CN111622283B - 一种挖掘机动作状态监测装置、挖掘机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种挖掘机动作状态监测装置、挖掘机及控制方法，挖掘机动作状态监测装置包括主控终端和设置在挖掘机各个动作位置的姿态测量终端，所述姿态测量终端包括壳体，设置在壳体内的传感器、供电电池和无线通信模块，所述无线通信模块用于将传感器检测的数据传输至主控终端。该挖掘机动作状态监测装置设置灵活，可以安装在已经投入使用的挖掘机上实现现有挖掘机的性能改进，通过检测的状态与挖掘机手柄动作信号的比较，可以在误动作的动作初期识别误动作，从而对发动机发出停机指令，提高挖掘机工作的安全性。

Description

一种挖掘机动作状态监测装置、挖掘机及控制方法

技术领域

本公开涉及挖掘机相关技术领域，具体的说，是涉及一种挖掘机动作状态监测装置、挖掘机及控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

为满足市场智能化、信息化的需求，挖掘机控制系统开始向全电控方向发展，也就是说，挖掘机的动作全部实现电控化。即使驾驶员不操作挖掘机，挖掘机仍然可以在控制系统的控制下进行动作。这就出现了安全性的问题，对挖掘机控制系统的零部件的可靠性提出了更高的要求。比如，某个零部件失效或者控制程序存在漏洞，都会导致挖掘机误动作，危害人员及财产安全。

发明人发现，目前为提高全电控挖掘机的安全性，行业普遍在提高零部件可靠性方面做工作，比如进行冗余设计：关键零部件都安装两个，减小零部件失效的概率。一方面因为空间限制，某些零部件无法进行冗余设计；另一方面使得整机成本大幅提高。现有的挖掘机上大多数没有设置动作状态监测装置，主要是靠操作人员自行判断进行驾驶，对驾驶员的要求较高，当出现误动作，大型设备的惯性作用以及反应时间导致的延迟，容易引发安全事故。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种挖掘机动作状态监测装置、挖掘机及控制方法，该挖掘机动作状态监测装置设置灵活，可以安装在已经投入使用的挖掘机上实现现有挖掘机的性能改进，通过检测的状态与挖掘机手柄动作信号的比较，可以在误动作的动作初期识别误动作，从而对发动机发出停机指令，提高挖掘机工作的安全性。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了一种挖掘机动作状态监测装置，包括主控终端和设置在挖掘机各个动作位置的姿态测量终端，所述姿态测量终端包括壳体，设置在壳体内的传感器、供电电池和无线通信模块，所述无线通信模块用于将传感器检测的数据传输至主控终端。

一个或多个实施例提供了一种挖掘机，所述挖掘机上设置上述的一种挖掘机动作状态监测装置，动作状态监测装置的各个姿态测量终端分别设置在底盘、机体、动臂、斗杆或摇杆，所述主控终端与挖掘机的主控模块通信连接，主控模块获取主控终端发送的挖掘机动作状态数据，将该动作状态数据与挖掘机的操控数据比对，当不一致时，判定出现误动作，发出报警指令，并控制关闭挖掘机发动机。

一个或多个实施例提供了一种挖掘机控制方法，包括如下步骤：

步骤1、获取挖掘机各个动作位置的姿态测量数据以及挖掘机的操控数据；

步骤2、根据挖掘机各个动作位置的位置关系，以及获取的每个位置的姿态测量数据，生成挖掘机动作部分的整体动作数据；

步骤3、判断整体动作数据与挖掘机的操控数据是否一致，如果一致，则工作正常，执行步骤1，否则，判定为出现误动作，发出报警指令或者关闭发动机。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

(1)本公开的挖掘机动作状态监测装置通过设置为多个姿态测量终端监测挖掘机各个部分的动作数据，每个姿态测量终端与主控终端分别通过无线通信模块连接，可以根据需要设置姿态测量终端的数量和位置，装置设置的灵活性较高，同时适用于投入使用的挖掘机的改装，成本低，设置简单，有利于推广使用。

(2)本公开通过实时获取数据，并通过判断挖掘机的动作状态数据是否符合操控指令，可以在动作初期判断挖掘机的动作是否符合操控的输出信号，从而减少动作控制延迟，可以有效提高挖掘机动作的安全性。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，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限定。

图1是本公开实施例1的动作状态监测装置的设置结构示意图；

图2是本公开实施例3的方法流程图；

其中：1、机体，2、动臂，3、斗杆，4、铲斗，51、动臂姿态测量终端，52、斗杆姿态测量终端，53、铲斗姿态测量终端，6、磁力计，7、摇杆，8、底盘。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

实施例1

在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种挖掘机动作状态监测装置，包括主控终端和设置在挖掘机各个动作位置的姿态测量终端，所述姿态测量终端包括壳体，设置在壳体内的传感器、供电电池和无线通信模块，所述无线通信模块用于将传感器检测的数据传输至主控终端。

本实施例通过在挖掘机的各个动作位置设置姿态测量终端，可以对挖掘机各个部位的动作数据进行采集，主控终端接收到各个部位的动作数据及进行数据处理可以获得挖掘机的整体动作状态，从而可以实现挖掘机动作的状态监测。姿态测量终端设置在壳体内能适应挖掘机的具体使用环境，实现对终端中的装置的保护，避免刮碰损坏，装置设置的灵活性高，姿态测量终端的设置数量和位置可以根据实际情况调整，工作异常传感器可以比较方便的替换，装置维护成本较低。

进一步地，所述挖掘机的动作位置包括底盘8、机体1、动臂2、斗杆3、摇杆7和铲斗4。

可选的，设置在挖掘机的动臂2、斗杆3和摇杆7的姿态测量终端中设置倾角传感器，分别用于检测动臂2、斗杆3和摇杆7的倾斜角度。

作为另一种可以实现的方式，所述倾角传感器可以替换为角度传感器。

本实施例中，设置在摇杆的倾角传感器用于检测摇杆的运动角度，通过摇杆7与铲斗组成4连杆机构，可以通过测量摇杆7角度推算铲斗4运动角度。

可选的，设置在挖掘机的底盘8和机体1上的姿态测量终端中分别设置磁力计，分别用于检测底盘8和机体1的旋转角度或者朝向。分别在机体1与底盘8设置磁力计，可以通过两个磁力计的检测数据计算机体1与底盘8的相对回转角度，即通过两个磁力计的差值可以计算回转角度。

在一些实施例中，所述壳体为可以为透明塑料壳体或者不锈钢壳体，所述无线通信模块天线设置在壳体上。

作为进一步的改进，为实现进一步减小姿态测量终端的外形尺寸，可选的，壳体与挖掘机的接触面设置为平面，接触面的相对面设置为圆滑过渡的平滑面。

姿态测量终端的壳体与挖掘机各个动作的位置连接可以采用任意连接方式，可选的，可以通过螺纹连接，可以在壳体上设置第一螺纹孔，在挖掘机的动作位置设置第二螺纹孔或者螺杆，所述第一螺纹孔与第二螺纹孔大小相匹配，或者第一螺纹孔与螺杆相匹配。

可选的，所述无线通信模块可以为l ora模块、z i gbee模块或者4G无线通信模块等。

主控终端可以设置在挖掘机内部或者驾驶室内，主控终端可以与挖掘机的主控模块连接，主控模块通过检测的动作状态数据与操控数据比对，当不一致时，可以判定出现误动作，发出报警指令，并控制关闭挖掘机发动机。

为实现实时报警，可选的，还可以设置报警器，所述报警器与主控终端连接。

本实施例的上述装置通过设置为多个姿态测量终端监测挖掘机各个部分的动作数据，每个姿态测量终端与主控终端分别通过无线通信模块连接，可以根据需要设置姿态测量终端的数量和位置，装置设置的灵活性较高，同时适用于投入使用的挖掘机的改装，成本低，设置简单，有利于推广使用。

实施例2

本实施例提供一种挖掘机，所述挖掘机上设置实施例1所述的一种挖掘机动作状态监测装置，动作状态监测装置的各个姿态测量终端分别设置在底盘8、机体1、动臂2、斗杆3或摇杆7上，所述主控终端与挖掘机的主控模块通信连接，主控模块获取主控终端发送的挖掘机动作状态数据，将该动作状态数据与挖掘机的操控数据比对，当不一致时，判定出现误动作，发出报警指令，并控制关闭挖掘机发动机。

具体的，如图1所示，本实施例设置了四个姿态测量终端，分别包括动臂姿态测量终端51、斗杆姿态测量终端52、铲斗姿态测量终端53和机体姿态测量终端。

动臂姿态测量终端51安装在动臂2上，内部设置倾角传感器，用来检测动臂2运动的角度；斗杆姿态测量终端52安装在斗杆3上，内部设置倾角传感器，用来检测斗杆3运动的角度；铲斗姿态测量终端53安装在摇杆7上，摇杆7与铲斗组成4连杆机构，内部设置倾角传感器通过测量摇杆角度即可推算铲斗运动角度。机体1上磁力计6，测量的机体1的航向角或者转动角度，如果想要计算机体与底盘的相对回转角度需要在底盘8上也安装一个磁力计6，通过两个磁力计的差值推算回转角度。

为进一步提高挖掘机铲斗动作的准确性，可选的，所述铲斗通过液压驱动，液压油缸内设置位移传感器，所述位移传感器与主控模块通信连接。

实施例1中，通过遥杆的倾斜角度测量，以及遥感与铲斗的结构关系，推算铲斗的动作状态，本实施例可以通过油缸内的位移传感器检测，对推算的结果进行验证，二者差别较小，如小于设定值，可确定测量准确。从而提高铲斗动作状态监测的准确性。

实施例3

本实施例提供一种挖掘机控制方法，如图2所示，该方法可以在挖掘机的主控模块中实现，用于提高挖掘机动作的安全性，可以包括如下步骤：

步骤1、获取挖掘机各个动作位置的姿态测量数据以及挖掘机的操控数据；

姿态测量数据包括设置在底盘8、机体1、动臂2、斗杆3、摇杆7和铲斗4上的姿态测量终端采集的数据，可以包括底盘8和机体1的旋转角度，动臂、2斗杆3和摇杆7倾斜角度数据。所述挖掘机的操控数据可以为操作手柄的输出信号。

步骤2、根据挖掘机各个动作位置的位置关系，以及获取的每个位置的姿态测量数据，生成挖掘机动作部分的整体动作数据；

步骤3、判断整体动作数据与挖掘机的操控数据是否一致，如果一致，则工作正常，执行步骤1，否则，判定为出现误动作，发出报警指令或者关闭发动机。

本实施例通过判断挖掘机的动作状态数据是否符合操控指令，可以在动作初期判断挖掘机的动作是否符合操控的输出信号，从而减少动作控制延迟，可以有效提高挖掘机动作的安全性。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种挖掘机动作状态监测装置，其特征是：包括主控终端和设置在挖掘机各个动作位置的姿态测量终端，所述姿态测量终端包括壳体，设置在壳体内的传感器、供电电池和无线通信模块，所述无线通信模块用于将传感器检测的数据传输至主控终端；

所述挖掘机的动作位置包括底盘、机体、动臂、斗杆、摇杆和铲斗；

设置在挖掘机的底盘和机体上的姿态测量终端中分别设置磁力计，分别用于检测底盘和机体的旋转角度或者朝向；

所述主控终端与挖掘机的主控模块通信连接，主控模块获取主控终端发送的挖掘机动作状态数据，将该动作状态数据与挖掘机的操控数据比对，当不一致时，判定出现误动作，发出报警指令，并控制关闭挖掘机发动机。

2.如权利要求1所述的一种挖掘机动作状态监测装置，其特征是：设置在挖掘机的动臂、斗杆和摇杆的姿态测量终端中设置倾角传感器，分别用于检测动臂、斗杆和摇杆的倾斜角度；

或者，设置在挖掘机的动臂、斗杆和摇杆的姿态测量终端中设置角度传感器，分别用于检测动臂、斗杆和摇杆的倾斜角度。

3.如权利要求1所述的一种挖掘机动作状态监测装置，其特征是：所述壳体为透明塑料壳体或者不锈钢壳体，所述无线通信模块天线设置在壳体上。

4.如权利要求3所述的一种挖掘机动作状态监测装置，其特征是：壳体与挖掘机的接触面设置为平面，壳体上接触面的相对面设置为圆滑过渡的平滑面。

5.如权利要求1所述的一种挖掘机动作状态监测装置，其特征是：无线通信模块为lora模块、zigbee模块或者4G无线通信模块。

6.如权利要求1所述的一种挖掘机动作状态监测装置，其特征是：所述铲斗通过液压驱动，液压油缸内设置位移传感器，所述位移传感器与主控模块通信连接。

7.一种基于如权利要求1-6所述一种挖掘机动作状态监测装置的控制方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1、获取挖掘机各个动作位置的姿态测量数据以及挖掘机的操控数据；

步骤2、根据挖掘机各个动作位置的位置关系，以及获取的每个位置的姿态测量数据，生成挖掘机动作部分的整体动作数据；

步骤3、判断整体动作数据与挖掘机的操控数据是否一致，如果一致，则工作正常，执行步骤1，否则，判定为出现误动作，发出报警指令或者关闭发动机。