CN107435349B - 一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法 - Google Patents

一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法 Download PDF

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    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like

Abstract

本发明提出了一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法，属于电传挖掘机智能控制技术；第一步定义动臂、斗杆和铲斗所在平面为工作平面XOY，原点O为动臂与机身铰接点在水平地面的投影，X轴为水平方向，指向铲斗方向为正，Y轴为竖直方向，向上为正；第二步，通过获取的挖掘机当前时刻在工作平面内的三个姿态角，计算该时刻铲斗齿尖位置坐标；第三步，设定理论扫平高度h；第四步，设定理论斗杆运动角速度指令
Figure DDA0001374123360000011
第五步，设定扫平时铲斗与斗杆始终保持静止，第六步，扫平；本发明能够简化挖掘机扫平作业的操作方式，减轻机手工作负担，提高作业精度和效率。

Description

一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法
技术领域
本发明属于电传挖掘机智能控制技术，涉及一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法。
背景技术
挖掘机扫平作业在修筑公路、整平沟渠等工程施工作业中较为常见，其目的是控制挖掘机铲斗齿尖保持期望高度的直线水平运动，对作业面进行整平。挖掘机扫平作业的精度和效率直接关系到施工的质量和经济效益。
传统的挖掘机扫平作业主要依靠机手的技能和经验进行操作，机手的双手分别控制一个十字手柄，对铲斗、斗杆和动臂三个工作装置进行复合操作，控制铲斗齿尖按照期望高度的直线水平运动，对作业面进行整平。这种挖掘机扫平作业方法需要凭借机手的视觉、感觉和测量人员配合工作，操作复杂且难度较大，对机手的操作技能要求很高，精度无法得到保证，综合效率较低。
发明内容
发明目的：提供一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法，能够简化挖掘机扫平作业的操作方式，提高精度和效率。
技术方案：一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法，包括：
步骤1：定义动臂、斗杆和铲斗所在平面为工作平面XOY，原点O为动臂与机身铰接点在水平地面的投影，X轴为水平方向，指向铲斗方向为正，Y轴为竖直方向，向上为正。
步骤2：通过获取的挖掘机当前时刻在工作平面内的三个姿态角，计算该时刻铲斗齿尖位置坐标。
计算方法为：机身与水平面夹角θ1、动臂与机身夹角θ2和斗杆与动臂夹角θ3，以及动臂与机身铰接点O1的坐标(0,y1)，动臂长度a2，斗杆长度a3，铲斗长度a4，根据公式(1)计算该时刻铲斗齿尖位置坐标，所述公式(1)如下：
Figure GDA0002407522290000011
步骤3：设定理论扫平高度h，操纵挖掘机动臂、斗杆和铲斗运动，使铲斗与斗杆保持一条直线，即铲斗与斗杆夹角为180度，使得扫平范围最大，且铲斗齿尖接触待修整平面，即铲斗齿尖高度达到理论扫平高度h；
步骤4：设定理论斗杆运动角速度指令
Figure GDA0002407522290000021
根据公式(2)计算扫平过程中理论的斗杆与动臂夹角θ3c，所述公式(2)如下：
Figure GDA0002407522290000022
步骤5：设定扫平时铲斗与斗杆始终保持静止，假定扫平过程中机身与水平面夹角θ1保持不变，根据公式(1)～(2)，计算扫平过程中理论的动臂与机身夹角θ2c；
步骤6：扫平过程中，操作斗杆手柄产生扫平指令。分别将测量到的实际的工作装置姿态角θ2d、θ3d与期望的理论工作装置姿态角θ2c、θ3c作差，产生相应工作装置控制指令如下：
1)θ2d>θ2c，动臂下降，θ2d<θ2c，动臂上升；
2)θ3d>θ3c，斗杆回收，θ3d<θ3c，斗杆外扬。
有益效果
本发明能够简化挖掘机扫平作业的操作方式，减轻机手工作负担，提高作业精度和效率。
附图说明
图1为电传挖掘机的辅助扫平作业功能的实现原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法，如图1所示，包括：
步骤1：定义动臂、斗杆和铲斗所在平面为工作平面XOY，原点O为动臂与机身铰接点在水平地面的投影，X轴为水平方向，指向铲斗方向为正，Y轴为竖直方向，向上为正
步骤2：通过获取的挖掘机当前时刻在工作平面内的三个姿态角：机身与水平面夹角θ1、动臂与机身夹角θ2和斗杆与动臂夹角θ3，以及动臂与机身铰接点O1的坐标(0,y1)，动臂长度a2，斗杆长度a3，铲斗长度a4，根据公式(1)计算该时刻铲斗齿尖位置坐标，所述公式(1)如下：
Figure GDA0002407522290000031
步骤3：设定理论扫平高度h，操纵挖掘机动臂、斗杆和铲斗运动，使铲斗与斗杆保持一条直线，即铲斗与斗杆夹角为180度，使得扫平范围最大，且铲斗齿尖接触待修整平面，即铲斗齿尖高度达到理论扫平高度h；
步骤4：设定理论斗杆运动角速度指令
Figure GDA0002407522290000032
根据公式(2)计算扫平过程中理论的斗杆与动臂夹角θ3c，所述公式(2)如下：
Figure GDA0002407522290000033
步骤5：设定扫平时铲斗与斗杆始终保持静止，假定扫平过程中机身与水平面夹角θ1保持不变，根据公式(1)～(2)，计算扫平过程中理论的动臂与机身夹角θ2c；
步骤6：扫平过程中，操作斗杆手柄产生扫平指令。分别将测量到的实际的工作装置姿态角θ2d、θ3d与期望的理论工作装置姿态角θ2c、θ3c作差，产生相应工作装置控制指令如下：
1)θ2d>θ2c，动臂下降，θ2d<θ2c，动臂上升；
θ3d>θ3c，斗杆回收，θ3d<θ3c，斗杆外扬。

Claims (5)

1.一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：定义动臂、斗杆和铲斗所在平面为工作平面XOY，原点O为动臂与机身铰接点在水平地面的投影，X轴为水平方向，指向铲斗方向为正，Y轴为竖直方向，向上为正；
步骤2：通过获取的挖掘机当前时刻在工作平面内的三个姿态角，计算该时刻铲斗齿尖位置坐标(x4,y4)；
步骤3：设定理论扫平高度h，操纵挖掘机动臂、斗杆和铲斗运动，使铲斗与斗杆保持一条直线，即铲斗与斗杆夹角为180度，使得扫平范围最大，且铲斗齿尖接触待修整平面，即铲斗齿尖高度达到理论扫平高度h；
步骤4：设定理论斗杆运动角速度指令
Figure FDA0002407522280000011
计算扫平过程中理论的斗杆与动臂夹角θ3c；
步骤5：设定扫平时铲斗与斗杆始终保持静止，假定扫平过程中机身与水平面夹角θ1保持不变，计算扫平过程中理论的动臂与机身夹角θ2c；
步骤6：扫平过程中，操作斗杆手柄产生扫平指令。
2.根据权利要求1所述的一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法，其特征在于，步骤2中所述计算方法为：机身与水平面夹角θ1、动臂与机身夹角θ2和斗杆与动臂夹角θ3，以及动臂与机身铰接点O1的坐标(0,y1)，动臂长度a2，斗杆长度a3，铲斗长度a4，计算该时刻铲斗齿尖位置坐标(x4,y4)。
3.根据权利要求2所述的一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法，其特征在于，所述铲斗齿尖位置坐标(x4,y4)计算方法为：
Figure FDA0002407522280000012
4.根据权利要求1所述的一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法，其特征在于，步骤4中θ3c计算方法如下：
Figure FDA0002407522280000013
5.根据权利要求1所述的一种电传挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法，其特征在于，步骤6所述的扫平指令为：将测量到的实际的工作装置姿态角θ2d、θ3d与期望的理论工作装置姿态角θ2c、θ3c作差，产生相应工作装置控制指令如下：
θ2d>θ2c，动臂下降，θ2d<θ2c，动臂上升；θ3d>θ3c，斗杆回收，θ3d<θ3c，斗杆外扬。
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