CN106428203B - 一种用于步履挖机行走装置的归位控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于步履挖机行走装置的归位控制系统及其归位控制方法，步履挖机行走装置包括车体、支腿和轮胎，归位控制系统包括控制器、支腿归位组件和轮胎归位组件，支腿归位组件包括第一液压阀、设置在支腿的一端监测支腿的摆动角度的摆动角度检测装置和驱动支腿摆动的支腿摆动油缸，控制器通过第一液压阀控制支腿摆动油缸，轮胎归位组件包括第二液压阀、驱动轮胎进行转向的转向油缸和设置在支腿的另一端监测轮胎的转向角度的转向角度检测装置，控制器通过第二液压阀控制转向油缸。本发明的归位控制系统操作简化、提升效率，而且归位精确远远高于人工操作，并减小了各轮胎间的对应角度误差，从而降低了轮胎的磨损，提高了轮胎的使用寿命。

Description

一种用于步履挖机行走装置的归位控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种用于步履挖机行走装置的归位控制系统及其控制方法。

背景技术

步履挖机等工程机械的转向系统和支腿摆动部件，大多以液压驱动为主，驾驶员操作转向或支腿摆动装置时，通过液压缸的伸缩达到转向或支腿摆动的目的。但是因为缺乏转向或支腿摆动角度的检测装置，驾驶员只能凭借经验感知转向或支腿摆动角度，在操作转向或支腿摆动装置回到中位时，也是凭借经验感知转向或支腿摆动角度基本回到了中位，转向或支腿摆动过程中无法准确把握转向或摆动角度，使得实际转向或支腿摆动角度与目标转角出现较大偏差，尤其转向归位过程中无法实现轮胎角度与车体平行，造成设备一是很难精确转向或摆动、二是归位后很难沿道路直线行驶。

这种依靠驾驶员人工控制液压阀调节转向或支腿且用目测轮胎的归位情况，必然会产生一定误差，此误差不仅增加驾驶员的操作难度，而且在车况或地形复杂的环境下，容易造成意外事故的发生，此外各轮胎间的误差角度会加大轮胎的磨损，导致轮胎使用寿命降低。因此设计一种智能行走转向轮胎及支腿的归位方法变得非常有必要，有利于轮式工程机械的开发、研制与应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供的一种用于步履挖机行走装置的归位控制系统及其控制方法。

本发明采用的技术方案是：

一种用于步履挖机行走装置的归位控制系统，所述步履挖机行走装置包括车体、支腿和轮胎，所述支腿为3个以上，每个支腿的一端与车体可摆动连接，每个支腿的另一端连接至少一个轮胎，所述归位控制系统包括控制器、支腿归位组件和轮胎归位组件，所述支腿归位组件包括第一液压阀、支腿摆动油缸和摆动角度检测装置，摆动角度检测装置设置在支腿的一端监测支腿的摆动角度，支腿摆动油缸驱动支腿摆动动作，控制器通过第一液压阀控制支腿摆动油缸工作，所述轮胎归位组件包括第二液压阀、转向油缸和转向角度检测装置，转向角度检测装置设置在支腿的另一端监测轮胎的转向角度，转向油缸驱动轮胎进行转向动作，控制器通过第二液压阀控制转向油缸的工作。

进一步地，所述归位控制系统还包括信号输入装置，信号输入装置用于输入轮胎转向或者支腿摆动的归位信号。

进一步地，所述信号输入装置包括操作手柄或者按钮开关。

进一步地，所述摆动角度检测装置为旋转角度检测装置或者磁滞位移传感器，所述转向角度检测装置为旋转角度检测装置或者磁滞位移传感器。

进一步地，所述控制器连接有一角度数据库，所述角度数据库预存有支腿摆动角度与轮胎转向角度一一对应的目标角度数据。

本发明还公开了一种用于步履挖机行走装置的归位控制方法，应用于所述归位控制系统，其包括以下步骤：

S1：获取操作者发送的归位请求；

S2：分别当前采集每个支腿摆动角度以及每个转向轮胎的转向角度；

S3：根据归位请求的内容分别确定每个支腿的目标摆动角度以及每个转向轮胎的目标转向角度；

S4：控制器依据每个支腿的目标摆动角度以及每个转向轮胎的目标转向角度分别驱动对应的支腿归位组件和轮胎归位组件控制对应的支腿或轮胎进行归位控制。

进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：

S3.1：判定归位请求是否为支腿和轮胎同时归位请求。

S3.2：若是同时归位请求，则该归位请求对应的支腿的目标摆动角度为预设的固定摆动角度，且则该归位请求对应的轮胎的目标转向角度为预设的固定转向角度；

S3.3：若仅是轮胎归位请求，则依据该轮胎归位请求的轮胎对应的支腿的当前摆动角度获取该轮胎的目标转向角度。

进一步地，步骤S3.3中控制器通过查询一角度数据库获取该轮胎的目标转向角度，所述角度数据库控制器连接，角度数据库预存有支腿摆动角度与轮胎转向角度一一对应的目标角度数据。

进一步地，步骤S4中归位控制的具体为：

S4.1：控制器实时采集当前需归位支腿的摆动角度或需归位轮胎的转向角度，

S4.3：计算当前需归位支腿的摆动角度与目标摆动角度的摆动误差值或者需归位轮胎的转向角度与目标转向角度的转向误差值，

S4.3：基于摆动误差值或转向误差值的大小选择对应的控制算法进行闭环的归位控制：

当摆动误差值或转向误差值不小于设定阈值时，采用模糊控制算法；

当摆动误差值或转向误差值小于设定阈值时，采用PID控制算法。

本发明采用以上技术方案，通过设置在支腿的摆动角度检测装置监测支腿的摆动角度以转向角度检测装置监测轮胎的转向角度，控制器接收操作者通过信号输入装置发送的归位请求，并根据归位请求的内容分别确定每个支腿的目标摆动角度以及每个转向轮胎的目标转向角度，针对不同归位请求，本发明给出了不同目标摆动角度和目标转向角度的确定方案。控制器进而分别驱动支腿归位组件和轮胎归位组件进行对应的目标摆动角度或目标转向角度归位控制，进一步地，控制器在归位控制过程中计算目标摆动角度与当前摆动角度的误差值或目标转向角度与当前转向角度的误差值，并更误差值的大小采用的对应控制算法进行闭环的归位控制，从而实现精确的归位控制。采用本发明的技术方案，具有以下优点：1、步履挖机行走装置在作业时，支腿摆动到任意角度时，轮胎都可以归位至与车体平行。2、在作业完毕或转场时，支腿和轮胎可同时归位，支腿归位至设定角度，轮胎归位至与支腿角度对应的角度。3本发明的归位控制系统操作简化、提升效率，而且归位精确远远高于人工操作，并减小了各轮胎间的对应角度误差，从而降低了轮胎的磨损，提高了轮胎的使用寿命。4、本发明安装结构简单，检测装置稳定可靠，很容易满足工程机械安装及结构精度低的特点，且实现成本低。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明一种用于步履挖机行走装置的归位控制系统的结构示意图；

图2为本发明一种用于步履挖机行走装置的归位控制系统的系统框图；

图3为本发明一种用于步履挖机行走装置的归位控制方法的流程示意图；

图4为本发明一种用于步履挖机行走装置的归位控制方法的步骤S4的流程示意图；

图5为本发明一种用于步履挖机行走装置的归位控制方法的归位情况示意图。

具体实施方式

如图1-5之一所示，本发明公开一种用于步履挖机行走装置的归位控制系统，所述步履挖机行走装置包括车体1、支腿2和轮胎3，所述支腿2为3个以上，每个支腿2的一端与车体1可摆动连接，每个支腿2的另一端连接至少一个轮胎3，举例而言，如图1所示，步履挖机行走装置由四条腿及四个轮胎3转向轮可以选择前轮转向、后轮转向或四轮转向。

如图2所示，所述归位控制系统包括控制器、支腿归位组件和轮胎归位组件，所述支腿归位组件包括第一液压阀、支腿摆动油缸5和摆动角度检测装置6，摆动角度检测装置6设置在支腿2的一端监测支腿2的摆动角度，支腿摆动油缸5驱动支腿2摆动动作，控制器通过第一液压阀控制支腿摆动油缸5工作，所述轮胎归位组件包括第二液压阀、转向油缸8和转向角度检测装置9，转向角度检测装置9设置在支腿2的另一端监测轮胎3的转向角度，转向油缸8驱动轮胎3进行转向动作，控制器通过第二液压阀控制转向油缸8的工作。

所述归位控制系统还包括信号输入装置，信号输入装置用于输入轮胎3转向或者支腿2摆动的归位信号。

所述信号输入装置包括操作手柄或者按钮开关。可通过操作手柄或按钮开关等信号输入装置发出轮胎3转向及支腿2摆动的归位信号；

其中，支腿摆动角度检测装置6或转向角度检测装置9可选用非接触式角度传感器、编码器、油缸内置磁滞位移传感器或油缸外置拉线传感器等多种角度或位移检测装置。本发明优选的是非接触安装式旋转角度检测装置，其优点安装结构简单，检测装置稳定可靠，同时非接触安装式角度传感器允许磁体执行单元与磁体检测单元之间的轴向和径向最大误差大，很容易满足工程机械安装及结构精度低的特点，并且实现成本低。

所述控制器连接有一角度数据库，所述角度数据库预存有支腿摆动角度与轮胎转向角度一一对应的目标角度数据。

如图3或图4所示，本发明还公开了一种用于步履挖机行走装置的归位控制方法，应用于所述归位控制系统，其包括以下步骤：

S1：获取操作者发送的归位请求；

S2：分别当前采集每个支腿2摆动角度以及每个转向轮胎3的转向角度；

S3：根据归位请求的内容分别确定每个支腿2的目标摆动角度以及每个转向轮胎3的目标转向角度；

S4：控制器依据每个支腿2的目标摆动角度以及每个转向轮胎3的目标转向角度分别驱动对应的支腿归位组件和轮胎归位组件控制对应的支腿2或轮胎3进行归位控制。

步骤S3具体包括以下步骤：

S3.1：判定归位请求是否为支腿2和轮胎3同时归位请求。

S3.2：若是同时归位请求，则该归位请求对应的支腿2的目标摆动角度为预设的固定摆动角度，且则该归位请求对应的轮胎3的目标转向角度为预设的固定转向角度；

S3.3：若仅是轮胎3归位请求，则依据该轮胎3归位请求的轮胎3对应的支腿2的当前摆动角度获取该轮胎3的目标转向角度。

步骤S3.3中控制器通过查询一角度数据库获取该轮胎3的目标转向角度，所述角度数据库控制器连接，角度数据库预存有支腿摆动角度与轮胎转向角度一一对应的目标角度数据。

如图4所示，步骤S4中归位控制的具体为：

S4.1：控制器实时采集当前需归位支腿2的摆动角度或需归位轮胎3的转向角度，

S4.3：计算当前需归位支腿2的摆动角度与目标摆动角度的摆动误差值或者需归位轮胎3的转向角度与目标转向角度的转向误差值，

S4.3：基于摆动误差值或转向误差值的大小选择对应的控制算法进行闭环的归位控制：

当摆动误差值或转向误差值不小于设定阈值时，采用模糊控制算法；

当摆动误差值或转向误差值小于设定阈值时，采用PID控制算法。

下面分别就两种不同归位情况的工作工程做简要的说明。

归位情况一：如图5所示，挖机作业状况下，支腿2保持原来任意姿态，手柄发出归位指令，进行轮胎3智能归位控制，以右前轮归位控制为例。

1、摆动角度检测装置6采集摆动角度信号，获得当前右前支腿2摆动角度为α，转向角度检测装置9获取右前轮转向角度为β。

2、控制器采集信号后，由于不进行支腿2归位，故而支腿2目标摆动角度α₁ =α，根据右前支腿2摆动角度与右前轮转向角度的对应角度数据库的数组database[2][10]，可以查得当α=α₁时，β=β_1，其中α₁为目标摆动角度，β₁为目标转向角度；计算得到右前轮转向角度误差值Δ=β-β₁。

3、控制器依据误差值Δ≥δ时，其中δ为阈值，采用模糊控制，当误差值Δ＜δ时，采用PID控制，给出控制指令至第二液压阀，驱动转向液压油缸，实现转向轮胎3的归位控制。

归位情况二：如图5所示，准备上路行驶前，手柄发出归位指令，摆动支腿2和转向轮胎3均归位，以右前腿和右前轮归位控制为例。

1、摆动角度检测装置6采集摆动角度信号，获得当前右前支腿2摆动角度为α，转向角度检测装置9获取右前轮转向角度为β。

2、行走状态角度为固定值，右前支腿2的目标摆动角度为α₀，右前轮的目标转向角度为β₀，可以计算得到右前支腿2摆动角度误差值Δ_腿=α-α₀，右前轮转向角度误差值Δ_轮=β-β₀。

3、控制器依据误差值Δ_轮或者Δ_腿≥δ时，采用模糊控制，当误差值Δ_轮或者Δ_腿≥δ＜δ时，采用PID控制，控制器分别给出控制指令至对应的第一液压阀或者第二液压阀，进而分别驱动摆动液压油缸或者转向液压油缸，实现支腿2或转向轮胎3的归位控制。

其余三条支腿2和转向轮胎3方法相同。

综上所述，步履挖机在工作、转场或道路行驶时，通过操作手柄实现支腿摆动或轮胎转向，其过程为手柄发出摆动或转向信号至控制器，控制器经运算处理后，给出PWM电比例信号至第一液压阀或第二液压阀，第一液压阀或第二液压阀控制对应的液压油缸伸缩，进而实现支腿摆动或轮胎转向。根据工作场所的不同和作业需求，支腿摆动的角度是随机的，此时支腿不归位的情况下，需前进或后退时，则可以快速归位轮胎与车体1平行，其转向油缸8的归位长度与当前支腿的摆动角度有关。在转场或道路行驶时，可以快速同时归位支腿和轮胎至设定角度。

本发明采用以上技术方案，通过设置在支腿的摆动角度检测装置监测支腿的摆动角度以转向角度检测装置监测轮胎的转向角度，控制器接收操作者通过信号输入装置发送的归位请求，并根据归位请求的内容分别确定每个支腿的目标摆动角度以及每个转向轮胎的目标转向角度，针对不同归位请求，本发明给出了不同目标摆动角度和目标转向角度的确定方案。控制器进而分别驱动支腿归位组件和轮胎归位组件进行对应的目标摆动角度或目标转向角度归位控制，进一步地，控制器在归位控制过程中计算目标摆动角度与当前摆动角度的误差值或目标转向角度与当前转向角度的误差值，并更误差值的大小采用的对应控制算法进行闭环的归位控制，从而实现精确的归位控制。采用本发明的技术方案，具有以下优点：1、步履挖机行走装置在作业时，支腿摆动到任意角度时，轮胎都可以归位至与车体1平行。2、在作业完毕或转场时，支腿和轮胎可同时归位，支腿归位至设定角度，轮胎归位至与支腿角度对应的角度。3、本发明的归位控制系统操作简化、提升效率，而且归位精确远远高于人工操作，并减小了各轮胎间的对应角度误差，从而降低了轮胎的磨损，提高了轮胎的使用寿命。4、本发明安装结构简单，检测装置稳定可靠，很容易满足工程机械安装及结构精度低的特点，且实现成本低。

Claims (7)

1.一种用于步履挖机行走装置的归位控制方法，所述步履挖机行走装置包括车体、支腿和轮胎，所述支腿为3个以上，每个支腿的一端与车体可摆动连接，每个支腿的另一端连接至少一个轮胎，其特征在于：所述归位控制系统包括控制器、支腿归位组件和轮胎归位组件，所述支腿归位组件包括第一液压阀、支腿摆动油缸和摆动角度检测装置，摆动角度检测装置设置在支腿的一端监测支腿的摆动角度，支腿摆动油缸驱动支腿摆动动作，控制器通过第一液压阀控制支腿摆动油缸工作，所述轮胎归位组件包括第二液压阀、转向油缸和转向角度检测装置，转向角度检测装置设置在支腿的另一端监测轮胎的转向角度，转向油缸驱动轮胎进行转向动作，控制器通过第二液压阀控制转向油缸的工作；其特征在于：归位控制方法包括以下步骤：

S1：获取操作者发送的归位请求；

S2：分别当前采集每个支腿摆动角度以及每个转向轮胎的转向角度；

S3：根据归位请求的内容分别确定每个支腿的目标摆动角度以及每个转向轮胎的目标转向角度；

步骤S3具体包括以下步骤：

S3.1：判定归位请求是否为支腿和轮胎同时归位请求；

S3.2：若是同时归位请求，则该归位请求对应的支腿的目标摆动角度为预设的固定摆动角度，且则该归位请求对应的轮胎的目标转向角度为预设的固定转向角度；

S3.3：若仅是轮胎归位请求，则依据该轮胎归位请求的轮胎对应的支腿的当前摆动角度获取该轮胎的目标转向角度；

S4：控制器依据每个支腿的目标摆动角度以及每个转向轮胎的目标转向角度分别驱动对应的支腿归位组件和轮胎归位组件控制对应的支腿或轮胎进行归位控制。

2.根据权利要求1所述一种用于步履挖机行走装置的归位控制方法，其特征在于：所述归位控制系统还包括信号输入装置，信号输入装置用于输入轮胎转向或者支腿摆动的归位信号。

3.根据权利要求2所述一种用于步履挖机行走装置的归位控制方法，其特征在于：所述信号输入装置包括操作手柄或者按钮开关。

4.根据权利要求1所述一种用于步履挖机行走装置的归位控制方法，其特征在于：所述摆动角度检测装置为旋转角度检测装置或者磁滞位移传感器，所述转向角度检测装置为旋转角度检测装置或者磁滞位移传感器。

5.根据权利要求1所述一种用于步履挖机行走装置的归位控制方法，其特征在于：所述控制器连接有一角度数据库，所述角度数据库预存有支腿摆动角度与轮胎转向角度一一对应的目标角度数据。

6.根据权利要求1所述一种用于步履挖机行走装置的归位控制方法，其特征在于：步骤S3.3中控制器通过查询一角度数据库获取该轮胎的目标转向角度，所述角度数据库与控制器连接，角度数据库预存有支腿摆动角度与轮胎转向角度一一对应的目标角度数据。

7.根据权利要求1所述一种用于步履挖机行走装置的归位控制方法，其特征在于：步骤S4中归位控制的具体为：

S4.1：控制器实时采集当前需归位支腿的摆动角度或需归位轮胎的转向角度，

S4.3：计算当前需归位支腿的摆动角度与目标摆动角度的摆动误差值或者需归位轮胎的转向角度与目标转向角度的转向误差值，

S4.3：基于摆动误差值或转向误差值的大小选择对应的控制算法进行闭环的归位控制：

当摆动误差值或转向误差值不小于设定阈值时，采用模糊控制算法；

当摆动误差值或转向误差值小于设定阈值时，采用PID控制算法。