CN113216312B - 一种挖掘机及挖掘机作业工况的识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机及挖掘机作业工况的识别方法，其中挖掘机作业工况的识别方法包括：当接收到手柄的单动作信号时，获取与所述单动作信号相对应的各个时刻的手柄电流值；根据所述各个时刻的手柄电流值判断与所述单动作信号相对应的单动作是否成功执行；基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况，上述方案不需要新增硬件资源、不需要改变现有设备空间结构、将程序部署进控制器运行即可。

Description

一种挖掘机及挖掘机作业工况的识别方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种挖掘机及挖掘机作业工况的识别方法。

背景技术

挖掘机在机械行业中有着非常重要的作用，在土方施工中更是得到广泛应用，主要被用于建筑、交通运输、水利基建、军工等。挖掘机是一种多功能的工程机械，进行的作业内容有挖掘、装载、挖沟、填埋、整修、搬运、破碎和平地等，所遇到的作业对象繁多、变化较大，不同的作业环境对其使用方式和要求也不同。

例如在一些特定场合，如矿山等，挖掘机进行装车作业时会根据挖掘机的装车数进行计费收费，装车数和甩方次数有一定的对应关系，因此这种工况下的需求是以最简单的方法较精确的测量出挖掘机的甩方次数。而在故障预诊断应用中，也会根据挖机一定时间内的甩方次数变化来判断挖机的健康状况，因此也需要准确获取并记录挖机的甩方次数。现有技术中，对挖掘机工况的识别及计量主要有以下两种方式：

第一种方式为人工计数：在挖掘机施工过程中由专人负责对甩方次数进行识别和统计，效率低且易出错；

第二种方式为图像识别：在施工现场安装图像采集设备，运用大数据、人工智能等方式对挖掘机的工况进行识别和计量，成本较高。

因此，目前已有的挖掘机工况识别及计量算法很难在成本和准确性上满足矿山等特殊情况的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种挖掘机及挖掘机作业工况的识别方法。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种挖掘机作业工况的识别方法，包括：

当接收到手柄的单动作信号时，获取与所述单动作信号相对应的各个时刻的手柄电流值；

根据所述各个时刻的手柄电流值判断与所述单动作信号相对应的单动作是否成功执行；

基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况。

本发明实施例提供的挖掘机作业工况的识别方法，根据手柄电流值即可确定与手柄的单动作信号相对应的单动作是否成功执行，在识别单动作的基础上，进一步基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况，该方案不需要新增硬件资源、不需要改变现有设备空间结构、将程序部署进控制器运行即可。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，根据所述各个时刻的手柄电流值判断与所述单动作信号相对应的单动作是否成功执行包括：

依次判断所述各个时刻的手柄电流值是否大于等于预设的第一阈值；

当出现大于等于所述第一阈值的电流值时，记录满足第一条件的第一持续时长，其中所述第一条件为所有时刻的手柄电流值均大于等于所述第一阈值；

当所述第一持续时长大于等于预设的第二阈值时，判定所述单动作开启；

当出现小于所述第一阈值的电流值时，记录满足第二条件的第二持续时长，其中所述第二条件为所有时刻的手柄电流值均小于所述第一阈值；

当所述第二持续时长大于等于预设的第三阈值时，判断所述单动作结束及所述单动作成功执行；

或，判断所述各个时刻的手柄电流值中是否存在大于等于所述第一阈值的电流值，当所述各个时刻的手柄电流值中存在大于等于所述第一阈值的电流值时，判定所述单动作成功执行。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，在当所述第一持续时长大于预设的第二阈值之后，还包括：

确定所述第一持续时长等于所述第二阈值时的第一时刻；

获取上一单动作结束时的第二时刻；

当所述第一时刻与所述第二时刻的差值大于等于预设的第四阈值时，判定所述单动作开启。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第三实施方式中，在获取与所述单动作信号相对应的各个时刻的手柄电流值之后，还包括：

确定所述各个时刻的手柄电流值中的电流值峰值；

根据所述电流值峰值确定所述单动作的幅度。

结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，当所述单动作为回转动作时，还包括：

获取所述手柄电流值为0时所述挖掘机的初始回转角度；

获取所述回转动作结束时的最终回转角度；

根据所述最终回转角度和所述初始回转角度确定所述回转动作的回转角度。

结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，在基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况之前，还包括：

根据动臂位移确定所述挖掘机是否搭台；

基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况包括：

基于成功执行的多个单动作及所述挖掘机是否搭台确定所述挖掘机的作业工况。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第六实施方式中，在获取与所述单动作信号相对应的各个时刻的手柄电流值之后，还包括：

分别确定所述各个时刻的手柄电流值中电流值等于所述第一阈值的起始时刻和电流值达到峰值时的峰值时刻；

根据所述起始时刻和所述峰值时刻确定所述单动作的快慢；

基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况包括：

基于成功执行的多个单动作及所述多个单动作的快慢确定所述挖掘机的作业工况。

结合第一方面至第一方面第六实施方式，在第一方面第七实施方式中，所述基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况包括：根据成功执行的多个单动作的类型和时序确定所述挖掘机的作业工况。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种挖掘机作业工况的识别装置，包括：

获取模块，当接收到手柄的单动作信号时，用于获取与所述单动作信号相对应的各个时刻的手柄电流值；

单动作识别模块，用于根据所述各个时刻的手柄电流值判断与所述单动作信号相对应的单动作是否成功执行；

工况识别模块，用于基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种挖掘机，包括手柄电流检测装置和控制器，所述控制器与所述手柄电流检测装置通信连接，所述控制器中存储有计算机指令，所述控制器通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面或者第一方面的任意一种实施方式中所述的挖掘机作业工况的识别方法。

根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面或者第一方面的任意一种实施方式中所述的挖掘机作业工况的识别方法。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为不搭台情况下的装车工况示意图；

图2为搭台情况下的甩方工况示意图；

图3为不搭台情况下的回转工况示意图；

图4为本发明实施例1中挖掘机作业工况识别方法的流程示意图；

图5为单动作手柄电流值变化曲线示意图；

图6为识别单动作快慢示意图；

图7为识别单动作幅度示意图；

图8为识别回转角度示意图；

图9为识别是否搭台示意图；

图10为装车或甩方作业工况示意图；

图11为本发明实施例2中挖掘机作业工况识别装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

大型挖掘机常见的工况一般包括搭台或不搭台情况下的装车、甩方及回转(例如45°区间、90°区间及180°区间)等。其中图1为不搭台情况下的装车工况示意图，图2为搭台情况下的甩方工况示意图，图3为不搭台情况下的回转工况示意图。

本发明实施例提供了一种挖掘机作业工况的识别方法，图4为本发明实施例1中挖掘机作业工况识别方法的流程示意图。如图4所示，本发明实施例1的挖掘机作业工况的识别方法包括以下步骤：

S101：当接收到手柄的单动作信号时，获取与所述单动作信号相对应的各个时刻的手柄电流值。

作为具体的实施方式，手柄的单动作信号包括：动臂上升信号、动臂下降信号、斗杆挖掘信号、斗杆卸载信号、铲斗挖掘信号、铲斗卸载信号、向左旋转信号、向右旋转信号。

对于任何一个单动作，当操作手柄动作时，相应电流值会逐步上升，例如最大上升至1000mA，当手柄动作结束时电流值逐步下降至0，一个完整的单动作电流值随时间分布呈现一个方波，如图5所示。

S102：根据所述各个时刻的手柄电流值判断与所述单动作信号相对应的单动作是否成功执行。

作为第一种具体的实施方式，根据所述各个时刻的手柄电流值判断与所述单动作信号相对应的单动作是否成功执行可以采用如下技术方案：

(1)依次判断所述各个时刻的手柄电流值是否大于等于预设的第一阈值；

(2)当出现大于等于所述第一阈值的电流值时，记录满足第一条件的第一持续时长，其中所述第一条件为所有时刻的手柄电流值均大于等于所述第一阈值；

(3)当所述第一持续时长大于等于预设的第二阈值时，判定所述单动作开启；

(4)当出现小于所述第一阈值的电流值时，记录满足第二条件的第二持续时长，其中所述第二条件为所有时刻的手柄电流值均小于所述第一阈值；

(5)当所述第二持续时长大于等于预设的第三阈值时，判断所述单动作结束及所述单动作成功执行。

也就是说，如图5所示，取一个第一阈值，如图5中线A，可以认为低于A的点均是无动作或无效动作，以单动作为动臂上升为例，如图5所示，A分别与电流曲线有两个交点，随着时间的推移，一个完整的动作识别过程如下：

1)数据不高于线A时不做处理，保持动作为关闭状态；

2)当检测到数据高于点①时开启正向计数器；

3)当正向计数器(即电流值持续高于点①)满足阈值条件时，标记为动作开启；

4)当检测到电流值低于点②时开启负向计数器；

5)当负向计数器(即电流值持续低于点②)满足阈值条件时，标记为动作结束，并记录下结束时间；

其中，正向(负向)计数器的作用是避免由于瞬时的电流波动导致误判。

上述技术方案，仅需要设置几个计数器即可识别单动作，计算方便且基本不占用现有控制器计算资源。

作为进一步的实施方式，在当所述第一持续时长大于预设的第二阈值之后，还包括：确定所述第一持续时长等于所述第二阈值时的第一时刻；获取上一单动作结束时的第二时刻；当所述第一时刻与所述第二时刻的差值大于等于预设的第四阈值时，判定所述单动作开启。也就是说，当检测到下一个动作开启时，即电流值持续高于点①时，会比较此时与上一次的动作结束时间之差，时间差过短时则认为二者同属于一个动作周期，此时不会标记为新的动作开启。由此可以精确捕捉动作是否开启及前后动作是否属于同一个动作周期，例如，在挖掘动作时，可能会挖2～3次才会挖满铲斗，体现在数据上面就是产生多个铲斗挖掘单动作，而彼此动作结束与开始时间差非常短，应判定为同属于1个挖掘动作。

作为第二种具体的实施方式，根据所述各个时刻的手柄电流值判断与所述单动作信号相对应的单动作是否成功执行可以采用如下技术方案：判断所述各个时刻的手柄电流值中是否存在大于等于所述第一阈值的电流值，当所述各个时刻的手柄电流值中存在大于等于所述第一阈值的电流值时，判定所述单动作成功执行。

基于手柄的单动作信号和上述步骤S102可以识别动臂上升、动臂下降、斗杆挖掘、斗杆卸载、铲斗挖掘、铲斗卸载、向左旋转、向右旋转等单动作，分别编码为1、2、3、4、5、6、7、8，每产生一个单动作，都将其编码加入动作列表。

在本发明实施例1中，单动作识别用到的数据如下：动臂上升手柄电流、动臂下降手柄电流，斗杆挖掘手柄电流、斗杆卸载手柄电流，铲斗挖掘手柄电流、铲斗卸载手柄电流，向左旋转手柄电流、向右旋转手柄电流。

作为进一步的实施方式，在获取与所述单动作信号相对应的各个时刻的手柄电流值之后，还包括：分别确定所述各个时刻的手柄电流值中电流值等于所述第一阈值的起始时刻和电流值达到峰值时的峰值时刻；根据所述起始时刻和所述峰值时刻确定所述单动作的快慢。

示例的，如图6所示，分析单动作曲线，记录单动作开始(即电流值为第一阈值)时的时间及电流值，第一次达到峰值时记录时间与电流值，计算两点组成线的斜率作为动作速率，根据动作速率确定单动作的快慢。具体的，可以结合操作手评价，找出临界点作为区分单动作快慢的阈值。

作为进一步的实施方式，在获取与所述单动作信号相对应的各个时刻的手柄电流值之后，还包括：确定所述各个时刻的手柄电流值中的电流值峰值；根据所述电流值峰值确定所述单动作的幅度。

示例的，如图7所示，当单动作为回转(包括向左旋转和向右旋转)时，单动作手柄电流最大值为1000mA，对应手柄最大动作幅度20°，而手柄动作角度与手柄电流值近似为线性关系，因此通过计算单动作电流峰与电流最大值的百分位，可以得到单动作的幅度，例如回转角度。

作为进一步的实施方式，当所述单动作为回转动作时，还包括：获取所述手柄电流值为0时所述挖掘机的初始回转角度；获取所述回转动作结束时的最终回转角度；根据所述最终回转角度和所述初始回转角度确定所述回转动作的回转角度。

示例的，如图8所示，曲线1代表铲斗挖掘，曲线2代表右回转，曲线3代表铲斗卸载，曲线4代表左回旋，曲线5代表回旋角度，如图8所示，左右回转电流值持续为0时的值定为初始角度，计算它与回转结束时角度(即回转角度)的差值，得到回转动作的回转角度。进一步的，还可以判别回转角度距离哪个角度区间(45°区间、90°区间、180°区间)最近，根据距离最近的角度区间确定挖掘机的工况。

作为进一步的实施方式，还包括：根据动臂位移确定所述挖掘机是否搭台。

示例的，如图9所示，搭台作业时通常动臂抬升的高度比平地作业时动臂抬升的高度要低，因此选取动臂位移(或角度传感器)作为搭台与否的区分依据。

也就是说，本发明实施例不仅可以根据手柄电流值确定单动作是否成功执行，还可以根据手柄电流值确定动作快慢、动作幅度、回转角度；还可以根据动臂位移确定是否搭台。

S103：基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况。

作为具体的实施方式，基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况可以采用如下技术方案：根据成功执行的多个单动作的类型和时序确定所述挖掘机的作业工况。

示例的，理论上一个完整的装车动作肯定包括铲斗挖掘、旋转、铲斗卸载，因此，以铲斗挖掘、旋转、铲斗卸载三个连续单动作组合为一个装车动作。即实时分析动作列表，每形成一次5、7、6或5、8、6组合，即识别为一次装车或甩方动作。需要注意的是，装车工况中，旋转结束才开始铲斗卸载动作，而甩方动作在旋转还未结束时便开始了卸载动作，即两条曲线重合部分较多，如图10所示，曲线1、曲线2和曲线3构成一次甩方动作或装车动作，装车和甩方主要区别在于曲线2和曲线3是否重合，重合的为甩方，不重合的为装车。在图4中，曲线4代表旋转，可忽略。具体的，在区分装车与甩方复合动作时，可以使用动臂曲线一阶差分的峰值做对比实现。

进一步的，作为一种具体的实施方式，当在步骤S103之前包括“分别确定所述各个时刻的手柄电流值中电流值等于所述第一阈值的起始时刻和电流值达到峰值时的峰值时刻；根据所述起始时刻和所述峰值时刻确定所述单动作的快慢”这一步骤时，在步骤S103中还包括：根据所述成功执行的多个单动作的快慢，确定作业工况的快慢。也就是说，复合动作快慢的标准为所有单动作快慢的组合，示例的，快动作标准为编号5、7、6或5、8、6均为快动作，否则为慢动作。

进一步的，基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况包括：基于成功执行的多个单动作及所述挖掘机是否搭台确定所述挖掘机的作业工况。也就是说，判断根据成功执行的多个单动作确定的作业工况是在搭台的情况下还是在未搭台的情况下。

本发明实施例提供的挖掘机作业工况的识别方法，根据手柄电流值即可确定与手柄的单动作信号相对应的单动作是否成功执行，在识别单动作的基础上，进一步基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况，该方案不需要新增硬件资源、不需要改变现有设备空间结构、将程序部署进控制器运行即可；并且仅需要设置几个计数器即可识别单动作，计算方便且基本不占用现有控制器计算资源。

实施例2

与本发明实施例1相对应，本发明实施例2提供了一种挖掘机作业工况的识别装置。图11为本发明实施例2中挖掘机作业工况识别装置的结构示意图，如图11所示，本发明实施例1的挖掘机作业工况识别装置包括获取模块20、单动作识别模块22和工况识别模块24。

具体的，获取模块20，当接收到手柄的单动作信号时，用于获取与所述单动作信号相对应的各个时刻的手柄电流值；

单动作识别模块22，用于根据所述各个时刻的手柄电流值判断与所述单动作信号相对应的单动作是否成功执行；

工况识别模块24，用于基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况。

上述挖掘机作业工况识别装置具体细节可以对应参阅图1至图10所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

实施例3

本发明实施例还提供了一种挖掘机，该挖掘机包括手柄电流检测装置和控制器，所述控制器与所述手柄电流检测装置通信连接，所述控制器包括处理器和存储器，其中处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。

处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的挖掘机作业工况的识别方法对应的程序指令/模块(例如，图11所示的获取模块20、单动作识别模块22和工况识别模块24)。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的挖掘机作业工况的识别方法。

存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器中，当被所述处理器执行时，执行如图1-11所示实施例中的挖掘机作业工况的识别方法。

上述挖掘机具体细节可以对应参阅图1至图11所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种挖掘机作业工况的识别方法，其特征在于，包括：

当接收到手柄的单动作信号时，获取与所述单动作信号相对应的各个时刻的手柄电流值；

根据所述各个时刻的手柄电流值判断与所述单动作信号相对应的单动作是否成功执行；

基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况；

所述根据所述各个时刻的手柄电流值判断与所述单动作信号相对应的单动作是否成功执行包括：

依次判断所述各个时刻的手柄电流值是否大于等于预设的第一阈值；

当出现大于等于所述第一阈值的电流值时，记录满足第一条件的第一持续时长，其中所述第一条件为所有时刻的手柄电流值均大于等于所述第一阈值；

当所述第一持续时长大于等于预设的第二阈值时，判定所述单动作开启；

当出现小于所述第一阈值的电流值时，记录满足第二条件的第二持续时长，其中所述第二条件为所有时刻的手柄电流值均小于所述第一阈值；

当所述第二持续时长大于等于预设的第三阈值时，判断所述单动作结束及所述单动作成功执行；

或，判断所述各个时刻的手柄电流值中是否存在大于等于所述第一阈值的电流值，当所述各个时刻的手柄电流值中存在大于等于所述第一阈值的电流值时，判定所述单动作成功执行；

所述基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况包括：

根据成功执行的多个单动作的类型和时序确定所述挖掘机的作业工况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在当所述第一持续时长大于预设的第二阈值之后，还包括：

确定所述第一持续时长等于所述第二阈值时的第一时刻；

获取上一单动作结束时的第二时刻；

当所述第一时刻与所述第二时刻的差值大于等于预设的第四阈值时，判定所述单动作开启。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取与所述单动作信号相对应的各个时刻的手柄电流值之后，还包括：

确定所述各个时刻的手柄电流值中的电流值峰值；

根据所述电流值峰值确定所述单动作的幅度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述单动作为回转动作时，还包括：

获取所述手柄电流值为0时所述挖掘机的初始回转角度；

获取所述回转动作结束时的最终回转角度；

根据所述最终回转角度和所述初始回转角度确定所述回转动作的回转角度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况之前，还包括：

根据动臂位移确定所述挖掘机是否搭台；

基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况包括：

基于成功执行的多个单动作及所述挖掘机是否搭台确定所述挖掘机的作业工况。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取与所述单动作信号相对应的各个时刻的手柄电流值之后，还包括：

分别确定所述各个时刻的手柄电流值中电流值等于所述第一阈值的起始时刻和电流值达到峰值时的峰值时刻；

根据所述起始时刻和所述峰值时刻确定所述单动作的快慢；

基于成功执行的多个单动作确定挖掘机的作业工况包括：

基于成功执行的多个单动作及所述多个单动作的快慢确定所述挖掘机的作业工况。

7.一种挖掘机，其特征在于，包括：

手柄电流检测装置；

控制器，所述控制器与所述手柄电流检测装置通信连接，所述控制器中存储有计算机指令，所述控制器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1-6中任一项所述的挖掘机作业工况的识别方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-6中任一项所述的挖掘机作业工况的识别方法。

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