CN112411663B - 挖掘机的控制方法和控制装置、挖掘机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种挖掘机的控制方法和控制装置、挖掘机。控制方法包括：获取挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态和挖掘机的结构参数；根据挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态、以及挖掘机的结构参数，计算挖掘机的工作组件的状态数据；确定挖掘机的限定活动区域；根据挖掘机的工作组件的状态数据以及限定活动区域，控制挖掘机的工作状态。

Description

挖掘机的控制方法和控制装置、挖掘机

技术领域

本公开涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种挖掘机的控制方法和控制装置、挖掘机以及计算机可读存储介质。

背景技术

随着科技的进步，工程机械领域的发展也进入了加速期。挖掘机在施工项目中发挥着重要的作用。在挖掘机的施工过程中，特别是在隧道挖掘、马路边开挖沟槽、整机正常回转、周边有架空电线等复杂工况下，很容易因为视野范围受限或机手操作失误等多种原因，意外造成自来水管道、燃气管道、电缆管道、架空高压线以及周边固定设施的严重损坏，甚至还可能出现人员伤亡等严重事故。

为了提高安全性，在相关技术中，在挖掘机进入施工场地后再在施工区域周边砌筑安全防护墙，或者在施工区域周边设置必要的警戒区域，以提醒或防止其他人员及设备进入施工区域。

发明内容

根据本公开的一些实施例，提供了一种挖掘机的控制方法，包括：

获取挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态和挖掘机的结构参数；

根据挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态、以及挖掘机的结构参数，计算挖掘机的工作组件的状态数据；

确定挖掘机的限定活动区域；

根据挖掘机的工作组件的状态数据以及限定活动区域，控制挖掘机的工作状态。

在一些实施例中，获取挖掘机的定位信息包括：利用卫星定位系统，确定挖掘机的定位信息。

在一些实施例中，利用卫星定位系统，确定挖掘机的定位信息包括：

根据来自全球导航卫星定位系统的定位信号、以及来自卫星定位系统固定基站的卫星定位偏差信息，计算挖掘机的动态定位信息，以便确定挖掘机的定位信息。

在一些实施例中，计算挖掘机的工作组件的状态数据包括：

利用角度传感器，获取工作组件在运动过程中产生的角度变化数据；

根据角度变化数据，计算工作组件的姿态；

根据工作组件的姿态以及挖掘机的结构参数，计算工作组件的最远端位置。

在一些实施例中，确定挖掘机的限定活动区域包括：

确定挖掘机在施工过程中需避开的障碍物的位置；

根据障碍物的位置、挖掘机的定位信息和结构参数，确定挖掘机的限定活动区域。

在一些实施例中，根据挖掘机的工作组件的状态数据以及限定活动区域，控制挖掘机的工作状态包括：

控制挖掘机的工作状态，以使得挖掘机的工作组件的最远端位置与限定活动区域的边界之间的距离大于第一距离阈值。

在一些实施例中，控制挖掘机的工作状态包括：在工作组件的最远端位置与限定活动区域的边界之间的距离小于或等于第二距离阈值的情况下，向该工作组件的驱动组件发送控制信号，以使该工作组件减速或停止运动，其中第二距离阈值大于或等于第一距离阈值。

根据本公开的另一些实施例，提供了一种挖掘机的控制装置，包括：

获取单元，配置为获取挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态和挖掘机的结构参数；

计算单元，配置为根据挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态、以及挖掘机的结构参数，计算挖掘机的工作组件的状态数据；

确定单元，配置为确定挖掘机的限定活动区域；

控制单元，配置为根据挖掘机的工作组件的状态数据以及限定活动区域，控制挖掘机的工作状态。

根据本公开的又一些实施例，提供了一种挖掘机的控制装置，包括：

存储器；和耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行前述任一实施例所述的控制方法。

在一些实施例中，所述控制装置还包括：

卫星定位系统移动基站，安装在挖掘机的机身上，配置为接收来自全球导航卫星定位系统的定位信号、以及来自卫星定位系统固定基站的卫星定位偏差信息，

其中所述卫星定位偏差信息和定位信号用于计算挖掘机的动态定位信息，以便确定挖掘机的定位信息。

在一些实施例中，所述挖掘机的工作组件包括动臂、斗杆、铲斗、回转体中的至少一种，所述控制装置还包括动臂角度传感器、斗杆角度传感器、铲斗角度传感器、回转角度传感器中的至少一种，其中：

所述动臂角度传感器安装在挖掘机的动臂上，配置为感测动臂在上升或者下降过程中的角度变化，并将动臂的角度变化数据发送给所述处理器；

所述斗杆角度传感器安装在挖掘机的斗杆上，配置为感测斗杆在上升或者下降过程中的角度变化，并将斗杆的角度变化数据发送给所述处理器；

所述铲斗角度传感器安装在挖掘机的铲斗上，配置为感测铲斗在上升或者下降过程中的角度变化，并将铲斗的角度变化数据发送给所述处理器；

所述回转角度传感器配置为感测挖掘机的回转体在回转动作后相对于挖掘机的履带正前方的角度变化，并将回转的角度变化数据发送给所述处理器。

在一些实施例中，所述处理器配置为执行以下操作中的至少一项：

根据动臂的角度变化数据，确定动臂在上升或者下降过程中相对于挖掘机的车身水平方向的相对角度值，以便计算动臂的姿态；

根据斗杆的角度变化数据，确定斗杆在外展或者内收过程中相对于挖掘机的动臂铰链中心线的相对角度值，以便计算斗杆的姿态；

根据铲斗的角度变化数据，确定铲斗在外展或者内收过程中相对于挖掘机的斗杆铰链中心线的相对角度值，以便计算铲斗的姿态；

根据回转的角度变化数据，确定回转体在回转过程中的旋转角度，以便计算挖掘机车身的姿态。

在一些实施例中，所述控制装置还包括动臂驱动组件、动臂驱动组件、铲斗驱动组件、回转驱动组件中的至少一种，其中：

所述动臂驱动组件配置为根据控制信号调节动臂的上升或下降；

所述斗杆驱动组件配置为根据控制信号调节斗杆的外展或者内收；

所述铲斗驱动组件配置为根据控制信号调节铲斗的外展或者内收；

所述回转驱动组件配置为根据控制信号调节回转体的旋转。

在一些实施例中，所述动臂驱动组件包括相互连接的动臂电磁比例阀和动臂液压装置，所述动臂电磁比例阀与处理器相连接，所述动臂液压装置与挖掘机的动臂相连接；

所述斗杆驱动组件包括相互连接的斗杆电磁比例阀和斗杆液压装置，所述斗杆电磁比例阀与处理器相连接，所述斗杆液压装置与挖掘机的斗杆相连接；

所述铲斗驱动组件包括相互连接的铲斗电磁比例阀和铲斗液压装置，所述铲斗电磁比例阀与处理器相连接，所述铲斗液压装置与挖掘机的铲斗相连接；

所述回转驱动组件包括相互连接的回转电磁比例阀和回转马达，所述回转电磁比例阀与处理器相连接，所述回转马达与挖掘机的回转体相连接。

根据本公开的再一些实施例，提供了一种挖掘机，包括如前述任一实施例所述的控制装置。

在一些实施例中，所述挖掘机还包括：

回转体；

动臂，安装在回转体上，其中，动臂的运动包括跟随回转体的运动和动臂自身的运动；

斗杆，安装在动臂上，其中，斗杆的运动包括跟随动臂的运动和斗杆自身的运动；

铲斗，安装在斗杆上，其中，铲斗的运动包括跟随斗杆的运动和铲斗自身的运动。

根据本公开的还一些实施例，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述任一实施例所述的挖掘机的控制方法。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1示出根据本公开一些实施例的控制方法的流程图；

图2A示出根据本公开一些实施例的挖掘机的控制装置的框图；

图2B示出根据本公开另一些实施例的挖掘机的控制装置的框图；

图2C示出根据本公开又一些实施例的挖掘机的控制装置的框图；

图2D示出根据本公开一些实施例的挖掘机的控制装置的结构示意图；

图3示出根据本公开另一些实施例的挖掘机的控制方法的流程图；

图4A示出根据本公开一些实施例的工作组件的活动区域的示意图；

图4B示出根据本公开另一些实施例的工作组件的活动区域的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

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讨论。

发明人发现：在相关技术中，挖掘机的机手需要一边进行施工作业，一边时刻保持警惕以防止挖掘机执行机构(也称为工作组件)碰撞或超出安全防护装置；这种施工方式会严重消耗防护所需的材料，同样会分担挖掘机机手的注意力，不但经济成本高，还存在较大的施工安全隐患。

鉴于此，本公开提出了一种挖掘机的控制方法和控制装置，能够降低施工安全隐患。

图1示出根据本公开一些实施例的挖掘机的控制方法的流程图。

如图1所示，控制方法包括：步骤S1，获取挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态和挖掘机的结构参数；步骤S2，根据挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态、以及挖掘机的结构参数，计算挖掘机的工作组件的状态数据；步骤S3，确定挖掘机的限定活动区域；步骤S4，根据挖掘机的工作组件的状态数据以及限定活动区域，控制挖掘机的工作状态。

在步骤S1获取挖掘机的定位信息包括：利用卫星定位系统，确定挖掘机的定位信息。例如，根据来自全球导航卫星定位系统的定位信号、以及来自卫星定位系统固定基站的卫星定位偏差信息，计算挖掘机的动态定位信息，以便确定挖掘机的定位信息。

在步骤S2，挖掘机的工作组件的状态数据包括工作组件的姿态和最远端位置(如坐标值)。在一些实施例中，计算挖掘机的工作组件的状态数据包括：利用角度传感器，获取工作组件在运动过程中产生的角度变化数据；根据角度变化数据，计算工作组件的姿态；根据工作组件的姿态以及挖掘机的结构参数，计算工作组件的最远端位置。

在步骤S3确定挖掘机的限定活动区域包括：确定挖掘机在施工过程中需避开的障碍物的位置；根据障碍物的位置、挖掘机的定位信息和结构参数，确定挖掘机的限定活动区域。

在步骤S4根据挖掘机的工作组件的状态数据以及限定活动区域，控制挖掘机的工作状态包括：控制挖掘机的工作状态，以使得挖掘机的工作组件的最远端位置与限定活动区域的边界之间的距离大于第一距离阈值。

在一些实施例中，控制挖掘机的工作状态包括：在工作组件的最远端位置与限定活动区域的边界之间的距离小于或等于第二距离阈值的情况下，向该工作组件的驱动组件发送控制信号，以使该工作组件减速或停止运动。其中第二距离阈值大于或等于第一距离阈值。通过这样的设置，可以进一步降低安全隐患。

根据本公开实施例，还提供了一种挖掘机的控制装置。

图2A示出根据本公开一些实施例的挖掘机的控制装置的框图。

如图2A所示，挖掘机的控制装置包括：获取单元210，配置为获取挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态和挖掘机的结构参数，例如执行步骤S1；计算单元220，配置为根据挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态、以及挖掘机的结构参数，计算挖掘机的工作组件的状态数据，例如执行步骤S2；确定单元230，配置为确定挖掘机的限定活动区域，例如执行步骤S3；控制单元240，配置为根据挖掘机的工作组件的状态数据以及限定活动区域，控制挖掘机的工作状态，例如执行步骤S4。

图2B示出根据本公开另一些实施例的挖掘机的控制装置的框图。

如图2B所示，挖掘机的控制装置包括：存储器200以及耦接至该存储器200的处理器201。存储器200配置成存储执行挖掘机的控制方法的指令。处理器201被配置为基于存储在存储器200中的指令，执行本公开中任意一些实施例中的控制方法中的一个或多个步骤。

应当理解，前述挖掘机的控制方法中的一个或多个步骤可以通过处理器来实现，并且可以软件、硬件、固件或其结合的任一种方式实现。

除此之外，本公开实施例还可采用在一个或多个包含有计算机程序指令的非易失性存储介质上实施的计算机程序产品的形式。因此，本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现前述任意实施例中的挖掘机的控制方法中的一个或多个步骤。

下面结合图2C和2D进一步描述挖掘机的控制装置。图2C示出根据本公开又一些实施例的挖掘机的控制装置的框图。图2D示出根据本公开一些实施例的挖掘机的控制装置的结构示意图。

如图2C所示，挖掘机的控制装置包括程序控制器20。在一些实施例中，程序控制器20包括图2A所示的获取单元、计算单元、确定单元和控制单元。在另一些实施例中，程序控制器20包括图2B所示的处理器。

如图2C所示，挖掘机的控制装置还包括：卫星定位系统移动基站42。卫星定位系统移动基站42与卫星定位系统固定基站41、全球导航卫星定位系统43配合使用以得到挖掘机的动态定位信息。具体地，卫星定位系统移动基站42配置为接收来自卫星定位系统固定基站41的卫星定位偏差信息、以及来自全球导航卫星定位系统43的定位信号。卫星定位系统移动基站42根据卫星定位偏差信息和定位信号计算挖掘机的动态定位信息，并发送给挖掘机的程序控制器20，以便确定挖掘机的定位信息。卫星定位系统移动基站42可以通过数据线与挖掘机的程序控制器20连接。如图2D所示，卫星定位系统移动基站42安装在挖掘机的机身上。

全球导航卫星定位系统43包括中国北斗导航卫星系统(BDS)、美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)、欧洲伽利略导航卫星系统(GALILEO)等能够定位确定目标的位置坐标的定位系统。

卫星定位系统固定基站41安装在施工区域附近，负责接收全球导航卫星定位系统43的定位信号，并计算出固定基站的卫星定位偏差信息，然后通过发送天线将定位卫星定位偏差信息采用电波形式传输给卫星定位系统移动基站42。

如图2C所示，挖掘机的控制装置还包括动臂角度传感器11、斗杆角度传感器12、铲斗角度传感器13、回转角度传感器14、动臂驱动组件31、斗杆驱动组件32、铲斗驱动组件33、回转驱动组件34。

动臂角度传感器11、斗杆角度传感器12、铲斗角度传感器13、回转角度传感器14均与程序控制器20相连接，例如通过数据线。程序控制器20与动臂驱动组件31、斗杆驱动组件32、铲斗驱动组件33和回转驱动组件34相连接，例如通过数据线。

动臂角度传感器11配置为感测动臂在上升或者下降过程中的角度变化，并将动臂的角度变化数据发送给程序控制器20。程序控制器20根据动臂的角度变化数据得到动臂的工作状态，并根据工作状态向动臂驱动组件31发送相应的控制信号。在一些实施例中，根据动臂的角度变化数据，确定动臂在上升或者下降过程中相对于挖掘机的车身水平方向的相对角度值，以便计算动臂的姿态。进而，根据动臂的姿态和挖掘机的结构参数，可以得到动臂的最远端位置。例如，在动臂的当前角度值达到设定目标值时，程序控制器20停止向动臂驱动组件31发送控制信号。设定目标值可以根据挖掘机的限定活动区域来确定。动臂驱动组件31根据控制信号调节动臂的上升或下降。如图2D所示，动臂角度传感器11安装在挖掘机的动臂上。

斗杆角度传感器12配置为感测斗杆在外展或者内收过程中的角度变化，并将斗杆的角度变化数据发送给程序控制器20。程序控制器20根据斗杆的角度变化数据得到斗杆的工作状态，并根据工作状态向斗杆驱动组件32发送相应的控制信号。在一些实施例中，根据斗杆的角度变化数据，确定斗杆在外展或者内收过程中相对于挖掘机的动臂铰链中心线的相对角度值，以便计算斗杆的姿态。进而，根据斗杆的姿态和挖掘机的结构参数，可以得到斗杆的最远端位置。例如，在斗杆的当前角度值达到设定目标值时，程序控制器20停止向斗杆驱动组件32发送控制信号。设定目标值可以根据挖掘机的限定活动区域来确定。斗杆驱动组件32根据控制信号调节斗杆的外展或者内收。如图2D所示，斗杆角度传感器31安装在挖掘机的斗杆上。

铲斗角度传感器13安装在挖掘机的铲斗上，配置为感测铲斗在外展或者内收过程中的角度变化，并将铲斗的角度变化数据发送给程序控制器20。程序控制器20根据铲斗的角度变化数据得到铲斗的工作状态，并根据工作状态向铲斗驱动组件33发送相应的控制信号。在一些实施例中，根据铲斗的角度变化数据，确定铲斗在外展或者内收过程中相对于挖掘机的斗杆铰链中心线的相对角度值，以便计算铲斗的姿态。进而，根据铲斗的姿态和挖掘机的结构参数，可以得到铲斗的最远端位置。例如，在铲斗的当前角度值达到设定目标值时，程序控制器20停止向铲斗驱动组件33发送控制信号。设定目标值可以根据挖掘机的限定活动区域来确定。铲斗驱动组件33根据控制信号调节铲斗的外展或者内收。如图2D所示，铲斗角度传感器13安装在挖掘机的铲斗上。

回转角度传感器14配置为感测挖掘机的回转体在回转动作后相对于挖掘机的履带正前方的角度变化，并将回转的角度变化数据发送给程序控制器20。程序控制器20根据回转体的角度变化数据得到回转体的工作状态，并根据工作状态向回转驱动组件34发送相应的控制信号。回转体安装在挖掘机车身上。在一些实施例中，根据回转的角度变化数据，确定回转体在回转过程中的旋转角度，以便计算挖掘机车身的姿态。进而，根据挖掘机车身的姿态和挖掘机的结构参数，可以得到挖掘机车身的最远端位置。例如，在回转体的当前角度值达到设定目标值时，程序控制器20停止向回转驱动组件34发送控制信号。设定目标值可以根据挖掘机的限定活动区域来确定。回转驱动组件34根据控制信号调节回转体的旋转。如图2D所示，回转角度传感器14安装在挖掘机的回转体上。

在一些实施例中，程序控制器20根据各角度变化数据可以得到不同工作组件的状态数据，例如可以得到得动臂、斗杆、铲斗以及回转体的运动状态和运动速度。这些角度变化数据用于输出动臂的目标角度值、斗杆的目标角度值、铲斗的目标角度值、或回转的目标角度值。

如前所述，可以根据动臂的角度变化数据得到动臂在升降过程中相对于挖掘机的车身水平方向的相对角度值，根据斗杆的角度变化数据得到斗杆在伸缩过程中相对于动臂铰链中心线的相对角度值，根据铲斗的角度变化数据得到铲斗在伸缩过程中相对于斗杆铰链中心线的相对角度值，根据回转的角度变化数据得到回转体在回转过程中的旋转角度。根据动臂、斗杆、铲斗和回转体的角度变化数据可以计算得到挖掘机各工作组件的实时姿态。挖掘机各工作组件的状态数据包括工作组件的实时姿态和各工作组件最远端的实时坐标值，根据限定活动区域，可以确定工作组件所能触及的极限范围。

因此，程序控制器20可以在工作组件的运行姿态未达到限定活动区域对应的设定目标值时，将控制信号正常发送给动臂驱动组件31、斗杆驱动组件32和铲斗驱动组件33。一旦程序控制器20判断出工作组件的运行姿态即将达到限定活动区域对应的设定目标值时，则及时进行减速直至在工作组件运动到限定活动区域设定的精度范围内停止控制。

在一些实施例中，如图2C-2D所示，挖掘机的控制装置还包括显示装置50，例如为触摸式。显示装置50例如通过数据线与程序控制器20相连接，与程序控制器20保持数据通讯，用于显示系统数据和设置系统参数。例如，显示装置50可以将来自程序控制器20的内部数据按要求进行分类显示，也可以通过输入界面将系统参数输入到程序控制器20。触摸式显示装置可以是同时具备触摸功能和显示功能的便携式计算机类产品，也可以是同时具备触摸功能和显示功能的触摸屏类产品，也可是同时具备触摸功能和显示功能的手机类产品，也可以是同时具备触摸功能和显示功能的其他终端设备或仪表。

下面结合图2D进一步详细描述各驱动组件。

如图2D所示，动臂驱动组件31包括相互连接的动臂电磁比例阀311和动臂油缸312，动臂电磁比例阀311与程序控制器20相连接，动臂油缸312与挖掘机的动臂相连接。动臂电磁比例阀311在接收到程序控制器20发送的控制信号(例如电流信号)后，调节动臂油缸312的伸缩，以实现动臂的上升或者下降。具体地，动臂电磁比例阀311包括动臂阀芯和动臂比例电磁线圈。动臂比例电磁线圈作为动臂阀芯的先导部件，改变与动臂电磁比例阀连通的动臂液压油回路里油量的多少，以调节动臂油缸312的回油量，从而起到增加或减小动臂的运行速度的作用。

类似地，斗杆驱动组件32包括相互连接的斗杆电磁比例阀321和斗杆油缸322，斗杆电磁比例阀321与程序控制器20相连接，斗杆油缸322与挖掘机的斗杆相连接。斗杆电磁比例阀321在接收到程序控制器20发送的控制信号(例如电流信号)后，调节斗杆油缸322的伸缩，以实现斗杆的外展或者内收。具体地，斗杆电磁比例阀321包括斗杆阀芯和斗杆比例电磁线圈。斗杆比例电磁线圈作为斗杆阀芯的先导部件，改变与斗杆电磁比例阀连通的斗杆液压油回路里油量的多少，以调节斗杆驱动油缸322的回油量，从而起到增加或减小斗杆的运行速度的作用。

类似地，铲斗驱动组件33包括相互连接的铲斗电磁比例阀331和铲斗油缸332，铲斗电磁比例阀331与程序控制器20相连接，铲斗油缸332与挖掘机的铲斗相连接。铲斗电磁比例阀331在接收到程序控制器20发送的控制信号(例如电流信号)后，调节铲斗油缸332的伸缩，以实现铲斗的外展或者内收。具体地，铲斗电磁比例阀331包括铲斗阀芯和铲斗比例电磁线圈。铲斗比例电磁线圈作为铲斗阀芯的先导部件，改变与铲斗电磁比例阀连通的铲斗液压油回路里油量的多少，以调节铲斗驱动油缸332的回油量，从而起到增加或减小铲斗的运行速度的作用。

类似地，回转驱动组件34包括相互连接的回转电磁比例阀341和回转马达342，回转电磁比例阀341与程序控制器20相连接，回转马达342与挖掘机的回转体相连接。回转电磁比例阀341在接收到程序控制器20发送的控制信号(例如电流信号)后，调节回转马达342的回转，以实现回转体的旋转(如左转或右转)。具体地，回转电磁比例阀341包括回转阀芯和回转比例电磁线圈，回转比例电磁线圈作为回转阀芯的先导部件，改变与回转电磁比例阀连通的回转液压油回路里油量的多少，以调节回转驱动马达342的回油量，从而起到增加或减小回转的运行速度的作用。

图3示出根据本公开另一些实施例的挖掘机的控制方法的流程图。

如图3所示，挖掘机的控制方法包括步骤S101-S107。

步骤S101，接收卫星定位系统移动基站的定位信号，确定挖掘机的定位信息。定位信息(如位置坐标)可以送入程序控制器。

本步骤中，通过卫星定位系统移动基站接收全球导航卫星定位系统的定位信号，用于确定挖掘机的定位信息，如挖掘机的整机位置。挖掘机的定位信息可以包括：挖掘机整机在挖掘机非工作状态时的定位信息、或挖掘机整机在挖掘机工作状态时的定位信息。

在一些实施例中，定位信息也可以包括：挖掘机的各工作组件在挖掘机非工作状态时的定位信息、挖掘机的各工作组件在挖掘机工作状态时的定位信息。

在挖掘机整机及工作组件的定位信息出现定位精度偏差时或者定位信息出现移动工况时，可以对定位精度偏差进行修正或者对定位信息坐标信息进行重新定位。

步骤S102，根据输入的限定活动区域的数据，计算挖掘机在运动过程中限定活动区域的极限坐标值。例如，程序控制器根据挖掘机的结构参数(例如整机的各机械结构部件的尺寸及位置关系、最远端目标坐标)，计算挖掘机在运动过程中限定活动区域的极限坐标值。

本步骤中，通过安装在驾驶室里面的显示装置，输入施工区域的限定活动区域的基本参数到程序控制器，确定限定活动区域，并确定挖掘机的各工作组件的最远端极限坐标值，作为挖掘机运动过程中的对比数据。

步骤S103，程序控制器启动限定活动区域的控制程序。

本步骤中，限定活动区域的控制程序的启用可以在显示装置上进行设定。

步骤S104，程序控制器根据各个角度传感器的数据，计算工作组件的最远端坐标值。

本步骤中，通过安装在动臂、斗杆、铲斗以及(中心)回转体等工作组件上的角度传感器，获取工作组件在运动过程中产生的相对角度变化数据，从而计算获得挖掘机整机的工作状态以及各工作组件相对于机身中心点的最远端位置的精确坐标。

步骤S105，判断正在运动的工作组件的最远端坐标值是否达到限定活动区域的极限坐标值。

本步骤中，程序控制器分别读取各工作组件最远端当前坐标值和程序运算得出的限定活动区域的极限坐标值，并将两个数值进行分析比较。如果工作组件当前坐标值没有达到动限定活动区域的极限坐标值，则程序控制器将继续执行原有控制，保持挖掘机正常工作。

步骤S106，程序控制器正常输出信号，保持挖掘机正常工作。例如，调节对应驱动组件的电磁比例阀以控制电流，驱动液压装置继续工作，调整工作组件的正常运动。

本步骤中，程序控制器发出驱动组件的电磁比例阀控制调节电流，驱动液压装置(如油缸)工作，完成调整工作组件角度变化的运动过程。

程序控制器可持续控制动臂、斗杆、铲斗、回转体的驱动组件的电磁比例阀的正常输出信号，以实现动臂、斗杆、铲斗和回转体的分别单独或同时连续运动，进行正常的施工作业。

步骤S107，程序控制器输出安全控制信号，将工作组件的活动区域限制在限定活动区域内。例如，如果有工作组件的当前坐标值达到限定活动区域的极限坐标值，程序控制器会将相应驱动组件的电磁比例阀的控制输出电流信号设置为零，停止对该工作组件的控制，以将该工作组件的活动区域限制在限定活动区域内。

本步骤中，程序控制器停止发出驱动组件的电磁比例阀控制调节电流，保证液压装置停止工作，从而限制工作组件的活动区域。

在一些实施例中，可以将动臂、斗杆、铲斗和回转体的电磁比例阀的输出控制信号逐渐减小直至为零，在限定活动区域的极限范围内停止对动臂、斗杆、铲斗和回转体的油缸或马达的控制，以实现动臂、斗杆、铲斗和回转体分别停止运动，充分发挥限定活动区域的安全保障作用。

应当明白，由于动臂安装在回转体(如回转转台)上，回转体可以认定为是动臂的父项运动机构。即动臂的运动包括跟随回转体的运动和动臂自身的运动。类似地，动臂是斗杆的父项运动机构。即，斗杆的运动包括跟随动臂的运动和斗杆自身的运动。类似地，斗杆是铲斗的父项运动机构。即，铲斗的运动包括跟随斗杆的运动和铲斗自身的运动。

综合动臂、斗杆、铲斗和回转体的状态数据，挖掘机在运动过程中，如果任一工作组件的最远端坐标值达到限定活动区域的极限坐标值，程序控制器会将相应驱动组件的电磁比例阀、其父项运动机构的驱动组件的电磁比例阀、以及其父项运动机构的父项运动机构的驱动组件的电磁比例阀的控制输出电流信号设置为零，停止对工作组件、父项工作组件以及父项工作组件的父项工作组件的控制，将工作组件的活动区域限制在限定活动区域的范围内。

在当前工作组件的活动区域被限制后，如果其子项工作组件的最远端坐标值未达到限定活动区域的极限坐标值，并且其子项工作组件的驱动组件仍然执行正常的控制信号，则其子项工作组件维持当前运动指令继续运动。

图4A示出根据本公开一些实施例的工作组件的活动区域的示意图。

如图4A所示，在不限定活动区域时，挖掘机的动臂、斗杆和铲斗如果都外展到最大位置，则铲斗的齿尖可以延路径线611进行运动。即，路径线611以内的区域是挖掘机工作组件的有效活动区域，路径线611是工作组件的最大活动区域线。

路径线612以内的区域表示根据施工情况确定的限定活动区域。即，路径线612表示限定活动区域的边界。挖掘机在施工过程中，动臂、斗杆和铲斗的移动范围被限定在路径线612以内的区域。一旦动臂、斗杆和铲斗中任何一个在运行过程中与路径线612之间的距离小于或等于距离阈值，例如触碰到路径线612，则对应的工作组件及其父项机构停止工作。

图4B示出根据本公开另一些实施例的工作组件的活动区域的示意图。

如图4B所示，在不限定活动区域时，挖掘机的斗杆和铲斗如果都外展到最大位置，则铲斗的齿尖可以延路径线613回转运动。即，路径线613以内的区域是挖掘机的车身(包括回转体)回转的有效活动区域，路径线613是车身的最大活动区域线。

路径线614以内的区域表示根据施工情况确定的限定活动区域。即，路径线614表示限定活动区域的边界。路径线614挖掘机在施工过程中，车身回转的活动范围则被限定在路径线614以内的区域。铲斗是外边沿一旦触碰到路径线614，则立即停止回转。

根据本公开实施例，还提供了一种挖掘机，包括前述任一实施例所述的控制装置。

在上述实施例中，鉴于限定活动区域基于卫星定位系统的精确定位确定的，即，上述限定活动区域的确定是以挖掘机以外的某个参照物(如在施工过程中需避开的障碍物)的实际物理坐标为基准完成的，所以在挖掘机移动后，与限定活动区域的确定的相关参数仍然有效，不论挖掘机如何移动，限定活动区域的控制方法和装置仍能起到保护作用。即，不论挖掘机是固定还是移动，均能够保护挖掘机在安全范围内作业。通过自动限制挖掘机超出设定的安全边界，及时停止液压装置的工作，以防止意外事故发生，降低用户的停机时间和施工成本。采用基于限定活动区域的控制方法，还提升了自动化施工水平，提高了施工精度，降低了施工风险，有效地提升了工作效率。

至此，已经详细描述了根据本公开的挖掘机的控制方法和控制装置、挖掘机以及计算机可读存储介质。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

另外，在本公开实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

还需要说明的是，本公开并未对传感器或其他装置的安装方位或位置进行精确指定，仅是为了便于简化描述，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公开的限制。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (15)

1.一种挖掘机的控制方法，包括：

获取挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态和挖掘机的结构参数；

根据挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态、以及挖掘机的结构参数，计算挖掘机的工作组件的状态数据；

确定挖掘机的限定活动区域；

根据挖掘机的工作组件的状态数据以及限定活动区域，控制挖掘机的工作状态，以使得挖掘机的工作组件的最远端位置与限定活动区域的边界之间的距离大于第一距离阈值，包括：在工作组件的最远端位置与限定活动区域的边界之间的距离小于或等于第二距离阈值的情况下，向该工作组件的驱动组件发送控制信号，以使该工作组件减速或停止运动，其中第二距离阈值大于或等于第一距离阈值。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，获取挖掘机的定位信息包括：利用卫星定位系统，确定挖掘机的定位信息。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其中，利用卫星定位系统，确定挖掘机的定位信息包括：

根据来自全球导航卫星定位系统的定位信号、以及来自卫星定位系统固定基站的卫星定位偏差信息，计算挖掘机的动态定位信息，以便确定挖掘机的定位信息。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其中，计算挖掘机的工作组件的状态数据包括：

利用角度传感器，获取工作组件在运动过程中产生的角度变化数据；

根据角度变化数据，计算工作组件的姿态；

根据工作组件的姿态以及挖掘机的结构参数，计算工作组件的最远端位置。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其中，确定挖掘机的限定活动区域包括：

确定挖掘机在施工过程中需避开的障碍物的位置；

根据障碍物的位置、挖掘机的定位信息和结构参数，确定挖掘机的限定活动区域。

6.一种挖掘机的控制装置，包括：

获取单元，配置为获取挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态和挖掘机的结构参数；

计算单元，配置为根据挖掘机的定位信息、挖掘机的工作状态、以及挖掘机的结构参数，计算挖掘机的工作组件的状态数据；

确定单元，配置为确定挖掘机的限定活动区域；

控制单元，配置为根据挖掘机的工作组件的状态数据以及限定活动区域，控制挖掘机的工作状态，以使得挖掘机的工作组件的最远端位置与限定活动区域的边界之间的距离大于第一距离阈值，包括：在工作组件的最远端位置与限定活动区域的边界之间的距离小于或等于第二距离阈值的情况下，向该工作组件的驱动组件发送控制信号，以使该工作组件减速或停止运动，其中第二距离阈值大于或等于第一距离阈值。

7.一种挖掘机的控制装置，包括：

存储器；和

耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如权利要求1-5中任一项所述的控制方法。

8.根据权利要求7所述的控制装置，还包括：

卫星定位系统移动基站，安装在挖掘机的机身上，配置为接收来自全球导航卫星定位系统的定位信号、以及来自卫星定位系统固定基站的卫星定位偏差信息，

其中所述卫星定位偏差信息和定位信号用于计算挖掘机的动态定位信息，以便确定挖掘机的定位信息。

9.根据权利要求7所述的控制装置，所述挖掘机的工作组件包括动臂、斗杆、铲斗、回转体中的至少一种，所述控制装置还包括动臂角度传感器、斗杆角度传感器、铲斗角度传感器、回转角度传感器中的至少一种，其中：

所述动臂角度传感器安装在挖掘机的动臂上，配置为感测动臂在上升或者下降过程中的角度变化，并将动臂的角度变化数据发送给所述处理器；

所述斗杆角度传感器安装在挖掘机的斗杆上，配置为感测斗杆在外展或者内收过程中的角度变化，并将斗杆的角度变化数据发送给所述处理器；

所述铲斗角度传感器安装在挖掘机的铲斗上，配置为感测铲斗在外展或者内收过程中的角度变化，并将铲斗的角度变化数据发送给所述处理器；

所述回转角度传感器配置为感测挖掘机的回转体在回转动作后相对于挖掘机的履带正前方的角度变化，并将回转的角度变化数据发送给所述处理器。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其中，所述处理器配置为执行以下操作中的至少一项：

根据动臂的角度变化数据，确定动臂在上升或者下降过程中相对于挖掘机的车身水平方向的相对角度值，以便计算动臂的姿态；

根据斗杆的角度变化数据，确定斗杆在外展或者内收过程中相对于挖掘机的动臂铰链中心线的相对角度值，以便计算斗杆的姿态；

根据铲斗的角度变化数据，确定铲斗在外展或者内收过程中相对于挖掘机的斗杆铰链中心线的相对角度值，以便计算铲斗的姿态；

根据回转的角度变化数据，确定回转体在回转过程中的旋转角度，以便计算挖掘机车身的姿态。

11.根据权利要求9所述的控制装置，还包括动臂驱动组件、斗杆驱动组件、铲斗驱动组件、回转驱动组件中的至少一种，其中：

所述动臂驱动组件配置为根据控制信号调节动臂的上升或下降；

所述斗杆驱动组件配置为根据控制信号调节斗杆的外展或者内收；

所述铲斗驱动组件配置为根据控制信号调节铲斗的外展或者内收；

所述回转驱动组件配置为根据控制信号调节回转体的旋转。

12.根据权利要求11所述的控制装置，其中：

所述动臂驱动组件包括相互连接的动臂电磁比例阀和动臂液压装置，所述动臂电磁比例阀与处理器相连接，所述动臂液压装置与挖掘机的动臂相连接；

所述斗杆驱动组件包括相互连接的斗杆电磁比例阀和斗杆液压装置，所述斗杆电磁比例阀与处理器相连接，所述斗杆液压装置与挖掘机的斗杆相连接；

所述铲斗驱动组件包括相互连接的铲斗电磁比例阀和铲斗液压装置，所述铲斗电磁比例阀与处理器相连接，所述铲斗液压装置与挖掘机的铲斗相连接；

所述回转驱动组件包括相互连接的回转电磁比例阀和回转马达，所述回转电磁比例阀与处理器相连接，所述回转马达与挖掘机的回转体相连接。

13.一种挖掘机，包括：

权利要求6-12中任一项所述的控制装置。

14.根据权利要求13所述的挖掘机，还包括：

回转体；

动臂，安装在回转体上，其中，动臂的运动包括跟随回转体的运动和动臂自身的运动；

斗杆，安装在动臂上，其中，斗杆的运动包括跟随动臂的运动和斗杆自身的运动；

铲斗，安装在斗杆上，其中，铲斗的运动包括跟随斗杆的运动和铲斗自身的运动。

15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的控制方法。

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