[发明专利]基于5G网络的工程机械自主控制系统及方法

说明书

本发明公开了基于5G网络的工程机械自主控制系统及方法，系统包括远程控制端及设备控制端，能够实现人工远程遥控模式、自主行驶+自主作业复合模式、自主行驶模式、自主作业模式，并且能够在不同模式间切换。在人工远程遥控模式下，操作人员在可以查看实时图像，实现对现场设备的人工远程操作；自主工作模式下，通过作业管理系统生成自主模式下的工作任务文件，连同模式选择信号一起经过5G网络传输给设备控制端的自主控制系统，自主控制系统在各模块的联合作用下实现自主工作。设备控制权的接管包括主动接管及选择接管。本发明不受距离、作业场地等限制，使操作人员远离复杂和危险的施工作业现场，有效确保作业人员的人身安全。

技术领域

本发明涉及工程机械远程控制、自主行驶、自主作业技术领域，具体涉及基于5G网络的工程机械自主控制系统及方法。

背景技术

工程机械广泛应用于重大战略工程、基础设施建设中，是支撑我国国民经济发展的战略性产业，起着极其重要的作用。在某些特殊行业工程机械作业环境异常恶劣，比如：毒气废气场合、垃圾清理、抢险救灾、隧道开挖、防爆作业、放射性场合作业等。这些恶劣的作业环境给作业人员带来极大的困难和不便，有些作业环境还可能产生有毒气体、发生爆炸或者坍塌的危险，任何工作的开展都不能以牺牲作业人员的健康和生命为代价，因此如何实现工程机械的远程控制甚至自主控制已经成为了现代工程机械研究的一个重点。

随着5G技术的飞速发展，5G网络高传输速率、低延时、高可靠性等优点，使得工程机械的超远距离控制得以实现。但是现有的工程机械的远程控制依然存在很多问题。由于在远程操作端通过显示器观察设备现场环境，使得立体观感不强，操作体验不真实，很难长时间操作。且由于设备采集环境图像的局限性，可能造成操作者无法灵活操纵机械设备或有效躲避障碍物，影响操作者的工作效率，安全性降低。

专利CN110747930A采用两种工作模式，包括手动控制模式，其与传统挖掘机的操控作业方法相同，由一个手动控制模块来操作挖掘机控制系统进行施工作业；还包括一种远程控制模式；所述远程控制模式包括施工现场部分和远程操控室部分，两个部分通过两个5G网络传输模块进行信号的传输。

专利CN110747930A采用手动控制与远程控制双模式的方式，能够实现人工弥补远程控制时的操作性欠缺，但需要“双人控制”，不能够使现场操作者远离设备所处环境，应用价值很小。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供了基于5G网络的工程机械自主控制系统及方法，解决了现有技术中工程机械自主控制模式单一、实用性不强的技术问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

基于5G网络的工程机械自主控制系统：包括远程控制端及设备控制端，其中远程控制端包括：

操作台：包括操作座椅、转向装置、控制手柄、油门/制动踏板、功能开关及模式选择开关；

音视频显示系统：包括显示设备及用于处理音视频信号的主机；

作业管理系统：载入、编辑并传输自主工作模式下的工作任务；

远程控制系统：包含可编程控制器，用于采集操作台的输入信号，并将输入信号输出至信号转换装置；

信号转换装置一：将接收的远程控制系统信号转化成以太网信号发送至网络交换机；

网络交换机一：接收作业管理系统、信号转换装置的信号、与5G通讯模块进行信号通讯、将音视频信号输出至音视频显示系统；

5G通讯模块一：连接5G网络；

设备控制端包括：

车载监控系统：采集设备周围的音频及视频信息；