CN111576511B - 步行式挖掘机自行上下运输车控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种步行式挖掘机自行上下运输车控制方法。具体说，是用来实现步行式挖掘机自行上、下运输车的控制方法。该方法包括依次包括设置传感器和控制器、建立步式挖掘机空间数学模型、由控制器中的微处理器对步行式挖掘机与运输车距离调整进行规划运算、进行上车步态规划运算和进行下车步态规划运算等步骤。采用本发明，降低了对驾驶员的要求，避免了因驾驶员操作过程中的疏忽而造成的·运输车损伤和步行式挖掘机倾翻等安全事故的发生。

Description

步行式挖掘机自行上下运输车控制方法

技术领域

本发明涉及一种自动控制方法。具体说，是用来实现步行式挖掘机自行上、下运输车的控制方法。

背景技术

步行式挖掘机是一种适合于高原和山地作业的特种工程机械，其主要由步行式底盘和工作装置组成。

步行式底盘用于挖掘机的步行和行驶，如图1所示，其结构主要由后轮1、后腿2、后关节3、底座4、前关节5、前腿6、前轮7、前臂15和前爪8组成。前后轮采用液压马达驱动。后轮转向采用后轮转向油缸9驱动，后腿摆动与升降分别采用后腿摆动油缸 10和后腿升降油缸11驱动，前腿摆动与升降分别采用前腿摆动油缸12和前腿升降油缸 13驱动，前臂升降采用前臂升降油缸14驱动。步行式底盘为左右对称结构。

步行式底盘具有13个自由度，包括左、右后腿上下、左右摆动4个自由度，左、右前腿上下、左右摆动4个自由度，以及左右前腿中前臂升降2个自由度，前轮和后轮 (左右轮液压油路串连)驱动各1个自由度，后轮转向(左右轮液压油路串连)1个自由度。步行式底盘一般采用前腿与后轮配合转向，可以实现直线行驶和蟹行功能。

工作装置用于挖掘作业和辅助步行式底盘行走，如图2所示，其结构主要由安装在步行式底盘上的回转平台23、动臂22、斗杆20、伸缩臂18和铲斗16组成。其中回转平台采用液压马达驱动(回转平台内部)；动臂、斗杆、伸缩臂和挖斗分别由动臂油缸 25、斗杆油缸21、伸缩臂油缸19和铲斗油缸17驱动。

工作装置具有5个自由度，包括动臂1个摆动自由度、斗杆1个摆动自由度、伸缩臂1个平移自由度、铲斗1个摆动自由度和回转平台1个回转自由度。

为了便于表达，将步行式挖掘机结构图转化为运动简图，其行驶状态的主视图和俯视图分别如图3、图4所示。

步行式底盘是一种由多组关节、腿、轮连接而成的多自由度结构系统，其4条步行腿与具有伸缩功能的工作装置配合起来，相当于一个具有5条腿的步行行走机构，使得步行式挖掘机具有越障、爬坡、涉水、跨越壕沟等特殊功能，可在复杂地形环境下进行步行和作业。由于步行式挖掘机的控制自由度多，其步行时操作控制复杂，对驾驶员操作技能要求高。

步行式挖掘机行驶速度较低，长距离机动时一般采用专用车辆运输。其中的运输车车厢空间狭窄，仅能容纳步行式挖掘机运输。因此，步行式挖掘机上、下运输车时，需要对其进行准确定位，对驾驶员的要求非常高。操作过程中稍有疏忽，就易造成运输车损伤和步行式挖掘机倾翻等安全事故。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种步行式挖掘机自行上下运输车控制方法。采用这种控制方法，可避免运输车损伤和步行式挖掘机倾翻等安全事故的发生。

本发明要解决的上述问题有以下技术方案实现：

本发明的步行式挖掘机自行上下运输车控制方法特点是依次包括以下步骤：

(1).设置传感器和控制器

a.在步行式挖掘机底盘的后轮转向油缸、后腿摆动油缸、后腿升降油缸、前腿摆动油缸、前腿升降油缸和前臂升降油缸上均设置一个用于测量它们的活塞杆行程和位置的第一位移传感器，在两个后腿升降油缸和两个前腿升降油缸的油路中均设置一个用于测量步行腿受压状态的第一压力传感器；所述第一位移传感器和第一压力传感器均借助导线与控制器相连。

b.在工作装置的动臂油缸、斗杆油缸、伸缩臂油缸和铲斗油缸中均设置一个用于测量其活塞杆行程和位置的第二位移传感器，在铲斗油缸的油路中设置用于测量工作装置受力状态的第二压力传感器。所述第二位移传感器和第二压力传感器均借助导线与控制器相连。

c.在回转平台上设置一个用于测量其相对于初始位置旋转角度的转角传感器，在回转平台中心的纵向和横向均设置一个用于测量其俯仰角和侧倾角的水平角度传感器。所述转角传感器和水平角度传感器均借助导线与控制器相连。

d.在底座4的后侧中心设置一个测距传感器S1，该测距传感器借助导线与控制器相连。以运输车前挡板的上边左端R1和上边右端R2及运输车平台的后边左端R3和后边右端R4均作为测距参考点，通过测量测距参考点与测距传感器S1间的距离来获得步行式挖掘机相对于测距参考点的位置和姿态。

(2).建立步式挖掘机空间数学模型

由控制器中的微处理器建立并计算步行式挖掘机数学模型，识别运输车空间位置及实现步行式挖掘机上下运输车步态控制。

(3).由控制器中的微处理器对步行式挖掘机与运输车距离调整进行规划运算

先使步行式挖掘机的纵向中心平面xoz与运输车平台的纵向中心平面x₁o₁z₁相重合，其中，上车时步行式挖掘机的后轮朝向运输车方向；

再识别运输车平台的相对位置；

以运输车平台的前挡板上边中心点为A1、运输车平台的后边中心点为A2，根据底座的后侧中心上的测距传感器S1到运输车平台前挡板的上边左端R1的距离和运输车平台的后边左端R3的距离，已知L_R1R2、L_R3R4值，得到运输车前挡板的上边中心点A1、运输车平台的后边中心点A2相对于底座4后侧中心的测距传感器S1的距离分别为：

依据

可得到运输车前挡板和运输车平台后边间的距离。

然后，调整步行式挖掘机与运输车平台的相对位置。判断L_S1A2和设定的可上车距离L 的关系：若L_S1A2＞L，则步行式挖掘机向运输车方向移动的距离为L_S1A2-L。若L_S1A2＝L，则步行式挖掘机保持不动。若L_S1A2＜L，则步行式挖掘机向运输车反方向移动的距离为L-L_S1A2。

依据步行式挖掘机的底座4后侧中心的测距传感器S1，识别步行式挖掘机与运输车的相对位置。依据设定的可上车距离L，驱动前轮和后轮来对步行式挖掘机与运输车之间的位置进行调整。

(4).进行上车步态规划运算

(5).进行下车步态规划运算。

其中：

所述步行式挖掘机空间数学模型包括：

(1)利用机器人建模理论，以底座回转中心与其回转支承上平面交点为坐标原点o，以过坐标原点o的步行式挖掘机的行驶方向为x轴，且方向向前；以过坐标原点o、垂直于回转支承上平面为z轴，且方向向上；以过坐标原点o、与x轴和z轴相互垂直的轴为 y轴，且方向向左，建立o-xyz基坐标系；同时，建立挖掘机的左前腿、右前腿、左后腿、右后腿和工作装置的铲斗、伸缩臂、斗杆、动臂的参考坐标系，利用步行挖掘机的结构参数和布置在其各个执行元件驱动油缸上的第一位移传感器、第二位移传感器和水平角度传感器，获得各运动部件的位置状态参数，确定各运动部件的运动状态；再利用机器人空间坐标变换理论，建立步行式挖掘机的三维空间数学模型。

(2)利用第一压力传感器和第二压力传感器，获得步行式挖掘机的触觉信息，以便感知左前腿、右前腿、左后腿、右后腿和工作装置与地面、运输车或障碍物的接触情况。

(3)利用所述三维空间数学模型和触觉信息，确定运动中的步行式挖掘机任意点的空间位置并对其姿态进行判别。

(4)利用所述三维空间数学模型，对步行式挖掘机的作业对象、障碍物等进行空间参数测量，并判断作业对象和障碍物与步行式挖掘机的相对空间位置。

(5)利用所述三维空间数学模型、回转平台上的水平角度传感器测量的参数和第一压力传感器，对步行式挖掘机所处的地形情况进行触觉探测，并确定步行式挖掘机的重心位置参数。

所述上车步态规划运算包括：

(1)进行后轮上车与姿态调整

收缩斗杆油缸，伸长动臂油缸，抬升工作装置，并伸长伸缩臂油缸，使铲斗位于运输车平台后边之前的50～100cm正上方。然后，收缩动臂油缸，使铲斗的斗齿置于运输车平台上。再收缩前臂升降油缸至最短，使前爪处于最高状态。

收缩动臂油缸和伸缩臂油缸，并驱动前轮使步行式挖掘机向运输车方向移动，使步行挖掘机的后轮抬起至运输车平台之上。

调整后腿摆动油缸，使后腿向内合拢至最小状态。

进一步收缩动臂油缸、伸长斗杆油缸的同时，驱动前轮使步行式挖掘机继续向运输车方向移动，直至使后轮位于运输车后侧上方。继续收缩伸缩油缸，使后轮落到运输车平台后边之前的50～100cm处，从而实现了后轮上车。

(2)进行前轮上车与姿态调整：

先使步行式挖掘机的后轮位于运输车平台上，在伸长动臂油缸使铲斗向上抬起的同时，收缩斗杆油缸使斗杆也向上抬起。驱动回转平台的液压马达旋转180度，使工作装置置于步行挖掘机的正前方。伸长斗杆油缸至最长位置，收缩动臂油缸，使铲斗的斗底置于地面上。

再依次收缩斗杆油缸、伸长动臂油缸，驱动后轮，使步行式挖掘机的前轮抬起并后移。

依据测试距离L_S1A1和步行式挖掘机的数学模型，继续收缩斗杆油缸，并伸长伸缩臂油缸，使步行式挖掘机向运输车前挡板方向移动，直至使后轮到达运输车平台前挡板跟前。

收缩伸缩臂油缸，使步行式挖掘机前轮落在运输车平台的同时，收缩两个前腿升降油缸和两个后腿升降油缸，使步行式挖掘机的底座也置于运输车平台上。伸长铲斗油缸到最长处，收缩伸缩臂油缸至最短位置，伸长斗杆油缸到最长处，收缩动臂油缸，降低工作装置高度，使铲斗的斗底置于运输车平台上，从而实现了前轮上车。

(5)进行下车步态规划运算。

所述下车规划运算包括：

(1)姿态调整与前轮着地

a.同时伸长两个前腿升降油缸、两个后腿升降油缸，使步行式挖掘机的后腿和前腿与运输车平台的上表面保持平行，底座与运输车平台的上表面也保持平行。

b.依次伸长动臂油缸至其行程的一半处，伸长伸缩臂油缸至最长位置，缩短斗杆油缸和铲斗油缸至最短位置，使工作装置向运输车平台后方伸出。

c.收缩动臂油缸，使铲斗的斗齿置于地面上。进一步收缩动臂油缸，使前轮脱离运输车平台。

d.驱动后轮，并依次收缩伸缩臂油缸、伸长斗杆油缸和铲斗油缸，使步行式挖掘机向运输车的后方移动，直至使后轮运动至运输车平台的后边缘。然后，收缩动臂油缸，使前轮着地，完成了前轮下车过程。

(2)姿态调整与后轮着地

a.伸长动臂油缸，收缩斗杆油缸，使斗杆向上抬起。然后，驱动回转平台的液压马达旋转180度，使工作装置置于步行式挖掘机的正后方。再伸长斗杆油缸，收缩动臂油缸，使铲斗的斗齿置于运输车平台后边之前的50～100cm处。

b.依次伸长伸缩臂油缸、斗杆油缸和动臂油缸，驱动前轮，使步行式挖掘机向前移动并使后轮距运输车平台后边50～100cm处。再调整后腿摆动油缸，使后腿向外伸展并调整至行驶状态。

c.进一步伸长动臂油缸，使后轮着地。同时，缩短伸缩臂油缸，使铲斗脱离运输车平台；驱动回转平台的液压马达旋转180度，使工作装置置于步行式挖掘机的正前方。然后，调整工作装置的动臂油缸、斗杆油缸、伸缩臂油缸和铲斗油缸，使工作装置处于行驶状态，完成了下车过程。

由以上方案可以看出，由于本发明的步行式挖掘机自行上下运输车控制方法包括依次包括设置传感器和控制器、建立步式挖掘机空间数学模型、由控制器中的微处理器对步行式挖掘机与运输车距离调整进行规划运算、进行上车步态规划运算和进行下车步态规划运算等步骤。当控制器中的微处理器获得上车或下车指令时，由依据步行式挖掘机传感器获得的信息和步行式挖掘机的空间数学模型，确定步行式挖掘机的初始状态。然后，由控制器中的微处理器依据上(或下)车步态规划算法，求解第一个序列控制指令，通过控制器、电液控制阀组，控制步行式挖掘机的执行元件(指步行腿、工作装置上的各个液压驱动油缸、驱动轮液压马达、回转平台液压驱动马达)动作。再由执行元件及步行式挖掘机上的第一位移传感器、第二位移传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、测距传感器、转角传感器、水平角度传感器获得状态和位置信息，并反馈给控制器的微处理器中的步态规划算法模块，依据步态算法计算下一步步态指令。如此反复，实现步行式挖掘机自行上下运输车过程。与背景技术相比，降低了对驾驶员的要求，避免了因驾驶员操作过程中的疏忽而造成的运输车损伤和步行式挖掘机倾翻等事故的发生。

附图说明

图1是步行式挖掘机立体示意图；

图2是步行式挖掘机底盘的立体示意图；；

图3是步行式挖掘机行驶状态示意图；

图4是图3的俯视示意图；

图5是测距原理示意图；

图6是步行式挖掘机上车前的状态示意图；

图7a～7d是后轮上车与姿态调整过程示意图；

图8 a～8d是前轮上车与姿态调整过程示意图；

图9是本发明的步行式挖掘机自行上下运输车控制方法原理图。

具体实施方式

如图1至图9所示，本发明的步行式挖掘机自行上下运输车控制方法依次包括以下步骤：

一.设置传感器和控制器，见图1～图4

1.在步行式挖掘机底盘的后轮转向油缸9、后腿摆动油缸10、后腿升降油缸11、前腿摆动油缸12、前腿升降油缸13和前臂升降油缸14上均设置一个用于测量它们的活塞杆行程和位置的第一位移传感器，在两个后腿升降油缸11和两个前腿升降油缸13的油路中均设置一个用于测量步行腿受压状态的第一压力传感器。所述第一位移传感器和第一压力传感器均借助导线与控制器相连。

2.在工作装置的动臂油缸25、斗杆油缸21、伸缩臂油缸19和铲斗油缸17中均设置一个用于测量其活塞杆行程和位置的第二位移传感器，在铲斗油缸17的油路中设置用于测量工作装置受力状态的第二压力传感器；所述第二位移传感器和第二压力传感器均借助导线与控制器相连。

3.在回转平台23上设置一个用于测量其相对于初始位置旋转角度的转角传感器，在回转平台23中心的纵向和横向均设置一个用于测量其俯仰角和侧倾角的水平角度传感器。所述转角传感器和水平角度传感器均借助导线与控制器相连。

4.在底座4的后侧中心上设置测距传感器S1，该测距传感器借助导线与控制器相连。以运输车前挡板的上边左端R1和上边右端R2及运输车平台的后边左端R3和后边右端R4均作为一个测距参考点，通过测量这些测距参考点与测距传感器S1间的距离来获得这些测距参考点相对于步行挖掘机的位置和姿态。

二.建立步式行挖掘机空间数学模型

1.利用机器人建模理论，以底座4回转中心及其回转支承为坐标原点o(见图5)，以过坐标原点o的步行式挖掘机的行驶方向为x轴，且方向向前。以过坐标原点o、垂直于回转支承上平面为z轴，且方向向上。以过坐标原点o、与x轴和z轴相互垂直的轴为y 轴，且方向向左，建立o-xyz基坐标系。同时，建立挖掘机的左前腿、右前腿、左后腿、右后腿和工作装置的铲斗、伸缩臂、斗杆、动臂的参考坐标系，利用步行挖掘机的结构参数和布置在其各个执行元件驱动油缸上的第一位移传感器、第二位移传感器和水平角度传感器，获得各运动部件的位置状态参数，确定各运动部件的运动状态。再利用机器人空间坐标变换理论，建立步行式挖掘机的三维空间数学模型；

2.利用第一压力传感器和第二压力传感器，获得步行式挖掘机的触觉信息，以便感知左前腿、右前腿、左后腿、右后腿与地面、运输车或障碍物的接触情况。

3.利用所述三维空间数学模型和触觉信息，确定运动中的步行式挖掘机任意点的空间位置并对其姿态进行判别。

4.利用所述三维空间数学模型，对步行式挖掘机的作业对象、障碍物等进行空间参数测量，并判断作业对象、障碍物的相对空间位置。

5.利用所述三维空间数学模型、回转平台23上的水平角度传感器测量的参数和第一压力传感器，对步行式挖掘机所处的地形情况进行触觉探测，并确定步行式挖掘机的重心位置参数。

三.由控制器中的微处理器对步行式挖掘机的上下运输车进行规划运算

先使步行式挖掘机的纵向平面xoz(见图5、图6)与运输车平台的纵向中心平面x₁o₁z₁ (见图5)相重合，其中，上车时步行式挖掘机的后轮朝向运输车方向(见图6)。

再识别运输车平台的相对位置。

以运输车平台的前挡板的上边中心点为A1、运输车平台的后边中心点为A2，根据底座4的后侧中心上的测距传感器S1到运输车平台的后边左端R3的距离(见图5)，已知L_R1R2、L_R3R4值，得到运输车前挡板的上边中心点A1、运输车平台的后边中心点A2相对于底座4的后侧中心上的测距传感器S1的距离分别为：

依据

可得到运输车前挡板和运输车平台后边间的距离。

然后，调整步行式挖掘机与运输车平台的相对位置；判断L_S1A2和设定的可上车距离L 的关系：若L_S1A2＞L，则步行式挖掘机向运输车方向移动的距离为L_S1A2-L；若L_S1A2＝L，则步行式挖掘机保持不动；若L_S1A2＜L，则步行式挖掘机向运输车反方向移动的距离为L-L_S1A2；

然后，依据步行式挖掘机底座4的后侧中心上的测距传感器S1，识别步行式挖掘机与运输车的相对位置。依据规定可上车距离L，驱动前轮7和后轮1来对步行式挖掘机与运输车之间的位置进行调整。

四.进行上车步态规划运算

1.进行后轮上车与姿态调整：

收缩斗杆21，伸长动臂油缸25，抬升工作装置，并伸长伸缩臂油缸19，使铲斗位于运输车平台后边之前的50～100cmm正上方；然后，收缩动臂油缸25，使铲斗的斗齿置于运输车平台上；再收缩前臂升降油缸14至最短，使前爪8处于最高状态(见图7a)；

收缩动臂油缸25和伸缩臂油缸19，并驱动前轮7使步行式挖掘机向运输车方向移动，使步行挖掘机的后轮1抬起至运输车平台之上(见图7b)；

调整后腿摆动油缸10，使后腿2向内合拢至最小状态(见图7c)；

进一步收缩动臂油缸25、伸长斗杆油缸21的同时，驱动前轮7使步行式挖掘机继续向运输车方向移动，直至使后轮1位于运输车后侧上方。继续收缩伸缩油缸19，使后轮落到运输车平台后边之前的50～100cm处，从而实现了后轮上车。

2.进行前轮上车与姿态调整：

先使步行式挖掘机的后轮1位于运输车平台上，在伸长动臂油缸25使铲斗16向上抬起的同时，收缩斗杆油缸21使斗杆20也向上抬起；驱动回转平台23的液压马达旋转180度，使工作装置置于步行挖掘机的正前方。伸长斗杆油缸21至最长位置，收缩动臂油缸 25，使铲斗16的斗底置于地面上(图8a)；

再依次收缩斗杆油缸21、伸长动臂油缸25，驱动后轮1，使步行式挖掘机的前轮7抬起并后移(图8b)；

依据测试距离L_S1A1和步行式挖掘机的数学模型，继续收缩斗杆油缸21，并伸长伸缩臂油缸19，使步行式挖掘机向运输车前挡板方向移动，直至使后轮1到达运输车平台前挡板跟前(见图8c)；

收缩伸缩臂油缸19，使步行式挖掘机前轮7落在运输车平台的同时，收缩两个前腿升降油缸13和两个后腿升降油缸11，使步行式挖掘机的底座4也置于运输车平台上。伸长铲斗油缸17到最长处，收缩伸缩臂油缸19至最短位置，伸长斗杆油缸21到最长处，收缩动臂油缸25，降低工作装置高度，使铲斗的斗底置于运输车平台上(见图8d)，从而实现了前轮上车。

五.进行下车步态规划运算

1.姿态调整与前轮着地：

(1)同时伸长两个前腿升降油缸13、两个后腿升降油缸11，使步行式挖掘机的后腿2和前腿6与运输车平台的上表面保持平行，底座4与运输车平台的上表面也保持平行；

(2)依次伸长动臂油缸25至其行程的一半处，伸长伸缩臂油缸19至最长位置，缩短斗杆油缸21和铲斗油缸17至最短位置，使工作装置向运输车后方伸出；

(3)收缩动臂油缸25，使铲斗16的斗齿置于地面上。进一步收缩动臂油缸25，使前轮7脱离运输车平台(见图8c)；

(4)驱动后轮1，并依次收缩伸缩臂油缸19、伸长斗杆油缸21和铲斗油缸17，使步行式挖掘机向运输车的后方移动(见图8b)，直至使后轮1运动至运输车平台的后边缘。然后，收缩动臂油缸25，使前轮着地(见图8a)，完成了前轮下车过程。

2.姿态调整与后轮着地：

(1)伸长动臂油缸25，收缩斗杆油缸21，使斗杆20向上抬起。然后，驱动回转平台23的液压马达旋转180度，使工作装置置于步行式挖掘机的正后方。再伸长斗杆油缸 21，收缩动臂油缸25，使铲斗16的斗齿置于运输车平台后边之前的50～100cm处(见图 7d)；

(2)依次伸长伸缩臂油缸19、斗杆油缸21和动臂油缸25，驱动前轮7，使步行式挖掘机向前移动、后轮1距运输车平台后边之前的50～100cm处(见图7b)。再调整后腿摆动油缸10，使后腿2向外伸展并调整至行驶状态；

(3)进一步伸长动臂油缸25，使后轮1着地。同时，缩短伸缩臂油缸19，使铲斗 16脱离运输车平台。驱动回转平台23的液压马达旋转180度，使工作装置置于步行式挖掘机的正前方。然后，调整工作装置的动臂油缸25、斗杆油缸21、伸缩臂油缸19和铲斗油缸17，使工作装置处于行驶状态(见图3)，完成了下车过程。

Claims (4)

1.步行式挖掘机自行上下运输车控制方法，其特征在于依次包括以下步骤：

(1).设置传感器和控制器

a.在步行式挖掘机底盘的后轮转向油缸(9)、后腿摆动油缸(10)、后腿升降油缸(11)、前腿摆动油缸(12)、前腿升降油缸(13)和前臂升降油缸(14)上均设置一个用于测量它们的活塞杆行程和位置的第一位移传感器，在两个后腿升降油缸(11)和两个前腿升降油缸(13)的油路中均设置一个用于测量步行腿受压状态的第一压力传感器；所述第一位移传感器和第一压力传感器均借助导线与控制器相连；

b.在工作装置的动臂油缸(25)、斗杆油缸(21)、伸缩臂油缸(19)和铲斗油缸(17)中均设置一个用于测量其活塞杆行程和位置的第二位移传感器，在铲斗油缸(17)的油路中设置用于测量工作装置受力状态的第二压力传感器；所述第二位移传感器和第二压力传感器均借助导线与控制器相连；

c.在回转平台(23)上设置一个用于测量其相对于初始位置旋转角度的转角传感器，在回转平台(23)中心的纵向和横向均设置一个用于测量其俯仰角和侧倾角的水平角度传感器；所述转角传感器和水平角度传感器均借助导线与控制器相连；

d.在底座(4)的后侧中心设置一个测距传感器S1，该测距传感器借助导线与控制器相连；以运输车前挡板的上边左端R1和上边右端R2及运输车平台的后边左端R3和后边右端R4均作为测距参考点，通过测量测距参考点与测距传感器S1间的距离来获得步行式挖掘机相对于测距参考点的位置和姿态；

(2).建立步式挖掘机空间数学模型

由控制器中的微处理器建立并计算步行式挖掘机数学模型，识别运输车空间位置及实现步行式挖掘机上下运输车步态控制；

(3).由控制器中的微处理器对步行式挖掘机与运输车距离调整进行规划运算

先使步行式挖掘机的纵向中心平面xoz与运输车平台的纵向中心平面x₁o₁z₁相重合，其中，上车时步行式挖掘机的后轮朝向运输车方向；

再识别运输车平台的相对位置；

以运输车平台的前挡板上边中心点为A1、运输车平台的后边中心点为A2，根据底座(4)的后侧中心上的测距传感器S1到运输车平台前挡板的上边左端R1的距离和运输车平台的后边左端R3的距离，已知L_R1R2、L_R3R4值，得到运输车前挡板的上边中心点A1、运输车平台的后边中心点A2相对于底座后侧中心的测距传感器S1的距离分别为：

依据

可得到运输车前挡板和运输车平台后边间的距离；

然后，调整步行式挖掘机与运输车平台的相对位置；判断L_S1A2和设定的可上车距离L的关系：若L_S1A2＞L，则步行式挖掘机向运输车方向移动的距离为L_S1A2-L；若L_S1A2＝L，则步行式挖掘机保持不动；若L_S1A2＜L，则步行式挖掘机向运输车反方向移动的距离为L-L_S1A2；

依据步行式挖掘机的底座(4)后侧中心的测距传感器S1，识别步行式挖掘机与运输车的相对位置；依据设定的可上车距离L，驱动前轮(7)和后轮(1)来对步行式挖掘机与运输车之间的位置进行调整；

(4).进行上车步态规划运算

(5).进行下车步态规划运算。

2.根据权利要求1所述的步行式挖掘机自行上下运输车控制方法，其特征在于：所述步行式挖掘机空间数学模型包括：

(1)利用机器人建模理论，以底座(4)回转中心与其回转支承上平面交点为坐标原点o，以过坐标原点o的步行式挖掘机的行驶方向为x轴，且方向向前；以过坐标原点o、垂直于回转支承上平面为z轴，且方向向上；以过坐标原点o、与x轴和z轴相互垂直的轴为y轴，且方向向左，建立o-xyz基坐标系；同时，建立挖掘机的左前腿、右前腿、左后腿、右后腿和工作装置的铲斗、伸缩臂、斗杆、动臂的参考坐标系，利用步行挖掘机的结构参数和布置在其各个执行元件驱动油缸上的第一位移传感器、第二位移传感器和水平角度传感器，获得各运动部件的位置状态参数，确定各运动部件的运动状态；再利用机器人空间坐标变换理论，建立步行式挖掘机的三维空间数学模型；

(2)利用第一压力传感器和第二压力传感器，获得步行式挖掘机的触觉信息，以便感知左前腿、右前腿、左后腿、右后腿和工作装置与地面、运输车或障碍物的接触情况；

(3)利用所述三维空间数学模型和触觉信息，确定运动中的步行式挖掘机任意点的空间位置并对其姿态进行判别；

(4)利用所述三维空间数学模型，对步行式挖掘机的作业对象、障碍物进行空间参数测量，并判断作业对象和障碍物与步行式挖掘机的相对空间位置；

(5)利用所述三维空间数学模型、回转平台(23)上的水平角度传感器测量的参数和第一压力传感器，对步行式挖掘机所处的地形情况进行触觉探测，并确定步行式挖掘机的重心位置参数。

3.根据权利要求1所述的步行式挖掘机自行上下运输车控制方法，其特征在于：所述上车步态规划运算包括：

(1)进行后轮上车与姿态调整

收缩斗杆油缸(21)，伸长动臂油缸(25)，抬升工作装置，并伸长伸缩臂油缸(19)，使铲斗位于运输车平台后边之前的50～100cm正上方；然后，收缩动臂油缸(25)，使铲斗的斗齿置于运输车平台上；再收缩前臂升降油缸(14)至最短，使前爪(8)处于最高状态；

收缩动臂油缸(25)和伸缩臂油缸(19)，并驱动前轮(7)使步行式挖掘机向运输车方向移动，使步行挖掘机的后轮(1)抬起至运输车平台之上；

调整后腿摆动油缸(10)，使后腿(2)向内合拢至最小状态；

进一步收缩动臂油缸(25)、伸长斗杆油缸(21)的同时，驱动前轮(7)使步行式挖掘机继续向运输车方向移动，直至使后轮(1)位于运输车后侧上方；继续收缩伸缩臂油缸(19)，使后轮落到运输车平台后边之前的50～100cm处，从而实现了后轮上车；

(2)进行前轮上车与姿态调整：

先使步行式挖掘机的后轮(1)位于运输车平台上，在伸长动臂油缸(25)使铲斗(16)向上抬起的同时，收缩斗杆油缸(21)使斗杆(20)也向上抬起；驱动回转平台(23)的液压马达旋转180度，使工作装置置于步行挖掘机的正前方；伸长斗杆油缸(21)至最长位置，收缩动臂油缸(25)，使铲斗(16)的斗底置于地面上；

再依次收缩斗杆油缸(21)、伸长动臂油缸(25)，驱动后轮(1)，使步行式挖掘机的前轮(7)抬起并后移；

依据测试距离L_S1A1和步行式挖掘机的数学模型，继续收缩斗杆油缸(21)，并伸长伸缩臂油缸(19)，使步行式挖掘机向运输车前挡板方向移动，直至使后轮(1)到达运输车平台前挡板跟前；

收缩伸缩臂油缸(19)，使步行式挖掘机前轮(7)落在运输车平台的同时，收缩两个前腿升降油缸(13)和两个后腿升降油缸(11)，使步行式挖掘机的底座(4)也置于运输车平台上；伸长铲斗油缸(17)到最长处，收缩伸缩臂油缸(19)至最短位置，伸长斗杆油缸(21)到最长处，收缩动臂油缸(25)，降低工作装置高度，使铲斗的斗底置于运输车平台上，从而实现了前轮上车；

(5)进行下车步态规划运算。

4.根据权利要求1所述的步行式挖掘机自行上下运输车控制方法，其特征在于：所述下车步态规划运算包括：

(1)姿态调整与前轮着地

a.同时伸长两个前腿升降油缸(13)、两个后腿升降油缸(11)，使步行式挖掘机的后腿(2)和前腿(6)与运输车平台的上表面保持平行，底座(4)与运输车平台的上表面也保持平行；

b.依次伸长动臂油缸(25)至其行程的一半处，伸长伸缩臂油缸(19)至最长位置，缩短斗杆油缸(21)和铲斗油缸(17)至最短位置，使工作装置向运输车平台后方伸出；

c.收缩动臂油缸(25)，使铲斗(16)的斗齿置于地面上；进一步收缩动臂油缸(25)，使前轮(7)脱离运输车平台；

d.驱动后轮(1)，并依次收缩伸缩臂油缸(19)、伸长斗杆油缸(21)和铲斗油缸(17)，使步行式挖掘机向运输车的后方移动，直至使后轮(1)运动至运输车平台的后边缘；然后，收缩动臂油缸(25)，使前轮着地，完成了前轮下车过程；

(2)姿态调整与后轮着地

a.伸长动臂油缸(25)，收缩斗杆油缸(21)，使斗杆(20)向上抬起；然后，驱动回转平台(23)的液压马达旋转180度，使工作装置置于步行式挖掘机的正后方；再伸长斗杆油缸(21)，收缩动臂油缸(25)，使铲斗(16)的斗齿置于运输车平台后边之前的50～100cm处；

b.依次伸长伸缩臂油缸(19)、斗杆油缸(21)和动臂油缸(25)，驱动前轮(7)，使步行式挖掘机向前移动并使后轮(1)距运输车平台后边50～100cm处；再调整后腿摆动油缸(10)，使后腿(2)向外伸展并调整至行驶状态；

c.进一步伸长动臂油缸(25)，使后轮(1)着地；同时，缩短伸缩臂油缸(19)，使铲斗(16)脱离运输车平台；驱动回转平台(23)的液压马达旋转180度，使工作装置置于步行式挖掘机的正前方；然后，调整工作装置的动臂油缸(25)、斗杆油缸(21)、伸缩臂油缸(19)和铲斗油缸(17)，使工作装置处于行驶状态，完成了下车过程。

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