一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置及监测方法

1.本发明涉及柔性压力感知监测领域，具体为一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置及监测方法。


背景技术：

2.挖掘机被广泛用于城市建设、农田水利和露天开采等工程，在保证工程质量，提高劳动生产率方面发挥着重要的作用。随着人工智能、物联网和云计算等技术的不断应用，为应对不断提高的作业精度及效率要求，适应危险、恶劣环境，挖掘机无人化和智能化技术已成为主要发展趋势。
3.在复杂、危险、恶劣的施工环境中，挖掘机驾驶操作人员经常处于危险环境和极端工况，采用挖掘机远程操控技术可以实现挖掘机现场的无人值守作业。
4.在挖掘机远程操控作业中，挖掘机驾驶操作人员在远程操作驾驶舱内通过操作手柄、按钮等控制组件来控制挖掘机的运动和操作，同时通过通讯模块将操作数据反馈至挖掘机现场模块，并将现场情况通过舱内的显示屏反馈给驾驶操作人员。因此，可以保证驾驶操作人员避免操作环境中存在的安全隐患。但是，驾驶舱内的驾驶操作人员只能通过屏幕了解现场情况，不能实时感受到设备运转情况以及周围环境情况，长时间操作中，驾驶员可能会出现注意力分散，身心放松等情况，造成坐姿以及操作姿势变形导致发生危险，增加作业成本。
5.根据公开报道，智能遥控挖掘机具备本地驾驶室、近程遥控器、远程遥控舱三种操作模式，采用远程操控模式时，基于通讯模块，操作驾驶人员通过舱内多个屏幕了解挖掘机现场的地形实况。无人操作技术具备开机自检、通讯监测、故障诊断、作业任务执行等功能，同时具备车载感知功能，可以识别障碍物。远程操控挖掘机技术同样具备远程操控功能，还增加了机身姿态角度监测功能，能够自动识别周边人员并进行弹窗标注。
6.综上所述，目前现有的远程操控技术都是在远程操控的基础上对设备状态及现场环境进行监测，都并未对远程操作驾驶舱内的驾驶员的坐姿和操作姿势进行实时监测方面，驾驶员不能得到实时的反馈，从而影响操作效率及设备安全。因此，通过对驾驶员操作状态进行实时监测及反馈，对保证挖掘机操作的高效率及高安全性同样具有重要意义。
7.基于此，有必要发明一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置及监测方法，以解决现有挖掘机远程操控系统在驾驶员坐姿及操作姿势监测功能方面技术不完善的问题。


技术实现要素：

8.本发明为了解决现有挖掘机远程操控系统在驾驶员坐姿及操作姿势监测功能方面技术不完善的问题，提供了一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置及监测方法。
9.本发明是采用如下技术方案实现的：一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置，包括挖掘机座椅、挖掘机主控系统、远程控制单元及数据处理电路，挖掘机座椅的海绵层和座椅面套之间以及挖掘机座椅操作手柄处均设置有柔性电容式压力传感器，柔性电容式压
力传感器包括封装腔体，封装腔体内设置有介电层，介电层的上下表面均设置有与其粘合的导电层，两导电层的上下表面设置有与其粘合的绝缘层，两绝缘层的上下表面设置有与其粘合且与封装腔体内壁贴附的屏蔽层；
10.柔性电容式压力传感器的数量为十五个，挖掘机座椅的两个坐骨结节处的柔性电容式压力传感器定义为第1个传感器i和第2个传感器ii，挖掘机座椅的两个大腿区域处的柔性电容式压力传感器定义为第3个传感器iii和第4个传感器iv，挖掘机座椅的两个肩胛骨处的柔性电容式压力传感器定义为第5个传感器v和第6个传感器vi，挖掘机座椅的腰椎处的柔性电容式压力传感器定义为第7个传感器vii，挖掘机座椅的左侧操作手柄处的柔性电容式压力传感器定义为第8个传感器viii、第9个传感器ix、第10个传感器x和第11个传感器xi，挖掘机座椅的右侧操作手柄处的柔性电容式压力传感器定义为第12个传感器xii、第13个传感器xiii、第14个传感器xiv和第15个传感器xv，挖掘机座椅的左侧靠背处设置有语音提示器，两屏蔽层之间设置有与两者互连且接地的导线；
11.柔性电容式压力传感器的导电层与数据处理电路电连接，数据处理电路与远程控制单元无线连接，远程控制单元分别与语音提示器、挖掘机主控系统无线连接。
12.进一步的，导电层和屏蔽层的材料均为导电银布，厚度均为0.15-0.25mm。
13.进一步的，介电层是由弹性聚合物与液态金属按质量份数比7:3搅拌均匀后固化制成的，厚度为0.25-0.5mm，弹性聚合物为pdms、ecoflex00-30或dragon-skin
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10 medium。
14.绝缘层的材料是弹性聚合物，弹性聚合物为pdms，ecoflex00-30或dragon-skin
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10 medium，厚度为0.25-0.5mm。
15.封装腔体包括上下两层封装层，两封装层的边缘向相向一侧延伸至接触后粘接，封装腔体的材料为弹性布，且封装层的厚度为0.15-0.25mm。
16.柔性电容式压力传感器的形状为圆形、长方形或两者的组合。
17.一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测方法，是基于一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置实现的，采用如下步骤：
18.a、取第（=1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15）个柔性电容式压力传感器的初始电容值定义为，取第个柔性电容式压力传感器的实时电容值定义为，取正常操作姿势时第个柔性电容式压力传感器的平均电容值定义为，定义为判断挖掘机座椅是否有人乘坐的第个柔性电容式压力传感器的阈值，定义为判断挖掘机座椅是否有人乘坐的判断值，当总电源启动后，若中存在12组以上数据大于时，则挖掘机座椅上有人乘坐，远程控制单元进入控制模式；
19.b、取驾驶员处于正常操作姿势时挖掘机座椅整体的平均电容值定义为，且；取驾驶员操作时挖掘机座椅整体的实时平均电容值定义为，且
；定义为判断驾驶员是否正常操作姿势的判断值，当小于10pf时，远程控制单元控制语音提示器及挖掘机主控系统启动；
20.c、取驾驶员连续操作最大时长定义为，当挖掘机正常启动后，中有10组以上数据在达到时长保持有连续的电容值时，构成疲劳驾驶的危险操作，并由远程控制单元通过语音提示器提醒驾驶员进行休息；
21.d、定义为判断驾驶员是否左倾的判断值，定义为判断驾驶员是否右倾的判断值，当或的数值大于15pf时，判定当前驾驶员坐姿为左倾或右倾的不正常姿势，并由远程控制单元通过语音提示器提醒驾驶员调整坐姿；
22.e、定义和为判断驾驶员是否进行大幅度弯腰的判断值，当和的数值均大于20pf，判定当前驾驶员坐姿为弯腰的危险姿势，并由远程控制单元通过语音提示器提醒驾驶员调整坐姿；
23.f、定义为判断驾驶员左手是否就位的判断值，定义为判断驾驶员右手是否就位的判断值，当和中的一数值小于-30pf且另一数值大于或等于0pf时开始计时，若持续超过20秒，则判断此时驾驶员操作姿势为吸烟或接打电话的危险操作姿势，并由远程控制单元通过语音提示器提醒驾驶员调整操作姿势，若持续时间超过30秒，远程控制单元控制挖掘机主控系统，停止挖掘机继续操作；
24.g、定义为判断驾驶员是否进行挖掘机机身左旋转的操作判断值，定义为判断驾驶员是否进行挖掘机机身右旋转的操作判断值，当或的数值大于20pf，判定当前驾驶员正在进行挖掘机机身左旋转或右旋转的操作，并开始计时，若持续时间超过5秒钟，由远程控制单元通过语音提示器提醒驾驶员注意机身旋转时间；若持续时间超过8秒钟，远程控制单元控制挖掘机主控系统，停止机身旋转；
25.h、定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗向前伸出的操作判断值，定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗向后收回的操作判断值，当或的数值大于20pf，并判定当前驾驶员正在进行挖掘机铲斗向前伸出或铲斗向后收回的操作，并由远程控制单元通过语音提示器提示驾驶员挖掘机铲斗向前伸出或铲斗向后收回；
26.i、定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗下降的操作判断值，定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗上升的操作判断值，当或的数值大于20pf，判定当前驾驶员正在进行挖掘机铲斗下降或铲斗上升的操作，并由远程控制
单元通过语音提示器提示驾驶员挖掘机铲斗下降或铲斗上升；
27.j、定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗挖掘的操作判断值，定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗卸载的操作判断值，当或的数值大于20pf，判定当前驾驶员正在进行挖掘机铲斗挖掘或铲斗卸载的操作，并由远程控制单元通过语音提示器提示驾驶员挖掘机铲斗挖掘或铲斗卸载；
28.k、定义为判断驾驶员对左侧操作手柄进行向左推或向右推的操作次数，当或的数值每出现一次超出20pf后又降至10pf以下，的数值加一；定义为判断驾驶员对左侧操作手柄进行向前推或向后推的操作次数，当或的数值每出现一次超出20pf后又降至10pf以下，的数值加一；定义为判断驾驶员对右侧操作手柄进行向左推或向右推的操作次数，当或的数值每出现一次超出20pf后又降至10pf以下，的数值加一；定义为判断驾驶员对右侧操作手柄进行向前推或向后推的操作次数，当或的数值每出现一次超出20pf后又降至10pf以下，的数值加一；若在8秒内，、、、中任一个数值大于15，则判断此时驾驶员操作频率过快，远程控制单元通过语音提示器提示驾驶员注意挖掘机操作频率。
29.本发明具有如下有益效果：
30.1、柔性电容式压力传感器采用纺织面料制备，可变形性好，可以保证传感器的使用时间和驾驶员乘坐的舒适性，同时该传感器具备电磁屏蔽功能，在车内可以隔绝电子产品的电磁干扰，电容值稳定，适用范围广，适用性强，且该传感器制作简单，成本较低，适合大量使用；
31.2、柔性电容式压力传感器的布设方法通过结合人体工学知识及监测功能要求布设压力传感器，覆盖范围广，监测全面，传感器用量适中，避免资源浪费；
32.3、挖掘机驾驶员远程操控状态监测方法通过对布设在挖掘机座椅内的柔性电容式压力传感器的电容值进行分析，实时监测驾驶员的坐姿及操作姿态，判断是否存在危险并帮助驾驶员提高远程操控效率，监测判断方法简单有效；
33.4、挖掘机驾驶员远程操控状态监测方法通过对操作姿势进行检测并配合语音提示器实现了挖掘机座椅的智能化，根据驾驶员的操作姿势实现了远程操控及挖掘机主控系统是否可以正常启动的判断，判断驾驶员当前驾驶坐姿是否正确，判断当前驾驶员的操作姿势，并通过挖掘机运行状态判断驾驶员操作是否正常，进一步的，通过利用语音提示器及时对驾驶员进行语音提醒反馈，可以有效辅助挖掘机驾驶员实现良好的远程操控状态，并且提高了远程操作的效率，保护了设备的安全，降低了运行成本。
附图说明
34.图1为本发明的结构示意图；
35.图2为图1中选用一种形状的柔性电容式压力传感器的结构示意图；
36.图3为图1中选用另一种形状的柔性电容式压力传感器的结构示意图；
37.图4为图1和图2中选用两种形状的柔性电容式压力传感器的结构示意图；
38.图5为图2中柔性电容式压力传感器的结构示意图；
39.图6为图3中柔性电容式压力传感器的结构示意图；
40.图7为图5的剖面结构示意图；
41.图8为图5的无抗干扰仿真图；
42.图9为图5的抗干扰仿真图。
43.图中：1-挖掘机座椅，2-介电层，3-导电层，4-绝缘层，5-屏蔽层，6-传感器i，7-传感器ii，8-传感器iii，9-传感器iv，10-传感器v，11-传感器vi，12-传感器vii，13-传感器viii，14-传感器ix，15-传感器x，16-传感器xi，17-传感器xii，18-传感器xiii，19-传感器xiv ，20-传感器xv，21-语音提示器，22-封装层。
具体实施方式
44.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
45.一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置，包括挖掘机座椅1、挖掘机主控系统、远程控制单元及数据处理电路，挖掘机座椅1的海绵层和座椅面套之间以及挖掘机座椅1操作手柄处均设置有柔性电容式压力传感器，柔性电容式压力传感器包括封装腔体，封装腔体内设置有介电层2，介电层2的上下表面均设置有与其粘合的导电层3，两导电层3的上下表面设置有与其粘合的绝缘层4，两绝缘层4的上下表面设置有与其粘合且与封装腔体内壁贴附的屏蔽层5；
46.柔性电容式压力传感器的数量为十五个，挖掘机座椅1的两个坐骨结节处的柔性电容式压力传感器定义为第1个传感器i6和第2个传感器ii7，挖掘机座椅1的两个大腿区域处的柔性电容式压力传感器定义为第3个传感器iii8和第4个传感器iv9，挖掘机座椅1的两个肩胛骨处的柔性电容式压力传感器定义为第5个传感器v10和第6个传感器vi11，挖掘机座椅1的腰椎处的柔性电容式压力传感器定义为第7个传感器vii12，挖掘机座椅的左侧操作手柄处的柔性电容式压力传感器定义为第8个传感器viii13、第9个传感器ix14、第10个传感器x15和第11个传感器xi16，挖掘机座椅的右侧操作手柄处的柔性电容式压力传感器定义为第12个传感器xii17、第13个传感器xiii18、第14个传感器xiv19和第15个传感器xv20，挖掘机座椅1的左侧靠背处设置有语音提示器21，两屏蔽层5之间设置有与两者互连且接地的导线；
47.柔性电容式压力传感器的导电层3与数据处理电路电连接，数据处理电路与远程控制单元无线连接，远程控制单元分别与语音提示器21、挖掘机主控系统无线连接。
48.挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置中柔性电容式压力传感器的布设，运用了人体工学知识，并参照了人体骨骼结构，当人体与挖掘机座椅1坐垫接触时，人体臀部支撑人体重心，其中压力主要集中在人体臀部的骨骼结构中两个坐骨结节处，并以坐骨结节处为中心向外扩散，压力逐渐减小，同时，人体大腿也会与坐垫进行接触，人体在进行姿势变化时，大腿区域的压力也会进行变化，因此，挖掘机座椅1坐垫的压力敏感区域分为四个部分，分别为两个坐骨结节处，以及两个大腿区域；当人体与挖掘机座椅1靠背接触时，人体压力相对集中在肩胛骨和腰椎两处，并以这两处为中心向外扩散，压力逐渐减小，因此，挖掘机座椅1靠背的压力敏感区域分为三个部分，分别为两个肩胛骨处和腰椎中心位置处；同时，
在挖掘机座椅1操作手柄处布设柔性电容式压力传感器，用于监测驾驶员手部的位置及操作；同时，将语音提示器21安装在挖掘机座椅1左侧靠背处，用于语音预警。
49.此布设结构布设精准，传感器用量适中，可以准确反映出挖掘机座椅1椅面及操作手柄的压力分布，用于驾驶员坐姿及操作姿势判断。
50.导电层3和屏蔽层5的材料均为导电银布，厚度均为0.15-0.25mm。
51.介电层2是由弹性聚合物与液态金属按质量份数比7:3搅拌均匀后固化制成的，厚度为0.25-0.5mm，弹性聚合物为pdms、ecoflex00-30或dragon-skin
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10 medium。
52.绝缘层4的材料是弹性聚合物，弹性聚合物为pdms，ecoflex00-30或dragon-skin
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10 medium，厚度为0.25-0.5mm。
53.封装腔体包括上下两层封装层17，两封装层17的边缘向相向一侧延伸至接触后粘接，封装腔体的材料为弹性布，且封装层的厚度为0.15-0.25mm。
54.柔性电容式压力传感器的形状为圆形、长方形或两者的组合。
55.一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测方法，是基于一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置实现的，采用如下步骤：
56.a、取第个柔性电容式压力传感器的初始电容值定义为，取第个柔性电容式压力传感器的实时电容值定义为，取正常操作姿势时第个柔性电容式压力传感器的平均电容值定义为，定义为判断挖掘机座椅1是否有人乘坐的第个柔性电容式压力传感器的阈值，定义为判断挖掘机座椅是否有人乘坐的判断值，当总电源启动时，若中存在12组以上数据大于时，则挖掘机座椅1上有人乘坐，远程控制单元进入控制模式；
57.b、取驾驶员处于正常操作姿势时挖掘机座椅1整体的平均电容值定义为，且；取驾驶员操作时挖掘机座椅1整体的实时平均电容值定义为，且；定义为判断驾驶员是否正常操作姿势的判断值，当小于10pf时，远程控制单元控制语音提示器21及挖掘机主控系统启动；
58.c、取驾驶员连续操作最大时长定义为，当挖掘机正常启动后，中有10组以上数据在达到时长保持有连续的电容值时，构成疲劳驾驶的危险操作，并由远程控制单元通过语音提示器21提醒驾驶员进行休息；
59.d、定义为判断驾驶员是否左倾的判断值，定义为判断驾驶员是否右倾的判断值，当或的数值大于15pf时，判定当前驾驶员坐姿为左倾或右倾的不正常姿势，并由远程控制单元通过语音提示器21提醒驾驶员调整坐姿；
60.e、定义和为判断驾驶员是否进行大幅度弯腰的判断值，当和的数值均大于20pf，判定当前驾驶员坐姿为弯腰的危险姿势，并由远程控制单元通过语音提示器21提醒驾驶员调整坐姿；
61.f、定义为判断驾驶员左手是否就位的判断值，定义为判断驾驶员右手是否就位的判断值，当和中的一数值小于-30pf且另一数值大于或等于0pf时开始计时，若持续超过20秒，则判断此时驾驶员操作姿势为吸烟或接打电话的危险操作姿势，并由远程控制单元通过语音提示器21提醒驾驶员调整操作姿势，若持续时间超过30秒，远程控制单元控制挖掘机主控系统，停止挖掘机继续操作；
62.g、定义为判断驾驶员是否进行挖掘机机身左旋转的操作判断值，定义为判断驾驶员是否进行挖掘机机身右旋转的操作判断值，当或的数值大于20pf，判定当前驾驶员正在进行挖掘机机身左旋转或右旋转的操作，并开始计时，若持续时间超过5秒钟，由远程控制单元通过语音提示器21提醒驾驶员注意机身旋转时间；若持续时间超过8秒钟，远程控制单元控制挖掘机主控系统，停止机身旋转；
63.h、定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗向前伸出的操作判断值，定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗向后收回的操作判断值，当或的数值大于20pf，并判定当前驾驶员正在进行挖掘机铲斗向前伸出或铲斗向后收回的操作，并由远程控制单元通过语音提示器21提示驾驶员挖掘机铲斗向前伸出或铲斗向后收回；
64.i、定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗下降的操作判断值，定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗上升的操作判断值，当或的数值大于20pf，判定当前驾驶员正在进行挖掘机铲斗下降或铲斗上升的操作，并由远程控制单元通过语音提示器21提示驾驶员挖掘机铲斗下降或铲斗上升；
65.j、定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗挖掘的操作判断值，定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗卸载的操作判断值，当或的数值大于20pf，判定当前驾驶员正在进行挖掘机铲斗挖掘或铲斗卸载的操作，并由远程控制单元通过语音提示器21提示驾驶员挖掘机铲斗挖掘或铲斗卸载；
66.k、定义为判断驾驶员对左侧操作手柄进行向左推或向右推的操作次数，当或的数值每出现一次超出20pf后又降至10pf以下，的数值加一；定义为判断驾驶员对左侧操作手柄进行向前推或向后推的操作次数，当或的数值每出现一次超出20pf后又降至10pf以下，的数值加一；定义为判断驾驶员对右侧操作手柄进行向左推或向右推的操作次数，当或的数值每出现一次超出20pf后又降至10pf以下，的数值加
一；定义为判断驾驶员对右侧操作手柄进行向前推或向后推的操作次数，当或的数值每出现一次超出20pf后又降至10pf以下，的数值加一；若在8秒内，、、、中任一个数值大于15，则判断此时驾驶员操作频率过快，远程控制单元通过语音提示器21提示驾驶员注意挖掘机操作频率。
67.本发明将挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置与远程控制单元连接，结合语音提示器21实现了挖掘机座椅1的智能化，解决了现有挖掘机远程操控系统在驾驶员坐姿及操作姿势监测功能方面技术不完善的问题。
68.如图5、图6所示，封装腔体是由上下两层封装层22延伸后粘接制得。
69.如图8、图9所示，为多物理学仿真软件在相同条件下得到的电场仿真图，由图9可知，当两屏蔽层5不接地时，电场线可以穿透屏蔽层5；由图8可知，当两屏蔽层5接地时，电场线并未穿透屏蔽层5。
70.具体实施过程中，每个柔性电容式压力传感器所在的挖掘机座椅1位置处均可根据实际情况设置多个柔性电容式压力传感器。
71.以下以三个具体的实施例来对本发明进行进一步地详细说明。
72.实施例1
73.柔性电容式压力传感器的形状均为圆形；导电层3和屏蔽层5的厚度均为0.2mm；介电层2是由弹性聚合物与液态金属按质量份数比7:3搅拌均匀后固化制成的，厚度为0. 4mm，弹性聚合物为ecoflex00-30；绝缘层4的材料是弹性聚合物，弹性聚合物为dragon-skin
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10 medium，厚度为0.3mm；封装腔体包括上下两层封装层22，两封装层22的厚度为0.25mm。
74.实施例2
75.柔性电容式压力传感器的形状均为长方形；导电层3和屏蔽层5的厚度均为0.15mm；介电层2是由弹性聚合物与液态金属按质量份数比7:3搅拌均匀后固化制成的，厚度为0.5mm，弹性聚合物为pdms；绝缘层4的材料是弹性聚合物，弹性聚合物为ecoflex00-30，厚度为0.25mm；封装腔体包括上下两层封装层22，两封装层22的厚度为0.15mm。
76.实施例3
77.柔性电容式压力传感器的形状采用圆形和长方形组成，导电层3和屏蔽层5的厚度均为0.25mm；介电层2是由弹性聚合物与液态金属按质量份数比7:3搅拌均匀后固化制成的，厚度为0.25mm，弹性聚合物为dragon-skin
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10 medium；绝缘层4的材料是弹性聚合物，弹性聚合物为pdms，厚度为0.5mm；封装腔体包括上下两层封装层22，两封装层22的厚度为0.18mm。

技术特征：
1.一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置，包括挖掘机座椅（1）、挖掘机主控系统、远程控制单元及数据处理电路，其特征在于：挖掘机座椅（1）的海绵层和座椅面套之间以及挖掘机座椅（1）操作手柄处均设置有柔性电容式压力传感器，柔性电容式压力传感器包括封装腔体，封装腔体内设置有介电层（2），介电层（2）的上下表面均设置有与其粘合的导电层（3），两导电层（3）的上下表面设置有与其粘合的绝缘层（4），两绝缘层（4）的上下表面设置有与其粘合且与封装腔体内壁贴附的屏蔽层（5）；柔性电容式压力传感器的数量为十五个，挖掘机座椅（1）的两个坐骨结节处的柔性电容式压力传感器定义为第1个传感器i（6）和第2个传感器ii（7），挖掘机座椅（1）的两个大腿区域处的柔性电容式压力传感器定义为第3个传感器iii（8）和第4个传感器iv（9），挖掘机座椅（1）的两个肩胛骨处的柔性电容式压力传感器定义为第5个传感器v（10）和第6个传感器vi（11），挖掘机座椅（1）的腰椎处的柔性电容式压力传感器定义为第7个传感器vii（12），挖掘机座椅（1）的左侧手柄处的柔性电容式压力传感器定义为第8个传感器viii（13）、第9个传感器ix（14）、第10个传感器x（15）和第11个传感器xi（16），挖掘机座椅（1）的右侧手柄处的柔性电容式压力传感器定义为第12个传感器xii（17）、第13个传感器xiii（18）、第14个传感器xiv（19）和第15个传感器xv（20），挖掘机座椅（1）的左侧靠背处设置有语音提示器（21），两屏蔽层（5）之间设置有与两者互连且接地的导线；柔性电容式压力传感器的导电层（3）与数据处理电路电连接，数据处理电路与远程控制单元无线连接，远程控制单元分别与语音提示器（21）、挖掘机主控系统无线连接。2.根据权利要求1所述的一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置，其特征在于：导电层（3）和屏蔽层（5）的材料均为导电银布，厚度均为0.15-0.25mm。3.根据权利要求1所述的一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置，其特征在于：介电层（2）是由弹性聚合物与液态金属按质量份数比7:3搅拌均匀后固化制成的，厚度为0.25-0.5mm，弹性聚合物为pdms、ecoflex00-30或dragon-skin
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10 medium。4.根据权利要求1所述的一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置，其特征在于：绝缘层（4）的材料是弹性聚合物，弹性聚合物为pdms，ecoflex00-30或dragon-skin
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10 medium，厚度为0.25-0.5mm。5.根据权利要求1所述的一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置，其特征在于：封装腔体包括上下两层封装层（22），两封装层（22）的边缘向相向一侧延伸至接触后粘接，封装腔体的材料为弹性布，且封装层的厚度为0.15-0.25mm。6.根据权利要求1所述的一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置，其特征在于：柔性电容式压力传感器的形状为圆形、长方形或两者的组合。7.一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测方法，是基于如权利要求1所述的一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置实现的，其特征在于：采用如下步骤：a、取第个柔性电容式压力传感器的初始电容值定义为，取第个柔性电容式压力传感器的实时电容值定义为，取正常操作姿势时第个柔性电容式压力传感器的平均电容值定义为，定义为判断挖掘机座椅是否有人乘坐的第个柔性电容式压力传感器的阈值，定义为判断挖掘机座椅是否有人乘坐的判断值，当总
电源启动后，若中存在12组以上数据大于时，则挖掘机座椅上有人乘坐，远程控制单元进入控制模式；b、取驾驶员处于正常操作姿势时挖掘机座椅整体的平均电容值定义为，且；取驾驶员操作时挖掘机座椅整体的实时平均电容值定义为，且；定义为判断驾驶员是否正常操作姿势的判断值，当小于10pf时，远程控制单元控制语音提示器（21）及挖掘机主控系统启动；c、取驾驶员连续操作最大时长定义为，当挖掘机正常启动后，中有10组以上数据在达到时长保持有连续的电容值时，构成疲劳驾驶的危险操作，并由远程控制单元通过语音提示器（21）提醒驾驶员进行休息；d、定义为判断驾驶员是否左倾的判断值，定义为判断驾驶员是否右倾的判断值，当或的数值大于15pf时，判定当前驾驶员坐姿为左倾或右倾的不正常姿势，并由远程控制单元通过语音提示器（21）提醒驾驶员调整坐姿；e、定义和为判断驾驶员是否进行大幅度弯腰的判断值，当和的数值均大于20pf，判定当前驾驶员坐姿为弯腰的危险姿势，并由远程控制单元通过语音提示器（21）提醒驾驶员调整坐姿；f、定义为判断驾驶员左手是否就位的判断值，定义为判断驾驶员右手是否就位的判断值，当和中的一数值小于-30pf且另一数值大于或等于0pf时开始计时，若持续超过20秒，则判断此时驾驶员操作姿势为吸烟或接打电话的危险操作姿势，并由远程控制单元通过语音提示器（21）提醒驾驶员调整操作姿势，若持续时间超过30秒，远程控制单元控制挖掘机主控系统，停止挖掘机继续操作；g、定义为判断驾驶员是否进行挖掘机机身左旋转的操作判断值，定义为判断驾驶员是否进行挖掘机机身右旋转的操作判断值，当或的数值大于20pf，判定当前驾驶员正在进行挖掘机机身左旋转或右旋转的操作，并开始计时，若持续时间超过5秒钟，由远程控制单元通过语音提示器（21）提醒驾驶员注意机身旋转时间；若持续时间超过8秒钟，远程控制单元控制挖掘机主控系统，停止机身旋转；h、定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗向前伸出的操作判断值，定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗向后收回的操作判断值，当或的数值大于20pf，并判定当前驾驶员正在进行挖掘机铲斗向前伸出或铲斗向后收回的操作，
并由远程控制单元通过语音提示器（21）提示驾驶员挖掘机铲斗向前伸出或铲斗向后收回；i、定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗下降的操作判断值，定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗上升的操作判断值，当或的数值大于20pf，判定当前驾驶员正在进行挖掘机铲斗下降或铲斗上升的操作，并由远程控制单元通过语音提示器（21）提示驾驶员挖掘机铲斗下降或铲斗上升；j、定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗挖掘的操作判断值，定义为判断驾驶员是否进行挖掘机铲斗卸载的操作判断值，当或的数值大于20pf，判定当前驾驶员正在进行挖掘机铲斗挖掘或铲斗卸载的操作，并由远程控制单元通过语音提示器（21）提示驾驶员挖掘机铲斗挖掘或铲斗卸载；k、定义为判断驾驶员对左侧操作手柄进行向左推或向右推的操作次数，当或的数值每出现一次超出20pf后又降至10pf以下，的数值加一；定义为判断驾驶员对左侧操作手柄进行向前推或向后推的操作次数，当或的数值每出现一次超出20pf后又降至10pf以下，的数值加一；定义为判断驾驶员对右侧操作手柄进行向左推或向右推的操作次数，当或的数值每出现一次超出20pf后又降至10pf以下，的数值加一；定义为判断驾驶员对右侧操作手柄进行向前推或向后推的操作次数，当或的数值每出现一次超出20pf后又降至10pf以下，的数值加一；若在8秒内，、、、中任一个数值大于15，则判断此时驾驶员操作频率过快，远程控制单元通过语音提示器（21）提示驾驶员注意挖掘机操作频率。

技术总结
本发明涉及柔性压力感知监测领域，具体为一种挖掘机驾驶员远程操控状态监测装置及监测方法，其包括挖掘机座椅、挖掘机座椅的不同部位设置有十五个柔性电容式压力传感器，且柔性电容式压力传感器包括封装腔体，封装腔体内设置从内之外依次设置有介电层、导电层、绝缘层及屏蔽层；挖掘机座椅的左侧靠背处设置有语音提示器，两屏蔽层接地；导电层与数据处理电路电连接，数据处理电路与远程控制单元无线连接，远程控制单元分别与语音提示器、挖掘机主控系统无线连接，解决了现有挖掘机远程操控系统在驾驶员坐姿及操作姿势监测功能方面技术不完善的问题，适用于远程操控挖掘机作业时对驾驶员的操控状态进行监测及辅助操控。驾驶员的操控状态进行监测及辅助操控。驾驶员的操控状态进行监测及辅助操控。


技术研发人员：张东光 王志民 向伟 张德俊 索飞飞 赵梓冰 杨嘉怡
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/7/12