CN110593347B - 半自动控制挖掘机和挖掘机操控方法 - Google Patents

半自动控制挖掘机和挖掘机操控方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种半自动控制挖掘机和挖掘机操控方法。半自动控制挖掘机，包括操作手柄、控制器、主控阀和执行机构；操作手柄通过录制按钮与控制器连接，控制器与主控阀和执行机构依次连接；重复按钮与控制器连接；主油源与主控阀连接。直到操作者再次触发录制按钮时，挖掘机将再次进入重复作业模式。当操作者想改变铲斗运动轨迹时，只需要先退出重复作业模式，然后重新录制新的铲斗运动轨迹，然后不断触发录制按钮即可。

Description

半自动控制挖掘机和挖掘机操控方法
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种半自动控制挖掘机和挖掘机操控方法。
背景技术
挖掘机在实际应用中经常要按一定的操作路径控制铲斗的运行轨迹。此时操作者需要控制动臂、斗杆、铲斗及回转。使铲斗的运行轨迹不要与周边环境发生干涉或碰撞。
由于在某一特定工况下，周边环境条件相对固定，操作者往往为了达成以上控制轨迹做着大量重复性的工作。常此以往，容易疲劳，不利于操作者长时间的工作。
目前已有的一些挖掘机自动化作业的系统主要集中于硬件实现，即在挖掘机上安装各种角度传感器及回转位置传感器等，通过传感器反馈的信号，确认挖掘机铲斗位置信息。再通过程序控制铲斗的运动轨迹。
现有控制方法为闭环控制，不但对系统的元件响应性要求较高，而且对控制算法、控制策略要求较高。调试过程长、难度大、成本高。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种半自动控制挖掘机和挖掘机操控方法，其能够此时挖掘机铲斗运动轨迹由操作者控制。直到操作者再次触发录制按钮时，挖掘机将再次进入重复作业模式。当操作者想改变铲斗运动轨迹时，只需要先退出重复作业模式，然后重新录制新的铲斗运动轨迹，然后不断触发录制按钮即可。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明实施例提供一种半自动控制挖掘机，包括：
操作手柄、控制器、主控阀、执行机构、录制按钮和重复按钮；
所述操作手柄通过录制按钮与所述控制器连接，所述控制器与所述主控阀和所述执行机构依次连接；
重复按钮与所述控制器连接；所述主油源与所述主控阀连接。
在可选的实施方式中，
还包括比例电磁阀；
所述控制器与所述比例电磁阀、所述主控阀、所述执行机构依次连接，所述先导油源与所述比例电磁阀连接。
在可选的实施方式中，
还包括储存单元；
所述储存单元与所述控制器连接，所述储存单元被配置为储存录制按钮录制的操作数据。
在可选的实施方式中，
所述操作手柄的信号优先于所述储存单元的信号，该信号用于控制执行机构。
在可选的实施方式中，
还包括至少两个重复按钮和至少两个录制按钮，所述重复按钮和所述录制按钮的个数相同，且一一对应。
第二方面，本发明实施例提供一种挖掘机操控方法，
所述挖掘机操控方法基于前述实施方式中任一项所述的半自动控制挖掘机；
其包括如下步骤：
当检测到手柄信号时，控制器操控执行机构执行手柄的信号；
当未检测到手柄信号时，控制器接受重复按钮的信号操控执行机构执行录制按钮的信号。
在可选的实施方式中，
所述控制器与所述比例电磁阀、所述主控阀、所述执行机构依次连接；
所述控制器的信号传递给所述比例电磁阀以操控执行机构。
在可选的实施方式中，
还包括储存单元；
所述储存单元与所述控制器连接，所述储存单元被配置为储存录制按钮录制的操作数据。
在可选的实施方式中，
所述操作手柄的信号优先于所述储存单元的信号，该信号用于控制执行机构。
在可选的实施方式中，
还包括至少两个重复按钮和至少两个录制按钮，所述重复按钮和所述录制按钮的个数相同，且一一对应。
本发明实施例的有益效果包括，例如：
(1)无需增加过多成本，即可在现有挖掘机控制策略上增加半自动控制；
(2)极大的降低了操作者大量重复性作业带来的疲劳，提高操作效率，在有障碍物的特殊作业场所，避免由于操作者疲劳引起的事故；
(3)可以继承有经验的操作者的操作习惯，达到降低油耗，提升作业效率的效果；
(4)可录制多个控制函数文件，使自动控制更加的精准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实施例的半自动控制挖掘机的示意图；
图2为本实施例的挖掘机操控方法的工作流程图。
图标：10-半自动控制挖掘机；100-操作手柄；200-控制器；300-主控阀；400-执行机构；510-录制按钮；520-重复按钮；600-主油源；700-比例电磁阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
实施例1
请参考图1，本实施例提供了一种半自动控制挖掘机10，其包括操作手柄100、控制器200、主控阀300和执行机构400。
操作手柄100通过录制按钮510与控制器200连接，控制器200与主控阀300和执行机构400依次连接；
重复按钮520与控制器200连接；主油源600与主控阀300连接。
还包括比例电磁阀700；
在可选的实施方式中，控制器200与比例电磁阀700、主控阀300、执行机构400依次连接，先导油源与比例电磁阀700连接。
在可选的实施方式中，还包括储存单元；储存单元与控制器200连接，储存单元被配置为储存录制按钮510录制的操作数据。
在可选的实施方式中，操作手柄100的信号优先于储存单元的信号，该信号用于控制执行机构400。
在可选的实施方式中，还包括至少两个重复按钮520和至少两个录制按钮510，重复按钮520和录制按钮510的个数相同，且一一对应。
在挖掘机自动进行铲斗运动轨迹重复作业的时候，如果操作者再次手动操作手柄100的时候，系统自动退出重复作业模式。此时挖掘机铲斗运动轨迹由操作者控制。直到操作者再次触发录制按钮510时，挖掘机将再次进入重复作业模式。
当操作者想改变铲斗运动轨迹时，只需要先退出重复作业模式，然后重新录制新的铲斗运动轨迹，然后不断触发录制按钮510即可。
进一步的，以上方案的实施，推荐采用电控先导挖掘机，对于液压控制先导挖掘机，可以通过增加电比例减压阀实现同样的功能。控制主阀芯换向的电比例减压阀的控制信号由控制器200输出。
1.首先由操作者确定作业时最佳的铲斗起止位置；
2.按一下位于操作手柄100上的录制按钮510；
3.待显示器上出现“进入录制”时按照正常的操作进行一个循环的作业；
4.再次按一下位于操作手柄100上的录制按钮510，待显示器上出现“完成录制”时录制完成；
5.此时步骤2到步骤4的操作过程被记录在控制器200中。
6.按一下位于操作手柄100上的重复按钮520，控制器200将步骤5中记录的操作信号，自动输出到相应的控制元件；
7.在步骤6的控制信号作用下，挖掘机将重复执行操作者录制的作业；
8.在步骤6挖掘机自动作业的过程中，手柄全程处于中位(无需要操作者进行任何操作)，当操作者再次操作一下手柄的时候，将退出自动控制；
9.步骤1到8我们称之为挖掘机半自动控制，当手动将铲斗调整到起初位置时，再次按一下位于操作手柄100上的录制按钮510时，挖掘机将再次启动自动作业。
10.为了达到控制更加精准自如，可增加录制函数，如本例中可录制两个控制函数文件，分别对应挖掘装载函数文件和空载返回函数文件。
实施例2
第二方面，本发明实施例提供一种挖掘机操控方法，挖掘机操控方法基于前述实施方式中任一项的半自动控制挖掘机10；
其包括如下步骤：
当检测到手柄信号时，控制器200操控执行机构400执行手柄的信号；
当未检测到手柄信号时，控制器200接受重复按钮520的信号操控执行机构400执行录制按钮510的信号。
在可选的实施方式中，控制器200与比例电磁阀700、主控阀300、执行机构400依次连接；控制器200的信号传递给比例电磁阀700以操控执行机构400。
在可选的实施方式中，还包括储存单元；储存单元与控制器200连接，储存单元被配置为储存录制按钮510录制的操作数据。
在可选的实施方式中，操作手柄100的信号优先于储存单元的信号，该信号用于控制执行机构400。
在可选的实施方式中，还包括至少两个重复按钮520和至少两个录制按钮510，重复按钮520和录制按钮510的个数相同，且一一对应。
使用时，如图1，当操作者对挖掘机的操作手柄100进行操作的时候，操作手柄100将操作者的控制信号转换成电信号发送到控制器200，控制器200对操作手柄100输出的电信号进行计算后，输出给比例电磁阀700。
在以上过程中，在操作者在操作手柄100之前，提前按下录制按钮510的时候，以上输出给比例电磁阀700的控制信号将自动保存在控制器200中的临时存储器中。
比例电磁阀700在控制器200输出的控制信号作用下，将先导油泵的压力信号转化成控制机控制所需要的先导压力信号并传递到主控阀300。
主控阀300在以上先导压力信号的作用下，产生相应的阀芯位移量，从而将控制系统主油源600的方向及流量并输出给挖掘机执行机构400。
挖掘机在执行机构400的作用下，控制挖掘机铲斗进行相应的运动，实现操作者的控制意图。
当操作者完成一个工作循环后，再次按下录制按钮510的时候，完成录制过程。当要重复执行同样的铲斗运动轨迹的时候，只需要不断触发录制按钮510即可完成挖掘机铲斗运动轨迹的重复作业。
在挖掘机自动进行铲斗运动轨迹重复作业的时候，如果操作者再次手动操作手柄100的时候，系统自动退出重复作业模式。此时挖掘机铲斗运动轨迹由操作者控制。直到操作者再次触发录制按钮510时，挖掘机将再次进入重复作业模式。
当操作者想改变铲斗运动轨迹时，只需要先退出重复作业模式，然后重新录制新的铲斗运动轨迹，然后不断触发录制按钮510即可。
如图2当为了实现控制的更加精准自如，可增加录制函数，如本例中有两个录制按钮510和两个重复按钮520，可录制两个控制函数文件，分别对应，挖掘转载函数文件和空载返回函数文件。同理可以根据需要，录制多个控制函数文件，使自动控制更加的精准。
需要说明的是，(1)本方案通过程序自动记录操作者的作业步骤，然后由程序复现记录的作业步骤；
(2)操作者在程序自动运行期间，可通过手动操作随时干涉自动作业；
(3)操作者可以根据需要随时改变记录的作业步骤，根据需要随时重新录制新的作业步骤；
(4)本方案虽然在挖掘机上实现，但不限制于挖掘机，在其它类似机械上实现本方案原理也在本方案保护范围内；
(5)本方案实施例的挖掘机半自动控制策略不是唯一的，任何类似的控制策略只要实现本方案(1)的功能，都在本方案保护范围内。
(6)本方案采用电控先导挖掘机，对于液压控制先导挖掘机，可以通过增加电比例减压阀等方式实现同样的功能。类似的控制方式只要实现本方案(1)的功能，都在本方案保护范围内。
本发明实施例的有益效果包括，例如：
无需增加过多成本，即可在现有挖掘机控制策略上增加半自动控制；
极大的降低了操作者大量重复性作业带来的疲劳，提高操作效率，在有障碍物的特殊作业场所，避免由于操作者疲劳引起的事故；
可以继承有经验的操作者的操作习惯，达到降低油耗，提升作业效率的效果；
可录制多个控制函数文件，使自动控制更加的精准。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种半自动控制挖掘机，其特征在于，包括：
操作手柄、控制器、主控阀、执行机构、录制按钮和重复按钮；还包括比例电磁阀；
所述控制器与所述比例电磁阀、所述主控阀、所述执行机构依次连接，先导油源与所述比例电磁阀连接；所述操作手柄通过录制按钮与所述控制器连接，所述操作手柄将操作者的控制信号转换成电信号发送到所述控制器；所述控制器对所述操作手柄输出的电信号进行计算后，所述控制器的信号传递给所述比例电磁阀以操控执行机构；
所述比例电磁阀在所述控制器输出的控制信号作用下，将先导油泵的压力信号转化成控制机控制所需要的先导压力信号并传递到所述主控阀；
所述重复按钮与所述控制器连接；主油源与所述主控阀连接；
所述主控阀在所述先导压力信号的作用下，产生相应的阀芯位移量，从而将控制系统主油源的方向及流量输出给所述执行机构。
2.根据权利要求1所述的半自动控制挖掘机，其特征在于：
还包括储存单元；
所述储存单元与所述控制器连接，所述储存单元被配置为储存录制按钮录制的操作数据。
3.根据权利要求2所述的半自动控制挖掘机，其特征在于：
所述操作手柄的信号优先于所述储存单元的信号，该信号用于控制执行机构。
4.根据权利要求1所述的半自动控制挖掘机，其特征在于：
还包括至少两个重复按钮和至少两个录制按钮，所述重复按钮和所述录制按钮的个数相同，且一一对应。
5.一种挖掘机操控方法，其特征在于：
所述挖掘机操控方法基于权利要求1-4中任一项所述的半自动控制挖掘机；其包括如下步骤：当检测到手柄信号时，控制器操控执行机构执行手柄的信号；当未检测到手柄信号时，控制器接受重复按钮的信号操控执行机构执行录制按钮的信号。
6.根据权利要求5所述的挖掘机操控方法，其特征在于：还包括储存单元；所述储存单元与所述控制器连接，所述储存单元被配置为储存录制按钮录制的操作数据。
7.根据权利要求6所述的挖掘机操控方法，其特征在于：所述操作手柄的信号优先于所述储存单元的信号，该信号用于控制执行机构。
8.根据权利要求5所述的挖掘机操控方法，其特征在于：还包括至少两个重复按钮和至少两个录制按钮，所述重复按钮和所述录制按钮的个数相同，且一一对应。
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