CN107558530B - 一种电传挖掘机的辅助修坡作业功能实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电传挖掘机的辅助修坡作业功能实现方法，属于电传挖掘机智能控制技术。具备包括步骤1：操纵挖掘机动臂、斗杆和铲斗运动，使铲斗齿尖接触待修整坡面，且铲斗与水平面夹角达到预定角度；步骤2：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3：通过获取的挖掘机当前时刻在工作平面内的四个姿态角，步骤4：设定理论修坡角度α,步骤5：设定铲斗与水平面夹角始终为θ_w，理论斗杆运动角速度指令

步骤6：计算修坡过程中理论的动臂与机身夹角θ_2c和铲斗与斗杆夹角θ_4c；步骤7：修坡。本发明减轻机手工作负担，提高作业精度和效率。

Description

一种电传挖掘机的辅助修坡作业功能实现方法

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修坡作业功能实现方法。

背景技术

挖掘机修坡作业在修筑公路路基、河堤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按照期望角度的直线进行运动，将作业面修整成平整坡面。挖掘机修坡作业的精度和效率直接关系到施工的质量和经济效益。

传统的挖掘机修坡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角度的直线进行运动，将作业面修整成平整坡面。这种挖掘机修坡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，施工质量不稳定，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修坡作业功能实现方法，能够简化挖掘机修坡作业的操作方式，提高精度和效率。

技术方案：一种电传挖掘机的辅助修坡作业功能实现方法，包括以下步骤：

步骤1：操纵挖掘机动臂、斗杆和铲斗运动，使铲斗齿尖接触待修整坡面，且铲斗与水平面夹角达到预定角度；

步骤2：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3：通过获取的挖掘机当前时刻在工作平面内的四个姿态角：机身与水平面夹角θ₁、动臂与机身夹角θ₂、斗杆与动臂夹角θ₃和铲斗与斗杆夹角θ₄，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)以及铲斗与水平面所达到预定角度θ_w；

步骤4：设定理论修坡角度α，公式(2)为得到的理论坡面在工作平面内的表达式；公式(2)如下：

y-y₄＝tanα·(x-x₄)(2)。

步骤5：设定修坡时保持铲斗与水平面夹角始终为θ_w，设定理论斗杆运动角速度指令

计算修坡过程中理论的斗杆与动臂夹角θ_3c；

步骤6：假定修坡过程中机身与水平面夹角θ₁保持不变，计算修坡过程中理论的动臂与机身夹角θ_2c和铲斗与斗杆夹角θ_4c；

步骤7：修坡过程中，操作斗杆手柄产生修坡指令。

进一步的，步骤3中预定角度θ_w求解方法如下：

进一步的，步骤5中所述理论的斗杆与动臂夹角θ_3c求解方法如下：

进一步的，步骤7中所述修坡指令为：将测量到的实际的工作装置姿态角θ_2d、θ_3d、θ_4d与期望的理论工作装置姿态角θ_2c、θ_3c、θ_4c作差，产生相应工作装置控制指令如下：

θ_2d>θ_2c，动臂下降，θ_2d<θ_2c，动臂上升；

θ_3d>θ_3c，斗杆回收，θ_3d<θ_3c，动臂外扬；

θ_4d>θ_4c，铲斗回收，θ_4d<θ_4c，铲斗外扬。

有益效果

本发明能够简化挖掘机修坡作业的操作方式，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修坡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修坡作业功能实现方法，如图1所示，包括：

步骤1：操纵挖掘机动臂、斗杆和铲斗运动，使铲斗齿尖接触待修整坡面，且铲斗与水平面夹角达到预定角度；

步骤2：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3：通过获取的挖掘机当前时刻在工作平面内的四个姿态角：机身与水平面夹角θ₁、动臂与机身夹角θ₂、斗杆与动臂夹角θ₃和铲斗与斗杆夹角θ₄，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(x₄,y₄)以及铲斗与水平面所达到预定角度θ_w，所述公式(1)如下：

步骤4：设定理论修坡角度α，公式(2)为得到的理论坡面在工作平面内的表达式，所述公式(2)如下：

y-y₄＝tanα·(x-x₄) (2)；

步骤5：设定修坡时保持铲斗与水平面夹角始终为θ_w，设定理论斗杆运动角速度指令

根据公式(3)计算修坡过程中理论的斗杆与动臂夹角θ_3c，所述公式(3)如下：

步骤6：假定修坡过程中机身与水平面夹角θ₁保持不变，根据公式(1)～(3)，计算修坡过程中理论的动臂与机身夹角θ_2c和铲斗与斗杆夹角θ_4c；

步骤7：修坡过程中，操作斗杆手柄产生修坡指令。分别将测量到的实际的工作装置姿态角θ_2d、θ_3d、θ_4d与期望的理论工作装置姿态角θ_2c、θ_3c、θ_4c作差，产生相应工作装置控制指令如下：

1)θ_2d>θ_2c，动臂下降，θ_2d<θ_2c，动臂上升；

2)θ_3d>θ_3c，斗杆回收，θ_3d<θ_3c，动臂外扬；

3)θ_4d>θ_4c，铲斗回收，θ_4d<θ_4c，铲斗外扬。

Claims (4)

1.一种电传挖掘机的辅助修坡作业功能实现方法，包括：

步骤1：操纵挖掘机动臂、斗杆和铲斗运动，使铲斗齿尖接触待修整坡面，且铲斗与水平面夹角达到预定角度；

步骤2：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3：通过获取的挖掘机当前时刻在工作平面内的四个姿态角：机身与水平面夹角θ₁、动臂与机身夹角θ₂、斗杆与动臂夹角θ₃和铲斗与斗杆夹角θ₄，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)以及铲斗与水平面所达到预定角度θ_w；

步骤4：设定理论修坡角度α，公式(2)为得到的理论坡面在工作平面内的表达式；公式(2)如下：

y-y₄＝tanα·(x-x₄)(2)；

步骤5：设定修坡时保持铲斗与水平面夹角始终为θ_w，设定理论斗杆运动角速度指令

计算修坡过程中理论的斗杆与动臂夹角θ_3c；

步骤6：假定修坡过程中机身与水平面夹角θ₁保持不变，计算修坡过程中理论的动臂与机身夹角θ_2c和铲斗与斗杆夹角θ_4c；

步骤7：修坡过程中，操作斗杆手柄产生修坡指令。

2.根据权利要求1所述一种电传挖掘机的辅助修坡作业功能实现方法，其特征是：步骤3中所述预定角度θ_w求解方法如下：

3.根据权利要求1所述一种电传挖掘机的辅助修坡作业功能实现方法，其特征是：步骤5中所述理论的斗杆与动臂夹角θ_3c求解方法如下：

4.根据权利要求1所述一种电传挖掘机的辅助修坡作业功能实现方法，其特征是：步骤7中所述修坡指令为：将测量到的实际的工作装置姿态角θ_2d、θ_3d、θ_4d与期望的理论工作装置姿态角θ_2c、θ_3c、θ_4c作差，产生相应工作装置控制指令如下：

θ_2d>θ_2c，动臂下降，θ_2d<θ_2c，动臂上升；

θ_3d>θ_3c，斗杆回收，θ_3d<θ_3c，动臂外扬；

θ_4d>θ_4c，铲斗回收，θ_4d<θ_4c，铲斗外扬。

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