一种基于云平台的电动工程机械智能化装置及其系统

1.本发明涉及电动工程机械智能化技术领域，具体涉及一种基于云平台的电动工程机械智能化装置及其系统。


背景技术：

2.电动工程机械完全由电能驱动，无需使用传统石化能源，能真正意义上实现零废弃排放，且电能利用率高，噪声低，符合当代工程机械行业的发展需求，因此电动工程机械将成为未来工程机械产业的必然发展方向。
3.当前，现有的电动工程机械的信息化程度不够，没有很好地实现全局化的统筹监控管理。在信息采集方面，普遍是人工进行单台采集，需要操作人员到实际施工现场进行采集，增加了人工成本，在数据采集的效率上有着一定的不足。其次，在危险隧道、荒僻矿区、陡峭悬崖以及爆炸危险等特殊又严峻的环境中施工作业时，操作人员的安全性得不到有效保障。
4.有鉴于此，提出本技术。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于云平台的电动工程机械智能化装置及其系统，能够有效解决现有技术中的电动工程机械由于信息化程度低，无法实现全局化监控管理，电动工程机械多处在特殊、严峻的环境中进行施工作业，这种特殊的工作环境情况无法保障操作人员的安全，且电动工程机械在使用时需要操作人员在施工现场进行操作，在一定程度上增加了人工成本的问题。
6.本发明公开了一种基于云平台的电动工程机械智能化装置，包括：安装在电动工程机械上且与所述电动工程机械的整车控制器电气连接的定位模块、传感器组件、以及通信单元，安装在电动工程机械上且与所述通信单元电气连接的多个图像采集单元；
7.其中，多个所述图像采集单元配置为采集所述电动工程机械周遭的环境信息；
8.其中，所述传感器组件配置为采集所述电动工程机械的运行数据，其中，所述运行数据包括流量信息、压力信息、转速信息、转矩信息以及点云数据；
9.其中，所述定位模块配置为采集所述电动工程机械的位置信息；
10.其中，所述通信单元包括5gcpe以及协议转换模块，所述5gcpe的数据端与所述整车控制器的数据端电气连接，所述5gcpe的数据端与所述协议转换模块的数据端电气连接，所述协议转换模块的数据收发端用于与远程控制云平台进行全双工转换的无线通信，进而将所述环境信息、运行数据、以及位置信息传至云平台，所述通信单元配置为接收云平台的控制指令，所述控制指令用于远程控制所述电动工程机械。
11.优选地，所述协议转换模块为can以太网转换模块。
12.优选地，所述传感器组件包括流量传感器、压力传感器、转速传感器、转矩传感器以及激光雷达，所述流量传感器配置在所述电动工程机械的主泵出口处，所述压力传感器
配置在所述电动工程机械的先导阀出口处，所述转速传感器和所述转矩传感器配置在所述电动工程机械的变速器输出轴处，所述激光雷达配置在所述电动工程机械的驾驶室顶部；
13.其中，所述流量传感器的输出端与所述整车控制器的输入端电气连接，所述压力传感器的输出端与所述整车控制器的输入端电气连接，所述转速传感器的输出端与所述整车控制器的输入端电气连接，所述转矩传感器的输出端与所述整车控制器的输入端电气连接，所述激光雷达的输出端与所述整车控制器的输入端电气连接。
14.优选地，所述图像采集单元包括配置在所述电动工程机械上的ip摄像机以及配置在所述电动工程机械的驾驶室内部的交换机，所述ip摄像机的输出端与所述交换机的输入端电气连接，所述交换机的输出端与所述5gcpe 的输入端电气连接。
15.优选地，所述交换机为poe交换机。
16.本发明还提供了一种基于云平台的电动工程机械智能化系统，包括远程控制云平台以及如上任意一项所述的基于云平台的电动工程机械智能化装置，所述云平台用于与所述通信单元进行全双工转换的无线通信，进而接收所述通信单元的环境信息、运行数据、以及位置信息，所述云平台接收操作信号，生成对应控制指令，所述控制指令用于远程控制所述电动工程机械。
17.优选地，所述远程控制云平台包括运动控制模块、图像显示模块以及通讯模块，所述运动控制模块的数据输出端与所述图像显示模块的数据输入端无线通信，所述运动控制模块的数据端与所述通讯模块的数据端无线通信，所述通讯模块与所述通信单元无线通信。
18.优选地，还包括状态监测模块，所述状态监测模块的数据端与所述运动控制模块的数据端无线通信。
19.优选地，还包括数据库模块，所述数据库模块的数据端与所述运动控制模块的数据端无线通信。
20.综上所述，本实施例提供的一种基于云平台的电动工程机械智能化装置及其系统，通过定位模块、传感器组件以及图像采集单元采集到所述电动工程机械当下的基本状态信息，并将得到的状态信息传输至通信单元进行协议转换处理，并将处理后的数据通过5g移动网络发送至云平台；云平台会将接受到的数据显示出来，以便于操作人员根据电动工程机械当前的基本状态信息做出相应的操作，当云平台接收到操作信号时，生成对应控制指令，并通过5g移动网络发送至电动工程机械，实现云平台对电动工程机械的远程控制；从而解决现有技术中的电动工程机械由于信息化程度低，无法实现全局化监控管理，电动工程机械多处在特殊、严峻的环境中进行施工作业，这种特殊的工作环境情况无法保障操作人员的安全，且电动工程机械在使用时需要操作人员在施工现场进行操作，在一定程度上增加了人工成本的问题。
附图说明
21.图1是本发明实施例提供的基于云平台的电动工程机械智能化装置的结构示意图。
22.图2是本发明实施例提供的基于云平台的电动工程机械智能化系统的结构示意图。
具体实施方式
23.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
24.以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
25.请参阅图1，本发明的第一实施例提供了一种基于云平台的电动工程机械智能化装置，包括：安装在电动工程机械上且与所述电动工程机械的整车控制器1电气连接的定位模块2、传感器组件3、以及通信单元4，安装在电动工程机械上且与所述通信单元4电气连接的多个图像采集单元5；
26.其中，多个所述图像采集单元5配置为采集所述电动工程机械周遭的环境信息；
27.其中，所述传感器组件3配置为采集所述电动工程机械的运行数据，其中，所述运行数据包括流量信息、压力信息、转速信息、转矩信息以及点云数据；
28.其中，所述定位模块2配置为采集所述电动工程机械的位置信息；
29.其中，所述通信单元4包括5gcpe以及协议转换模块，所述5gcpe的数据端与所述整车控制器的数据端电气连接，所述5gcpe的数据端与所述协议转换模块的数据端电气连接，所述协议转换模块的数据收发端用于与远程控制云平台进行全双工转换的无线通信，进而将所述环境信息、运行数据、以及位置信息传至云平台，所述通信单元配置为接收云平台的控制指令，所述控制指令用于远程控制所述电动工程机械。
30.具体地，在本实施例中，所述图像采集单元5用于采集所述电动工程机械作业现场的视频图像信息，所述传感器组件3用于反馈电动工程机械自身的状态情况，所述定位模块2用于采集电动工程机械的位置信息；其中，所述定位模块3可以为gps定位器，通过卫星实时获取所述电动工程机械的位置信息，例如经纬度、海拔、速度信息；需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的定位模块3，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
31.具体地，在本实施例中，所述协议转换模块可以为can以太网转换模块。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的协议转换模块，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
32.在本实施例中，所述整车控制器1与所述通信单元4通过can总线连接，可将所述电动工程机械的can总线内的报文经所述can以太网模块转换成ip数据包，通过5g网络发送至所述云平台，所述云平台对接收到的 can报文，通过can协议，根据canid以及具体的内容进行解析，从而获取所述电动工程机械的状态信息进行存储，并进行显示。
33.其中，5g网络即运营商提供的5g网络系统，包括5g基站、5g核心网以及移动终端；所述电动工程机械由于其移动性，不便布置光纤电缆，因此在所述电动工程机械上布置一台工业级的5gcpe，用来与5g基站进行通信，实现数据的接收和发送。
34.在本发明一个可能的实施例中，所述传感器组件3包括流量传感器、压力传感器、转速传感器、转矩传感器以及激光雷达，所述流量传感器配置在所述电动工程机械的主泵出口处，所述压力传感器配置在所述电动工程机械的先导阀出口处，所述转速传感器和所述转矩传感器配置在所述电动工程机械的变速器输出轴处，所述激光雷达配置在所述电动工程机械的驾驶室顶部；
35.其中，所述流量传感器的输出端与所述整车控制器的输入端电气连接，所述压力传感器的输出端与所述整车控制器的输入端电气连接，所述转速传感器的输出端与所述整车控制器的输入端电气连接，所述转矩传感器的输出端与所述整车控制器的输入端电气连接，所述激光雷达的输出端与所述整车控制器的输入端电气连接。
36.在本实施例中，所述传感器组件3的构成主要根据所述电动工程机械的电力系统和液压系统决定。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的传感器组件，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
37.在本发明一个可能的实施例中，所述图像采集单元5包括配置在所述电动工程机械上的ip摄像机以及配置在所述电动工程机械的驾驶室内部的交换机，所述ip摄像机的输出端与所述交换机的输入端电气连接，所述交换机的输出端与所述5gcpe的输入端电气连接。
38.具体地，在本实施例中，通过使用多台ip摄像机放置在所述电动工程机械上，进行全面地获取周围环境信息；以电动工程机械为电动挖掘机为例，可安装一ip摄像机在所述电动工程机械的驾驶室内，模拟操作人员的实际操作视线，可安装一台防爆摄像机在电动挖掘机的动臂上，朝着铲斗方向，同时还可一台顶置360
°
防爆摄像机在电动挖掘机的顶部，用于收集以电动挖掘机为中心的俯瞰环境图像信息。其中，所述ip摄像机的型号、数量、焦距、安装位置、角度、分辨率、是否具有云台以及是否可以进行音频采集等功能设置可具体根据驾驶员操作习惯进行设置。
39.在本实施例中，所述交换机将所述ip摄像机采集到的图像信息传输给所述通信单元；所述交换机可以为poe交换机，所述poe交换机是指通过网线为远端受电终端提供网络供电，通俗的说，poe交换机就是支持网线供电的交换机，其不但可以实现普通交换机的数据传输功能还能同时对网络终端进行供电。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的交换机，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
40.请参阅图2，本发明的第二实施例提供了一种基于云平台的电动工程机械智能化系统，包括远程控制云平台6以及如上任意一项所述的基于云平台的电动工程机械智能化装置，所述云平台用于与所述通信单元4进行全双工转换的无线通信，进而接收所述通信单4的环境信息、运行数据、以及位置信息，所述云平台接收操作信号，生成对应控制指令，所述控制指令用于远程控制所述电动工程机械。
41.其中，当操作人员可根据所述云平台显示的所述电动工程机械当前的状态数据，对操作手柄、操作按键进行相应控制，使得所述云平台接收由操作手柄、操作按键传递的相应操作信号，进而生成对应的控制指令。
42.具体地，在本实施例中，所述云平台可以为租用的云服务器，例如阿里云服务器、腾讯云服务器等，也可自行搭建一个具有公网ip的服务器。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的云平台，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围
内。
43.在本发明一个可能的实施例中，所述远程控制云平台6包括运动控制模块61、图像显示模块62以及通讯模块63，所述运动控制模块61的数据输出端与所述图像显示模块62的数据输入端无线通信，所述运动控制模块 61的数据端与所述通讯模块63的数据端无线通信，所述通讯模块63与所述通信单元4无线通信。
44.具体地，在本实施例中，通过5g移动网络可以满足多种类电动工程机械设备接入云平台，远程实时获取各种电动工程机械的车辆状态信息，实现电动工程机械群的信息化监控，可以大大提高工程机械的信息化水平，实现一对多的高效信息化监控。此外，当电动工程机械在危险隧道、荒僻矿区、陡峭悬崖以及爆炸危险等特殊又严峻的环境中施工作业时，可以将驾驶员从危险的实际作业环境中抽离出来，通过云平台的多个模块实现对电动工程机械的远程遥控，保证了操作人员的安全性。
45.在本实施例中，通过所述云平台上的运动控制模块61发送can报文，通过所述云平台的通讯模块63和所述电动工程机械的通信单元4，经由5g 网络发送。其中，拟定的can协议主要就是将对应id的can报文的byte 与具体的功能联系起来，所述整机控制器1接收到所述云平台发送的报文，根据其canid以及具体的内容进行解析，给其他的硬件输出电流值或者pwm 波，从而控制相应的执行器，实现整机相应的动作。
46.具体地，在本实施例中，所述运动控制模块61用于对所述电动工程机械发出控制指令，进行远程遥控；其中，所述运动控制模块61根据电动工程机械的整车can协议，生成相应的远程遥控can报文，远程遥控can报文经由所述通讯模块63，通过5g移动网络发送给所述电动工程机械，从而实现所述云平台对所述电动工程机械的远程遥控。
47.具体地，在本实施例中，所述通讯模块63用于与所述电动工程机械的通信单元4实现全双工的通信模式，用来接收数据并发送远程遥控指令；其中，所述云平台的通讯模块63与所述电动工程机械的通信单元4建立tcp (transmission control protocol，传输控制协议)连接，所述云平台作为 tcp服务端等待客户端的连接，通过socket进行通信。
48.具体地，在本实施例中，所述图像显示模块62调用所述ip摄像机的 sdk(software development kit，软件开发工具包)将所述通讯模块63 通过5g移动网络从所述电动工程机械处接收到的视频图像信息进行实时显示；其中，所述云平台通过一个或多个显示器，经由所述图形显示模块62 将视频图像信息进行实时显示，方便后台人员以及操作人员的实时监控以及远程遥控。
49.在本发明一个可能的实施例中，还包括状态监测模块64，所述状态监测模块64的数据端与所述运动控制模块61的数据端无线通信。
50.具体地，在本实施例中，所述状态监测模块64用于将所述通讯模块63 通过5g移动网络从所述电动工程机械处接收到的传感器状态参数信息、位置信息进行实时显示，并实时监测阈值；其中，所述云平台通过一个或多个显示器，经由所述状态监测模块64将传感器状态参数信息、位置信息等进行实时显示，方便后台人员以及操作人员的实时监控以及远程遥控。
51.在本发明一个可能的实施例中，还包括数据库模块65，所述数据库模块65的数据端与所述运动控制模块61的数据端无线通信。
52.具体地，在本实施例中，所述数据库模块65用于将所述通讯模块63 通过5g移动网
络从所述电动工程机械处接收到的有用数据信息进行存储，同时存储所述运动控制模块61发出的，进行远程遥控的控制指令信息，以便后续使用，且所述数据库模块65存储的数据，可以用于对所述电动工程机械自身状态、以及工况进行大数据分析、故障预警、故障诊断；其中，所述数据库模块65可以为mysql、oracle、db2、ms sql server等常用数据库。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的数据库模块65，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
53.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。