СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ МАШИНОЙ СО СТРЕЛОВЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ Российский патент 2018 года по МПК B66C13/40 G08C17/00 G08B23/00 B66C13/08 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системах дистанционного управления мобильных машин различного назначения со стреловым оборудованием, в том числе пожарных пеноподъемников, пожарных автолестниц, стреловых грузоподъемных кранов и кранов-манипуляторов.

Известна система управления гидроприводом механизма поворота стойки опорно-поворотного устройства крано-манипуляторной установки, имеющая в своем составе размещенную на опорно-поворотном устройстве приемно-командную аппаратуру с управляющими органами рычажного типа в виде размещаемых на опорно-поворотном устройстве электронных модулей и дистанционного пульта управления, выполненных на микропроцессорной основе. Дистанционный пульт управления снабжен жидкостно-кристаллическим дисплеем, двухпозиционной кнопкой переключения режимов работы крано-манипуляторной установки, переключателем задействования системы форсирования работы гидропривода, клавишами управления гидромотором механизма поворота стойки, исполнительными механизмами стрелы и подвешиваемых на ней гидрофицированных рабочих органов. Помимо этого, он имеет световой сигнальный индикатор и зуммер для привлечения, в необходимых случаях, внимания оператора. Пульт дистанционного управления содержит ряд дополнительных (резервных) кнопок и переключателей, позволяющих оптимизировать, при необходимости, систему управления гидроприводом (RU 2252911 С2, В66С 23/86, 27.05.2005).

Известно также интеллектуальное устройство управления стрелой строительной машины, имеющее в своем составе беспроводной пульт дистанционного управления, включающий в себя пять пропорциональных рычагов управления, переключатель выбора режима работы, выполненный в виде самофиксирующегося селекторного переключателя с тремя рабочими положениями, переключатель выбора обучающего режима, переключатель выбора режима работы и жидкокристаллический дисплей (RU 2344923 C1, B25J 9/16, E04G 21/04, В66С 23/00, 27.01.2009).

Данное устройство обеспечивает возможность с помощью одного рычага пульта дистанционного управления управлять движениями только по двум заранее выбранным направлениям. Для изменения системы координат необходимо производить перепрограммирование (переобучение) устройства. Управление производится только в прямоугольной системе координат. Это ограничивает применение устройства с одним рычагом на строительных машинах, осуществляющих перемещение груза в течение рабочего цикла только в одной плоскости. Если необходимо осуществлять управление движениями в пространстве, то необходимо использование дополнительного рычага управления. Другим недостатком данного устройства является отсутствие защиты от случайного включения механизмов при непреднамеренном отклонении рычага управления.

Известно также устройство управления строительной машиной, содержащее пульт управления, расположенный на строительной машине или расположенный вне ее с возможностью проводной или беспроводной передачи сигналов на электронный блок управления. Пульт управления имеет в своем составе дисплейное устройство, приспособленное для отображения выбранных направлений рабочих движений, по крайней мере один орган управления рабочими движениями и по крайней мере один переключатель режимов управления. Конструктивно объединенные дисплейное устройство и пульт управления с органами управления и переключателями режимов управления подключены к электронному блоку индивидуально посредством интерфейсной шины (RU 2399576 C1, В66С 13/18, E04G 21/04, B25J 9/16, 20.09.2010).

В данном устройстве пульт управления обеспечивает возможность оперативного изменения системы координат, в которой происходит перемещение стрелы или грузозахватного органа, без предварительного обучения (перепрограммирования) устройства, причем может устанавливаться не только прямоугольная, но также полярная, цилиндрическая или сферическая система координат. Введенная система координат в удобной форме отображается дисплейным устройством.

Однако в пульте управления данной системы не предусмотрены выключатели дополнительных функций безопасности, которые могут быть обязательными для некоторых типов подъемных машин. Например, пульт дистанционного управления подъемника для управления движениями из люльки, согласно действующим нормам, должен содержать кнопки для остановки двигателя машины и включения звукового сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является система управления подъемной машиной, содержащая:

беспроводной пульт дистанционного управления, включающий в себя контроллер, к которому подключены дисплей, по крайней мере один орган управления рабочими движениями и по крайней мере один переключатель режимов управления;

установленный на беспроводном пульте дистанционного управления аварийный выключатель для принудительной остановки привода механизма грузоподъемной машины при возникновении на ней нештатной ситуации;

и линию связи с электронным блоком системы безопасности грузоподъемной машины и/или управляющими устройствами приводов механизмов грузоподъемной машины;

при этом контроллер приспособлен для обработки сигналов органа управления рабочими движениями и переключателя режимов управления, установки выбранных направлений рабочих движений, а также для формирования команд управления механизмами грузоподъемной машины в соответствии с выбранными направлениями рабочих движений (RU 130984 U1, В66С 13/08, 10.08.2013).

Недостатком данной системы дистанционного управления подъемной машиной является отсутствие защиты от несанкционированных движений машины при потере контроля оператора над пультом дистанционного управления, что выражается в падении, качении или ударе пульта. Намеренное действие оператора в этой системе определяется лишь по отклонению переключателя режима, имеющего возвратный механизм в нейтральное положение, что не гарантирует случайного его нажатия вместе со случайным нажатием на орган управления при потере оператором контроля над пультом.

Задачей настоящего изобретения является повышение безопасности работы машины со стреловым оборудованием.

Дополнительные решаемые задачи и преимущества заявленного изобретения будут понятны из последующего описания.

Поставленные технические задачи достигаются тем, что в системе дистанционного управления машиной, содержащей:

пульт дистанционного управления, включающий в себя контроллер, к которому подключены дисплей, по крайней мере один орган управления рабочими движениями и по крайней мере один переключатель режимов управления, трехосевой датчик ускорения;

установленный на пульте дистанционного управления аварийный выключатель для принудительной остановки привода машины при возникновении на ней нештатной ситуации;

датчик «мертвого тела», встроенный в ручки пульта дистанционного управления;

линии связи с электронным блоком системы безопасности машины и/или управляющими устройствами приводов механизмов машины;

контроллер приспособлен для обработки сигналов органа управления рабочими движениями и переключателя режимов, датчика ускорения и датчика «мертвого тела», установки выбранных направлений рабочих движений, а также для формирования команд управления механизмами машины в соответствии с выбранными направлениями рабочих движений машины;

первая линия связи включает в себя один и более радиоканалов и преобразователь интерфейсов, выполненный в виде блока передачи данных, включающего в себя собственный контроллер, к которому подключен трансивер шины передачи данных. Радиоканал образован двумя канальными трансиверами, снабженными антенными устройствами и подключенными соответственно к контроллерам пульта дистанционного управления и блока передачи данных;

вторая линия связи является альтернативной и представляет собой проводную дифференциальную линию связи, к которой пульт дистанционного управления может подключаться для прямой передачи команд управления в систему безопасности и управления минуя блок передачи данных;

аварийный выключатель подключен к дополнительному входу контроллера и/или к дополнительному входу канального трансивера пульта дистанционного управления, а в блоке передачи данных установлен ключ аварийной остановки приводов механизмов машины, снабженный драйвером ключа, подключенным к контроллеру блока передачи данных.

Решению поставленных задач служат также частные существенные признаки изобретения.

Система дополнительно включает в себя подсистему двухсторонней голосовой связи по радиоканалу и/или проводному дифференциальному каналу операторов машины, при этом пульт дистанционного управления и стационарные пульты системы безопасности и управления содержат кнопки вызова на связь другого оператора, микрофон и средство для воспроизведения звука, подключенные соответственно к контроллеру каждого пульта. Голосовая связь между оператором пульта дистанционного управления с операторами стационарных пультов осуществляется напрямую по проводному дифференциальному интерфейсу, когда пульт дистанционного управления подключен к нему, или по радиоканалу между пультом дистанционного управления и блоком передачи данных и далее по проводному дифференциальному интерфейсу между блоком передачи данных и системой безопасности и управления, куда входят стационарные пульты.

Пульт дистанционного управления снабжен по крайней мере одним контактным или бесконтактным датчиком «мертвого тела», расположенным в ручке пульта, что позволяет контроллеру пульта определить, что пульт находится в руках оператора, а оператора освобождает от необходимости нажатия специальных кнопок или отклонения рукояток для подтверждения неслучайного отклонения органов управления движениями машины, что повышает концентрацию оператора на выполнении операций с машиной.

Пульт дистанционного управления снабжен автономным источником питания в виде гальванической батареи или аккумулятора.

Технический результат от использования данного изобретения заключается в повышении безопасности работы машины за счет обеспечения надежной передачи управляющих сигналов от пульта дистанционного управления, благодаря возможности передачи данных как по проводному, так и по беспроводному интерфейсу, что не ограничивает его использование при наличии сильных радиопомех, а также при надежном определении возникновения нештатных ситуаций из-за потери контроля оператора над пультом дистанционного управления.

Отличительные признаки заявленного изобретения находятся в прямой причинно-следственной связи с указанным техническим результатом.

В частности, датчик «мертвого тела» позволяет определить намеренное действие оператора при управлении с пульта. Этот датчик срабатывает при нахождении пульта в руках оператора, что не отвлекает его от основной задачи управления. Исключает срабатывание механизмов при заклинивании рукояток управления в отклоненном состоянии по внешним или внутренним причинам.

Система голосовой связи позволяет координировать действия нескольких операторов, выполняющих узкие функции, уменьшая несогласованность действий, а значит, повышая безопасность.

Подключение дистанционного пульта на проводной интерфейс обеспечивает надежную работу с него в условиях сильных радиопомех, например вблизи мощных радиопередатчиков.

Датчик ускорения в дистанционном пульте определяет исключительные ситуации: падение, удары и раскачивание пульта, т.е. выявляет заведомо нерабочие состояния, не встречающиеся при нормальной работе по управлению машиной. В таких ситуациях блокируется передача сигналов управления с дистанционного пульта управления, что исключает случайное (непреднамеренное) включение механизмов машины. По истечении определенного времени, например через 1 секунду после завершения исключительной ситуации и возвращения рукояток в нейтральное положение, передача управляющих сигналов с пульта возобновляется. Это позволяет повысить безопасность за счет исключения срабатывания механизмов машины при падении пульта (в частности, вместе с оператором), при ударе пульта (возможно, другими механизмами) и т.п.

Наличие реле в блоке передачи данных, разрывающего (отключающего) цепи питания силовых ключей системы управления и срабатывающего по сигналу с переносного пульта при нажатой аварийной кнопке, сокращает время реакции на нажатие этой кнопки до минимально возможного за счет исключения посредников между пультом и цепью управления питанием силовыми выходами, что также приводит к повышению безопасности работы машины.

Приведенные далее описание и сопровождающие чертежи предназначены для иллюстрации изобретения и не ограничивают объема его формулы.

На чертеже приведена упрощенная функциональная схема системы безопасности и управления машиной со стреловым оборудованием.

Под стреловым оборудованием в данном случае подразумевается рабочее оборудование машины, основным элементом которого является балка, укосина или треугольная конструкция, действующая как консоль и смонтированная для осуществления поступательного или поворотного движения в вертикальной или горизонтальной плоскости.

Система дистанционного управления машиной содержит:

пульт дистанционного управления 1, включающий в себя контроллер 2, к которому подключены дисплей 3, орган(ы) 4 управления рабочими движениями в виде пропорционального(ых) двухосевого(ых) джойстика(ов), группу переключателей 5 режимов управления и задания вспомогательных функций машины, состоящую, например, из трех переключателей, трехосевой датчик ускорения 11;

установленный на пульте 1 аварийный выключатель 6 для принудительной остановки приводов механизмов машины при возникновении на ней нештатной ситуации;

и линию связи пульта 1 с электронным блоком системы безопасности машины и/или управляющими устройствами приводов механизмов машины, включающую в себя радиоканал 7 и преобразователь интерфейсов, выполненный в виде блока передачи данных 12, установленного на машине или вне ее.

Управляемыми устройствами приводов механизмов машины могут быть, например, управляемый клапан, электромагнитный пускатель и др.

Контроллер 2 приспособлен для обработки сигналов органов 4 управления рабочими движениями и переключателей 5 режимов управления, установки выбранных направлений рабочих движений, а также для формирования команд управления механизмами машины.

Преобразователь интерфейсов включает в себя контроллер 15, установленный в блоке передачи данных 12 и подключенный к контроллеру 15, и трансивер 16 проводной дифференциальной линии 19 передачи данных.

Радиоканал 7 образован двумя двухканальными трансиверами 9 и 14, снабженными соответственно антенными устройствами 10 и 13. Двухканальный трансивер 9 установлен в пульте 1 дистанционного управления и подключен к контроллеру 2, а двухканальный трансивер 14 установлен в блоке передачи данных 12 и подключен к контроллеру 15.

Аварийный выключатель 6 подключен к дополнительным входам контролера 2.

В блоке передачи данных 12 установлен ключ 18 аварийной остановки приводов механизмов машины, снабженный драйвером 17, подключенным к контроллеру 15.

Соединение контроллеров 2 и 15 с канальными трансиверами 9 и 14, а также соединение контролера 15 с трансивером 16 дифференциальной проводной шины 19 передачи данных осуществляется с помощью двухсторонних линий связи.

Пульт 1 дистанционного управления снабжен автономным источником питания (на чертеже условно не показан), выполненным в виде гальванической батареи или аккумулятора.

Питание элементов блока передачи данных 12 осуществляется от преобразователя питания бортовой сети (на чертеже условно не показан), входящего в состав данного блока.

Конструктивно пульт 1 дистанционного управления выполнен, в частности, в горизонтальном исполнении. На верхней поверхности пульта 1 расположены:

- дисплей 3 для индикации состояния уровней радиосигналов, степени заряда батарей, доступных в данный момент для управления движений машины, возникших неисправностях и т.д.;

- орган(ы) 4 управления рабочими движениями в виде пропорционального(ых) джойстика(ов);

- встроенные кнопки с самовозвратом, генерирующие дискретные сигналы «включено/выключено», предназначенные для включения/выключения вспомогательных функций системы безопасности и управления и подачи звуковой сигнализации на машине;

- встроенные переключатели режимов работы на два положения с фиксацией;

- кнопка аварийного останова 6 с фиксацией;

- мнемосхема переключения режимов управления, на которой показаны направления движений оборудования машины при заданных переключателями режимах работы.

Пульт 1 дистанционного управления снабжен автономным источником питания (на чертеже не показан). На боковых стенках корпуса пульта установлены кнопка перехвата управления, запуска/останова двигателя машины, переключатели включения пульта и включения подсветки верхней поверхности пульта. Пульт имеет боковые ручки и планку между ними для защиты органов управления от случайного нажатия, в которые также встраиваются датчики «мертвого тела», а также закрепленный на боковых ручках ремень для подвешивания пульта на шее оператора с целью обеспечения возможности управления двумя руками.

Элементы блока передачи данных 12 расположены в корпусе, на котором установлен(ы) разъем(ы) для подачи бортового питания, подключения к контроллеру 15 проводной дифференциальной шины 19 и подключения мощной нагрузки, например электроуправляемого клапана, к ключу 18. Разъемы на чертежах не показаны.

Назначение основного разъема - подача на блок передачи данных 12 внешнего бортового питания и соединение системы безопасности и управления с блоком передачи данных 12 для обмена информацией по проводной дифференциальной шине.

Информация о состоянии кнопок, переключателей и джойстиков передается в дифференциальную проводную линию связи.

Джойстик может быть одно-, двух- или трехосевым. Дисплей обеспечивает функциональность в режимах настройки, тестирования пульта, а также приема информации от управляемого оборудования или удаленного пульта. Дисплей также используется для индикации об исправности пульта и степени зарядки батарей.

Управление машиной осуществляется следующим образом.

Включение и выключение пульта 1 дистанционного управления производится переключателем питания.

При включении питающего напряжения контроллер 2 запускает программу самотестирования. В процессе ее выполнения проверяется целостность программы пульта, исправность дисплея 3, датчика ускорения 11 и целостность линий связи. Если неисправностей не выявлено, то контроллер 2 переходит в нормальный рабочий режим и на дисплей 3 выводится информация о состоянии системы безопасности и управления машины, текущие параметры машины в соответствии с выбранным режимом управления, задаваемым переключателями на пульте.

Пульт дистанционного управления формирует данные о текущем состоянии органов управления и периодически передает их по каналам связи системе безопасности и управления машины, а также выводит информацию о доступных движениях на дисплей 3. При изменении состояния какого-либо органа управления информация об изменении передается пультом немедленно.

При отклонении рукоятки джойстика(ов) в каком-либо направлении от нейтрального положения контроллер 2 вырабатывает сигналы управления механизмами машины для осуществления рабочих движений в соответствии с выбранной системой координат в зависимости от направления и величины отклонения рукоятки джойстика. В случае пропадания на входе контроллера 2 сигнала от кнопки или от джойстика контроллер 2 перестает формировать сигналы включения приводов механизмов машины и происходит остановка рабочих движений.

При возникновении нештатных ситуаций, например при выходе оборудования машины за пределы рабочей зоны, перегрузке и т.д., контроллер 2 принимает от электронно-управляющего блока системы безопасности и управления машины информацию о причине остановки движений и выводит ее на дисплей 3 для оператора с одновременным включением индикатора блокировки и прерывистого звукового сигнала для принятия оператором соответствующего решения. Оператор в этом случае может нажать на кнопку (аварийный выключатель 6) для прямого останова привода одного или нескольких механизмов машины или на кнопку ручного разблокирования для принудительного выполнения запрещенного системой безопасности движения.

Система радиоуправления машиной со стреловым оборудованием содержит беспроводной пульт дистанционного управления (1), блок передачи данных (12), электронный ключ безопасности (18). Пульт дистанционного управления (1) содержит джойстик (4), трехосевой датчик ускорения (11) для обнаружения падения, качения или удара пульта (1), а также рабочей ориентации пульта (1) в пространстве. В случае пропадания на входе контроллера (2) сигнала от кнопки или от джойстика (4) контроллер (2) перестает формировать сигналы включения приводов механизмов машины и происходит остановка рабочих движений. Пульт дистанционного управления (1) содержит встроенные в его органы управления датчики «мертвого тела», приспособленные для определения того, что пульт находится в руках оператора. Контроллер (2) пульта дистанционного управления (1) выполнен с возможностью блокирования передачи команд управления рабочими движениями машины по всем каналам связи до перевода джойстика (4) в нейтральное положение. Достигается повышение безопасности. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Система радиоуправления машиной со стреловым оборудованием, содержащая:

пульт дистанционного управления, включающий в себя контроллер, к которому подключены дисплей, по крайней мере один орган управления рабочими движениями или вспомогательными функциями, как минимум один трансивер для организации как минимум одного радиоканала связи с блоком передачи данных;

установленный на беспроводном пульте дистанционного управления аварийный выключатель для принудительной остановки привода механизма машины при возникновении на ней нештатной ситуации;

при этом контроллер приспособлен для обработки сигналов органа или органов управления рабочими движениями и переключателя режимов управления, установки выбранных направлений рабочих движений, а также для формирования команд управления механизмами машины в соответствии с выбранными направлениями рабочих движений;

блок передачи данных между как минимум одним проводным интерфейсом системы безопасности и управления машины и как минимум одним беспроводным интерфейсом обмена данными с пультом дистанционного управления;

электромеханическое реле или электронный ключ безопасности, установленное или установленный на блоке передачи данных, формирующее или формирующий сигнал аварийной остановки механизмов машины при получении данных с пульта дистанционного управления о нажатой кнопке аварийной остановки;

трехосевой датчик ускорения, установленный на пульте дистанционного управления для обнаружения падения, качения или удара пульта, а также рабочей ориентации пульта в пространстве, при этом контроллер пульта дистанционного управления выполнен с возможностью блокирования передачи команд управления рабочими движениями машины по всем каналам связи до перевода органа или органов управления рабочими движениями в нейтральное положение.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно включает в себя подсистему двухсторонней голосовой связи по каналам связи операторов машины, при этом беспроводной пульт дистанционного управления и рабочие места операторов машины содержат кнопку для вызова на связь другого оператора, микрофон и средство для воспроизведения звука, подключенные соответственно к контроллеру проводных пультов системы безопасности и управления и контроллеру пульта дистанционного управления, причем голосовая связь проводных пультов системы безопасности и управления с пультом управления осуществляется при участии блока передачи данных в качестве моста между проводными интерфейсами системы безопасности и управления и радиоканалом связи с пультом дистанционного управления.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что пульт дистанционного управления снабжен автономным источником питания в виде гальванической батареи или аккумулятора.

4. Система по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что пульт дистанционного управления дополнительно имеет проводной интерфейс, приспособленный для подключения пульта к системе безопасности и управления машины без посредничества блока передачи данных.

5. Система по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что пульт дистанционного управления содержит встроенные в его органы управления контактные и/или бесконтактные датчики «мертвого тела», приспособленные для определения того, что пульт находится в руках оператора.