CN111576533B - 挖掘机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种挖掘机及其控制方法，其中，挖掘机包括：车身(1)；驾驶室(2)设在车身(1)上；工作装置包括：动臂、斗杆和机具，动臂的第一端铰接在车身(1)上形成第一铰接点，斗杆的第一端与动臂的第二端铰接形成第二铰接点，机具铰接在斗杆的第二端形成第三铰接点；第一角度检测部件(5)和第二角度检测部件(6)，分别用于检测动臂的工作角度和斗杆的工作角度；和控制器(9)，用于在根据工作装置的结构参数、动臂和斗杆的工作角度判断出第三铰接点朝内越过预设防撞平面(P3)后，使工作装置停止运动。

Description

挖掘机及其控制方法

技术领域

本公开涉及挖掘机电气控制技术领域，尤其涉及一种挖掘机及其控制方法。

背景技术

随着智能化技术在工程机械领域的应用，挖掘机智能化控制技术的研究和应用受到越来越多的主机厂家的重视。近年来辅助挖掘机、无人驾驶等先进的智能化控制技术已成功推入市场，并受到用户的认可，智能化技术将成为引领挖掘机技术发展的一项重要核心技术。但是目前国内厂家在智能化技术研发上仍然较落后，挖掘机电气控制系统作为挖掘机的重要子系统，对挖掘机性能起着至关重要的作用；

目前大多数的挖掘机都不具备驾驶室防撞功能，容易产生安全事故，不能较好的满足挖掘机用户的操作需求。

公开内容

本公开的实施例提供了一种挖掘机及其控制方法，能够防止挖掘机在作业过程中机具碰撞驾驶室。

本公开一方面提供了一种挖掘机，包括：

车身；

驾驶室，设在车身上；

工作装置，包括：动臂、斗杆和机具，动臂的第一端铰接在车身上，形成第一铰接点，斗杆的第一端与动臂的第二端铰接，形成第二铰接点，机具铰接在斗杆的第二端，形成第三铰接点；

第一角度检测部件和第二角度检测部件，分别被配置为检测动臂的工作角度和斗杆的工作角度；和

控制器，被配置为在根据工作装置的结构参数、动臂的工作角度和斗杆的工作角度判断出第三铰接点朝内越过预设防撞平面后，使工作装置停止运动，其中，预设防撞平面垂直于驾驶室的前后方向。

在一些实施例中，控制器被配置为在工作装置停止运动的同时将工作装置锁定。

在一些实施例中，控制器被配置为在工作装置被锁定后，延迟预设时间使工作装置自动解锁。

在一些实施例中，挖掘机还包括：

第一压力检测部件，被配置为检测动臂的先导油路压力；和

第二压力检测部件，被配置为检测斗杆的先导油路压力；

其中，控制器被配置为对工作装置自动解锁后，在根据动臂的先导油路压力和斗杆的先导油路压力判断出动臂有抬升动作和/或斗杆有内收动作时，将工作装置二次锁定。

在一些实施例中，挖掘机还包括手动解锁部件，被配置为在工作装置锁定后接收外部操作使工作装置解锁，以允许第三铰接点朝内越过预设防撞平面。

在一些实施例中，控制器被配置为在通过手动解锁部件使工作装置解锁后，将工作装置的运动速度限制至低于正常运行速度。

在一些实施例中，挖掘机还包括预警部件，控制器被配置为在通过手动解锁部件使工作装置解锁后，使预警部件发出警示信号。

在一些实施例中，挖掘机还包括：

液压系统，包括泵、比例阀、执行机构和先导电磁阀，比例阀连接在泵的供油口与执行机构的工作油口之间的油路上，先导电磁阀被配置为驱动比例阀的状态切换，以实现执行机构的换向；和

发动机，被配置为向泵提供驱动力；

其中，控制器被配置为在判断出第三铰接点越过预设防撞平面后，在发动机12的转速超过预设转速时降低发动机12的转速，并降低比例阀的控制电流，之后切断先导电磁阀的供电，以使工作装置停止运动并锁定。

在一些实施例中，预设防撞平面与第一铰接点的距离为驾驶室最前端与第一铰接点之间的最大水平距离、机具的摆动半径与工作装置安全停止运动的水平距离之和。

在一些实施例中，挖掘机还包括：升降机构，升降机构的一端铰接在在车身上，另一端与驾驶室连接，升降机构通过转动驱动驾驶室升降；

最大水平距离为驾驶室在整个升降行程范围内运动的最前端与第一铰接点之间的水平距离。

在一些实施例中，挖掘机还包括：人机交互设备，被配置为输入工作装置的结构参数和/或防撞设定参数，其中，

工作装置的结构参数包括：第一铰接点与第二铰接点之间的距离，第二铰接点与第三铰接点之间的距离，以及机具的摆动半径；

防撞设定参数包括：预设防撞平面与第一铰接点的距离。

本公开的另一方面提供了一种基于上述实施例的挖掘机的控制方法，包括：

通过第一角度检测部件检测动臂的工作角度；

通过第二角度检测部件检测斗杆的工作角度；

在根据工作装置的结构参数、动臂的工作角度和斗杆的工作角度判断出第三铰接点朝内越过预设防撞平面后，使工作装置停止运动。

在一些实施例中，挖掘机控制方法还包括：

在工作装置停止运动的同时将工作装置锁定。

在一些实施例中，在工作装置被锁定后，挖掘机控制方法还包括：

延迟预设时间使工作装置自动解锁。

在一些实施例中，在工作装置自动解锁后，挖掘机控制方法还包括：

通过第一压力检测部件检测动臂的先导油路压力；

通过第二压力检测部件检测斗杆的先导油路压力；

在根据动臂的先导油路压力和斗杆的先导油路压力判断出动臂有抬升动作和/或斗杆有内收动作时，将工作装置二次锁定。

在一些实施例中，在工作装置锁定后，挖掘机控制方法还包括：

接收外部操作使工作装置解锁，以允许第三铰接点朝内越过预设防撞平面。

在一些实施例中，在通过手动解锁部件使工作装置解锁后，挖掘机控制方法还包括：

将工作装置的运动速度限制至低于正常运行速度。

在一些实施例中，在通过手动解锁部件使工作装置解锁后，挖掘机控制方法还包括：

使预警部件发出警示信号。

在一些实施例中，在判断出第三铰接点越过预设防撞平面后，使工作装置停止运动具体包括：

降低发动机转速；

降低比例阀的控制电流；

切断先导电磁阀的供电，以使工作装置停止运动并锁定。

在一些实施例中，挖掘机控制方法还包括：

通过人机交互设备输入工作装置的结构参数和/或防撞设定参数；

其中，工作装置设定参数包括：第一铰接点与第二铰接点之间的距离，第二铰接点与第三铰接点之间的距离，以及机具的摆动半径；防撞设定参数包括：预设防撞平面与第一铰接点之间的距离。

基于上述技术方案，本公开实施例的挖掘机，根据工作装置的结构参数、动臂的工作角度和斗杆的工作角度实时地计算第三铰接点的坐标位置，并将第三铰接点作为防撞判断点，能够在第三铰接点越过预设防撞平面后，使工作装置及时停止运动，能够提高作业的安全性，防止出现事故，而且也能实现自动监控判断，减轻操作者的负担。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1为本公开挖掘机的一些实施例中驾驶室升降与预设防撞平面的关系示意图；

图2为本公开挖掘机的一些实施例的模块组成示意图；

图3为本公开挖掘机控制方法的一些实施例的流程示意图；

图4为本公开挖掘机控制方法的另一些实施例的流程示意图；

图5为本公开挖掘机控制方法的再一些实施例的流程示意图；

图6为本公开挖掘机控制方法的一些具体实施例的流程示意图。

具体实施方式

以下详细说明本公开。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本公开中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本公开的描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”和“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，仅是为了便于描述本公开，而不是指示或暗示所指的装置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公开保护范围的限制。

如图1和图2所示，本公开提供了一种挖掘机，在一些实施例中，包括：行走机构、车身1、驾驶室2、工作装置、第一角度检测部件5和第二角度检测部件6和控制器9。车身1绕竖直轴线可回转地设在行走机构上，驾驶室2设在车身上，工作装置也设在车身1上，且工作装置与驾驶室2能够随着车身1同步转动，以使驾驶员随时能够看到工作装置的工作情况。上述提到的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”和“外”等方位用于均是以驾驶室2为基准进行定义。

工作装置包括：动臂、斗杆和前端的机具，例如，机具可以是铲斗、梅花抓斗或贝壳斗等。动臂的第一端铰接在车身1上，形成第一铰接点O1，例如，动臂的第一端可铰接在驾驶室2的一侧；斗杆的第一端与动臂的第二端铰接，形成第二铰接点O2；机具铰接在斗杆的第二端，形成第三铰接点O3。对于不同的工作装置，其结构参数可能具备如下不同：第一铰接点O1与第二铰接点O2之间的距离不同，和/或第二铰接点O2与第三铰接点O3之间的距离不同，和/或机具的摆动半径不同。

第一角度检测部件5被配置为检测动臂的工作角度，动臂的工作角度可以是动臂与水平基准面之间的夹角。第二角度检测部件6被配置为检测斗杆的工作角度，斗杆的工作角度可以是动臂与斗杆之间的夹角，或者为斗杆相对于水平基准面或竖直基准面的夹角。例如，第一角度检测部件5和第二角度检测部件6可以是输出4-20mA电流型角度传感器或者总线型角度传感器，可以为单轴角度传感器或者双轴角度传感器。

控制器9被配置为在根据工作装置的结构参数、动臂的工作角度和斗杆的工作角度判断出第三铰接点O3朝内越过预设防撞平面P3后，使工作装置停止运动，其中，预设防撞平面P3垂直于驾驶室2的前后方向。其中，“朝内越过预设防撞平面P3”是指第三铰接点O3朝向靠近驾驶室2的方向越过预设防撞平面P3，即三铰接点O3与第一铰接点O1之间的距离小于预设防撞平面P3与第一铰接点O1之间的距离L。

该实施例根据工作装置的结构参数、动臂的工作角度和斗杆的工作角度实时地计算第三铰接点O3的坐标位置，并将第三铰接点O3作为防撞判断点，能够在第三铰接点O3越过预设防撞平面P3后，使工作装置及时停止运动，能够提高作业的安全性，防止出现事故，而且也能实现自动监控判断，减轻操作者的负担。

具体地，根据第一铰接点O1与第二铰接点O2之间的距离、第二铰接点O2与第三铰接点O3之间的距离、动臂的工作角度和斗杆的工作角度计算出第三铰接点O3的坐标位置。

在一些实施例中，如图1所示，预设防撞平面P3与第一铰接点O1之间的距离L为驾驶室2最前端与第一铰接点O1之间的最大水平距离B、机具的摆动半径与工作装置安全停止运动的水平距离之和。机具的摆动半径与工作装置安全停止运动的水平距离之和为C。

由于机具在作业过程中会摆动，而确定第三铰接点O3的位置则更加方便准确，因此上述实施例中判断第三铰接点O3与预设防撞平面P3的关系，能够使判断结果更加准确。基于此，将机具的摆动半径纳入预设防撞平面P3与第一铰接点O1之间的最大水平距离L的组成部分，由于在计算预设防撞平面P3与第一铰接点O1之间的距离L时采用了机具的最大摆动半径以及工作装置安全停止运动的水平距离，因此具有一定的控制富裕度，能够提高防碰撞控制的安全性，并降低控制难度。

在另一些实施例中，挖掘机还包括升降机构3，升降机构3的一端铰接在在车身1上，另一端与驾驶室2后部的底部位置连接，升降机构3通过转动驱动驾驶室2升降，例如，升降机构3可以为臂状结构。

此种挖掘机能够改变驾驶室2的高度，例如在驾驶室固定式挖掘机的基础上，能够提升驾驶室2的高度，从而满足挖掘机驾驶员的视野需求。对于一些特种挖掘机，例如用于物料处理的挖掘机，驾驶室2的升降功能有很重要的意义。例如，挖掘机需要从火车中卸料时，由于火车顶部的卸货口较高，只有在驾驶室2提升到合适的高度后，驾驶员才能清楚地看到物料情况，以便更好地执行作业任务。

当升降机构3转动驱动驾驶室2升降时，驾驶室2最前端的位置所在的平面P1也在变化，因此工作装置与驾驶室2的防碰撞控制难度较大。例如，驾驶室2处于最低位置Hmin时，驾驶室2最前端所在平面P1与第一铰接点O1之间的距离为A，当驾驶室2升高至最高位置Hmax的过程中，驾驶室2最前端的运动轨迹形成圆弧形包络面，与圆弧形包络面相切且垂直于驾驶室2的竖直平面P2，为驾驶室2最前端与第一铰接点O1之间的最大水平距离B。因此，最大水平距离为驾驶室2在整个升降行程范围内运动的最前端与第一铰接点O1之间的水平距离。

该实施例在对工作装置进行防撞控制时，考虑了驾驶室2升降时最前端位置的变化，因此能够在驾驶室2处于任何高度位置时都能防止机具与之发生碰撞，提高了驾驶室升降式挖掘机的作业安全性。

在一些实施例中，控制器9被配置为在工作装置停止运动的同时将工作装置锁定。该实施例能够防止操作者在工作装置停止运动后立即操作使工作装置运动，通过锁定工作装置对驾驶员的操作进行限制，可使驾驶员意识到机具存在碰撞驾驶室2的风险，提高挖掘机操作的安全性。

具体地，挖掘机还包括液压系统和发动机12，液压系统包括泵、用于换向的比例阀15、执行机构和先导电磁阀14，比例阀15连接在泵的供油口与执行机构的工作油口之间的油路上，先导电磁阀14被配置为驱动比例阀15的状态切换，以实现执行机构的换向；发动机12被配置为向泵提供驱动力。动臂和斗杆分别对应地设有一组比例阀、先导电磁阀14和执行机构。

其中，控制器9被配置为在判断出第三铰接点O3越过预设防撞平面P3后，通过总线从转速传感器10获得发动机12的转速，如果发动机12的转速超过预设转速，则降低发动机12转速，以降低泵的转速减少供油量，若发动机12转速不超过预设转速，则维持原转速工作。接着降低比例阀15的控制电流，减小比例阀15允许通过的流量，之后再切断先导电磁阀14的供电，以使工作装置停止运动并锁定。

该实施例能够在第三铰接点O3越过预设防撞平面P3后，若发动机12转速过高使工作装置的动作速度较快，先进行缓冲降速再使工作装置停止运动，能够减小工作装置在停止时受到的冲击，提高挖掘机工作的安全性，提高使用寿命。

在一些实施例中，控制器9被配置为在工作装置被锁定后，延迟预设时间使工作装置自动解锁。在自动解锁时，控制器9恢复先导电磁阀14的供电，液压先导回路恢复到可工作状态。

该实施例能够更方便于后续的进一步作业，后续需要作业时无需操作者再单独解锁工作装置，可提高操作的便捷性。通过自动解锁和二次锁定的复合控制可以提升解锁控制的便捷性的，同时有效避免二次碰撞的风险，提升防撞系统的主动安全性。

在一些实施例中，挖掘机还包括：第一压力检测部件7，被配置为检测动臂的先导油路压力，以判断动臂是处于抬起还是降落状态；和第二压力检测部件8，被配置为检测斗杆的先导油路压力，以判断斗杆是处于内收还是外摆。例如，第一压力检测部件7和第二压力检测部件8可以是压力开关或者是压力传感器。

其中，控制器9被配置为对工作装置自动解锁后，在根据动臂的先导油路压力和斗杆的先导油路压力判断出动臂有抬升动作和/或斗杆有内收动作时，将工作装置二次锁定。

该实施例能够在机具越过预设防撞平面P3第一次被锁定后，如果在自动解锁后仍有动臂抬升或斗杆内收动作，说明机具是朝着更加靠近驾驶室2的方向运动，此时会出现碰撞驾驶室2的危险，因此将工作装置二次锁定能够提高作业安全性，但是动臂下降或斗杆外摆是允许的。

在一些实施例中，如图2所示，挖掘机还包括手动解锁部件16，被配置为在工作装置锁定后接收外部操作使工作装置解锁，以允许第三铰接点O3朝内越过预设防撞平面P3。例如，手动解锁部件16可以是设在驾驶室2内的操作按钮，也可以是设在人机交互设备13中的按钮。

由于预设防撞平面P3的设定参考了机具的摆动半径及工作装置停止运动时的控制富裕度，造成机具向内运动的范围被牺牲掉一定的区域。但是在某些条件下工作装置需要调整到预设防撞平面P3以内的区域以满足特殊需求，例如，挖掘机的运输状态，为了缩小体积需要工作装置最大限度地内收，此时操作者可以通过手动解锁部件16使工作装置手动解锁，手动解锁状态断电不记忆，在手动解锁模式下，系统将允许机具越过预设防撞平面P3，但是控制器9将限制发动机12的转速和比例阀15的电流，降低工作装置碰撞驾驶室2的风险。

通过设置双解锁冗余解锁模式，既能在自动解锁失效的情况下采用手动方式解锁，又能有效提升机器在特殊工况下操作工作装置的需求。

进一步地，控制器9被配置为在通过手动解锁部件16使工作装置解锁后，将工作装置的运动速度限制至低于正常运行速度。

该实施例在手动解锁工作装置后，通过限制发动机12的转速和比例阀15的电流，能够降低工作装置碰撞驾驶室2的风险。

进一步地，挖掘机还包括预警部件，例如警示灯、蜂鸣器，或者设在人机交互设备13中的预警图标，控制器9被配置为在通过手动解锁部件16使工作装置解锁后，使预警部件发出警示信号。由此，能够提示操作者机具的位置已经接近驾驶室2前端，应该以较低的速度和较小的幅度操作工作装置，能够提高操作的安全性。

该实施例同时通过限制发动机12的转速和比例阀15限制工作装置的动作速度，并通过预警部件发出声光报警提示，保证极端工况下的作业安全性。

如图2所示，挖掘机还包括：人机交互设备13，被配置为输入工作装置的结构参数和/或防撞设定参数。例如，人机交互设备13可以是显示屏，设有工作装置防撞系统参数标定界面，可通过触摸或者键盘鼠标输入设定的参数。

其中，工作装置的结构参数包括：第一铰接点O1与第二铰接点O2之间的距离，第二铰接点O2与第三铰接点O3之间的距离，以及机具的摆动半径。在换装不同的工作装置时，需要重新输入工作装置的结构参数，如果没有换装工作装置，控制器9则按照默认的工作装置的结构尺寸进行计算判断。控制器9根据默认的结构参数或用户重新输入的结构参数，同时结合动臂和斗杆的实时角度计算第三铰接点O3的坐标位置，以判断第三铰接点O3是否越过预设防撞面P3。

防撞设定参数包括：预设防撞平面P3与第一铰接点O1的距离L，该参数可以直接进行设定，或者也可对驾驶室2最前端与第一铰接点O1之间的最大水平距离B、机具的摆动半径和工作装置安全停止运动的水平距离分别进行设定，再通过控制器9求和。

该实施例能够针对不同的工作装置和驾驶室2设定防撞控制参数，以减小针对不同的工作装置和驾驶室2的防撞控制偏差，可提高防撞控制的通用性、灵活性和精度，并减小工作范围的牺牲。该实施例既能适用于不同的挖掘机，也能适用于挖掘机更换工作装置的情况。

图2为本公开挖掘机的一些实施例的模块组成示意图，包括：控制器9、第一角度检测部件5、第二角度检测部件6、第一压力检测部件7、第二压力检测部件8、转速传感器10、发动机控制器11、发动机12、人机交互设备13、先导电磁阀14和比例阀15。

其中，第一角度检测部件5和第二角度检测部件6均与控制器9电连接；第一压力检测部件7、第二压力检测部件8均与控制器9电连接；比例阀15和先导电磁阀14均与控制器9电连接；人机交互设备13的与控制器9通过总线互联；发动机控制器11与控制器9的另外一路总线互联，控制器9通过发动机控制器11实现对发动机12的控制；转速传感器10与发动机控制器11连接，以将发动机12的转速传递至发动机控制器11。

本公开的挖掘机通过角度检测部件实时动态监测工作装置角度变化，结合工作装置关联铰点尺寸，实时监测工作装置第三铰接点O3的位置；进一步系统结合驾驶室升降机构3的关键铰点尺寸、升降油缸行程和机具的摆动半径，计算出预设防撞平面P3。通过工作装置前端预撞点实时的坐标位置和虚拟的预设防撞平面P3比对可实现实时避障检测。

而且，通过引入电液控制，当进入防撞保护后通过降低发动机12的转速和比例阀15电流可以有效减缓切断先导回路时造成的冲击，提升操作性。

本公开的挖掘机系统通过关键参数的标定可以有效提升换装不同工作装置时控制系统的适应性，提升系统控制灵活性。基于机具摆动半径及控制富余量的设定，结合防撞保护输出的缓冲控制可以保证主动安全控制的同时最大程度的提升系统保护时的可操作性。基于自动解锁和手动解锁的冗余控制，不仅保证了自动解锁时机器的便捷性，同时还兼顾了手动强制解锁可以解决在机器运输时及其他特殊工况下的姿态调整需求，控制更灵活方便。

其次，本公开提供了一种基于上述实施例挖掘机的控制方法，在一些实施例中，如图3所示，包括：

步骤101、通过第一角度检测部件5检测动臂的工作角度；

步骤102、通过第二角度检测部件6检测斗杆的工作角度；

步骤103、根据工作装置的结构参数、动臂的工作角度和斗杆的工作角度，判断第三铰接点O3是否朝内越过预设防撞平面P3，如果越过则执行步骤104，否则执行步骤105；

步骤104、使工作装置停止运动；

步骤105、允许工作装置继续运动。

该实施例能够在第三铰接点O3越过预设防撞平面后，使工作装置及时停止运动，能够提高作业的安全性，防止出现事故，而且也能实现自动监控判断，减轻操作者的负担。

在一些实施例中，如图4所示，本公开的挖掘机控制方法还包括：

步骤106、在工作装置停止运动的同时将工作装置锁定。

其中，步骤106与步骤104可同时执行，或者在步骤104之后执行。该实施例能够防止操作者在工作装置停止运动后立即操作使工作装置运动，通过锁定工作装置对驾驶员的操作进行限制，可使驾驶员意识到机具存在碰撞驾驶室2的风险，提高挖掘机操作的安全性。

在一些实施例中，如图4所示，在步骤106锁定工作装置后，本公开的挖掘机控制方法还包括：

步骤107、延迟预设时间使工作装置自动解锁。在自动解锁时，控制器9恢复先导电磁阀14的供电，液压先导回路恢复到可工作状态。

其中，步骤107在步骤106之后执行。该实施例能够更方便于后续的进一步作业，后续需要作业时无需操作者再单独解锁工作装置，可提高操作的便捷性。

在一些实施例中，如图4所示，在步骤107工作装置自动解锁后，挖掘机控制方法还包括：

步骤201、通过第一压力检测部件7检测动臂的先导油路压力；

步骤202、通过第二压力检测部件8检测斗杆的先导油路压力；

步骤203、根据动臂的先导油路压力和斗杆的先导油路压力判断是否有动臂抬升和斗杆内收中的至少一种动作，如果有，则执行步骤204，否则执行步骤105。

步骤204、将工作装置二次锁定。

该实施例能够在机具越过预设防撞平面P3第一次被锁定后，如果在自动解锁后仍有动臂抬升或斗杆内收动作，说明机具是朝着更加靠近驾驶室2的方向运动，此时会出现碰撞驾驶室2的危险，因此将工作装置二次锁定能够提高作业安全性，但是动臂下降或斗杆外摆是允许的。

在一些实施例中，如图5所示，在步骤106工作装置锁定后，挖掘机控制方法还包括：

步骤301、接收外部操作使工作装置解锁，以允许第三铰接点O3朝内越过预设防撞平面P3。

在某些条件下工作装置需要调整到预设防撞平面P3以内的区域以满足特殊需求，例如，挖掘机的运输状态，为了缩小体积需要工作装置最大限度地内收，此时操作者可以通过手动解锁部件16使工作装置手动解锁，手动解锁状态断电不记忆，在手动解锁模式下，系统将允许机具越过预设防撞平面P3，但是控制器9将限制发动机12的转速和比例阀15的电流，降低工作装置碰撞驾驶室2的风险。

在一些实施例中，如图5所示，在步骤301通过手动解锁部件16使工作装置解锁后，挖掘机控制方法还包括：

步骤302、将工作装置的运动速度限制至低于正常运行速度。

该实施例在手动解锁工作装置后，通过限制发动机12的转速和比例阀15的电流，能够降低工作装置碰撞驾驶室2的风险。

在一些实施例中，如图5所示，在步骤301通过手动解锁部件16使工作装置解锁后，挖掘机控制方法还包括：

步骤303、使预警部件发出警示信号。

该实施例能够提示操作者机具的位置已经接近驾驶室2前端，应该以较低的速度和较小的幅度操作工作装置，能够提高操作的安全性。

在一些实施例中，在通过步骤103判断出第三铰接点O3越过预设防撞平面P3后，步骤104使工作装置停止运动具体包括：

在发动机12的转速超过预设转速时降低发动机12的转速；

降低比例阀15的控制电流；

切断先导电磁阀14的供电，以使工作装置停止运动并锁定。

这三个步骤可顺序执行，该实施例能够在第三铰接点O3越过预设防撞平面P3后，若发动机12转速过高使工作装置的动作速度较快，先进行缓冲降速再使工作装置停止运动，能够减小工作装置在停止时受到的冲击，提高挖掘机工作的安全性，提高使用寿命。

在一些实施例中，挖掘机控制方法还包括：

步骤100、通过人机交互设备13输入工作装置的结构参数和/或防撞设定参数；

其中，工作装置设定参数包括：第一铰接点O1与第二铰接点O2之间的距离，第二铰接点O2与第三铰接点O3之间的距离，以及机具的摆动半径；防撞设定参数包括：预设防撞平面P3与第一铰接点O1之间的距离。

步骤100在图中未示意出，该步骤可在挖掘机首次工作、更换工作装置后、原始的参数设定丢失后执行。该实施例能够针对不同的工作装置和驾驶室2设定防撞控制参数，以减小针对不同的工作装置和驾驶室2的防撞控制偏差，可提高防撞控制的通用性、灵活性和精度，并减小工作范围的牺牲。该实施例既能适用于不同的挖掘机，也能适用于挖掘机更换工作装置的情况。

下面通过图6所示的具体实施例来说明本公开挖掘机的控制方法。

1、系统上电后，操作人员可以选择在人机交互设备13的进入防撞控制系统参数标定界面，标定的参数主要包括：1.第一铰接点O1与第二铰接点O2之间的距离、第三铰接点O3与第二铰接点O2之间的距离、机具的摆动半径。如果工作装置没有变化，系统根据将根据默认参数进行控制。

2、操作者通过人机交互设备13修改新的防撞参数后，防撞参数包括预设防撞平面P3与第一铰接点O1之间的距离L，系统将根据新的参数进行接下来的防撞控制；如果没有变化，系统将根据默认参数控制。

3、控制器9根据第一角度检测部件5和第二角度检测部件6的检测信号，结合工作装置的结构参数计算出斗杆上的第三铰接点O3相对于第一铰接点O1(为控制基准原点)的相对坐标位置；

4、控制器9根据驾驶室2的升降机构3的尺寸，计算出驾驶室2最前端在整个升降行程内的圆弧形包络面相切的竖直平面P2的位置，然后再加上机具标定的最大摆动半径和工作装置安全停止运动的水平距离，作为预设防撞平面P3的位置。

5、控制器9将第三铰接点O3和预设防撞平面P3的位置自动进行比对，如果发现第三铰接点O3与第一铰接点O1在前后方向上的距离小于等于预设防撞平面P3与第一铰接点O1的距离，系统将判定进入防撞保护激活状态。

6、控制器9通过总线从发动机控制器11读取转速传感器10的转速信号，如果此时转速超过预设转速，系统将认为发动机12的转速过高，进入缓冲降速状态。否则，将维持原有发动机12的转速。进一步地，控制器9同时降低液压系统比例阀15的电流值，以减缓液压停止时的冲击。

7、控制器9在缓冲控制结束后将切断先导电磁阀14的供电，从而切断液压系统先导油路，以达到主动防撞控制。

8、控制器9在延时预设时间后进入自动解锁状态，系统将恢复对液压系统先导电磁阀14的保护限制。

9、自动解锁后如果操作者操作机器，控制器9还将判定第一压力检测部件7和第二压力检测部件8的检测值，如果上述两个传感器的信号超过比例阀15的开启值后，系统将自动进入二次防撞保护控制。

以上对本公开所提供的实施例进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。

Claims (19)

1.一种挖掘机，包括：

车身(1)；

驾驶室(2)，设在车身(1)上；

工作装置，包括：动臂、斗杆和机具，所述动臂的第一端铰接在所述车身(1)上，形成第一铰接点(O1)，所述斗杆的第一端与所述动臂的第二端铰接，形成第二铰接点(O2)，所述机具铰接在所述斗杆的第二端，形成第三铰接点(O3)；

第一角度检测部件(5)和第二角度检测部件(6)，分别被配置为检测所述动臂的工作角度和所述斗杆的工作角度；和

控制器(9)，被配置为在根据所述工作装置的结构参数、所述动臂的工作角度和所述斗杆的工作角度判断出所述第三铰接点(O3)朝内越过预设防撞平面(P3)后，使所述工作装置停止运动，其中，所述预设防撞平面(P3)垂直于所述驾驶室(2)的前后方向，所述预设防撞平面(P3)与所述第一铰接点(O1)的距离为所述驾驶室(2)最前端与所述第一铰接点(O1)之间的最大水平距离、所述机具的摆动半径与所述工作装置安全停止运动的水平距离之和。

2.根据权利要求1所述的挖掘机，其中，所述控制器(9)被配置为在所述工作装置停止运动的同时将所述工作装置锁定。

3.根据权利要求2所述的挖掘机，其中，所述控制器(9)被配置为在所述工作装置被锁定后，延迟预设时间使所述工作装置自动解锁。

4.根据权利要求3所述的挖掘机，还包括：

第一压力检测部件(7)，被配置为检测所述动臂的先导油路压力；和

第二压力检测部件(8)，被配置为检测所述斗杆的先导油路压力；

其中，所述控制器(9)被配置为对所述工作装置自动解锁后，在根据所述动臂的先导油路压力和所述斗杆的先导油路压力判断出所述动臂有抬升动作和/或所述斗杆有内收动作时，将所述工作装置二次锁定。

5.根据权利要求2所述的挖掘机，还包括手动解锁部件(16)，被配置为在所述工作装置锁定后接收外部操作使所述工作装置解锁，以允许所述第三铰接点(O3)朝内越过所述预设防撞平面(P3)。

6.根据权利要求5所述的挖掘机，其中，所述控制器(9)被配置为在通过所述手动解锁部件(16)使所述工作装置解锁后，将所述工作装置的运动速度限制至低于正常运行速度。

7.根据权利要求5所述的挖掘机，还包括预警部件，所述控制器(9)被配置为在通过所述手动解锁部件(16)使所述工作装置解锁后，使所述预警部件发出警示信号。

8.根据权利要求1所述的挖掘机，还包括：

液压系统，包括泵、比例阀(15)、执行机构和先导电磁阀(14)，所述比例阀(15)连接在所述泵的供油口与所述执行机构的工作油口之间的油路上，所述先导电磁阀(14)被配置为驱动所述比例阀(15)的状态切换，以实现所述执行机构的换向；和

发动机(12)，被配置为向所述泵提供驱动力；

其中，所述控制器(9)被配置为在判断出所述第三铰接点(O3)越过所述预设防撞平面(P3)后，在所述发动机(12)的转速超过预设转速时降低发动机(12)的转速，并降低所述比例阀(15)的控制电流，之后切断所述先导电磁阀(14)的供电，以使所述工作装置停止运动并锁定。

9.根据权利要求1所述的挖掘机，还包括：升降机构(3)，所述升降机构(3)的一端铰接在所述车身(1)上，另一端与所述驾驶室(2)连接，所述升降机构(3)通过转动驱动所述驾驶室(2)升降；

所述最大水平距离为所述驾驶室(2)在整个升降行程范围内运动的最前端与所述第一铰接点(O1)之间的水平距离。

10.根据权利要求1所述的挖掘机，还包括：人机交互设备(13)，被配置为输入工作装置的结构参数和/或防撞设定参数，其中，

所述工作装置的结构参数包括：所述第一铰接点(O1)与所述第二铰接点(O2)之间的距离，所述第二铰接点(O2)与所述第三铰接点(O3)之间的距离，以及所述机具的摆动半径；

所述防撞设定参数包括：所述预设防撞平面(P3)与所述第一铰接点(O1)的距离。

11.一种基于权利要求1～10任一所述的挖掘机的控制方法，包括：

通过所述第一角度检测部件(5)检测动臂的工作角度；

通过所述第二角度检测部件(6)检测斗杆的工作角度；

在根据所述工作装置的结构参数、所述动臂的工作角度和所述斗杆的工作角度判断出所述第三铰接点(O3)朝内越过预设防撞平面(P3)后，使所述工作装置停止运动。

12.根据权利要求11所述的挖掘机控制方法，还包括：

在所述工作装置停止运动的同时将所述工作装置锁定。

13.根据权利要求12所述的挖掘机控制方法，在所述工作装置被锁定后，还包括：

延迟预设时间使所述工作装置自动解锁。

14.根据权利要求12所述的挖掘机控制方法，在所述工作装置自动解锁后，还包括：

通过第一压力检测部件(7)检测所述动臂的先导油路压力；

通过第二压力检测部件(8)检测所述斗杆的先导油路压力；

在根据所述动臂的先导油路压力和所述斗杆的先导油路压力判断出所述动臂有抬升动作和/或所述斗杆有内收动作时，将所述工作装置二次锁定。

15.根据权利要求12所述的挖掘机控制方法，在所述工作装置锁定后还包括：

接收外部操作使所述工作装置解锁，以允许所述第三铰接点(O3)朝内越过所述预设防撞平面(P3)。

16.根据权利要求15所述的挖掘机控制方法，在通过手动解锁部件(16)使所述工作装置解锁后，还包括：

将所述工作装置的运动速度限制至低于正常运行速度。

17.根据权利要求15所述的挖掘机控制方法，在通过手动解锁部件(16)使所述工作装置解锁后，还包括：

使预警部件发出警示信号。

18.根据权利要求11所述的挖掘机控制方法，在判断出所述第三铰接点(O3)越过所述预设防撞平面(P3)后，使所述工作装置停止运动具体包括：

在发动机(12)的转速超过预设转速时降低所述发动机(12)的转速；

降低比例阀(15)的控制电流；

切断先导电磁阀(14)的供电，以使所述工作装置停止运动并锁定。

19.根据权利要求11所述的挖掘机控制方法，还包括：

通过人机交互设备(13)输入工作装置的结构参数和/或防撞设定参数；

其中，所述工作装置设定参数包括：所述第一铰接点(O1)与所述第二铰接点(O2)之间的距离，所述第二铰接点(O2)与所述第三铰接点(O3)之间的距离，以及所述机具的摆动半径；所述防撞设定参数包括：所述预设防撞平面(P3)与所述第一铰接点(O1)之间的距离。

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