CN111042245B - 一种挖掘机辅助作业控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种挖掘机辅助作业控制方法及系统，通过在挖掘机上设置铲斗倾角传感器、斗杆倾角传感器、动臂倾角传感器和机身倾角传感器，可以在接收到作业操作指令时至少基于铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角控制主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作，以控制挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降，从而实现所述挖掘机的铲斗沿直线/斜线运动。本发明可以使挖掘机在平地或者修坡时，控制铲斗在一定的直线或斜线上运动，保证作业质量，提高作业效率。

Description

一种挖掘机辅助作业控制方法及系统

技术领域

本发明涉及挖掘机技术领域，更具体地说，涉及一种挖掘机辅助作业控制方法及系统。

背景技术

传统挖掘机在作业(平地或者修坡)时，需要由驾驶员操作多个手柄来调节动臂和斗杆，通过两者相互配合来控制铲斗在平地作业时沿直线、在修坡作业时沿斜线运动。但驾驶员手动控制的难度大、操作速度有限、准确率难以保证。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种挖掘机辅助作业控制方法及系统。技术方案如下：

一种挖掘机辅助作业控制方法，所述方法包括：

在接收到作业操作指令的情况下，获取挖掘机的铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角；其中，所述铲斗倾角是通过铲斗倾角传感器采集的、所述斗杆倾角是通过斗杆倾角传感器采集的、所述动臂倾角是通过动臂倾角传感器采集的、所述机身倾角是通过机身倾角传感器采集的，所述铲斗倾角传感器安装于所述挖掘机的摇杆上、通过四连杆角度推算所述铲斗倾角；

至少基于所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角控制所述挖掘机的主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作，以控制所述挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降，从而实现所述挖掘机的铲斗沿直线/斜线运动。

优选的，所述至少基于所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角控制所述挖掘机的主阀动作，包括：

根据所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角计算所述挖掘机铲斗的实际斗尖位置；

利用所述实际斗尖位置预测所述作业操作指令对应的所述挖掘机铲斗的斗尖运动轨迹；

从所述斗尖运动轨迹上确定所述挖掘机铲斗的目标斗尖位置，并通过所述目标斗尖位置计算目标铲斗倾角、目标斗杆倾角、目标动臂倾角和目标机身倾角；

生成与所述铲斗倾角与所述目标铲斗倾角的偏差量、所述斗杆倾角与所述目标斗杆倾角的偏差量、所述动臂倾角与所述目标动臂倾角的偏差量、以及所述机身倾角与所述目标机身倾角的偏差量相对应的铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数；

至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作。

优选的，所述至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作之前，所述方法还包括：

按照预设的动臂控制规则对所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数进行处理；其中，

所述动臂控制规则包括在所述挖掘机正向运动的过程中，所述挖掘机的斗杆与预定工作面垂直前所述动臂预控制参数表征动臂提升，所述挖掘机的斗杆与所述预定工作面垂直后所述动臂预控制参数表征动臂下降；在所述挖掘机反向运动过程中，所述挖掘机的斗杆与所述预定工作面垂直前所述动臂预控制参数表征动臂提升，所述挖掘机的斗杆与所述预定工作面垂直后所述动臂预控制参数表征动臂下降。

优选的，所述方法还包括：

获取所述挖掘机的负载信息，所述负载信息是通过负载传感器采集的；其中，所述负载传感器包括发动机转速传感器、档位传感器和斗杆油缸压力传感器中的一种或多种；

所述至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作，包括：

基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数、所述动臂预控制参数和所述斗杆负载参数控制所述主阀动作。

优选的，所述方法还包括：

在所述动臂预控制参数表征动臂提升的情况下，生成与所述动臂预控制参数相对应的斗杆优先控制参数；其中，所述斗杆优先控制参数为所述挖掘机的动臂提升对斗杆优先阀的控制参数；

所述至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作，以控制所述挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降，包括：

基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数、所述动臂预控制参数和所述斗杆优先控制参数控制所述主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作，以控制所述挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、动臂提升/下降、以及动臂提升对斗杆的优先。

优选的，所述方法还包括：

生成再生控制参数，所述再生控制参数包括斗杆再生控制参数和/或动臂再生控制参数；

所述至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作，以控制所述挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降，包括：

基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数、所述动臂预控制参数和所述再生控制参数控制所述主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作，以控制所述挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、动臂提升/下降、以及斗杆和/或动臂的再生。

一种挖掘机辅助作业控制系统，所述系统包括：

铲斗倾角传感器，用于采集挖掘机的铲斗倾角；其中，所述铲斗倾角传感器安装于所述挖掘机的摇杆上、通过四连杆角度推算所述铲斗倾角；

斗杆倾角传感器，用于采集所述挖掘机的斗杆倾角；

动臂倾角传感器，用于集所述挖掘机的动臂倾角；

机身倾角传感器，用于采集所述挖掘机的机身倾角；

分别与所述铲斗倾角传感器、所述斗杆倾角传感器、所述动臂倾角传感器和所述机身倾角传感器通信连接的控制器，用于：

在接收到作业操作指令的情况下，获取所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角；至少基于所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角控制所述挖掘机的主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作，以控制所述挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降，从而实现所述挖掘机的铲斗沿直线/斜线运动

优选的，用于至少基于所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角控制所述挖掘机的主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作的所述控制器，具体用于：

根据所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角计算所述挖掘机铲斗的实际斗尖位置；利用所述实际斗尖位置预测所述作业操作指令对应的所述挖掘机铲斗的斗尖运动轨迹；从所述斗尖运动轨迹上确定所述挖掘机铲斗的目标斗尖位置，并通过所述目标斗尖位置计算目标铲斗倾角、目标斗杆倾角、目标动臂倾角和目标机身倾角；生成与所述铲斗倾角与所述目标铲斗倾角的偏差量、所述斗杆倾角与所述目标斗杆倾角的偏差量、所述动臂倾角与所述目标动臂倾角的偏差量、以及所述机身倾角与所述目标机身倾角的偏差量相对应的铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数；至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作。

优选的，所述控制器还用于：

在执行所述至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作之前，按照预设的动臂控制规则对所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数进行处理；其中，

所述动臂控制规则包括在所述挖掘机正向运动的过程中，所述挖掘机的斗杆与预定工作面垂直前所述动臂预控制参数表征动臂提升，所述挖掘机的斗杆与所述预定工作面垂直后所述动臂预控制参数表征动臂下降；在所述挖掘机反向运动过程中，所述挖掘机的斗杆与所述预定工作面垂直前所述动臂预控制参数表征动臂提升，所述挖掘机的斗杆与所述预定工作面垂直后所述动臂预控制参数表征动臂下降。

优选的，所述系统还包括：

负载传感器，用于采集所述挖掘机的负载信息；其中，所述负载传感器包括发动机转速传感器、档位传感器和斗杆油缸压力传感器中的一种或多种；

用于至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作的所述控制器，具体用于：

基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数、所述动臂预控制参数和所述斗杆负载参数控制所述主阀动作。

以上本发明提供的挖掘机辅助作业控制方法，通过在挖掘机上设置铲斗倾角传感器、斗杆倾角传感器、动臂倾角传感器和机身倾角传感器，可以在接收到作业操作指令时至少基于铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角控制主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作，以控制挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降，从而实现所述挖掘机的铲斗沿直线/斜线运动。本发明可以使挖掘机在平地或者修坡时，控制铲斗在一定的直线或斜线上运动，保证作业质量，提高作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的挖掘机辅助作业控制方法的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的挖掘机辅助作业控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的控制系统硬件连接图；

图4为本发明实施例提供的斗杆位置示意图；

图5为本发明实施例提供的另一控制系统硬件连接图；

图6为本发明实施例提供的另一控制系统硬件连接图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供一种挖掘机辅助作业控制方法，该方法的方法流程图如图1所示，包括如下步骤：

S10，在接收到作业操作指令的情况下，获取挖掘机的铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角；其中，铲斗倾角是通过铲斗倾角传感器采集的、斗杆倾角是通过斗杆倾角传感器采集的、动臂倾角是通过动臂倾角传感器采集的、机身倾角是通过机身倾角传感器采集的，铲斗倾角传感器安装于挖掘机的摇杆上、通过四连杆角度推算铲斗倾角。

参见图2所示的挖掘机辅助作业控制系统的结构示意图。挖掘机上设置有铲斗倾角传感器10、斗杆倾角传感器20、动臂倾角传感器30和机身倾角传感器40。

需要说明的是，铲斗倾角传感器10安装于挖掘机的摇杆上，可以通过四连杆角度推算铲斗倾角。而斗杆倾角传感器20可以安装于挖掘机的斗杆上，动臂倾角传感器30可以安装于挖掘机的动臂上，机身倾角传感器40可以安装于挖掘机的机身上。

此外，本发明实施例的挖掘机辅助作业控制方法可以通过分别与铲斗倾角传感器10、斗杆倾角传感器20、动臂倾角传感器30和机身倾角传感器40通信连接的控制器50来实现(以下均以控制器来说明本申请)。而控制器50可以单独设置，还可以将控制程序整合到整车控制器中，以此实现本发明实施例公开的内容。

S20，至少基于铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角控制挖掘机的主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作，以控制挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降，从而实现挖掘机的铲斗沿直线/斜线运动。

参见图3所示的控制系统硬件连接图。本发明实施例中，铲斗倾角传感器采集的铲斗倾角、斗杆倾角传感器采集的斗杆倾角、动臂倾角传感器采集的动臂倾角和机身倾角传感器采集的机身倾角作为控制器的信号输入，控制器则基于此输出信号控制电比例阀，先导压力油经电比例阀分配后，控制主阀分配液压油到油路控制相应的油缸动作，以实现铲斗挖掘/卸载控制、斗杆挖掘/卸载控制、以及动臂提升/下降控制。

在具体实现过程中，步骤S20中“至少基于铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角控制挖掘机的主阀动作”可以采用如下步骤：

根据铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角计算挖掘机铲斗的实际斗尖位置；

利用实际斗尖位置预测作业操作指令对应的挖掘机铲斗的斗尖运动轨迹；

从斗尖运动轨迹上确定挖掘机铲斗的目标斗尖位置，并通过目标斗尖位置计算目标铲斗倾角、目标斗杆倾角、目标动臂倾角和目标机身倾角；

生成与铲斗倾角与目标铲斗倾角的偏差量、斗杆倾角与目标斗杆倾角的偏差量、动臂倾角与目标动臂倾角的偏差量、以及机身倾角与目标机身倾角的偏差量相对应的铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数；

至少基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数控制主阀动作。

本发明实施例中，通过铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角可以确定挖掘机的实际姿态，从而确定铲斗的实际斗尖位置。进一步，作业操作指令可以分为平地作业操作指令和修坡作业操作指令，因此基于作业操作指令对应的目标轨迹——平地作业操作指令对应的直线、修坡作业操作指令对应斜线，结合实际斗尖位置可以确定斗尖沿着直或者斜线的斗尖运动轨迹。更进一步，从该斗尖运动轨迹上确定铲斗在下一时刻的目标斗尖位置，从而根据在该目标斗尖位置下的挖掘机的预设姿态来获得目标铲斗倾角、目标斗杆倾角、目标动臂倾角和目标机身倾角。再进一步，通过计算铲斗倾角与目标铲斗倾角的偏差量、斗杆倾角与目标斗杆倾角的偏差量、动臂倾角与目标动臂倾角的偏差量、以及机身倾角与目标机身倾角的偏差量，来生成铲斗运动到目标斗尖位置的铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数。最后，至少基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数控制电比例阀，先导压力油经电比例阀分配后，控制主阀分配液压油到油路控制相应的油缸动作，以实现铲斗挖掘/卸载控制、斗杆挖掘/卸载控制、以及动臂提升/下降控制。

在此基础上，为提高控制信号输出的稳定性，在执行至少基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数控制主阀动作之前，本发明实施例提供的挖掘机辅助作业控制方法还包括以下步骤：

按照预设的动臂控制规则对铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数进行处理；其中，

动臂控制规则包括在挖掘机正向运动的过程中，挖掘机的斗杆与预定工作面垂直前动臂预控制参数表征动臂提升，挖掘机的斗杆与预定工作面垂直后动臂预控制参数表征动臂下降；在挖掘机反向运动过程中，挖掘机的斗杆与预定工作面垂直前动臂预控制参数表征动臂提升，挖掘机的斗杆与预定工作面垂直后动臂预控制参数表征动臂下降。

参见图4所示的斗杆位置示意图。假设挖掘机机体水平放置，如不水平则可以参考机身倾角传感器采集的数据对控制参数进行调整。在挖掘机正向运动过程中，当斗杆与预定工作面垂直前，控制器输出给电比例阀的控制信号只允许动臂提升，斗杆过了垂直位置后，控制器输出给电比例阀的控制信号只允许动臂下降。在挖掘机反向运动过程中，当斗杆与预定工作面垂直前，控制器输出给电比例阀的控制信号只允许动臂提升，斗杆过了垂直位置后，控制器输出给电比例阀的控制信号只允许动臂下降。这就可以避免控制信号波动，保证控制的连续性和稳定性。

另外，提高控制精度，减小误差，本发明实施例提供的挖掘机辅助作业控制方法增加斗杆负载的信号输入，还包括以下步骤：

获取挖掘机的负载信息，负载信息是通过负载传感器采集的；其中，负载传感器包括发动机转速传感器、档位传感器和斗杆油缸压力传感器中的一种或多种；

此时，步骤“至少基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数控制主阀动作”可以采用如下步骤：

基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数、动臂预控制参数和斗杆负载参数控制主阀动作。

本发明实施例中，在铲斗倾角传感器采集的铲斗倾角、斗杆倾角传感器采集的斗杆倾角、动臂倾角传感器采集的动臂倾角和机身倾角传感器采集的机身倾角作为控制器的信号输入的基础上，增加负载传感器采集的挖掘机的负载信息，具体可以为发动机转速传感器采集的发动机转速、档位传感器采集的档位、以及斗杆油缸压力传感器采集的斗杆油缸压力中的一个或多个，其中斗杆油缸压力包括斗杆油缸大腔压力和/或斗杆油缸小腔压力。

参见图5所示的控制系统硬件连接图。本发明实施例中，铲斗倾角传感器采集的铲斗倾角、斗杆倾角传感器采集的斗杆倾角、动臂倾角传感器采集的动臂倾角、机身倾角传感器采集的机身倾角、发动机转速传感器采集的发动机转速、档位传感器采集的档位和斗杆油缸压力传感器采集的斗杆油缸压力作为控制器的信号输入，控制器则基于此输出信号控制电比例阀，先导压力油经电比例阀分配后，控制主阀分配液压油到油路控制相应的油缸动作，以实现铲斗挖掘/卸载控制、斗杆挖掘/卸载控制、以及动臂提升/下降控制。

此外，为提高挖掘机工作效率，本发明实施例提供的挖掘机辅助作业控制方法还包括以下步骤：

在动臂预控制参数表征动臂提升的情况下，生成与动臂预控制参数相对应的斗杆优先控制参数；其中，斗杆优先控制参数为挖掘机的动臂提升对斗杆优先阀的控制参数；

此时，步骤“至少基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数控制主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作，以控制挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降”可以采用如下步骤：

基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数、动臂预控制参数和斗杆优先控制参数控制主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作，以控制挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、动臂提升/下降、以及动臂提升对斗杆的优先。

本发明实施例中，在动臂提升时，控制器输出给电比例阀的控制信号增加斗杆优先控制参数，也就是动臂提升对斗杆优先量。控制器则基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数、动臂预控制参数和动臂提升对斗杆优先控制参数控制电比例阀，先导压力油经电比例阀分配后，控制主阀分配液压油到油路控制相应的油缸动作，以实现铲斗挖掘/卸载控制、斗杆挖掘/卸载控制、动臂提升/下降控制。

此外，为提高挖掘机工作效率，本发明实施例提供的挖掘机辅助作业控制方法还包括以下步骤：

生成再生控制参数，再生控制参数包括斗杆再生控制参数和/或动臂再生控制参数；

步骤“至少基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数控制主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作，以控制挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降”可以采用如下步骤：

基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数、动臂预控制参数和再生控制参数控制主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作，以控制挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、动臂提升/下降、以及斗杆和/或动臂的再生。

本发明实施例中，控制器输出给电比例阀的控制信号增加诸如斗杆再生控制参数(也就是斗杆再生量)，动臂再生控制参数(也就是动臂再生量)。控制器则基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数、动臂预控制参数和再生控制参数电比例阀，先导压力油经电比例阀分配后，控制主阀分配液压油到油路控制相应的油缸动作，以实现铲斗挖掘/卸载控制、斗杆挖掘/卸载控制、动臂提升/下降控制、以及斗杆和/或动臂再生控制。

参见图6所示的控制系统硬件连接图。本发明实施例中，铲斗倾角传感器采集的铲斗倾角、斗杆倾角传感器采集的斗杆倾角、动臂倾角传感器采集的动臂倾角、机身倾角传感器采集的机身倾角、发动机转速传感器采集的发动机转速、档位传感器采集的档位和斗杆油缸压力传感器采集的斗杆油缸压力作为控制器的信号输入，控制器则基于此输出信号生成铲斗预控制参数、斗杆预控制参数、动臂预控制参数、斗杆优先控制参数、斗杆再生控制参数和动臂再生控制参数来控制电比例阀，先导压力油经电比例阀分配后，控制主阀分配液压油到油路控制相应的油缸动作，以实现铲斗挖掘/卸载控制、斗杆挖掘/卸载控制、动臂提升/下降控制、动臂提升对斗杆优先控制、斗杆再生控制和动臂再生控制。

本发明实施例提供的挖掘机辅助作业控制方法，可以使挖掘机在平地或者修坡时，控制铲斗在一定的直线或斜线上运动，保证作业质量，提高作业效率。

基于上述实施例提供的挖掘机辅助作业控制方法，本发明实施例则提供一种挖掘机辅助作业控制系统，该系统的结构示意图如图2所示，包括：

铲斗倾角传感器10，用于采集挖掘机的铲斗倾角；其中，铲斗倾角传感器安装于挖掘机的摇杆上、通过四连杆角度推算铲斗倾角；

斗杆倾角传感器20，用于采集挖掘机的斗杆倾角；

动臂倾角传感器30，用于集挖掘机的动臂倾角；

机身倾角传感器40，用于采集挖掘机的机身倾角；

分别与铲斗倾角传感器10、斗杆倾角传感器20、动臂倾角传感器30和机身倾角传感器40通信连接的控制器50，用于：

在接收到作业操作指令的情况下，获取铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角；至少基于铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角控制挖掘机的主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作，以控制挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降，从而实现挖掘机的铲斗沿直线/斜线运动。

可选的，用于至少基于铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角控制挖掘机的主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作的控制器50，具体用于：

根据铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角计算挖掘机铲斗的实际斗尖位置；利用实际斗尖位置预测作业操作指令对应的挖掘机铲斗的斗尖运动轨迹；从斗尖运动轨迹上确定挖掘机铲斗的目标斗尖位置，并通过目标斗尖位置计算目标铲斗倾角、目标斗杆倾角、目标动臂倾角和目标机身倾角；生成与铲斗倾角与目标铲斗倾角的偏差量、斗杆倾角与目标斗杆倾角的偏差量、动臂倾角与目标动臂倾角的偏差量、以及机身倾角与目标机身倾角的偏差量相对应的铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数；至少基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数控制主阀动作。

可选的，控制器50还用于：

在执行至少基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数控制主阀动作之前，按照预设的动臂控制规则对铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数进行处理；其中，

动臂控制规则包括在挖掘机正向运动的过程中，挖掘机的斗杆与预定工作面垂直前动臂预控制参数表征动臂提升，挖掘机的斗杆与预定工作面垂直后动臂预控制参数表征动臂下降；在挖掘机反向运动过程中，挖掘机的斗杆与预定工作面垂直前动臂预控制参数表征动臂提升，挖掘机的斗杆与预定工作面垂直后动臂预控制参数表征动臂下降。

可选的，上述系统还包括：

负载传感器，用于采集挖掘机的负载信息；其中，负载传感器包括发动机转速传感器、档位传感器和斗杆油缸压力传感器中的一种或多种；

用于至少基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数控制主阀动作的控制器50，具体用于：

基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数、动臂预控制参数和斗杆负载参数控制主阀动作。

可选的，控制器50还用于：

在动臂预控制参数表征动臂提升的情况下，生成与动臂预控制参数相对应的斗杆优先控制参数；其中，斗杆优先控制参数为挖掘机的动臂提升对斗杆优先阀的控制参数；

用于至少基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数控制主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作，以控制挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降的控制器50，具体用于：

基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数、动臂预控制参数和斗杆优先控制参数控制主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作，以控制挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、动臂提升/下降、以及动臂提升对斗杆的优先。

可选的，控制器50还用于：

生成再生控制参数，再生控制参数包括斗杆再生控制参数和/或动臂再生控制参数；

用于至少基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数控制主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作，以控制挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降的控制器50，具体用于：

基于铲斗预控制参数、斗杆预控制参数、动臂预控制参数和再生控制参数控制主阀动作，通过主阀的油路驱动油缸动作，以控制挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、动臂提升/下降、以及斗杆和/或动臂的再生。

本发明实施例提供的挖掘机辅助作业控制系统，可以使挖掘机在平地或者修坡时，控制铲斗在一定的直线或斜线上运动，保证作业质量，提高作业效率。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种挖掘机辅助作业控制方法，其特征在于，所述方法包括：

在接收到作业操作指令的情况下，获取挖掘机的铲斗倾角、斗杆倾角、动臂倾角和机身倾角；其中，所述铲斗倾角是通过铲斗倾角传感器采集的、所述斗杆倾角是通过斗杆倾角传感器采集的、所述动臂倾角是通过动臂倾角传感器采集的、所述机身倾角是通过机身倾角传感器采集的，所述铲斗倾角传感器安装于所述挖掘机的摇杆上、通过四连杆角度推算所述铲斗倾角；

至少基于所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角控制所述挖掘机的主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作，以控制所述挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降，从而实现所述挖掘机的铲斗沿直线/斜线运动；

所述至少基于所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角控制所述挖掘机的主阀动作，包括：

根据所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角计算所述挖掘机铲斗的实际斗尖位置；

利用所述实际斗尖位置预测所述作业操作指令对应的所述挖掘机铲斗的斗尖运动轨迹；

从所述斗尖运动轨迹上确定所述挖掘机铲斗的目标斗尖位置，并通过所述目标斗尖位置计算目标铲斗倾角、目标斗杆倾角、目标动臂倾角和目标机身倾角；

生成与所述铲斗倾角与所述目标铲斗倾角的偏差量、所述斗杆倾角与所述目标斗杆倾角的偏差量、所述动臂倾角与所述目标动臂倾角的偏差量、以及所述机身倾角与所述目标机身倾角的偏差量相对应的铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数；

至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作，具体是，至少将所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数作为控制器的输入信号，所述控制器基于所述输入信号输出控制信号，所述控制信号控制所述挖掘机的主阀动作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作之前，所述方法还包括：

按照预设的动臂控制规则对所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数进行处理；其中，

所述动臂控制规则包括在所述挖掘机正向运动的过程中，所述挖掘机的斗杆与预定工作面垂直前所述动臂预控制参数表征动臂提升，所述挖掘机的斗杆与所述预定工作面垂直后所述动臂预控制参数表征动臂下降；在所述挖掘机反向运动过程中，所述挖掘机的斗杆与所述预定工作面垂直前所述动臂预控制参数表征动臂提升，所述挖掘机的斗杆与所述预定工作面垂直后所述动臂预控制参数表征动臂下降。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述挖掘机的负载信息，所述负载信息是通过负载传感器采集的；其中，所述负载传感器包括发动机转速传感器、档位传感器和斗杆油缸压力传感器中的一种或多种；

所述至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作，包括：

基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数、所述动臂预控制参数和斗杆负载参数控制所述主阀动作。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述动臂预控制参数表征动臂提升的情况下，生成与所述动臂预控制参数相对应的斗杆优先控制参数；其中，所述斗杆优先控制参数为所述挖掘机的动臂提升对斗杆优先阀的控制参数；

所述至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作，以控制所述挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降，包括：

基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数、所述动臂预控制参数和所述斗杆优先控制参数控制所述主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作，以控制所述挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、动臂提升/下降、以及动臂提升对斗杆的优先。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

生成再生控制参数，所述再生控制参数包括斗杆再生控制参数和/或动臂再生控制参数；

所述至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作，以控制所述挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降，包括：

基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数、所述动臂预控制参数和所述再生控制参数控制所述主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作，以控制所述挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、动臂提升/下降、以及斗杆和/或动臂的再生。

6.一种挖掘机辅助作业控制系统，其特征在于，所述系统包括：

铲斗倾角传感器，用于采集挖掘机的铲斗倾角；其中，所述铲斗倾角传感器安装于所述挖掘机的摇杆上、通过四连杆角度推算所述铲斗倾角；

斗杆倾角传感器，用于采集所述挖掘机的斗杆倾角；

动臂倾角传感器，用于采集所述挖掘机的动臂倾角；

机身倾角传感器，用于采集所述挖掘机的机身倾角；

分别与所述铲斗倾角传感器、所述斗杆倾角传感器、所述动臂倾角传感器和所述机身倾角传感器通信连接的控制器，用于：

在接收到作业操作指令的情况下，获取所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角；至少基于所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角控制所述挖掘机的主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作，以控制所述挖掘机的铲斗挖掘/卸载、斗杆挖掘/卸载、以及动臂提升/下降，从而实现所述挖掘机的铲斗沿直线/斜线运动；

所述至少基于所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角控制所述挖掘机的主阀动作，通过所述主阀的油路驱动油缸动作的所述控制器，具体用于：

根据所述铲斗倾角、所述斗杆倾角、所述动臂倾角和所述机身倾角计算所述挖掘机铲斗的实际斗尖位置；利用所述实际斗尖位置预测所述作业操作指令对应的所述挖掘机铲斗的斗尖运动轨迹；从所述斗尖运动轨迹上确定所述挖掘机铲斗的目标斗尖位置，并通过所述目标斗尖位置计算目标铲斗倾角、目标斗杆倾角、目标动臂倾角和目标机身倾角；生成与所述铲斗倾角与所述目标铲斗倾角的偏差量、所述斗杆倾角与所述目标斗杆倾角的偏差量、所述动臂倾角与所述目标动臂倾角的偏差量、以及所述机身倾角与所述目标机身倾角的偏差量相对应的铲斗预控制参数、斗杆预控制参数和动臂预控制参数；至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作，具体是，至少将所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数作为控制器的输入信号，所述控制器基于所述输入信号输出控制信号，所述控制信号控制所述挖掘机的主阀动作。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于：

在执行所述至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作之前，按照预设的动臂控制规则对所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数进行处理；其中，

所述动臂控制规则包括在所述挖掘机正向运动的过程中，所述挖掘机的斗杆与预定工作面垂直前所述动臂预控制参数表征动臂提升，所述挖掘机的斗杆与所述预定工作面垂直后所述动臂预控制参数表征动臂下降；在所述挖掘机反向运动过程中，所述挖掘机的斗杆与所述预定工作面垂直前所述动臂预控制参数表征动臂提升，所述挖掘机的斗杆与所述预定工作面垂直后所述动臂预控制参数表征动臂下降。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

负载传感器，用于采集所述挖掘机的负载信息；其中，所述负载传感器包括发动机转速传感器、档位传感器和斗杆油缸压力传感器中的一种或多种；

用于至少基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数和所述动臂预控制参数控制所述主阀动作的所述控制器，具体用于：

基于所述铲斗预控制参数、所述斗杆预控制参数、所述动臂预控制参数和斗杆负载参数控制所述主阀动作。

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