一种操作仿真虚拟指挥装置、系统、方法和工程机械

摘要

本发明公开了一种用于工程机械操作仿真的虚拟指挥装置、系统、方法和工程机械。该装置包括：接收器，用于接收工程机械的运动部件的位置信号；控制器，与所述接收器连接，用于根据所述位置信号判断运动部件是否运动到预设区域，并在运动部件运动到所述预设区域的情况下，根据所述区域与操作指令的映射关系，确定在该预设区域中运动部件应执行的操作，并输出与所述操作对应的指令以指挥操作者进行操作。通过向操作者发出指令以指导其操作，可以增加操作者在进行仿真培训时的真实感和沉浸感，且上述指令均来源于真实标准和实际惯例，因此，操作者在根据指令进行操作的同时，可以充分了解塔机操作中的规范和要求，无需人工辅助和干预，培训效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于工程机械操作仿真的 虚拟指挥装置、系统、方法和工程机械。

背景技术

在多数施工现象通常需要塔机进行吊装，以将重物从一个位置吊装到另 一个位置。吊装过程需要塔机机手进行操作和控制，因此，对塔机机手进行 仿真操作培训十分必要。

由于在吊装过程的起始阶段和释放阶段工况比较复杂（例如，由于干扰 物较多），实际操作中，机手通常需要听从指挥者的指挥来进行操作，以达 到安全作业的目的。然而，现有的塔机仿真培训系统不具备虚拟指挥的功能， 因此，机手在进行仿真培训时，可以进行任意操作，不能感受到真实的塔机 操作场景，以及有关塔机操作的要求和规范。而如果想要对机手进行这方面 的培训，则需要人工干预，增加人力成本和主观性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于工程机械操作仿真的虚拟指挥装置、系 统、方法和工程机械，以增加操作者在进行仿真培训时的真实感和沉浸感。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于工程机械操作仿真的虚拟指挥 装置，该装置包括：接收器，用于接收所述工程机械的运动部件的位置信号； 以及，控制器，与所述接收器连接，用于根据所述位置信号判断所述运动部 件是否运动到预设区域，并在所述运动部件运动到所述预设区域的情况下， 根据所述区域与操作指令的映射关系，确定在该预设区域中所述运动部件应 执行的操作，并输出与所述操作对应的指令以指挥操作者进行操作。

本发明还提供一种用于工程机械操作仿真的虚拟指挥系统，该系统包 括：检测装置，用于检测所述工程机械的运动部件的位置信号；以及上述虚 拟指挥装置，与所述检测装置连接。

本发明还提供一种包括上述系统的工程机械。

本发明还提供一种用于工程机械操作仿真的虚拟指挥方法，该方法包 括：接收所述工程机械的运动部件的位置信号；根据所述位置信号判断所述 运动部件是否运动到预设区域；在所述运动部件运动到所述预设区域的情况 下，根据所述区域与操作指令的映射关系，确定在该预设区域中所述运动部 件应执行的操作；以及输出与所述操作对应的指令以指挥操作者进行操作。

在上述技术方案中，通过向操作者发出指令以指导其操作，大大增加了 操作者在进行仿真培训时的真实感和沉浸感，而且上述指令均来源于真实标 准和实际惯例，因此，操作者在根据指令进行操作的同时，可以充分了解塔 机操作中的规范和要求，无需人工辅助和干预，从而起到较好的培训效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与 下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在 附图中：

图1是根据本发明的实施方式的塔机操作虚拟指挥路径示意图；

图2是根据本发明的实施方式的虚拟指挥装置的结构图；

图3是根据本发明的实施方式的塔机吊钩位置判断的示意图；

图4是根据本发明的实施方式的示例指挥指令流程图；

图5是根据本发明的实施方式的虚拟指挥系统的结构图；以及

图6是根据本发明的实施方式的虚拟指挥方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发 明。

在吊装过程的起始阶段和释放阶段通常需要听从指挥者的指挥来进行 操作，以达到安全作业的目的，如图1所示，起始阶段例如吊钩2在从A点 运动到E点以挂起位于O点的重物3的过程，以及释放阶段例如吊钩2从F 点运动到K点以将重物3释放到建筑物1的目标位置K的过程。由于从E 点到F点的中间阶段环境较为空旷，障碍物较少，因此，允许操作者自由操 作。下面以图1所示的路径为例对本发明提供的虚拟指挥装置、系统和方法 进行详细阐述。应当注意的是，虽然本发明例示的是机手在吊装过程的起始 阶段和释放阶段需要听从指挥进行操作，但当吊钩在其他位置上运动时，机 手也可按照类似方式来听从指挥者的指挥。此外，吊钩的运动路径是由设计 者提前规划好的，可以根据不同的现场环境来设计适合的路径。

图2示出了根据本发明的实施方式的用于工程机械操作仿真的虚拟指挥 装置的结构图。如图2所示，该装置10可以包括：接收器101，用于接收所 述工程机械的运动部件的位置信号；以及，控制器102，与所述接收器101 连接，用于根据所述位置信号判断所述运动部件是否运动到预设区域，并在 所述运动部件运动到所述预设区域的情况下，根据所述区域与操作指令的映 射关系，确定在该预设区域中所述运动部件应执行的操作，并输出与所述操 作对应的指令以指挥操作者进行操作。

控制器102根据运动部件（例如，吊钩）的位置来判断该运动部件是否 运动到预设区域的方法如图3所示。可在吊钩的运动空间中预设一个或多个 固定参考点（例如，P1-PN参考点），即，将吊钩的运动路径分成若干个段。 然后以每个固定参考点为圆心，以一预定距离为半径（例如为1m），形成一 个球形区域，其中，球形区域的个数与固定参考点个数对应。为了实现精确 控制，可多预设一些固定参考点。

当控制器102确定吊钩的位置处于某一预设区域中，该控制器102可利 用所述区域与操作指令的映射关系，来确定在该预设区域中所述运动部件应 执行的操作。

具体地，在控制器102中存储有一区域与操作指令映射表，该映射表记 录了某一区域下应执行的操作。例如，当吊钩处于图1所示的C点区域中时， 其要到达下一目标位置D点需向下运动，因此，控制器102确定在C点区 域中，吊钩执行的操作应该是下降。在确定好应执行的操作之后，控制器102 可输出一个指令来指示所述操作。

为了实现平稳作业，控制器102可根据相邻两个参考点之间的距离输出 令吊钩以何种速度执行操作的指令。例如，当两个参考点之间的距离较小时， 可输出令吊钩以相对低的速度执行操作的指令，例如点动下降；当两个参考 点之间的距离较大时，可输出令吊钩以相对较高的速度执行操作的指令，例 如正常下降（或者下降，只要能够区别于点动下降即可）。

表1示出了符合国家标准和实际惯例的虚拟指挥指令集。根据表1示出 的指令，控制器102在确定好吊钩执行的操作例如是正常下降之后，输出“下 降”的指令来指挥机手。机手在得知该指令之后，进行相应操作。

输出指令的形式可以有多种，例如，可以将指令以音频形式输出，或者 将该指令进行显示。

表1

图4示出的是基于图1所示的路径，控制器102输出的控制指令的完整 流程。例如，当吊钩进入到A点区域时，控制器102输出点动右转指令，然 后机手控制吊钩点动右转，当吊钩进入到B点区域时，控制器102输出点动 向后指令，然后机手控制吊钩点动向后，等等。在挂钩挂起重物后，在从E 点到F点的运动过程中，机手可进行自由操作。当吊钩进入到F点区域时， 控制器102输出点动上升指令，然后机手控制吊钩点动上升，后续操作如此 进行，直到将重物释放为止。

由此，通过向操作者发出指令以指导其操作，可大大增加操作者在进行 仿真培训时的真实感和沉浸感。此外，由于所有输出的指令均是符合国家标 准的，因此，机手在进行操作培训时，可以切身了解有关塔机操作的一些标 准和规范，不需要人工辅助，能够达到良好的培训效果。

图5示出了根据本发明的实施方式的用于工程机械操作仿真的虚拟指挥 系统的结构图。如图5所示，该系统可以包括：检测装置20，用于检测所述 工程机械的运动部件的位置信号；以及上述虚拟指挥装置10，与所述检测装 置20连接。

虽然在图5中未显示，但所述虚拟指挥系统还可以包括显示装置，用于 显示指挥指令、当前吊钩所在位置的局部放大图、吊钩在整个场景中的全景 图、以及各种参数信息等等，以使得机手可实时掌握吊钩的运动状态，便于 操作。此外，机手还可通过该显示装置显示出的吊钩的实时位置，对虚拟指 挥装置10输出的指挥指令进行人工校正。例如，当指令出现偏差的情况下， 机手可以人工校正，使得吊钩回到正确的轨道上，防止意外的发生。

虽然本发明是以塔机的仿真培训为例进行描述的，但本发明不限于此， 其他工程机械也可按照本发明提供的虚拟指挥装置和系统来对操作者进行 虚拟指挥培训。

图6示出了根据本发明的实施方式的用于工程机械操作仿真的虚拟指挥 方法的流程图。如图6所示，所述方法可以包括：步骤601，接收工程机械 的运动部件的位置信号；步骤602，根据所述位置信号判断所述运动部件是 否运动到预设区域；在确定运动部件运动到预设区域的情况下，步骤603， 根据区域与操作指令的映射关系，确定在该预设区域中运动部件应执行的操 作；以及，步骤604，输出与所述操作对应的指令以指挥操作者进行操作， 其中所述指令例如以音频信号或者视频信号的形式输出。在确定运动部件未 运动到预设区域的情况下，则返回至步骤601。在进行步骤604之后，步骤 605，判断运动部件是否继续运动；如果是，则返回至步骤601继续进行， 直到运动结束为止。

虽然在图6中未示出，但所述方法还可以包括在相邻两个固定参考点之 间的距离大于或等于一预设值的情况下，输出令所述运动部件以高速执行所 述操作的指令；以及在相邻两个固定参考点之间的距离小于所述预设值的情 况下，输出令所述运动部件以低速执行所述操作的指令，以此实现平稳作业。

由此，在本发明提供的虚拟指挥装置、系统和方法中，通过向操作者发 出指令以指导其操作，大大增加了操作者在进行仿真培训时的真实感和沉浸 感，而且上述指令均来源于真实标准和实际惯例，因此，操作者在根据指令 进行操作的同时，可以充分了解塔机操作中的规范和要求，无需人工辅助和 干预，从而起到较好的培训效果。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明 的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特 征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必 要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其 不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。