信息接收模块(2201)，接收所述检测装置(110，210)发送的检测信息，并将所述检测信息进行初步的校对及整理； 信息处理模块(2202)； 信息发送模块(2203)，其中，所述信息处理模块(2202)接收所述信息接收模块(2201)发送的检测信息，对所述检测信息进行处理，并通过所述信息发送模块(2203)发送出提示信息； I/O接口(2204)，所述I/O接口(2204)连接所述信息接收模块(2201)、所述信息处理模块(2202)和所述信息发送模块(2203)。
5.根据权利要求1所述的操作智能提示系统(100，200)，其特征在于，所述提示装置(130.230)包括: 操作提示装置(2301)，将所述控制装置(120，220)发送的提示信息通过可视、可听和/或可感触的方式传递给操作人员； 指挥提示装置(2302)，将所述控制装置(120，220)发送的提示信息通过可视、可听和/或可感触的方式传递给指挥人员。
6.根据权利要求1所述的操作智能提示系统(100，200)，其特征在于，所述提示装置(130.230)包括:显示器、报警灯、蜂鸣器、震动器、仪表盘、指示灯和/或语音提示器。
7.根据权利要求6所述的操作智能提示系统(100，200)，其特征在于，所述提示信息通过所述提示装置(130，230)显示所述操作输入装置(510)和所述操作执行装置(520)的实时工作状况；所述提示信息包括:使显示器显示操作状态、使仪表盘指示相应数据、使报警灯闪烁、使蜂鸣器发出蜂鸣声、使震动器震动和/或使语音提示器发出语音提示。
8.根据权利要求7所述的操作智能提示系统(100，200)，其特征在于，所述显示器显示伸缩臂长度及位置、载荷值、回转控制电流、回转盘角度位置和/或操作手柄位置信息。
9.根据权利要求6所述的操作智能提示系统(100，200)，其特征在于，所述显示器、所述指示灯、所述仪表盘安装在所述工程机械的操作室内的工作台上；所述震动器安装在所述操作手柄和/或所述操作室内的座椅上；所述报警灯安装在所述操作室外顶部；所述蜂鸣器和所述语音提示器分别安装在操作室内部和外部的侧壁上。
10.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械包括根据权利要求1-9中任一项所述的工程机械 操作智能提示系统(100，200)。
【文档编号】G08B7/06GK203573434SQ201320646326
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】黄赞, 高一平, 黎伟福, 滕宏珍 申请人:中联重科股份有限公司