技术领域
[0001] 本
发明涉及工程机械领域，特别是涉及一种臂架防碰撞装置、方法及工程机械。
背景技术
[0002] 许多大型工程机械，特别是具有多节臂架或折弯结构
机械臂的工程机械，例如
混凝土泵车、
起重机、挖掘机等，需要对臂架进行控制，但在操作过程中易碰到周边障碍物，引发安全事故。目前臂架的
碰撞检测技术多数采用红外或激光测距，或者采用
角度
传感器、速度传感器进行臂架
姿态和运动轨迹规划的方式来实现。但是红外或激光测距的方式由于易受外界环境如遮挡的影响，且这种方式有方向性，不能实现臂架的全
覆盖检测，应用效果有很大的局限性。而采用角度传感器、速度传感器进行臂架姿态和运动轨迹规划的方式，由于
算法复杂，对
控制器的计算能
力提出了很高的要求，且严重依赖于用户所建立的运动模型的有效性，不仅成本高，应用前还需要经过严格的调试标定过程，该技术的推广具有一定的
门槛。
[0003]
专利申请号为CN201110025905提出了一种采用噪声传感器进行臂架碰撞检测的方法，该方法较红外或激光检测有更好的效果，但该方法仅能确定撞击的
位置，不能检测撞击力的大小和方向，而且对撞击噪声的检测需要滤除环境噪声，效果依赖于滤波算法的有效性，并且在环境噪声中存在相似撞击声时，将无法辨认是否是臂架的撞击。
[0004] 因此，如何能够不受外界环境等影响准确检测臂架是否发生了碰撞以及臂架所受撞击力的大小，从而提高检测精确度，成为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
[0005] 本发明的第一个目的是提供一种臂架防碰撞装置，该装置能够准确检测臂架是否发生了碰撞以及臂架所受撞击力的大小。本发明的第二个目的是提供一种臂架防碰撞方法，该方法能够准确检测臂架是否发生了碰撞以及臂架所受撞击力的大小。本发明的第三个目的是提供一种具有上述臂架防碰撞装置的工程机械。
[0006] 为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种臂架防碰撞装置，包括：传感单元，至少包括一个内装有气体或液体的囊性容器和一个与囊性容器末端连接形成封闭空间的
压力传感器，所述传感单元沿机械装置臂架表面设置用于检测臂架与障碍物碰撞所产生的撞击力，并发出压力
信号；报警控制器，与所述传感单元连接，用于将压力信号与预设压力范围比较，若所检测压力大于所预设压力范围，则进行报警，并将报警信息发送给机械装置的臂架控制器。
[0007] 优选的，所述压力传感器通过对接密封接头将感应端嵌入到所述囊性容器中。
[0008] 优选的，所述在机械装置的每一节臂架的每一个侧面上均设置有传感单元，传感单元发送给报警控制器的信息还包括传感单元标示号ID。
[0009] 优选的，所述预设压力范围的下限根据囊性容器平放压力测量值、垂直正放压力测量值和垂直倒放压力测量值计算，所述预设压力范围的上限为囊性容器所能承受的最大压力值。
[0010] 优选的，所述预设压力范围为下限与上限之间等分取值的多级
阈值范围。
[0011] 优选的，所述传感单元与所述报警控制器之间，报警控制器与机械装置的臂架控制器之间通过CAN总线连接。
[0012] 优选的，所述机械装置的臂架控制器根据报警信息控制机械装置的臂架采取保护措施。
[0013] 通过在机械装置臂架表面设置具有装有气体或液体的囊性容器的传感单元，来检测臂架与障碍物碰撞所产生的撞击力，并根据所预设压力范围进行判断报警，准确检测臂架是否发生了碰撞以及臂架所受撞击力的大小，算法简单可靠，这种装置不受外界环境如遮挡、噪声等影响，检测精确度高，可提高工程机械臂架操作的安全性。
[0014] 为了解决上述第二个目的，本发明还提供一种臂架防碰撞的方法，包括：步骤A，检测臂架与障碍物碰撞所产生的撞击力，并发出压力信号；步骤B，将压力信号与预设压力范围比较，若所检测压力范围大于所预设压力范围，则进行报警，并将报警信息发送给机械装置的臂架控制器。
[0015] 优选的，所述预设压力范围的下限根据囊性容器平放压力测量值、垂直正放压力测量值和垂直倒放压力测量值计算，所述预设压力范围的上限为囊性容器所能承受的最大压力值。
[0016] 通过上述臂架防碰撞的方法，准确检测臂架是否发生了碰撞以及臂架所受撞击力的大小，算法简单可靠，这种装置不受外界环境如遮挡、噪声等影响，检测精确度高，可提高工程机械臂架操作的安全性。
[0017] 为了实现上述第三个目的，本发明还提供了一种具有上述臂架防碰撞装置的工程机械，该工程机械采用上述的臂架防碰撞的装置检测检测臂架是否发生了碰撞以及臂架所受撞击力的大小。由于上述的臂架防碰撞的装置具有上述技术效果，具有该装置的工程机械也应具备相应的技术效果。
附图说明
[0018] 图1为本发明实施方式所提供的一种臂架防碰撞装置的原理
框图；
[0019] 图2为本发明实施方式所提供的一种传感单元的示意图；
[0020] 图3为本发明实施方式所提供的一种安装示意图；
[0021] 图4为本发明实施方式所提供的一种臂架防碰撞方法的
流程图。
具体实施方式
[0022] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0023] 参见图1，图1为本发明实施方式所提供的一种臂架防碰撞装置的原理框图。
[0024] 本发明提供了一种臂架防碰撞装置，包括：传感单元1，至少包括一个内装有气体或液体的囊性容器11和一个与囊性容器11末端连接形成封闭空间的压力传感器12，所述传感单元1沿机械装置臂架表面设置用于检测臂架与障碍物碰撞所产生的撞击力，并发出压力信号；报警控制器2，与所述传感单元1连接，用于将压力信号与预设压力范围比较，若所检测压力大于所预设压力范围，则进行报警，并将报警信息发送给机械装置的臂架控制器3。
[0025] 具体的方案中，囊性容器11内部中预先填充的气体或液体，压力传感器12将感应端嵌入到囊性容器11中，与囊性容器11末端连接形成封闭空间，当囊性容器11受到碰撞，内部的气体或液体会被迫发生流动，造成压力传感器所感受的压力发生突变，发出压力信号。
[0026] 报警控制器2与所述传感单元1连接，获得压力信号后，将将压力信号与预设压力范围比较，若所检测压力小于所预设压力范围，说明臂架处于正常状态未发生碰撞，若所检测压力大于所预设压力范围，说明臂架发生了碰撞则进行报警。
[0027] 具体的方案中囊性容器中填充的物质不同，囊性气体流动引起压力传感器的压力变化量也不同，因此需要预先标定压力范围，即通过对囊性容器进行碰撞检测出囊性平放压力测量值、垂直正放压力测量值、垂直倒放压力测量值。压力范围的下限取三者中最大值上浮10％，压力范围的上限为囊性容器所能承受的最大压力值。
[0028] 在进一步的方案中，预设压力范围可以为多级阈值范围，多级阈值可以在预设压力范围的下限与上限之间等分取值。
[0029] 通过上述臂架防碰撞装置可以准确检测臂架是否发生了碰撞以及臂架所受撞击力的大小，算法简单可靠，这种装置不受外界环境如遮挡、噪声等影响，检测精确度高，可提高工程机械臂架操作的安全性，减少工程安全事故。
[0030] 参见图2，图2为本发明实施方式所提供的一种传感单元的示意图。
[0031] 囊性容器的两壁之间通过海绵状的物质连接，保证气体或液体在封闭空间中的流动性，同时保证即使囊性容器面积较大时，囊性容器虽然填充有流动性气体或液体仍然保持表面平整，内部气体或液体均匀的填充在囊性容器中。
[0032] 压力传感器12通过对接密封接头13将感应端嵌入到囊性容器11中，连接形成封闭空间，当囊性容器受到外界障碍物的碰撞时，局部表面发生凹陷，引起囊性容器内部的气体或液体流动，
接口处的压力传感器所采集压力发生变化，且撞击力越大压力信号变化越大。囊性容器与压力传感器集成一体，装置体积和重量大幅降低，由于
连接线路缩短，装置的运行速度、抗干扰性，检验
精度和可靠性均显著改善。
[0033] 在进一步的方案中，由于囊性装置的厚度很小，且均匀，因此压力大小可以近似认为由形变面积决定，形变面积是由障碍物与囊性容器
接触面积决定的，压力传感器所采集的压力信号变化越大说明障碍物与囊性容器接触面积越大，报警控制器通过预先标定的压力与形变面积对应表即可通过压力大小获得碰撞时的接触面积。因此不但可以检测到臂架所受撞击力的大小还可以检测出臂架与障碍物的接触面积。
[0034] 参见图3，图3为本发明实施方式所提供的一种安装示意图。
[0035] 在机械装置任一臂架任一侧面上设置覆盖整个侧面的传感单元1，当覆盖有传感单元的侧面收到外界障碍物的碰撞时传感单元即采集到压力信息。
[0036] 进一步的，还可以在机械装置的每一节臂架的每一个侧面上均设置有传感单元1，每个传感单元均具有标识号ID，机械装置某一臂架采集到碰撞的压力信息后，将压力信息和传感单元的标识号ID发送给报警控制器2，报警控制2器将压力信号与预设压力范围比较，若所检测压力大于所预设压力范围，则进行报警，并且通过传感单元标志号ID准确判断碰撞的位置，并将报警信息发送给机械装置的臂架控制器3，臂架控制器3根据报警信息控制机械装置的臂架采取如对发生碰撞的臂架执行闭
锁控制或回程运动控制的分级保护措施，即采取不同级别的保护措施，如果报警信息显示碰撞压力较小明囊状装置
变形不严重，不会造成臂架损坏，则采取闭锁控制的保护措施，仅仅是停止臂架继续向前运动。如果报警信息显示碰撞压力很大，已经可能造成臂架的变形，则执行回程运动控制的保护措施，控制臂架往回退，以保护臂架避免继续受到强
应力的作用。
[0037] 优选的，所述传感单元1与所述报警控制器2之间，报警控制器2与机械装置的臂架控制器3之间通过CAN总线连接，实现传感单元的分布式安装。
[0038] 传感单元沿臂架表面安装，可以覆盖整个机械装置的表面，不存在检测的盲区，通过在每节臂架的每个侧面上均设置有传感单元可以将碰撞位置精确到第几节臂架以及臂架的哪个方向。
[0039] 在具体的实施方式中，报警控制器包括报警灯和喇叭，当报警控制器获得压力信号后，将将压力信号与预设压力范围比较，若所检测压力大于所预设压力范围，则进行灯光报警及声音报警，且报警灯灯光闪烁的
频率及喇叭的
音调随着压力信号的升高而提高。
[0040] 除了上述臂架防碰撞装置，本发明还提供一种包括上述臂架防碰撞装置的工程机械，该工程机械的其他各部分结构请参考
现有技术。
[0041] 另外，本发明还提供了一种臂架防碰撞方法，参见图4，图4为本发明实施方式所提供的一种臂架防碰撞方法的流程图。
[0042] 所述臂架防碰撞方法包括以下步骤：
[0043] 步骤A，检测臂架与障碍物碰撞所产生的撞击力，并发出压力信号；
[0044] 具体方案中，可在沿机械装置臂架表面设置至少一个内装有气体或液体的囊性容器和一个与囊性容器末端连接形成封闭空间的压力传感器，在囊性容器内部中预先填充的气体或液体，压力传感器将感应端嵌入到囊性容器中，与囊性容器末端连接形成封闭空间，当囊性容器受到碰撞，内部的气体或液体会被迫发生流动，造成压力传感器所感受的压力发生突变，发出压力信号。
[0045] 步骤B，将压力信号与预设压力范围比较，若所检测压力范围大于所预设压力范围，则进行报警，并将报警信息发送给机械装置的臂架控制器。
[0046] 将将压力信号与预设压力范围比较，若所检测压力小于所预设压力范围，说明臂架处于正常状态未发生碰撞，若所检测压力大于所预设压力范围，说明臂架发生了碰撞则进行报警。
[0047] 具体的方案中囊性容器中填充的物质不同，囊性气体流动引起压力传感器的压力变化量也不同，因此需要预先标定压力范围，即通过对囊性容器进行碰撞检测出囊性平放压力测量值、垂直正放压力测量值、垂直倒放压力测量值。压力范围的下限取三者中最大值上浮10％，压力范围的上限为囊性容器所能承受的最大压力值。
[0048] 在进一步的方案中，预设压力范围可以为多级阈值范围，多级阈值可以在预设压力范围的下限与上限之间等分取值。
[0049] 通过上述臂架防碰撞方法可以准确检测臂架是否发生了碰撞以及臂架所受撞击力的大小，算法简单可靠，这种装置不受外界环境如遮挡、噪声等影响，检测精确度高，可提高工程机械臂架操作的安全性，减少工程安全事故。
[0050] 以上对本发明所提供的一种臂架防碰撞装置、工程机械和方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上
实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明
权利要求的保护范围内。
