一种具有智能监控的工程机械系统的制作方法

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种具有智能监控的工程机械系统。

背景技术：

工程机械是装备工业的重要组成部分。概括地说，凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械；它主要用于国防建设工程、交通运输建设，能源工业建设和生产、矿山等原材料工业建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等领域，工程机械的代表的液压挖掘机包括：能够自行的下部行驶体；可回旋地搭载在该下部行驶体上的上部回旋体；设置在该上部回旋体的前侧并能够进行俯仰动作的作业装置；该作业装置通过进行俯仰动作来进行土砂的挖掘作业等。

本团队长期处于处于对工程机械的研究与开发中，并且新开发的工程机械设备已经在各个工程项目中得到广泛的应用，所以经过本团队的海量检索，了解到现有的工程机械系统主要有如公开号为kr101059289b1、us09186664b2、kr101764773b1、cn105780833b和cn104589046b所公开的结构，其中以公开号为cn108132476b所公开的定位系统结构尤为具有代表性，该系统使用超宽带定位系统定位料斗的位置，使用料斗姿态测量系统测量料斗的姿态，并对料斗的位置进行推算，使用数据处理装置将不同定位系统的定位数据转换到同一地理参考坐标系下进行融合处理，从而实现对工程机械料斗的精确定位，适用于不同类型不同作业环境的工程机械料斗定位，不需要进行复杂的解耦，现有的智能监控系统基本都能对工程汽车的油缸液压，料斗装料情况，动臂斗杆角度等进行监控，但还没有一个完整的智能工程实施系统和模型。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有的工程机械所存在的不足，提出了一种具有智能监控的工程机械系统。

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

一种具有智能监控的工程机械系统，包括：定位扫描装置和挖掘装置；

所述定位扫描装置放置在施工区域的外周，被构造成监测和扫描施工区域的地形模型，感应与挖掘装置的距离，同时指示挖掘装置的移动方向；

所述挖掘装置被构造成根据定位扫描装置扫描到的地形模型对施工区域进行挖掘施。

进一步的，所述定位扫描装置包括安装架、射线发生模块、三维扫描模块和第一距离感应模块，所述射线发生模块、三维扫描模块和第一距离感应模块均设置在所述安装架上，所述射线发生模块用于向地面发射定位射线，所述三维扫描模块用于实时扫描施工区域的地形，所述第一距离感应模块用于感应与挖掘装置的距离；

进一步的，所述安装架包括配重底座、伸缩支杆、旋转安装座和安装箱，所述伸缩支杆设置在所述配重底座上，所述旋转安装座设置在所述伸缩支杆顶端，所述安装箱设置在所述伸缩安装架上，所述射线发生模块、三维扫描模块和第一距离感应模块均设置在所述安装箱上；

进一步的，所述挖掘装置包括：移动模块，用于带动机箱进行平移；

旋转模块，设置在移动模块上，用于带动伸缩挖掘模块进行旋转；

伸缩挖掘模块，设置在旋转模块上，用于控制挖斗进行挖掘搬运；

机箱，设置在所述旋转架上，用于提高挖掘装置的配重和其他模块的安装主架；

视觉定位模块，设置在所述伸缩挖掘模块上，用于识别定位射线装置发射的射线位置；

控制中心，设置在机箱内，用于向挖掘装置的各个模块发送控制指令；

第二距离感应模块，设置在所述机箱内，用于感应与定位扫描装置的距离。

进一步的，其特征在于，所述移动模块为履带式底盘结构，所述移动模块包括底盘架、履带梁、驱动机构和履带总成，两个所述履带梁分别安装在所述底盘架的两侧，所述驱动机构安装在所述履带梁上，所述履带总成转动设置在所述驱动机构上。

进一步的，所述机箱内还设置有动力模块，所述动力模块分别与移动模块、旋转模块、伸缩挖掘模块连接以输出动能，所述伸缩挖掘模块包括动臂、斗杆、挖斗、第一液压杆、第二液压杆和第三液压杆，所述动臂的一端转动设置在所述机箱上，另一端与所述斗杆的一端转动连接，所述斗杆的另一端转动设置有所述挖斗，所述第一液压杆的一端与所述机箱铰接，另一端与所述动臂的中部铰接，所述第二液压杆设置在动臂的上方且一端与所述动臂转动连接，另一端与斗杆的后部转动连接，所述第三液压杆的一端转动设置在所述斗杆远离所述挖斗的一端，所述第三液压杆的另一端与所述挖斗转动连接。

进一步的，所述挖斗包括铰接耳板、装料斗、固定斗齿和活动斗齿总成，所述铰接耳板设置在所述装料斗的顶部且与所述斗杆铰接，所述固定斗齿和活动斗齿总成均设置在所述装料斗的前端。

本发明所取得的有益效果是：

设置有定位扫描装置，可以对施工区域的范围进行限定，防止挖掘装置在施工区域外发生误操作损坏财物甚至危害安全，同时定位扫描装置可以对施工区域的地形进行扫描分析，方便挖掘装置对需要修整的地面进行精准施工；定位扫描装置上设置有射线发生模块，可以对挖掘装置的行动与施工区域进行明显标出，防止外部人员误闯进施工区域；同时设置有接近警报模块，可以提醒过分靠近容易被误伤到的人员远离机械的工作范围；设置有活动斗齿，可以对监测挖斗是否与地面触碰，从而根据起始触碰位置和角度来控制挖掘深度；在施工区域的外周环绕设置着三维扫描模块，可以从多个角度对施工区域的地形进行扫描从而构造出完整的地形模型，同时可以对挖掘装置的方位和挖掘角度进行实施追踪，以达到精准智能施工效果。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为本发明的挖掘装置的结构示意图。

图2为本发明的定位扫描装置的结构示意图。

图3为生成的实时地形模型示意图。

图4为定位扫描装置发射的射线圈与生成的待处理模型的效果示意图。

图5为活动斗齿与固定斗齿的结构示意图。

图6为本发明的活动斗齿总成的结构示意图。

图中：定位扫描装置1、安装架11、射线发生模块12、三维扫描模块13、第一距离感应模块14、挖掘装置2、底盘架201、履带梁202、驱动机构203、履带总成204、动力输出总成205、驱动轮206、支撑轮207、拖链轮208、导向轮209、动臂210、斗杆211、挖斗212、第一液压杆213、第二液压杆214、第三液压杆215、活动斗齿221、复位弹簧222、压力传感器223。

具体实施方式

为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统.方法.特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

实施例一。

一种具有智能监控的工程机械系统，包括：定位扫描装置1和挖掘装置2；

所述定位扫描装置1放置在施工区域的外周，被构造成监测和扫描施工区域的地形模型，感应与挖掘装置2的距离，同时指示挖掘装置2的移动方向；

所述挖掘装置2被构造成根据定位扫描装置1扫描到的地形模型对施工区域进行挖掘施；

所述定位扫描装置1包括安装架11、射线发生模块12、三维扫描模块13和第一距离感应模块14，所述射线发生模块12、三维扫描模块13和第一距离感应模块14均设置在所述安装架11上，所述射线发生模块12用于向地面发射定位射线，所述三维扫描模块13用于实时扫描施工区域的地形，所述第一距离感应模块14用于感应与挖掘装置2的距离；

所述安装架11包括配重底座、伸缩支杆、旋转安装座和安装箱，所述伸缩支杆设置在所述配重底座上，所述旋转安装座设置在所述伸缩支杆顶端，所述安装箱设置在所述伸缩安装架11上，所述射线发生模块12、三维扫描模块13和第一距离感应模块14均设置在所述安装箱上；

所述挖掘装置2包括：

移动模块，用于带动机箱进行平移；

旋转模块，设置在移动模块上，用于带动伸缩挖掘模块进行旋转；

伸缩挖掘模块，设置在旋转模块上，用于控制挖斗212进行挖掘搬运；

机箱，设置在所述旋转架上，用于提高挖掘装置2的配重和其他模块的安装主架；

视觉定位模块，设置在所述伸缩挖掘模块上，用于识别定位射线装置发射的射线位置；

控制中心，设置在机箱内，用于向挖掘装置2的各个模块发送控制指令；

第二距离感应模块，设置在所述机箱内，用于感应与定位扫描装置1的距离；

所述移动模块为履带式底盘结构，所述移动模块包括底盘架201、履带梁202、驱动机构203和履带总成204，两个所述履带梁202分别安装在所述底盘架201的两侧，所述驱动机构203安装在所述履带梁202上，所述履带总成204转动设置在所述驱动机构203上；

所述旋转模块包括支承杆、旋转支承平台，所述支承杆固定设置在所述底盘架201上，所述旋转支承平台转动设置在所述底盘架201上，所述机箱与支承杆转动连接，同时固定设置在所述旋转支承平台上；

所述机箱内还设置有动力模块，所述动力模块分别与移动模块、旋转模块、伸缩挖掘模块连接以输出动能；

所述伸缩挖掘模块包括动臂210、斗杆211、挖斗212、第一液压杆213、第二液压杆214和第三液压杆215，所述动臂210的一端转动设置在所述机箱上，另一端与所述斗杆211的一端转动连接，所述斗杆211的另一端转动设置有所述挖斗212，所述第一液压杆213的一端与所述机箱铰接，另一端与所述动臂210的中部铰接，所述第二液压杆214设置在动臂210的上方且一端与所述动臂210转动连接，另一端与斗杆211的后部转动连接，所述第三液压杆215的一端转动设置在所述斗杆211远离所述挖斗212的一端，所述第三液压杆215的另一端与所述挖斗212转动连接。

实施例二。

一种具有智能监控的工程机械系统，包括：定位扫描装置1和挖掘装置2；

所述定位扫描装置1放置在施工区域的外周，被构造成监测和扫描施工区域的地形模型，感应与挖掘装置2的距离，同时指示挖掘装置2的移动方向；

所述挖掘装置2被构造成根据定位扫描装置1扫描到的地形模型对施工区域进行挖掘施；

所述定位扫描装置1包括安装架11、射线发生模块12、三维扫描模块13和第一距离感应模块14，所述射线发生模块12、三维扫描模块13和第一距离感应模块14均设置在所述安装架11上，所述射线发生模块12用于向地面发射定位射线，所述三维扫描模块13用于实时扫描施工区域的地形，所述第一距离感应模块14用于感应与挖掘装置2的距离；

所述安装架11包括配重底座、伸缩支杆、旋转安装座和安装箱，所述伸缩支杆设置在所述配重底座上，所述旋转安装座设置在所述伸缩支杆顶端，所述安装箱设置在所述伸缩安装架11上，所述射线发生模块12、三维扫描模块13和第一距离感应模块14均设置在所述安装箱上；

所述挖掘装置2包括：

移动模块，用于带动机箱进行平移；

旋转模块，设置在移动模块上，用于带动伸缩挖掘模块进行旋转；

伸缩挖掘模块，设置在旋转模块上，用于控制挖斗212进行挖掘搬运；

机箱，设置在所述旋转架上，用于提高挖掘装置2的配重和其他模块的安装主架；

视觉定位模块，设置在所述伸缩挖掘模块上，用于识别定位射线装置发射的射线位置；

控制中心，设置在机箱内，用于向挖掘装置2的各个模块发送控制指令；

第二距离感应模块，设置在所述机箱内，用于感应与定位扫描装置1的距离；

所述移动模块为履带式底盘结构，所述移动模块包括底盘架201、履带梁202、驱动机构203和履带总成204，两个所述履带梁202分别安装在所述底盘架201的两侧，所述驱动机构203安装在所述履带梁202上，所述履带总成204转动设置在所述驱动机构203上；

所述驱动机构203包括动力输出总成205、驱动轮206、支撑轮207、拖链轮208和导向轮209，所述动力输出总成205设置在底盘架201上，所述动力输出总成205的输出端贯穿所述履带梁202与所述驱动轮206传动连接，所述导向轮209转动设置在所述履带梁202上且设置在远离所述驱动轮206的一端，所述拖链轮208和支撑轮207分别转动设置在所述履带梁202外侧的上下端，所述履带环绕套设在所述驱动轮206、支撑轮207、拖链轮208和导向轮209上；

所述旋转模块包括支承杆、旋转支承平台，所述支承杆固定设置在所述底盘架201上，所述旋转支承平台转动设置在所述底盘架201上，所述机箱与支承杆转动连接，同时固定设置在所述旋转支承平台上；

所述机箱内还设置有动力模块，所述动力模块分别与移动模块、旋转模块、伸缩挖掘模块连接以输出动能；

所述伸缩挖掘模块包括动臂210、斗杆211、挖斗212、第一液压杆213、第二液压杆214和第三液压杆215，所述动臂210的一端转动设置在所述机箱上，另一端与所述斗杆211的一端转动连接，所述斗杆211的另一端转动设置有所述挖斗212，所述第一液压杆213的一端与所述机箱铰接，另一端与所述动臂210的中部铰接，所述第二液压杆214设置在动臂210的上方且一端与所述动臂210转动连接，另一端与斗杆211的后部转动连接，所述第三液压杆215的一端转动设置在所述斗杆211远离所述挖斗212的一端，所述第三液压杆215的另一端与所述挖斗212转动连接；

所述控制中心设置有第二无线信号传输模块，

所述视觉定位模块为高清摄像头，所述高清摄像头设置在所述斗杆211上，所述高清摄像头与所述控制中心电性连接。

实施例三。

一种具有智能监控的工程机械系统，包括：定位扫描装置1和挖掘装置2；

所述定位扫描装置1放置在施工区域的外周，被构造成监测和扫描施工区域的地形模型，感应与挖掘装置2的距离，同时指示挖掘装置2的移动方向；

所述挖掘装置2被构造成根据定位扫描装置1扫描到的地形模型对施工区域进行挖掘施；

所述定位扫描装置1包括安装架11、射线发生模块12、三维扫描模块13和第一距离感应模块14，所述射线发生模块12、三维扫描模块13和第一距离感应模块14均设置在所述安装架11上，所述射线发生模块12用于向地面发射定位射线，所述三维扫描模块13用于实时扫描施工区域的地形，所述第一距离感应模块14用于感应与挖掘装置2的距离；

所述三维扫描模块13为三维激光扫描仪，所述三维激光扫描仪还设置有第一无线信号传输模块；

所述射线发生模块12为圆形激光器；

所述安装架11包括配重底座、伸缩支杆、旋转安装座和安装箱，所述伸缩支杆设置在所述配重底座上，所述旋转安装座设置在所述伸缩支杆顶端，所述安装箱设置在所述伸缩安装架11上，所述射线发生模块12、三维扫描模块13和第一距离感应模块14均设置在所述安装箱上；

所述挖掘装置2包括：

移动模块，用于带动机箱进行平移；

旋转模块，设置在移动模块上，用于带动伸缩挖掘模块进行旋转；

伸缩挖掘模块，设置在旋转模块上，用于控制挖斗212进行挖掘搬运；

机箱，设置在所述旋转架上，用于提高挖掘装置2的配重和其他模块的安装主架；

视觉定位模块，设置在所述伸缩挖掘模块上，用于识别定位射线装置发射的射线位置；

控制中心，设置在机箱内，用于向挖掘装置2的各个模块发送控制指令；

第二距离感应模块，设置在所述机箱内，用于感应与定位扫描装置1的距离；

所述移动模块为履带式底盘结构，所述移动模块包括底盘架201、履带梁202、驱动机构203和履带总成204，两个所述履带梁202分别安装在所述底盘架201的两侧，所述驱动机构203安装在所述履带梁202上，所述履带总成204转动设置在所述驱动机构203上；

所述驱动机构203包括动力输出总成205、驱动轮206、支撑轮207、拖链轮208和导向轮209，所述动力输出总成205设置在底盘架201上，所述动力输出总成205的输出端贯穿所述履带梁202与所述驱动轮206传动连接，所述导向轮209转动设置在所述履带梁202上且设置在远离所述驱动轮206的一端，所述拖链轮208和支撑轮207分别转动设置在所述履带梁202外侧的上下端，所述履带环绕套设在所述驱动轮206、支撑轮207、拖链轮208和导向轮209上；

还包括接近警报模块，设置在机箱上，被构造成监测是否有人员靠近挖掘装置2，当发现有人员靠近时发起提示警报，同时关停挖掘装置2直至人员离开挖掘装置2一定距离后，继续进行操作；

所述接近警报模块包括红外传感器和蜂鸣器；所述红外传感器和蜂鸣器均与所述控制中心电性连接；

所述旋转模块包括支承杆、旋转支承平台，所述支承杆固定设置在所述底盘架201上，所述旋转支承平台转动设置在所述底盘架201上，所述机箱与支承杆转动连接，同时固定设置在所述旋转支承平台上；

所述机箱内还设置有动力模块，所述动力模块分别与移动模块、旋转模块、伸缩挖掘模块连接以输出动能；

所述伸缩挖掘模块包括动臂210、斗杆211、挖斗212、第一液压杆213、第二液压杆214和第三液压杆215，所述动臂210的一端转动设置在所述机箱上，另一端与所述斗杆211的一端转动连接，所述斗杆211的另一端转动设置有所述挖斗212，所述第一液压杆213的一端与所述机箱铰接，另一端与所述动臂210的中部铰接，所述第二液压杆214设置在动臂210的上方且一端与所述动臂210转动连接，另一端与斗杆211的后部转动连接，所述第三液压杆215的一端转动设置在所述斗杆211远离所述挖斗212的一端，所述第三液压杆215的另一端与所述挖斗212转动连接；

进一步结合图5、图6所示，所述挖斗212包括铰接耳板、装料斗、固定斗齿和活动斗齿221总成，所述铰接耳板设置在所述装料斗的顶部且与所述斗杆211铰接，所述固定斗齿和活动斗齿221总成均设置在所述装料斗的前端；

所述活动斗齿221总成包括活动斗齿221、复位弹簧222和压力传感器223，所述装料斗在斗齿安装处设置有安装凹槽，所述活动斗齿221滑动设置在所述安装凹槽内，所述复位弹簧222抵接设置在所述活动斗齿221后部，所述压力传感器223设置在所述活动斗齿221的后方，且当活动斗齿221被按压向安装凹槽缩进时可与所述压力传感器223抵接；

所述控制中心设置有第二无线信号传输模块，

所述视觉定位模块为高清摄像头，所述高清摄像头设置在所述斗杆211上，所述高清摄像头与所述控制中心电性连接；

一种智能挖掘方法，

s1、安装放置确定施工区域：将定位扫描装置1放置在需要进行施工的区域，通过调整伸缩支杆的高度和角度从而使得射线发生模块12发出的射线圈可以将施工区域进行笼罩；

s2、扫描：控制启动三维扫描模块13将施工区域的地面轮廓进行扫描，生成实时地形模型，同时将实时地形模型发送至可编程终端，所述可编程终端将实时地形模型根据想要的施工效果进行编辑，生成施工完成后的施工效果模型，同时通过将实时地形模型减去施工效果模型，可得到需要铲掉的待处理模型；

s3、定位移动：完成后定位扫描装置1向挖掘装置2的控制中心发送接近指令，挖掘装置2根据第一距离感应模块14与第二距离感应模块对与定位扫描装置1的方位与距离进行监测，从而准确到达定位扫描装置1附近的施工区域，此时三维扫描模块13对挖掘装置2扫描出挖掘装置2的模型进行定位，同时生成挖掘装置2的移动路径和挖斗212在移动时的覆盖空间，挖掘装置2的视觉定位模块也对挖斗212附近的景象进行拍摄，以获得挖斗212的高度数据和角度数据；

s4、实施施工可编程终端将施工效果模型和待处理模型传送至控制中心，根据覆盖空间与待处理模型进行对比，控制中心调整挖掘装置2的方位和挖斗212的挖掘角度和挖掘深度，使得挖斗212的载物量达到设定要求，进行挖掘，挖掘装置2完成一个挖掘动作后将挖泥倒入停靠在一旁的装料车中，以完成一次挖掘进程，同时重复步骤s2，直至挖掘装置2将待处理模型都处理完成；

在步骤s4中，所述挖斗212的载物量为挖斗212总容量的60％-80％。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

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