CN113047367A - 挖掘机电子围栏设置装置、设置方法和挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及挖掘机技术，为解决现有挖掘机电子围栏为竖直围栏或水平围栏的问题；提供一种挖掘机电子围栏设置装置、设置方法和挖掘机，其中设置装置包括控制器、仪表、位姿传感器、操控装置；仪表包括用于设定属具参数的属具设定模块和用于标定至少两个电子围栏分界点的分界点标定模块；分界点标定模块触发时控制器通过位姿传感器确定工作装置中属具预定点当前位置在挖掘机坐标系中的坐标位置值，并将属具预定点的当前坐标位置标定为与电子围栏分界点，控制器将各个电子围栏分界点中相邻两点之间的连线作为挖掘机电子围栏。本发明可依据实际情况设定电子围栏的形状，实现相应部件保护同时尽可能地减小电子围栏对属具移动范围的限制。

Description

挖掘机电子围栏设置装置、设置方法和挖掘机

技术领域

本发明涉及一种挖掘机技术，更具体地说，涉及一种挖掘机电子围栏设置装置、设置方法和挖掘机。

背景技术

电子围墙(或称电子围栏)是一种虚拟的围栏装置，应用在挖掘机作业场景下，电子围栏用于限定挖掘机工作装置的运动位置，当工作装置任意位置靠近电子围栏的边界时，挖掘机控制器锁定挖掘机的操作杆，以避免由于操作员的失误而造成的安全事故。

挖掘机2D电子围栏包括挖掘机工作装置中心平面内上下前后四个方向上边界，分别是电子上围栏、电子下围栏、电子前围栏和电子后围栏，分别用于限定挖掘机工作装置在前后上下方向上的移动范围。现有挖掘机的2D电子围栏边界通常呈水平线(上下电子围栏)或者竖直线(前后电子围栏)，例如电子后围栏通常是平行于挖掘机的回转中心且位于驾驶室前方，是一个竖直的边界(挖掘机处于水平地面)。但挖掘机是一种多功能的作业机械，其可以通过更换不同的属具实现不同的功能。在更换一些属具后，在电子后围墙(竖墙)的保护下，属具不会碰到驾驶室，但是属具有可能与动臂、动臂油缸以及管路等发生干涉，存在属具触碰动臂等部件的风险。若利用电子后围墙保护动臂、动臂油缸及管路等部件不被属具触碰，则需要将电子后围墙的位置向前移(相对驾驶室)。电子后围墙的位置向前移动，则会过度地限制属具的移动范围，影响挖掘机的作业效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有挖掘机2D电子围栏为竖直围栏或水平围栏的问题，而提供一种挖掘机电子围栏设置装置、设置方法和挖掘机，用于设置电子围栏，挖掘机在作业时可根据实际情况设置2D电子围栏，在电子围栏充分发挥保护功能的前提下尽可能减少电子围栏对属具移动范围的限制。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机电子围栏设置装置，包括控制器、与控制器连接的仪表、用于获取工作装置运动部件位姿的位姿传感器、用于操控工作装置移动动作的操控装置；其特征在于，所述仪表包括用于设定属具参数的属具设定模块和用于标定至少两个电子围栏分界点的分界点标定模块；分界点标定模块触发时所述控制器通过位姿传感器确定工作装置中属具预定点当前位置在挖掘机坐标系中的坐标位置值，并将属具预定点的当前坐标位置标定为与电子围栏分界点，控制器将各个电子围栏分界点中相邻两点之间的连线作为挖掘机电子围栏。通过操作移动工作装置选取挖掘机电子围栏的分界点，进而设定电子围栏。其电子围栏设置简单，且可以根据被保护的部件或障碍物的形状设定电子围栏，例如可将电子围栏设置成斜线或者折线。降低电子围栏对挖掘机属具移动范围的限制，减小因设置电子围栏对挖掘机作业效率的影响。

上述挖掘机电子围栏设置装置中，所述仪表还包括用于显示电子围栏分界点在挖掘机坐标系中坐标位置的显示模块。通过显示模块直观地显示电子围栏分界点，方便操作人员设置电子围栏分界点。

上述挖掘机电子围栏设置装置中，所述分界点标定模块还包括坐标调整子模块，所述坐标调整子模块的输入初始坐标值为属具预定点当前位置在挖掘机坐标系中的坐标位置值；坐标调整子模块的输入坐标坐标值标定为电子围栏分界点在挖掘机坐标系中坐标位置值。通过操控装置控制工作装置，将属具移动到预定位置，能够使操作者直观真实地观察电子围栏的所在位置。通过操控装置控制工作装置，使快速粗略地确定电子围栏分界点的大致位置，通过坐标调整子模块调整电子围栏分界点的坐标位置值，则是精确地调节。

上述挖掘机电子围栏设置装置中，所述电子围栏位于挖掘机工作装置的中心平面内且是电子上围栏、电子下围栏、电子前围栏和电子后围栏中的一种2D电子围栏。

上述挖掘机电子围栏设置装置中，所述位姿传感器包括测量转动部件角度的铲斗位姿传感器，动臂位姿传感器，斗杆位姿传感器。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机，其特征在于具有前述的挖掘机电子围栏设置装置。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机电子围栏设置方法，其特征在于，所述挖掘机包括控制器、与控制器连接的仪表、用于获取工作装置运动部件位姿的位姿传感器、用于操控工作装置动作的操控装置；电子围栏设置方法包括：

仪表中的属具设定模块选择工装置中属具类型并确定该属具的尺寸参数，选择确定需要设置的电子围栏；

操控装置控制工作装置先后使属具以预定姿态移动至至少两个预定位置，控制器在每个预定位置依据位姿传感器的检测值确定属具预定点实际位置在挖掘机坐标系中的坐标位置值，仪表中的分界点标定模块将属具在各个预定位置时属具预定点实际位置在挖掘机坐标系中的坐标位置标定电子围栏分界点，控制器将各个电子围栏分界点中相邻两点之间的连线作为挖掘机电子围栏。在本发明中，通过设置至少两个电子围栏分界点，确定挖掘机电子围栏，避免挖掘机属具碰撞动臂、动臂油缸及管路和驾驶室的危险，同时设定的电子围栏可以是呈倾斜状，与动臂后部、动臂油缸等平行，可使电子围栏与被保护物体的距离尽可能地小，从而降低对挖掘机属具移动范围的限制，减少因设置电子围栏对属具移动范围的影响。相邻的两电子围栏分界点是指该两电子围栏分界点之间的区域中不具有其他的电子围栏分界点。

上述挖掘机电子围栏设置方法中，所述设置方法还包括电子围栏分界点坐标位置值调整步骤，所述电子围栏分界点坐标值调整步骤包括由分界点标定模块输入调整电子围栏分界点在挖掘机坐标系中坐标位置值，所述分界点标定模块输入的初始坐标值为属具预定点实际位置在挖掘机坐标系中的坐标位置值，分界点标定模块的输入坐标位置值标定为电子围栏分界点在挖掘机坐标系中坐标位置值。通过输入电子围栏分界点的坐标值，可实现电子围栏分界点的精确调整，从而精确设置电子围栏的位置。

上述挖掘机电子围栏设置方法中，所述电子围栏位于挖掘机工作装置的中心平面内且是电子上围栏、电子下围栏、电子前围栏和电子后围栏中的一种2D电子围栏。

上述挖掘机电子围栏设置方法中，所述预定位置包括第一预定位置和第二预定位置，所述属具位于第一预定位置时所述属具预定点实际位置位于动臂与回转平台的铰接点的斜前上方，所述属具位于第二预定位置时所述属具预定点的实际位置位于第一预定位置时所述属具预定点实际位置的斜后下方。将工作装置中的属具先后移动到两个预定位置，可标定两个电子围栏分界点，形成的电子围栏可以是呈倾斜状，例如于动臂后部段基本平行，减少电子围栏对属具移动范围的限制。

上述挖掘机电子围栏设置方法中，所述预定位置还包括第三预定位置，所述属具位于第三预定位置时所述属具预定点实际位置位于第二预定位置时所述属具预定点实际位置的斜后下方或正下方。将工作装置中的属具移动到第三预定位置，可标定第三个电子围栏分界点，使电子围栏呈现为折线，进一步地兼顾保护可能被碰撞部件和减小属具移动位置限制范围。

上述挖掘机电子围栏设置方法中，所述挖掘机坐标系位于挖掘机工作装置的中心平面内，其Y轴平行于挖掘机回转中心轴线且穿过动臂与回转平台的铰接轴中点，X轴位于挖掘机的履带着地平面内。挖掘机的属具与斗杆的铰接销轴、斗杆与动臂的铰接线轴和动臂与挖掘机回转平台的铰接销轴，三根销轴相互平行，因此属具的移动实际上是沿工作装置中心平面中运动，设定的电子围栏也是在平面内直线或折线。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机，其特征在于挖掘机的控制器包括存储器和处理器，所述存储器用于存储程序指令，所述程序指令用于所述处理器进行操作以执行前述挖掘机电子围栏设置方法。

本发明与现有技术相比，本发明挖掘机电子围栏设置装置、设置方法和挖掘机中的电子围栏的设定简单，并且可依据实际情况设定电子围栏的形状，在实现相应部件保护的同时，可尽可能地减小电子围栏对属具移动范围的限制。

附图说明

图1是本发明挖掘机电子围栏设置装置的结构框图。

图2时本发明挖掘机电子围栏的挖掘机坐标系示意图。

图中零部件名称及序号：

控制器1、操控装置2、位姿传感器3、仪表4、显示模块41、分界点标定模块42、坐标调整子模块43、回转平台51、动臂52、斗杆53、铲斗54。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

本发明中的挖掘机电子围栏设置装置，用于设置电子围栏。

本发明中挖掘机的电子围栏设置装置如图1所示，电子围栏设置装置包括控制器1、与控制器1连接的仪表4、用于获取工作装置运动部件位姿的位姿传感器3、用于操控工作装置移动动作的操控装置2。挖掘机通过更换属具实现不同的功能，例如可以采用破碎锤、铲斗、夹钳等属具。本实施例中以属具为铲斗为例说明挖掘机电子围栏的设置。

位姿传感器3包括动臂位姿传感器、斗杆位姿传感器、铲斗位姿传感器，分别用于测量动臂与回转平台之间的转动角度、斗杆与动臂之间的转动角度、铲斗与斗杆之间的角度。

在挖掘机的电子围栏中，利用到的坐标系为平面坐标系，该坐标系位于工作装置的中心平面中，其Y轴是与回转平台51中心轴线平行，并且Y轴经过动臂52与回转平台51的铰接销轴的中心点。X轴位于挖掘机的履带着地平面内。

如图2所示，挖掘机的工作装置包括动臂52、斗杆53、铲斗54以及相应的液压油缸构成。仪表具有属具设定模块，用于向控制器输入属具类型以及尺寸参数等。控制器1通过位姿传感器3检测动臂52与回转平台51之间的角度、斗杆53与动臂52之间的角度、铲斗54与斗杆53之间的角度以及各部件的尺寸参数而计算出工作装置在当前姿态下各关键点的坐标位置值。关键点是指工作装置作业过程中，容易与其他部位发生碰撞的位置，例如斗杆53的前端和后端、铲斗54的斗齿尖、斗底(圆弧部位)等。

在本实施例中，仪表4还包括分界点标定模块42、显示模块41。

显示模块41显示挖掘机工作装置、电子围栏在挖掘机坐标系中的坐标位置，包括电子围栏中电子围栏分界点在挖掘机坐标系中的位置，以便操作人员直观地知悉电子围栏的位置。

分界点标定模块42用于标定电子围栏分界点。分界点标定模块42至少可以标定两个电子围栏分界点，在本实施例中可以标定三个电子围栏分界点，分别是A点、B点、C点。

分界点标定模块42还包括坐标调整子模块43，用于在标定电子围栏分界点时微调电子围栏分界点在挖掘机坐标系中的坐标位置值。

利用本实施例中的挖掘机电子围栏设置装置可设置挖掘机的电子上围栏、电子下围栏、电子前围栏、电子后围栏。以下以设置电子后围栏属具为铲斗为例说明上述挖掘机电子围栏设置装置设置电子后围栏的方法布置。电子后围栏的设置方法如下：

操作人员通过仪表4中触发电子后围栏设置程序，选择所要设置的电子围栏，例如在显示模块上点击电子后围栏的标示区域，然后点击仪表4的分界点标定模块42中的电子围栏分界点A的A点标定按钮，进入电子围栏分界点A的标定步骤。进入电子围栏分界点A的标定步骤后，操作员通过控制操控装置2，使工作装置的铲斗以预定的姿态移动至预定位置。铲斗的预定姿态通常是铲斗与被保护部件碰撞时的姿态，预定位置通常是靠近被保护部件的边界位置。挖掘机可以根据机器尺寸参数通过显示模块41给出相应的铲斗的预定姿态和预定位置以便参考。铲斗移动至预定位置后，铲斗绕斗杆作任意的转动动作，也即铲斗在预定位置处于任何姿态时铲斗任何部位都不会与被保护部件接触碰撞，在预定位置铲斗处于预定姿态时，铲斗的预定点与被保护部件的距离最小，例如第一预定位置处(标定电子围栏分界点A时所处的位置)铲斗的齿尖与动臂距离最近，铲斗的齿尖即为铲斗的预定点。铲斗以预定姿态移动至预定位置时，控制器1通过位姿传感器3检测动臂与回转平台之间的角度、斗杆与动臂之间的角度、铲斗与斗杆之间的角度以及各部件的尺寸参数，而计算出齿尖在当前姿态下在挖掘机坐标系中的坐标位置值，并且将该坐标位置值作为坐标调整子模块43输入的默认坐标值。之后操作者可点击电子围栏分界点A的坐标标定确认按钮以标定电子围栏分界点A，从而将此时铲斗齿尖的实际位置在挖掘机坐标系中坐标位置作为击电子围栏分界点A。操作者也可以在铲斗以预定姿态移动到预定位置后，通过坐标调整子模块43，在此时铲斗齿尖的实际位置在挖掘机坐标系中坐标位置值的基础上调整电子围栏分界点A的坐标位置值，待调整到操作员认为合适的坐标位置值之后可点击电子围栏分界点A的坐标标定确认按钮以标定电子围栏分界点A，此时电子围栏分界点A在挖掘机坐标系中的坐标位置值是坐标调整子模块的输入值。

依照电子围栏分界点A的标定的相同方法，依次标定电子围栏分界点B和电子围栏分界点C,其中电子围栏分界点B位于电子围栏分界点A的斜后下方，电子围栏分界点C位于电子围栏分界点B的正下方。在三个电子围栏分界点都标定完成后，控制器将三个电子围栏分界点A、B、C三点的连线AB和连线BC作为挖掘机的电子后围栏，B点位于A点和C点之间的区域，因此连线AC不作为电子后围栏。若完成A点的设置，不进行B点和C点的设置，控制器将设置成过A点平行于回转中心线的竖直围墙，若只进行A点和B点的设置，控制器将AB的连线作为围墙边界。

在显示模块上点击电子前围栏、电子上围栏、电子下围栏等围栏的电子围栏标示区域411后，可以使用前述电子后围栏的设置方法，设置电子前围栏、电子上围栏、电子下围栏。每个电子围栏可以是直线(由一个或两个电子围栏分界点确定)，也可以是由三个以上的电子围栏分界点确定的折线。电子围栏为直线时，可以是竖直线，例如电子前围栏或后围栏为竖直的直线，也可以根据障碍物的行走而设置成斜线。

挖掘机的电子围栏保护控制系统启动后，控制器在工作装置移动作业的过程中，实时计算铲斗齿尖以及其他关键位置点在挖掘机坐标系中的位置，若铲斗关键位置点与电子后围栏之间的距离小于预定值时，则控制主泵和主阀降低铲斗或斗杆向电子后围栏方向移动动作的速度，当铲斗关键位置点到达电子后围栏所在位置时则控制工作装置使铲斗不能向越过电子后围栏的方向移动。

在本实施例中，也可以只标定两个电子围栏分界点，既设置边界点A和边界点B，第一个电子围栏分界点位于位于动臂与回转平台的铰接点的斜前上方，第二电子围栏分界点位于位于第一个电子围栏分界点的斜后下方，两点形成倾斜的电子后围栏，该电子后围栏与动臂油缸基本平行，以便在对动臂、动臂油缸及管路进行保护的同时，减小对铲斗移动范围的限制。

本实施例中的挖掘机控制器包括存储器和处理器，存储器用于存储程序指令，程序指令用于处理器进行操作以执行前述挖掘机电子后围栏设置方法。

本发明挖掘机电子后围栏设置装置、设置方法和挖掘机中的电子后围栏的设定简单，并且可依据实际情况而设定，在实现相应部件保护的同时，可尽可能地减小电子后围栏对属具移动范围的限制。

Claims (10)

1.一种挖掘机电子围栏设置装置，包括控制器、与控制器连接的仪表、用于获取工作装置运动部件位姿的位姿传感器、用于操控工作装置移动动作的操控装置；其特征在于，所述仪表包括用于设定属具参数的属具设定模块和用于标定至少两个电子围栏分界点的分界点标定模块；分界点标定模块触发时所述控制器通过位姿传感器确定工作装置中属具预定点当前位置在挖掘机坐标系中的坐标位置值，并将属具预定点的当前坐标位置标定为与电子围栏分界点，控制器将各个电子围栏分界点中相邻两点之间的连线作为挖掘机电子围栏。

2.根据权利要求1所述的挖掘机电子围栏设置装置，其特征在于所述仪表还包括用于显示电子围栏分界点在挖掘机坐标系中坐标位置的显示模块。

3.根据权利要求2所述的挖掘机电子围栏设置装置，其特征在于所述分界点标定模块还包括坐标调整子模块，所述坐标调整子模块的输入初始坐标值为属具预定点当前位置在挖掘机坐标系中的坐标位置值；坐标调整子模块的输入坐标坐标值标定为电子围栏分界点在挖掘机坐标系中坐标位置值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的挖掘机电子围栏设置装置，其特征在于所述电子围栏位于挖掘机工作装置的中心平面内且是电子上围栏、电子下围栏、电子前围栏和电子后围栏中的一种2D电子围栏。

5.一种挖掘机，其特征在于具有权利要求1至4中任一项所述的挖掘机电子围栏设置装置。

6.一种挖掘机电子围栏设置方法，其特征在于，所述挖掘机包括控制器、与控制器连接的仪表、用于获取工作装置运动部件位姿的位姿传感器、用于操控工作装置动作的操控装置；电子围栏设置方法包括：

通过仪表中的属具设定模块选择工装置中属具类型并确定该属具的尺寸参数，选择确定需要设置的电子围栏；

操控装置控制工作装置先后使属具以预定姿态移动至至少两个预定位置，控制器在每个预定位置依据位姿传感器的检测值确定属具预定点实际位置在挖掘机坐标系中的坐标位置值，仪表中的分界点标定模块将属具在各个预定位置时属具预定点实际位置在挖掘机坐标系中的坐标位置标定电子围栏分界点，控制器将各个电子围栏分界点中相邻两点之间的连线作为挖掘机电子围栏。

7.根据权利要求6所述的挖掘机电子围栏设置方法，其特征在于所述设置方法还包括电子围栏分界点坐标位置值调整步骤，所述电子围栏分界点坐标值调整步骤包括由分界点标定模块输入调整电子围栏分界点在挖掘机坐标系中坐标位置值，所述分界点标定模块输入的初始坐标值为属具预定点实际位置在挖掘机坐标系中的坐标位置值，分界点标定模块的输入坐标位置值标定为电子围栏分界点在挖掘机坐标系中坐标位置值。

8.根据权利要求6或7所述的挖掘机电子围栏设置方法，其特征在于所述电子围栏位于挖掘机工作装置的中心平面内且是电子上围栏、电子下围栏、电子前围栏和电子后围栏中的一种2D电子围栏。

9.根据权利要求5所述的挖掘机电子围栏设置方法，其特征在于所述挖掘机坐标系位于挖掘机工作装置的中心平面内，其Y轴平行于挖掘机回转中心轴线且穿过动臂与回转平台的铰接轴中点，X轴位于挖掘机的履带着地平面内。

10.一种挖掘机，挖掘机的控制器包括存储器和处理器，其特征在于所述存储器用于存储程序指令，所述程序指令用于所述处理器进行操作以执行根据权利要求5-9中任一项挖掘机电子围栏设置方法。

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