CN112609756A - 一种装载机的控制系统以及装载机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种装载机的控制系统及装载机。该控制系统包括：物料运输控制模块，用于对装载机的铲斗和动臂进行控制，输出铲斗运输位置和下降落地位置，以及物料运输次数；行走控制模块，用于获取装载机的装载机位置信息和载货车的载货车位置信息，并根据装载机位置信息和载货车位置信息调整载货车的装运距离和行走状态，以通过装运距离和行走状态生成装载机的行进路线信息；物料控制模块，分别与物料运输控制模块和行走控制模块相连，用于根据铲斗运输位置、下降落地位置、物料运输次数以及行进路线信息确定物料堆积状态以及载货车物料堆积信息。本发明实施例的技术方案，以实现有效提高装载机的自动化水平和作业效率，节约人工成本。

Description

一种装载机的控制系统以及装载机

技术领域

本发明实施例涉及装载机技术领域，尤其涉及一种装载机的控制系统及装载机。

背景技术

装载机主要完成对砂石、石灰、煤炭等散状物料的集料、运料、装料作业，装载机本身集运灵活、装填效率高，装载机对加快工程的建设速度、减轻人力作业强度、提高工程整体质量、降低工程成本具有非常重要的作用，因此，在铁路、矿场、煤厂、港口等露天场地或厂房、船舱等封闭场地的工程中被广泛使用。

对于装载机作业，根据物料堆积情况及现场行走场地情况，其作业方式比较固定，如典型的V形作业法、I形作业法等，其工作装置的动作、整机行走的方式及路线等也相对固定，如在一个作业循环内，工作装置的循环动作有水平插入、掘料、收斗、举升、卸料、放平等动作，而行走的循环动作有前进、后退、转向等动作。因此，在装载机装填作业时，因同等吨位的整机性能相差不大，对于一般场地及熟练仅通过装载机司机便可快速完成装填物料的作业，装载机的操作相对机械化。

综上，现有的装载机作业依赖装载机司机的人工进行装载操作，适用装载场景有限，人工成本高且作业效率低。

发明内容

本发明实施例提供一种装载机的控制系统及装载机，以实现有效提高装载机的自动化水平和作业效率，节约人工成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种装载机的控制系统，该装载机的控制系统包括：

物料运输控制模块，用于对装载机的铲斗和动臂进行控制，输出铲斗运输位置和下降落地位置，以及物料运输次数；

行走控制模块，用于获取所述装载机的装载机位置信息和载货车的载货车位置信息，并根据所述装载机位置信息和所述载货车位置信息调整所述载货车的装运距离和行走状态，以通过所述装运距离和所述行走状态生成所述装载机的行进路线信息；

物料控制模块，分别与所述物料运输控制模块和所述行走控制模块相连，用于根据所述铲斗运输位置、所述下降落地位置、所述物料运输次数以及所述行进路线信息确定物料堆积状态以及载货车物料堆积信息。

进一步的，所述控制系统还包括工况标定模块；

所述工况标定模块与所述物料控制模块相连，用于向所述物料控制模块提供所述装载机的装载标定信息；

相应的，所述物料控制模块还用于根据所述物料堆积状态和所述载货车物料堆积信息分别与所述装载标定信息进行比较，以生成所述装载机的物料装载完成信息。

进一步的，所述控制系统还包括物料监控模块；

所述物料监控模块与所述物料控制模块相连，用于对所述装载机的物料堆积状态以及所述载货车物料堆积信息对应的载货车的物料堆积状态进行监控，并根据所述物料堆积状态向所述载货车发送物料调整指令，以控制所述载货车进行物料调整。

进一步的，所述控制系统还包括动力控制模块；

所述动力控制模块与所述物料控制模块相连，用于向所述物料运输控制模块和所述行走控制模块提供动力。

进一步的，所述行走控制模块包括车辆信息检测单元和行走路线控制单元；

所述车辆信息检测单元，用于获取所述装载机的装载机位置信息和载货车的载货车位置信息，并根据所述装载机位置信息和所述载货车位置信息调整所述装载机的装运距离；

所述行走路线控制单元，用于规划所述装载机的行走状态，以通过所述装运距离和所述行走状态生成所述装载机的行进路线信息。

进一步的，所述车辆信息检测单元具体用于确定所述装载机距离所述载货车的基准距离，并根据所述装载机位置信息、所述载货车位置信息和所述基准距离调整所述装载机的装运距离。

进一步的，所述行走路线控制单元具体用于获取所述装载机的行驶距离、卸料距离和卸料路线每次卸料位置间隔距离，并根据所述行驶距离、卸料距离和卸料路线每次卸料位置间隔距离规划所述装载机的行走状态。

进一步的，所述物料运输控制模块包括工作控制单元和物料统计单元；

所述工作控制单元，用于对装载机的铲斗和动臂进行控制，输出铲斗运输位置和下降落地位置；

所述物料统计单元，用于采集所述载货车内的物料重量值，并根据所述物料重量值确定所述物料运输次数。

进一步的，所述控制系统还包括安全监测模块；

所述安全监测模块与所述物料控制模块相连，用于对所述装载机的整车状态进行监测。

第二方面，本发明实施例还提供了一种装载机，该装载机包括本发明第一方面实施例提供的装载机的控制系统。

本发明实施例的技术方案，该装载机的控制系统包括：物料运输控制模块，用于对装载机的铲斗和动臂进行控制，输出铲斗运输位置和下降落地位置，以及物料运输次数；行走控制模块，用于获取所述装载机的装载机位置信息和载货车的载货车位置信息，并根据所述装载机位置信息和所述载货车位置信息调整所述载货车的装运距离和行走状态，以通过所述装运距离和所述行走状态生成所述装载机的行进路线信息；物料控制模块，分别与所述物料运输控制模块和所述行走控制模块相连，用于根据所述铲斗运输位置、所述下降落地位置、所述物料运输次数以及所述行进路线信息确定物料堆积状态以及载货车物料堆积信息。解决了现有的装载机作业依赖装载机司机的人工进行装载操作，适用装载场景有限，人工成本高且作业效率低的问题，以实现有效提高装载机的自动化水平和作业效率，节约人工成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种装载机的控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的车辆信息检测单元的原理示意图；

图3是本发明实施例提供的车辆信息检测单元载货车调整位置的流程示意图；

图4是本发明实施例的行走路线控制单元的原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

图1为本发明实施例提供的一种装载机的控制系统的结构示意图，本实施例可适用于对装载机的物料推挖装填进行自动化作业的情况，该装载机的控制系统的具体结构包括如下：

物料运输控制模块110，用于对装载机的铲斗和动臂进行控制，输出铲斗运输位置和下降落地位置，以及物料运输次数；

行走控制模块120，用于获取所述装载机的装载机位置信息和载货车的载货车位置信息，并根据所述装载机位置信息和所述载货车位置信息调整所述载货车的装运距离和行走状态，以通过所述装运距离和所述行走状态生成所述装载机的行进路线信息；

物料控制模块130，分别与所述物料运输控制模块110和所述行走控制模块120相连，用于根据所述铲斗运输位置、所述下降落地位置、所述物料运输次数以及所述行进路线信息确定物料堆积状态以及载货车物料堆积信息。

其中，本实施例所涉及的物料可以为砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可以其他需要通过装载机进行运输的物料，本实施例对此不作任何限制。

在上述实施例的基础上，所述物料运输控制模块110包括工作控制单元和物料统计单元；所述工作控制单元，用于对装载机的铲斗和动臂进行控制，输出铲斗运输位置和下降落地位置；所述物料统计单元，用于采集所述载货车内的物料重量值，并根据所述物料重量值确定所述物料运输次数。

所述工作控制单元主要实现控制铲斗、动臂动作，使铲斗、动臂在程序设定下进行铲掘、运输、举升、卸料、回落等作业动作，并根据在装载机的控制系统安装的油压传感器、距离传感器等信号信息判断装载机的控制系统状态，这些动作与行走控制模块120动作协调，完成装运卸料的作业工作。

所述物料统计单元用于根据铲斗在运输位置时，对装载物料进行称重并统计，以核算出物料运输次数。

行走控制模块120根据装载机的作业方式，并结合物料运输控制模块110的铲斗动作控制，对装载机的行进路线进行调整，装载机的行进路线可以为装载机前进、后退、转向等动作路线，以完成装载机的物料装填作业。

物料控制模块130用于对装载机的整车作业状态进行全局的把控，既确定每一次作业的装载机铲斗运输物料的物料重量值，也获取此时与装载机对应的载货车内的物料堆积信息，其中，载货车用于接收装载机每一次作用运输的物料。

可以理解的是，本实施例所涉及的装载机可以现有的正在使用用于物料推挖装填的土方施工机械的任意一款装载机，本实施例对装载机的具体型号或是大小情况不作任何限制，相应的，本实施例所涉及的载货车为用于装载物料的车辆，具体是哪种型号或是类型的载货车本实施例对此不作任何限制，载货车可以由本领域技术人员根据实际需要进行选择。

继续参见图1，在上述实施例的基础上，所述控制系统还包括工况标定模块140；

所述工况标定模块140与所述物料控制模块130相连，用于向所述物料控制模块130提供所述装载机的装载标定信息；

相应的，所述物料控制模块130还用于根据所述物料堆积状态和所述载货车物料堆积信息分别与所述装载标定信息进行比较，以生成所述装载机的物料装载完成信息。

具体的，通过对工况标定模块与实际控制系统的动作产生的数据信息进行统计整理对比，对整机动作程序进行初步建立，然后根据实际装载机工况与整机作业状态进行程序修正，最后编制控制总程序。

实际控制系统的动作产生的数据信息主要包括确定控制系统在各作业状态下销轴受力、油缸铰点距离、物料称重、载货车辆信息、行走路线状态等，控制系统对数据信息进行处理，控制整车作业动作。作业时控制系统是实时与标定值进行比较，在可变范围内判定动作完成情况。

继续参见图1，在上述实施例的基础上，所述控制系统还包括物料监控模块160；

所述物料监控模块160与所述物料控制模块130相连，用于对所述装载机的物料堆积状态以及所述载货车物料堆积信息对应的载货车的物料堆积状态进行监控，并根据所述物料堆积状态向所述载货车发送物料调整指令，以控制所述载货车进行物料调整。

具体的，物料监控模块160对装载机的自动作业状态进行监控，即了解此时装载机完成的物料堆填后的物料堆积状态。

其中，物料调整指令用于在物料堆积状态为不恰当或是不安全的状态下发出的调整指令。

物料堆积状态的不恰当可以为物料堆积过于松散或是物料堆积覆盖面积过大等情况，物料堆积状态的不安全可以为物料堆积过于高或是物料堆积的某个部分过于高等情况，具体物料堆积状态可以通过物料监控模块进行实时监控，并将向远端服务器反馈当前物料堆积状态。

远端服务器可以仅为向本领域技术人员进行反馈当前物料堆积状态，以通过本领域技术人员控制装载机进行物料调整，也可以本领域技术人员进行实地勘察后进行人工调整；远端服务器还可以通过远程遥控对装载机进行调整及问题处理，即远端服务器与装载机进行远程连接，且远端服务器可以对装载机进行远程控制，从而通过以上模块的综合控制，完成装载机的自动作业工作。

继续参见图1，在上述实施例的基础上，所述控制系统还包括动力控制模块150；

所述动力控制模块150与所述物料控制模块130相连，用于向所述物料运输控制模块和所述行走控制模块提供动力。

其中，动力控制模块150用于为所述物料运输控制模块110和所述行走控制模块120提供动力，以使装载机的各动力系统部件达到最佳动力输出，提高作业速度与效率的同时，减小油耗。

具体的，动力控制模块根据负载敏感策略控制动力元件的动力输出，负载敏感策略控制部件主要包括发动机转速、变速箱挡位、液压泵流量及其他相关元件动力等，结合装载机的作业载荷情况，自动调整发动机功率及动力元件相关转矩等的输出大小。

示例性的，动力控制模块在装载机整车负载时加大动力输出，在装载机整车空载时减小动力输出，以达到装载机作业经济性的控制。动力控制模块在装载机铲掘物料时，对应的负载增大，则需要较大掘起力，此时，动力控制模块控制发动机增大动力输出，以提供较大的铲掘力，从而满足装载机的作业需求，同时又对装载机达到最经济的使用控制。

继续参见图1，在上述实施例的基础上，所述行走控制模块包括车辆信息检测单元和行走路线控制单元；

所述车辆信息检测单元，用于获取所述装载机的装载机位置信息和载货车的载货车位置信息，并根据所述装载机位置信息和所述载货车位置信息调整所述装载机的装运距离；

所述行走路线控制单元，用于规划所述装载机的行走状态，以通过所述装运距离和所述行走状态生成所述装载机的行进路线信息。

具体的，在装载机行走控制时，装载机整车行走、转向等动作与铲斗动作进行协调控制，当铲斗进行铲掘动作时，装载机整车前进；当铲斗铲掘物料完成工作，铲斗动作到运输位置后装载机整车后退，然后转向；装载机转向完成后装载机整车前进过程到卸料位置过程中，铲斗举升至卸料位置，卸料位置根据装载机整车位置控制中预定的传感器测算距离信号为依据；铲斗卸料后装载机整车后退，铲斗下降至运输高度，装载机前进、转向后再前进至铲掘位置，铲斗运动到落地铲掘状态，至此完成铲斗与行走控制模块130的工作循环，在各环节完成路线的自动调整。

继续参见图1，在上述实施例的基础上，所述车辆信息检测单元具体用于确定所述装载机距离所述载货车的基准距离，并根据所述装载机位置信息、所述载货车位置信息和所述基准距离调整所述装载机的装运距离。

图2是本发明实施例提供的车辆信息检测单元的原理示意图。参见图2，在上述实施例的基础上，载货车到达后停至规定的停车区内，停车区靠近装载机侧的为内边线，远离装载机侧的为外边线，在与内边线距离为L设定一条作业基准线，作为装载机在直线运输物料时的安全行走参考线，而装载机停至位置设定在基准线之外。

图3是本发明实施例提供的车辆信息检测单元载货车调整位置的流程示意图。继续参见图2和3，以载货车停止的位置为参照位置，此时载货车距基准线距离为s。装载机首次后退时，控制器接收载货车雷达发射器的信息反馈，包括车辆标识、前端车距a、后端车距b，与基准位置进行对比，依此调整装载机的行走位置。如装载机启动后根据装载机前车架安装的角度传感器反馈的装载机前车架角度，首先进行转向调整复位至如图2状态。此时装载机后退，假设继续后退装载机后端车距b距离为s(s范围b>s>L)时转向，前车架转向角度为前端车距a、后端车距b差值形成的前车架转向角度η，当前端车距a减小到s+△a(△a为因前车架转向造成的前后雷达接收器的高度差)时，控制装载机转向至前后车架为零度位置，此时装载机调整为如图2初次调整后的位置。因调整后装载机距载货车距离为s，大于基准距离L，此时作业在安全范围内。在装载机后退经过载货车中间及后部雷达时，会对位置进行调整，且通过载货车前后部雷达信息测算其货箱长度w。

在装载机正常作业后，将装载机距载货车距离逐渐减小到L，以减小装载机不必要的行走长度，减小油耗，此调整由行走路线规划程序进行调整控制。以上说明的是车辆位置的基本调整方法，当情况复杂时，可进行二次调整或在行走路线控制中进行调整。

继续参见图1，在上述实施例的基础上，所述行走路线控制单元具体用于获取所述装载机的行驶距离、卸料距离和卸料路线每次卸料位置间隔距离，并根据所述行驶距离、卸料距离和卸料路线每次卸料位置间隔距离规划所述装载机的行走状态。

图4是本发明实施例的行走路线控制单元的原理示意图。参见图4，在上述实施例的基础上，确定卸料距离和卸料路线每次卸料位置间隔通过装载机行驶的设定距离进行控制。

首先，需保证装载机在第一次及最后一次装车的位置，避免卸料时物料外泄。考虑货物在堆放后，有塌落角，因此装载机相邻两个卸料位置距离设定为铲斗宽度的一半，即δ/2。以载货车前部第一个雷达发射器为卸料路线起始点，最后一个雷达发射器为卸料路线终止点。假设卸料次数为n，则除去最初和最后卸料次数，剩余次数取整：

最初和最后卸料位置中间的运动路段中装载机两相邻卸料位置实际距离设定为：

由此确定装载机在开始卸料时行驶的距离，第一次卸料行驶距离为δ/2，第二次卸料行驶距离为δ/2+t，……第n-2次卸料行驶距离为δ/2+(n-2)t，最后一次卸料距离为w-δ。

对于装载机卸料路线中转弯控制，可根据转弯半径计算转弯弧度的行驶距离，当转弯行驶距离达到设定值时，进行转向控制。卸料路线和返回装料路线相同，只是行驶方向相反。

在上述实施例的基础上，所述控制系统还包括安全监测模块；

所述安全监测模块与所述物料控制模块相连，用于对所述装载机的整车状态进行监测。

具体的，安全监测模块主要是对装载机整车状态进行监测，装载机整车状态包括装载机整机自身车况信息等进行监测，装载机整机自身车况信息如基本信息、故障报警等信息，可及时处理故障问题，实现应急处理，保证作业安全。

该装载机的控制系统的工作原理为：

在装载机自动作业时，通过物料运输控制模块110实时测量记录各油缸铰点处各销轴受力，并与标定力进行比较，在可变范围内认为铲斗铲掘初步完成，然后收起铲斗，并通过物料运输控制模块110获取铲斗内物料重量值。

物料运输控制模块110根据设定的物料密度换算为物料体积，以此作为装载机装载后物料堆积程度预估。物料运输控制模块110根据换算后物料体积，计算在铲斗卸料位置下的堆积高度，从而反求这一位置的作业次数，即可以确定铲斗的剩余运输次数。当完成一位置的作业次数后，根据装载机铲斗宽度、物料堆积形状等参数，行走控制模块120对装载机的路线进行自动调整，以对装、卸料位置等信息进行自动调整。

当完成设定的铲斗承重总量后，物料监控模块会进行预警，监控室可根据遥控摄像头进行物料装填检测，根据需要进行遥控干预，以调整载货车物料情况，达到规定的载重及高度限制。

在装载机作业期间，动力控制模块根据装载机整机的负载情况自动调节发动机功率、泵流量扭矩等参数，提高工作速度，提升作业效率。

本发明实施例还提供了一种装载机，该装载机包括本发明实施例提供的装载机的控制系统。

本发明实施例的技术方案，该装载机的控制系统包括：物料运输控制模块，用于对装载机的铲斗和动臂进行控制，输出铲斗运输位置和下降落地位置，以及物料运输次数；行走控制模块，用于获取所述装载机的装载机位置信息和载货车的载货车位置信息，并根据所述装载机位置信息和所述载货车位置信息调整所述载货车的装运距离和行走状态，以通过所述装运距离和所述行走状态生成所述装载机的行进路线信息；物料控制模块，分别与所述物料运输控制模块和所述行走控制模块相连，用于根据所述铲斗运输位置、所述下降落地位置、所述物料运输次数以及所述行进路线信息确定物料堆积状态以及载货车物料堆积信息。解决了现有的装载机作业依赖装载机司机的人工进行装载操作，适用装载场景有限，人工成本高且作业效率低的问题，以实现有效提高装载机的自动化水平和作业效率，节约人工成本。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种装载机的控制系统，其特征在于，包括：

物料运输控制模块，用于对装载机的铲斗和动臂进行控制，输出铲斗运输位置和下降落地位置，以及物料运输次数；

行走控制模块，用于获取所述装载机的装载机位置信息和载货车的载货车位置信息，并根据所述装载机位置信息和所述载货车位置信息调整所述载货车的装运距离和行走状态，以通过所述装运距离和所述行走状态生成所述装载机的行进路线信息；

物料控制模块，分别与所述物料运输控制模块和所述行走控制模块相连，用于根据所述铲斗运输位置、所述下降落地位置、所述物料运输次数以及所述行进路线信息确定物料堆积状态以及载货车物料堆积信息。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括工况标定模块；

所述工况标定模块与所述物料控制模块相连，用于向所述物料控制模块提供所述装载机的装载标定信息；

相应的，所述物料控制模块还用于根据所述物料堆积状态和所述载货车物料堆积信息分别与所述装载标定信息进行比较，以生成所述装载机的物料装载完成信息。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括物料监控模块；

所述物料监控模块与所述物料控制模块相连，用于对所述装载机的物料堆积状态以及所述载货车物料堆积信息对应的载货车的物料堆积状态进行监控，并根据所述物料堆积状态向所述载货车发送物料调整指令，以控制所述载货车进行物料调整。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括动力控制模块；

所述动力控制模块与所述物料控制模块相连，用于向所述物料运输控制模块和所述行走控制模块提供动力。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述行走控制模块包括车辆信息检测单元和行走路线控制单元；

所述车辆信息检测单元，用于获取所述装载机的装载机位置信息和载货车的载货车位置信息，并根据所述装载机位置信息和所述载货车位置信息调整所述装载机的装运距离；

所述行走路线控制单元，用于规划所述装载机的行走状态，以通过所述装运距离和所述行走状态生成所述装载机的行进路线信息。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述车辆信息检测单元具体用于确定所述装载机距离所述载货车的基准距离，并根据所述装载机位置信息、所述载货车位置信息和所述基准距离调整所述装载机的装运距离。

7.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述行走路线控制单元具体用于获取所述装载机的行驶距离、卸料距离和卸料路线每次卸料位置间隔距离，并根据所述行驶距离、卸料距离和卸料路线每次卸料位置间隔距离规划所述装载机的行走状态。

8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述物料运输控制模块包括工作控制单元和物料统计单元；

所述工作控制单元，用于对装载机的铲斗和动臂进行控制，输出铲斗运输位置和下降落地位置；

所述物料统计单元，用于采集所述载货车内的物料重量值，并根据所述物料重量值确定所述物料运输次数。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括安全监测模块；

所述安全监测模块与所述物料控制模块相连，用于对所述装载机的整车状态进行监测。

10.一种装载机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的装载机的控制系统。

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