CN112681413B - 一种半自动控制挖机三联动修坡系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半自动控制挖机三联动修坡系统及方法，该系统包括：传感器模块，用于执行：采集挖机车体、动臂、斗杆和铲斗姿态；数据采集处理模块，用于执行：与所述传感器模块相连接，实时处理传感器模块采集的数据，并输出给显示模块；显示模块，用于执行：安装在挖机驾驶室内，并与所述数据采集处理模块连接，所述数据采集处理模块把数据处理后发给所述显示模块显示。本发明采用了速度控制闭环的调节方式，有效避免了传统方法中的抖动、冲击问题，调节过程顺畅，平稳，控制精度高于传统的位置调节方式。
Description
技术领域
本发明涉及一种半自动控制挖机三联动修坡方法，属于工程机械应用技术领域。
背景技术
挖掘机修坡施工又称为刷坡或削坡，通常指修整道路或者河床两边的边坡，要求修整为一个平整的斜面。修坡的一般方法需要施工方进行大量的测量来确定所修坡面是否满足要求，如果发生超挖的现象还需要填充物料，费时又费力。
为了解决挖机修坡过程中反复的测量问题，目前大多数厂商还没有较好的解决方案。中国专利CN104120745A提出了一种通过速度控制为主位置反馈调整为辅的自动平地控制方法，该方法只是讨论了平地，并没有讨论到更一般的修坡问题，并且该方法把斗杆和铲斗看成一个整体，并没有讨论更一般的斗杆和铲斗分开控制的问题。中国专利CN109024751A梳理了挖机半自动控制的功能，并且区分了两联动控制和三联动控制，但是该文献并没有给出具体的控制方法。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术存在的技术缺陷，解决上述技术问题，提出一种半自动控制挖机三联动修坡方法。
本发明具体采用如下技术方案：一种半自动控制挖机三联动修坡系统，包括：
传感器模块，用于执行：采集挖机车体、动臂、斗杆和铲斗姿态；
数据采集处理模块，用于执行：与所述传感器模块相连接，实时处理传感器模块采集的数据，并输出给显示模块；
显示模块，用于执行：安装在挖机驾驶室内，并与所述数据采集处理模块连接，所述数据采集处理模块把数据处理后发给所述显示模块显示。
作为一种较佳的实施例，采集挖机车体姿态的传感器模块为双轴倾角传感器，固定安装在挖机回转平台上。
作为一种较佳的实施例，采集动臂姿态的传感器模块为绝对角度传感器或者相对角度传感器或者油缸位移传感器，采集动臂姿态的传感器模块分别安装在对应的动臂上。
作为一种较佳的实施例，采集斗杆姿态的传感器模块为绝对角度传感器或者相对角度传感器或者油缸位移传感器，采集斗杆姿态的传感器模块分别安装在对应的斗杆上。
作为一种较佳的实施例，采集连杆姿态的传感器模块为绝对角度传感器或者相对角度传感器或者油缸位移传感器，采集连杆姿态的传感器模块分别安装在对应的连杆上。
本发明还提出一种半自动控制挖机三联动修坡方法，包括如下步骤：
步骤SS1：设定修坡坡度θ及铲斗调平时的铲斗角度α，并采集车体、动臂、斗杆和铲斗姿态信号，计算工作装置关键点姿态、斗杆与铲斗铰接点C点相对履带底部高度和铲斗齿尖角度；
步骤SS2：把模型分为两部分，一是调节斗杆与铲斗铰接点C点高度的模型，另一部分是调节铲斗齿尖角度的模型；
步骤SS3：调整步骤SS2中的调节铲斗齿尖夹角的模型；
步骤SS4：实时比较步骤SS1计算的铲斗相对斗杆角度是否达到机械限位角度，判断斗收、翻斗是否到达极限位置，若判断到达极限位置则锁死铲斗油缸，修坡由三联动蜕变为两联动。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2中的调节斗杆与铲斗铰接点C点高度的模型如下：
步骤SS211：根据保证C点按照修坡坡度θ运动的斗杆相对动臂运动角速度和动臂相对车体角速度w之间的关系，在手动操作斗杆时，计算出动臂相对车体角速度w；
步骤SS212：根据步骤SS211计算的C点实际高度和按照修坡坡度θ运动目标高度差Error1，根据Error1去调节w调节后记为w1，根据w1做速度闭环控制动臂油缸的伸缩量；
步骤SS213：当所述C点与动臂和斗杆铰接点B点和水平面的角度大于-90°+θ时动臂需要提升，即使提升超过目标高度也不下降，而是减慢提升速度，当所述C点与动臂和斗杆铰接点B点和水平面的角度小于-90°+θ时动臂需要下降，即使下降超过目标高度也不提升，而是减慢下降速度。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2中的调节斗杆与铲斗铰接点C点高度的模型的调节过程中动臂伸缩只换向一次。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的调整步骤SS2中的调节铲斗齿尖夹角的模型具体如下：
步骤SS31：根据保持铲斗角度不变时，铲斗和斗杆的相对角速度和斗杆角速度v之间的关系，计算出铲斗相对斗杆角速度u；
步骤SS32：根据步骤SS31计算的铲斗姿态计算出铲斗保持姿态不变运动时的设定角度与实际角度之间的误差Error2，根据此误差去调节步骤SS31计算的铲斗相对斗杆角速度u调节后记为u1；
步骤SS33：根据步骤SS32计算的铲斗相对斗杆角速度调节铲斗伸缩量控铲斗内收和外摆，并在动臂上升加斗杆内收或者动臂下降斗杆外摆复合动作时根据斗杆角速度v来决定铲斗动作方向，v大于零铲斗需要内收，v小于零铲斗需要外翻。
本发明所达到的有益效果：本发明针对如何解决现有技术只是讨论了平地，并没有讨论到更一般的修坡问题，并且该方法把斗杆和铲斗看成一个整体，并没有讨论更一般的斗杆和铲斗分开控制的问题以及缺乏没有给出具体的控制方法的技术需求，使用速度闭环方式解决了挖机三联动修坡问题，能避免传统方法中的抖动、冲击问题，调节过程顺畅，平稳，控制精度高于传统的位置调节方式，施工精度高，解决了传统施工中反复测量的问题。
附图说明
图1是本发明的一种半自动控制挖机三联动修坡方法的曲线图1；
图2是本发明的一种半自动控制挖机三联动修坡方法的曲线图2；
图3是本发明的一种半自动控制挖机三联动修坡方法的曲线图3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：本发明提出一种半自动控制挖机三联动修坡系统，包括：
传感器模块，用于执行：采集挖机车体、动臂、斗杆和铲斗姿态；
数据采集处理模块，用于执行：与所述传感器模块相连接，实时处理传感器模块采集的数据，并输出给显示模块；
显示模块，用于执行：安装在挖机驾驶室内，并与所述数据采集处理模块连接，所述数据采集处理模块把数据处理后发给所述显示模块显示。
可选的，采集挖机车体姿态的传感器模块为双轴倾角传感器，固定安装在挖机回转平台上。
可选的，采集动臂姿态的传感器模块为绝对角度传感器或者相对角度传感器或者油缸位移传感器，采集动臂姿态的传感器模块分别安装在对应的动臂上。
可选的，采集斗杆姿态的传感器模块为绝对角度传感器或者相对角度传感器或者油缸位移传感器，采集斗杆姿态的传感器模块分别安装在对应的斗杆上。
可选的，采集连杆姿态的传感器模块为绝对角度传感器或者相对角度传感器或者油缸位移传感器，采集连杆姿态的传感器模块分别安装在对应的连杆上。
实施例2：如图1、图2和图3所示，本发明还提出一种半自动控制挖机三联动修坡方法，包括如下步骤：
步骤SS1：设定修坡坡度θ及铲斗调平时的铲斗角度α，并采集车体、动臂、斗杆和铲斗姿态信号，计算工作装置关键点姿态、斗杆与铲斗铰接点C点相对履带底部高度和铲斗齿尖角度；
步骤SS2：把模型分为两部分，一是调节斗杆与铲斗铰接点C点高度的模型，另一部分是调节铲斗齿尖角度的模型；
步骤SS3：调整步骤SS2中的调节铲斗齿尖夹角的模型；
步骤SS4：实时比较步骤SS1计算的铲斗相对斗杆角度是否达到机械限位角度，判断斗收、翻斗是否到达极限位置，若判断到达极限位置则锁死铲斗油缸，修坡由三联动蜕变为两联动。
可选的，所述步骤SS2中的调节斗杆与铲斗铰接点C点高度的模型如下：
步骤SS211：根据保证C点按照修坡坡度θ运动的斗杆相对动臂运动角速度和动臂相对车体角速度w之间的关系，在手动操作斗杆时，计算出动臂相对车体角速度w；
步骤SS212：根据步骤SS211计算的C点实际高度和按照修坡坡度θ运动目标高度差Error1，根据Error1去调节w调节后记为w1，根据w1做速度闭环控制动臂油缸的伸缩量；
步骤SS213：当所述C点与动臂和斗杆铰接点B点和水平面的角度大于-90°+θ时动臂需要提升，即使提升超过目标高度也不下降，而是减慢提升速度，当所述C点与动臂和斗杆铰接点B点和水平面的角度小于-90°+θ时动臂需要下降，即使下降超过目标高度也不提升，而是减慢下降速度。
即使下降超过目标高度也不提升，而是减慢下降速度。
可选的，所述步骤SS2中的调节斗杆与铲斗铰接点C点高度的模型的调节过程中动臂伸缩只换向一次。
可选的，所述步骤SS3中的调整步骤SS2中的调节铲斗齿尖夹角的模型具体如下：
步骤SS31：根据保持铲斗角度不变时，铲斗和斗杆的相对角速度和斗杆角速度v之间的关系，计算出铲斗相对斗杆角速度u；
步骤SS32：根据步骤SS31计算的铲斗姿态计算出铲斗保持姿态不变运动时的设定角度与实际角度之间的误差Error2，根据此误差去调节步骤SS31计算的铲斗相对斗杆角速度u调节后记为u1；
步骤SS33：根据步骤SS32计算的铲斗相对斗杆角速度调节铲斗伸缩量控铲斗内收和外摆，并在动臂上升加斗杆内收或者动臂下降斗杆外摆复合动作时根据斗杆角速度v来决定铲斗动作方向，v大于零铲斗需要内收，v小于零铲斗需要外翻。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种半自动控制挖机三联动修坡方法，其特征在于，
一种半自动控制挖机三联动修坡系统，包括：
传感器模块，用于执行：采集挖机车体、动臂、斗杆和铲斗姿态；
数据采集处理模块，用于执行：与所述传感器模块相连接，实时处理传感器模块采集的数据，并输出给显示模块；
显示模块，用于执行：安装在挖机驾驶室内，并与所述数据采集处理模块连接，所述数据采集处理模块把数据处理后发给所述显示模块显示；
半自动控制挖机三联动修坡方法，包括如下步骤：
步骤SS1：设定修坡坡度θ及铲斗调平时的铲斗角度α，并采集车体、动臂、斗杆和铲斗姿态信号，计算工作装置关键点姿态、斗杆与铲斗铰接点C点相对履带底部高度和铲斗齿尖角度；
步骤SS2：把模型分为两部分，一是调节斗杆与铲斗铰接点C点高度的模型，另一部分是调节铲斗齿尖角度的模型；
步骤SS3：调整步骤SS2中的调节铲斗齿尖夹角的模型；
步骤SS4：实时比较步骤SS1计算的铲斗相对斗杆角度是否达到机械限位角度，判断斗收、翻斗是否到达极限位置，若判断到达极限位置则锁死铲斗油缸，修坡由三联动蜕变为两联动。
2.根据权利要求1所述的一种半自动控制挖机三联动修坡方法，其特征在于，所述步骤SS2中的调节斗杆与铲斗铰接点C点高度的模型如下：
步骤SS211：根据保证C点按照修坡坡度θ运动的斗杆相对动臂运动角速度和动臂相对车体角速度w之间的关系，在手动操作斗杆时，计算出动臂相对车体角速度w；
步骤SS212：根据步骤SS211计算的C点实际高度和按照修坡坡度θ运动目标高度差Error1，根据Error1去调节w调节后记为w1，根据w1做速度闭环控制动臂油缸的伸缩量；
步骤SS213：当所述C点与动臂和斗杆铰接点B点和水平面的角度大于-90°+ θ时动臂需要提升，即使提升超过目标高度也不下降，而是减慢提升速度，当所述C点与动臂和斗杆铰接点B点和水平面的角度小于-90°+ θ时动臂需要下降，即使下降超过目标高度也不提升，而是减慢下降速度。
3.根据权利要求2所述的一种半自动控制挖机三联动修坡方法，其特征在于，所述步骤SS2中的调节斗杆与铲斗铰接点C点高度的模型的调节过程中动臂伸缩只换向一次。
4.根据权利要求1所述的一种半自动控制挖机三联动修坡方法，其特征在于，所述步骤SS3中的调整步骤SS2中的调节铲斗齿尖夹角的模型具体如下：
步骤SS31：根据保持铲斗角度不变时，铲斗和斗杆的相对角速度和斗杆角速度v之间的关系，计算出铲斗相对斗杆角速度u；
步骤SS32：根据步骤SS31计算的铲斗姿态计算出铲斗保持姿态不变运动时的设定角度与实际角度之间的误差Error2，根据此误差去调节步骤SS31计算的铲斗相对斗杆角速度u调节后记为u1；
步骤SS33：根据步骤SS32计算的铲斗相对斗杆角速度调节铲斗伸缩量控铲斗内收和外摆，并在动臂上升加斗杆内收或者动臂下降斗杆外摆复合动作时根据斗杆角速度v来决定铲斗动作方向，v大于零铲斗需要内收，v小于零铲斗需要外翻。
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