一種挖掘機(jī)自動(dòng)平地控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種挖掘機(jī)自動(dòng)平地控制方法，屬于機(jī)械控制領(lǐng)域，應(yīng)用于挖掘機(jī)，包括設(shè)定自動(dòng)平地作業(yè)時(shí)所述斗尖5的水平高度，并采集車(chē)身1、動(dòng)臂2、斗桿3和鏟斗4的位姿信號(hào)；根據(jù)位姿信號(hào)計(jì)算斗尖5保持一定速度水平運(yùn)動(dòng)時(shí)所需動(dòng)臂2和斗桿3的角速度；并據(jù)此計(jì)算出動(dòng)臂2和斗桿3的油缸的速度控制輸出量；根據(jù)位姿信號(hào)計(jì)算出斗尖5實(shí)際高度與設(shè)定高度之間的高度差，并根據(jù)高度差計(jì)算出動(dòng)臂2和/或斗桿3的油缸的高度控制輸出量；將速度控制輸出量和高度控制輸出量合并后輸出。本發(fā)明的技術(shù)方案采用了以速度控制為主，位置反饋調(diào)整為輔的方法，既能保證動(dòng)作的平穩(wěn)性，又能保證斗尖高度控制的精確性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域，涉及一種自動(dòng)化控制方法，尤其涉及一種適用于 挖掘機(jī)的自動(dòng)平地控制方法。 一種挖掘機(jī)自動(dòng)平地控制方法

【背景技術(shù)】
[0002] 挖掘機(jī)，特別是反鏟挖掘機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中常常需要對(duì)作業(yè)地面進(jìn)行平整作業(yè)，此 時(shí)操作者需要同時(shí)控制動(dòng)臂、斗桿和鏟斗，使斗尖始終在平行于地面運(yùn)動(dòng)，從而平整土地。
[0003] 由于平地作業(yè)需要控制的變量多，控制復(fù)雜，需要操作者有良好的工作協(xié)調(diào)性和 操作技巧，因此平地作業(yè)的實(shí)際效果往往隨著駕駛員操作技能高低而變化，同時(shí)平地作業(yè) 的復(fù)雜性也使操作者容易疲勞，不能長(zhǎng)時(shí)間工作。
[0004] 目前已有的一些挖掘機(jī)自動(dòng)化作業(yè)的系統(tǒng)主要集中于硬件實(shí)現(xiàn)，即在挖掘機(jī)上安 裝位姿信號(hào)傳感器，通過(guò)控制器計(jì)算結(jié)果調(diào)整工作裝置輸出。
[0005] 對(duì)于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平地的控制方法，現(xiàn)有技術(shù)均基于位姿反饋控制，通過(guò)把斗桿和鏟 斗視為一體（即將鏟斗視為一點(diǎn)），計(jì)算斗桿當(dāng)前位置，從而調(diào)整動(dòng)臂輸出，使鏟斗處于水 平位置。
[0006] 現(xiàn)有控制方法實(shí)際上是位置伺服方法。由于液壓挖掘機(jī)的機(jī)械液壓系統(tǒng)具有較大 的慣性質(zhì)量，包含諸多非線(xiàn)性因素，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到斗尖位置偏離預(yù)設(shè)的高度時(shí)，機(jī)構(gòu)才能做 出反應(yīng)，而此時(shí)機(jī)構(gòu)已經(jīng)超出預(yù)定高度距離較遠(yuǎn)，使得實(shí)際應(yīng)用中這種控制方法造成的斗 尖上下的波動(dòng)幅度大，平整效果差。
[0007] 此外，由于斗尖在超出預(yù)設(shè)位置范圍以后工作機(jī)構(gòu)（通常是動(dòng)臂）才會(huì)進(jìn)行調(diào) 整以便使斗尖回到預(yù)設(shè)位置，因此在這種工作模式下，工作機(jī)構(gòu)總是處于靜止-調(diào)整-靜 止-調(diào)整的狀態(tài)中，造成機(jī)構(gòu)的沖擊大，抖動(dòng)劇烈、動(dòng)作不連貫等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 有鑒于此，本發(fā)明采用了以速度控制為主，位置反饋調(diào)整為輔的方法，既能保證動(dòng) 作的平穩(wěn)性，又能保證斗尖高度控制的精確性。
[0009] 為達(dá)到上述目的，具體技術(shù)方案如下：
[0010] 提供了一種挖掘機(jī)自動(dòng)平地控制方法，應(yīng)用于挖掘機(jī)自動(dòng)平地作業(yè)，所述挖掘機(jī) 包括依次相連的車(chē)身、動(dòng)臂、斗桿和鏟斗，所述鏟斗上設(shè)有斗尖，包括以下步驟：
[0011] 步驟1，設(shè)定自動(dòng)平地作業(yè)時(shí)所述斗尖的水平高度，并采集所述車(chē)身、動(dòng)臂、斗桿和 鏟斗的位姿信號(hào)；
[0012] 步驟2,根據(jù)步驟1的位姿信號(hào)計(jì)算所述斗尖保持一定速度水平運(yùn)動(dòng)時(shí)所需動(dòng)臂 和斗桿的角速度；
[0013] 步驟3,根據(jù)所需動(dòng)臂和斗桿的角速度計(jì)算出所述動(dòng)臂和斗桿的油缸的速度控制 輸出量；
[0014] 步驟4,根據(jù)步驟1的位姿信號(hào)計(jì)算出所述斗尖實(shí)際高度與設(shè)定高度之間的高度 差，并根據(jù)所述高度差計(jì)算出所述動(dòng)臂和/或斗桿的油缸的高度控制輸出量；
[0015] 步驟5,所述動(dòng)臂和斗桿的油缸將所述速度控制輸出量和高度控制輸出量合并后 輸出。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟2中通過(guò)建立所述斗尖保持水平運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)臂和斗桿的角速度比 例系數(shù)，計(jì)算出所需動(dòng)臂和斗桿的角速度。
[0017] 優(yōu)選的，所述步驟2中角速度比例系數(shù)與所述位姿信號(hào)相關(guān)，且隨斗尖的運(yùn)動(dòng)而 變化。
[0018] 優(yōu)選的，所述步驟3中通過(guò)分別建立動(dòng)臂和斗桿的角速度與油缸的速度控制輸出 量的函數(shù)，計(jì)算出動(dòng)臂和斗桿的油缸的速度控制輸出量。
[0019] 優(yōu)選的，所述步驟4中的高度控制輸出量包括：當(dāng)所述斗尖的實(shí)際高度高于預(yù)定 高度時(shí)，將使動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)偏向減慢抬升速度或者加快下降速度；當(dāng)所述斗尖的實(shí)際高度低于 設(shè)定高度時(shí)，將使動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)偏向加快抬升速度或者減慢下降速度。
[0020] 優(yōu)選的，所述步驟1中的位姿信號(hào)包括：所述車(chē)身、動(dòng)臂、斗桿、鏟斗相對(duì)于水平 面的傾角，或者車(chē)身、動(dòng)臂、斗桿、鏟斗之間的夾角和車(chē)身相對(duì)于水平面的傾角，或者動(dòng)臂油 缸、斗桿油缸、鏟斗油缸的伸出量和車(chē)身相對(duì)于水平面的傾角。
[0021] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)有：
[0022] 1、控制精度達(dá)到或超過(guò)手動(dòng)平地效果，效率更高；
[0023] 2、采用速度控制和位移控制結(jié)合的控制方法，用速度控制保證斗尖運(yùn)動(dòng)的平順 性，用位移控制改善位置控制精度，有更加優(yōu)異的實(shí)用效果。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0025] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的流程示意圖；
[0027] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的挖掘機(jī)的函數(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 其中，1為車(chē)身、2為動(dòng)臂、3為斗桿、4為鏟斗、5為斗尖、6為動(dòng)臂油缸、7為斗桿油 缸、8為鏟斗油缸。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030] 需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。
[0031] 以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做具體闡釋。
[0032] 如圖1中所示的本發(fā)明的實(shí)施例的一種挖掘機(jī)，在車(chē)身1及工作裝置（動(dòng)臂2、斗 桿3、鏟斗4)上各安裝傾角傳感器或者在車(chē)身1及各工作裝置之間安裝相對(duì)角傳感器，也可 以在動(dòng)臂油缸6、斗桿油缸7和鏟斗油缸8上安裝油缸位移傳感器并在車(chē)身1安裝傾角傳感 器。
[0033] 如圖2中所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，挖掘機(jī)自動(dòng)平地控制方法包括：
[0034] 步驟1，設(shè)定自動(dòng)平地作業(yè)時(shí)斗尖5的水平高度H，并由上述傳感器反饋信息任意 時(shí)刻采集車(chē)身1、動(dòng)臂2、斗桿3和鏟斗4的位姿信號(hào)；
[0035] 步驟2,根據(jù)步驟1的位姿信號(hào)，通過(guò)建立斗尖5保持水平運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)臂2和斗桿3 的角速度比例系數(shù)，計(jì)算斗尖5保持一定速度水平運(yùn)動(dòng)時(shí)所需動(dòng)臂2和斗桿3的角速度。
[0036] 如圖3中所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)計(jì)算動(dòng)臂角速度WA和斗 桿角速度WB之間的比例系數(shù)g，使得當(dāng)滿(mǎn)足 1WA=5 X \VB時(shí)，斗尖5處于水平運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。此 時(shí)的比例函數(shù)是與各工作裝置角度有關(guān)的函數(shù)，且隨著工作裝置姿態(tài)的變化其值也連續(xù)變 化。假定此時(shí)的自動(dòng)平地時(shí)斗桿的角速度為WB1，根據(jù)比例系數(shù)g即可計(jì)算動(dòng)臂相應(yīng)角速度 WAl〇
[0037] 步驟3,根據(jù)所需動(dòng)臂2和斗桿3的角速度，通過(guò)分別建立動(dòng)臂2和斗桿3的角速 度與油缸的速度控制輸出量的函數(shù)，計(jì)算出動(dòng)臂2和斗桿3的油缸的速度控制輸出量；
[0038] 步驟4,根據(jù)步驟1的位姿信號(hào)計(jì)算出斗尖5實(shí)際高度h與設(shè)定高度Η之間的高度 差Λh，并根據(jù)高度差計(jì)算出動(dòng)臂2或斗桿3的油缸的高度控制輸出量。當(dāng)斗尖5高于預(yù) 定的水平運(yùn)動(dòng)高度時(shí)，調(diào)整量將使動(dòng)臂2運(yùn)動(dòng)偏向減慢抬升速度或者加快下降速度；當(dāng)斗 尖5低于預(yù)定的水平運(yùn)動(dòng)高度時(shí)，調(diào)整量將使動(dòng)臂2運(yùn)動(dòng)偏向加快抬升速度或者減慢下降 速度；
[0039] 步驟5,動(dòng)臂2和斗桿3的油缸將速度控制輸出量和高度控制輸出量合并后輸出， 同時(shí)向斗桿3和動(dòng)臂2油缸輸出上述計(jì)算結(jié)果，即可使斗尖5在預(yù)定的水平高度平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。
[0040] 本發(fā)明的實(shí)施例不同于以往用只用位置反饋來(lái)控制斗尖的高度，而采用了以速度 控制為主，位置反饋調(diào)整為輔的方法，用速度控制量和位置反饋控制量的合并量來(lái)控制工 作裝置，既能保證動(dòng)作的平穩(wěn)性，又能保證斗尖高度控制的精確性。
[0041] 以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限 制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和 替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和 修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種挖掘機(jī)自動(dòng)平地控制方法，應(yīng)用于挖掘機(jī)自動(dòng)平地作業(yè)，所述挖掘機(jī)包括依次 相連的車(chē)身（1)、動(dòng)臂（2)、斗桿（3)和鏟斗（4)，所述鏟斗（4)上設(shè)有斗尖（5)，其特征在于， 包括以下步驟： 步驟1，設(shè)定自動(dòng)平地作業(yè)時(shí)所述斗尖（5)的水平高度，并采集所述車(chē)身（1)、動(dòng)臂（2)、 斗桿（3)和鏟斗（4)的位姿信號(hào)； 步驟2,根據(jù)步驟1的位姿信號(hào)計(jì)算所述斗尖（5)保持一定速度水平運(yùn)動(dòng)時(shí)所需動(dòng)臂 (2)和斗桿（3)的角速度； 步驟3,根據(jù)所需動(dòng)臂（2)和斗桿（3)的角速度計(jì)算出所述動(dòng)臂（2)和斗桿（3)的油缸 的速度控制輸出量； 步驟4,根據(jù)步驟1的位姿信號(hào)計(jì)算出所述斗尖（5)實(shí)際高度與設(shè)定高度之間的高度 差，并根據(jù)所述高度差計(jì)算出所述動(dòng)臂（2)和/或斗桿（3)的油缸的高度控制輸出量； 步驟5,所述動(dòng)臂（2)和斗桿（3)的油缸將所述速度控制輸出量和高度控制輸出量合并 后輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的挖掘機(jī)自動(dòng)平地控制方法，其特征在于，所述步驟2中通過(guò)建 立所述斗尖（5)保持水平運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)臂（2)和斗桿（3)的角速度比例系數(shù)，計(jì)算出所需動(dòng)臂 (2)和斗桿（3)的角速度。
3. 如權(quán)利要求2所述的挖掘機(jī)自動(dòng)平地控制方法，其特征在于，所述步驟2中角速度比 例系數(shù)與所述位姿信號(hào)相關(guān)，且隨斗尖（5)的運(yùn)動(dòng)而變化。
4. 如權(quán)利要求3所述的挖掘機(jī)自動(dòng)平地控制方法，其特征在于，所述步驟3中通過(guò)分別 建立動(dòng)臂（2)和斗桿（3)的角速度與油缸的速度控制輸出量的函數(shù)，計(jì)算出動(dòng)臂（2)和斗 桿（3)的油缸的速度控制輸出量。
5. 如權(quán)利要求3所述的挖掘機(jī)自動(dòng)平地控制方法，其特征在于，所述步驟4中的高度控 制輸出量包括：當(dāng)所述斗尖（5)的實(shí)際高度高于預(yù)定高度時(shí)，將使動(dòng)臂（2)運(yùn)動(dòng)偏向減慢抬 升速度或者加快下降速度；當(dāng)所述斗尖（5)的實(shí)際高度低于設(shè)定高度時(shí)，將使動(dòng)臂（2)運(yùn)動(dòng) 偏向加快抬升速度或者減慢下降速度。
6. 如權(quán)利要求5所述的挖掘機(jī)自動(dòng)平地控制方法，其特征在于，所述步驟1中的位姿 信號(hào)包括：所述車(chē)身（1)、動(dòng)臂（2)、斗桿（3)、鏟斗（4)相對(duì)于水平面的傾角，或者車(chē)身（1)、 動(dòng)臂（2)、斗桿（3)、鏟斗（4)之間的夾角和車(chē)身⑴相對(duì)于水平面的傾角，或者動(dòng)臂⑵油 缸、斗桿⑶油缸、鏟斗⑷油缸的伸出量和車(chē)身⑴相對(duì)于水平面的傾角。
【文檔編號(hào)】E02F3/43GK104120745SQ201410362825
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】張舒原, 鄭堯, 石向星 申請(qǐng)人:三一重機(jī)有限公司