CN113338385B

CN113338385B - 一种装载机铲斗找平系统

Info

Publication number: CN113338385B
Application number: CN202110687224.4A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Shanghai Smart Control Co Ltd
Current assignee: Shanghai Smart Control Co Ltd
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2022-07-26
Anticipated expiration: 2041-06-21
Also published as: CN113338385A

Abstract

本发明提供一种装载机铲斗找平系统，包括：控制模块，用以将控制信号转换为对应的控制指令；执行模块，连接控制模块，用于根据控制指令控制铲斗的位置并对铲斗的放平状态位置进行标定；存储模块，连接执行模块，用以保存在各位置高度下铲斗放平状态的铲斗及动臂的位置信息。本发明操作简单，使用方便，可实现对装载机铲斗的自动找平，无需丰富的装载机操作经验的操作手，从而降低了人工成本；且通过自动找平方法能够减小铲斗找平时的误差，从而提高装载机铲斗找平的准确性，进而提高了装载机的作业效率。

Description

一种装载机铲斗找平系统

技术领域

本发明涉及工程车辆技术领域，尤其涉及一种装载机铲斗找平系统。

背景技术

在工程作业中，为了更好地提高装载机铲斗的利用率，需要使用者对铲斗根据地面进行找平。但是通过人工实现对装载机铲斗的找平，对使用者的操作经验提出了很高的要求，且需要耗费大量的时间与精力，还无法保证找平的准确率，从而导致了装载机工作效率的降低。因此，针对上述现有存在的问题，本发明提出一种装载机铲斗找平系统。

发明内容

针对上述提出的装载机铲斗找平准确率和效率偏低的问题，本发明旨在提供一种装载机铲斗找平系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种装载机铲斗找平系统，包括：

控制模块，用以将控制信号转换为对应的控制指令；

执行模块，连接控制模块，用以根据控制指令控制铲斗调整至最低位置，并对当前铲斗及动臂的位置信息进行标定；以及用以根据控制指令控制铲斗提升至可实现放平状态的最高限位处，并对当前铲斗及动臂的位置信息进行标定；以及用以根据控制指令控制位于放平状态最高限位处的铲斗下降至最低位置，并对下降过程中铲斗及动臂的位置信息进行自动标定；以及用以根据控制指令调整铲斗和动臂的位置实现铲斗的自动找平；

存储模块，连接执行模块，用以保存在各位置高度下铲斗放平状态的铲斗及动臂的位置信息。

优选的，还包括操作模块，操作模块包括：

操作界面，用以接受使用者操作；

信号生成单元，连接操作界面，用以根据使用者的操作形成对应的控制信号；

信号发送单元，分别连接信号生成单元及控制模块，用以将控制信号发送至控制模块。

优选的，操作界面为触屏。

优选的，还包括：

第一传感器，设置于铲斗上，信号连接存储模块，用以采集铲斗的位置信号；

第二传感器，设置于装载机的动臂上，信号连接存储模块，用以采集动臂的位置信号。

优选的，第一传感器和第二传感器为角度传感器。

优选的，操作模块还包括：

信号接收单元，分别连接第一传感器及第二传感器，用以接收第一传感器及第二传感器发送的位置信号；

信号转换单元，连接信号接收单元，用以将接收的位置信号转换为铲斗及动臂的位置信息；

显示单元，连接信号转换单元，用以显示位置信息。

优选的，还包括：

第三传感器，设置于装载机的动臂上，信号连接控制模块，用于采集动臂的振动信号；

控制模块还包括：

振动信号处理单元，信号连接第三传感器，对接收到的振动信号进行处理，并基于振动信号进行故障检测，当检测到故障时发出警报指令。

优选的，还包括：

报警模块，信号连接振动信号处理单元，用于根据报警指令发出警报信号。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明操作简单，使用方便，可实现对装载机铲斗的自动找平，无需丰富的装载机操作经验的操作手，从而降低了人工成本；且通过自动找平系统能够减小铲斗找平时的误差，从而提高装载机铲斗找平的准确性，进而提高了装载机的作业效率。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明一种装载机铲斗找平系统的一种示例性实施例框架结构图；

图2为本发明一种装载机铲斗找平系统的另一种示例性实施例框架结构图；

图3为本发明一种装载机铲斗找平系统中控制模块的一种示例性实施例框架结构图；

图4为本发明一种装载机铲斗找平系统中振动信号处理单元的一种示例性实施例框架结构图。

附图标记：

控制模块1，制信号转换单元11，振动信号处理单元12，接收子单元121，分帧子单元122，滤波子单元123，特征提取子单元124，故障检测子单元125，警报子单元126，执行模块2，存储模块3，操作模块4，操控杆40，操作界面41，信号生成单元42，信号发送单元43，信号接收单元44，信号转换单元45，显示单元46，第一传感器6，第二传感器7，第三传感器8，报警模块9

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

如图1所示，本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种装载机铲斗找平系统，包括：

控制模块1，用以将控制信号转换为对应的控制指令；

执行模块2，连接控制模块1，用以根据控制指令控制铲斗调整至最低位置，并对当前铲斗及动臂的位置信息进行标定；以及用以根据控制指令控制铲斗提升至可实现放平状态的最高限位处，并对当前铲斗及动臂的位置信息进行标定；以及用以根据控制指令控制位于放平状态最高限位处的铲斗下降至最低位置，并对下降过程中铲斗及动臂的位置信息进行自动标定；以及用以根据控制指令调整铲斗和动臂的位置实现铲斗的自动找平；

存储模块3，连接执行模块2，用以保存在各位置高度下铲斗放平状态的铲斗及动臂的位置信息。

现提供具体实施例对本技术方案进行进一步阐释和说明：

本发明功能实现前，需先获取装载机铲斗及动臂在铲斗放平状态时的位置信息，并保存于存储模块3中，从而保证装载机铲斗能够在处于不同位置时实现自动找平。

首先，将装载机铲斗置为放平状态，使用者通过操作模块4对装载机进行相应操作，执行模块2可根据控制模块1产生的对应的控制指令，将处于放平状态的铲斗调整至最低位置，并对当前铲斗及动臂的位置信息的数据进行标定；之后，执行模块2再将铲斗提升至可实现铲斗放平状态的最高限位处，并对当前铲斗及动臂的位置信息的数据进行标定；最后通过执行模块2控制位于放平状态最高限位处的铲斗匀速下降至最低位置，并对下降过程中铲斗及动臂的位置信息的数据进行自动标定。完成后，将标定的所有数据永久保存于存储模块3中，若在工程作业中需要对铲斗进行找平，执行模块2可根据对应的控制指令以及存储模块3中所保存的铲斗处于放平状态时，铲斗及动臂的位置信息实现对铲斗的自动找平，替代了人工耗时耗力的装载机铲斗找平方式，大大提高了装载机的工作效率。

本发明的较佳的实施例中，该系统还包括操作模块4，操作模块4包括：

操控杆40，用以接收使用者操作，根据使用者操作形成用以控制装载机铲斗以及动臂位置的控制信号。

具体地，本实施例中，在对铲斗及动臂进行位置信息标定时，使用者可通过操作操控杆40，从而生成相应的控制信号，进而通过操作模块4将控制信号传输至控制模块1中，由控制模块1生成相应的控制指令，通过执行模块2调整铲斗及动臂的位置，以实现铲斗放平状态。

本发明的较佳的实施例中，操作模块4还包括：

操作界面41，用以接受使用者操作；

信号生成单元42，连接操作界面41，用以根据使用者的操作形成对应的控制信号；

信号发送单元43，分别连接信号生成单元42及控制模块1，用以将控制信号发送至控制模块1。

具体地，本实施例中，在对铲斗及动臂进行位置信息标定时，使用者可通过操作操作界面41，从而生成对应的控制信号，进而通过信号生成单元42将控制信号传输至控制模块1中，以完成铲斗在放平状态下对铲斗及动臂运动过程中的多个位置信息进行标定。

同时，使用者也可通过操作界面41控制

本发明的较佳的实施例中，操作界面41为触屏。

具体地，本实施例中，使用者操作触屏可生成对应的控制信号，从而对铲斗及动臂的放平位置进行自动标定，还可用以配合手柄控制启动铲斗进行自动找平，当手柄向左操作幅度大于95％且在设定的时间范围内回到中位并配合触屏上的启动按键便可开启并完成铲斗在当前位置的自动找平。通过向执行模块2发出自动找平的控制指令，由执行模块2控制/调整铲斗及动臂的位置，以完成铲斗在当前位置的自动找平。

本发明的较佳的实施例中，该系统还包括：

第一传感器6，设置于铲斗上，信号连接存储模块3，用以采集铲斗的位置信号；

第二传感器7，设置于装载机的动臂上，信号连接存储模块3，用以采集动臂的位置信号。

本发明的较佳的实施例中，第一传感器6和第二传感器7为角度传感器。

具体地，本实施例中，第一传感器6及第二传感器7为角度传感器，可分别感应铲斗及动臂位置信息，并可将完成标定后的位置信息保存于存储模块3中。

其中，铲斗及动臂的位置信息，可以是铲斗及动臂对应的控制油缸/气缸的位置信息，也可以是铲斗及动臂分别相对各自转轴的旋转角度信息。其中，动臂的位置信息能够反应当前铲斗的高度，而通过铲斗的位置信息与动臂的位置信息组合，能够反应当前铲斗是否处于放平状态。

本发明的较佳的实施例中，操作模块4还包括：

信号接收单元44，分别连接第一传感器6及第二传感器7，用以接收第一传感器6及第二传感器7发送的位置信号；

信号转换单元45，连接信号接收单元44，用以将接收的位置信号转换为铲斗及动臂的位置信息；

显示单元46，连接信号转换单元45，用以显示位置信息。

具体地，本实施例中，信号接收传感器接收第一传感器6及第二传感器7获取的铲斗及动臂的位置信号，并通过信号转换单元45将位置信号转换为对应的位置信息并通过显示单元46进行呈现，且显示单元46还可用以显示铲斗可处于放平状态时的最高限位位置数据，使用者可对比两者的位置数据，以判断当前位置的铲斗是否可开启并完成自动找平。

本发明的较佳的实施例中，存储模块3为非易失性存储模块3。

具体地，本实施例中，非易失性存储模块3可实现对标定后的处于放平状态的铲斗的各个位置信息进行永久保存，无需在使用前再进行标定，从而保证装载机铲斗能够实现自动找平。

本发明的较佳的实施例中，控制模块1为可编辑逻辑控制器。

具体地，本实施例中，开发者可对控制器进行编辑，以根据需求设定在进行铲斗位置信息自动标定时的标定次数。

本发明的较佳的实施例中，如图2所示，该系统还包括：

第三传感器8，设置于装载机的动臂上，信号连接控制模块1，用以采集动臂的振动信号。

本发明的较佳的实施例中，如图3所示，控制模块1包括：

控制信号转换单元11，与操作模块4信号连接，用以将操作模块4传输的控制信号转换为对应的控制指令。

控制模块1还包括：

振动信号处理单元12，信号连接第三传感器8，对接收到的振动信号进行处理，并基于振动信号进行故障检测，当检测到故障时发出警报指令。

本发明的较佳的实施例中，第三传感器8为振动传感器。

本发明的较佳的实施例中，还包括：

报警模块9，信号连接振动信号处理单元12，用以根据报警指令发出警报信号。

本发明的较佳的实施例中，报警模块9为蜂鸣器。

具体地，本实施例中，当动臂位于水平位置进行自动找平和完成相应的装载任务时，此时动臂受到垂直于动臂方向的力会增大，当铲斗中物料的重量过大时，容易造成动臂出现故障或异常状态，从而影响装载机的性能。因此在动臂中专门设置第三传感器8对动臂运作时自身的振动信号进行采集，并通过振动信号处理单元12对采集到的振动信号进行故障检测，当检测到存在异常时，立刻通过报警模块9发出报警信号，以使得使用者能够及时调整操作策略，避免装载机的不可逆损坏，提高了装载机使用的可靠性。

本发明的较佳的实施例中，如图4所示，振动信号处理单元12包括接收子单元121、分帧子单元122、滤波子单元123、特征提取子单元124、故障检测子单元125和警报子单元126；其中，

接收子单元121用以接收由第三传感器8发送的振动信号；

分帧子单元122用以采用设定长度的时间窗对接收到的振动信号进行分帧加窗处理，获取振动信号帧；

滤波子单元123用以针对获取的振动信号帧进行滤波处理，得到滤波处理后的振动信号帧；

特征提取子单元124用以针对获取的滤波处理后的振动信号帧进行特征提取处理，获取该振动信号的特征向量；

故障检测子单元125用以基于获取的振动信号的特征向量，采用训练好的故障识别模型进行故障检测处理，获取故障检测结果，并将故障检测结果传输到警报子单元126；

警报子单元126用以当故障检测结果为异常时发出警报指令。

具体地，本实施例中，在设置在装载机动臂上的第三传感器8采集了动臂的振动信号后，将振动信号传输到振动信号处理单元12，通过接收子单元121接收第三传感器8实时传输的振动信号，由分帧子单元122对连续的振动信号进行分帧处理，将振动信号按照时间顺序分为不同的振动信号帧，同时通过滤波子单元123对各振动信号帧进行滤波处理，由特征提取子单元124进行当前振动信号帧的特征向量提取，故障检测子单元125将提取到的当前帧的特征向量输入到训练好的故障识别模型中，以获取相应的故障检测结果，当故障检测结果为异常时，通过报警子单元发出相应的报警指令。能够在装载机完成装载任务的过程中，特别在铲斗提高和找平的过程中，当铲斗已经装载有大量物料的情况下，容易给动臂带来较大的压力而造成动臂容易出现异常状态；通过对动臂的工作状态进行实时监测，能够第一时间发现动臂在工作过程中发生的异常情况，供使用者及时作出相应的调整和处理，避免动臂进一步损坏，提高了装载机的可靠性。

本发明的较佳的实施例中，分帧子单元122采用设定长度的时间窗对接收到的振动信号进行分帧加窗处理，其中采用的时间窗函数为：

式中，G(x)表示时间窗函数，L表示时间窗长度，x表示时间窗中第x个采样点，α_u表示截边调节因子；其中α_u∈[0.05,0.18]；β_v表示边幅度调节因子，其中β_v∈[0.05,0.18]；

采用上述时间窗函数对接收到的振动信号进行卷积处理，得到各振动信号帧。

上述实施方式中，为了对持续采集的振动信号进行分析处理，需要对采集到的振动信号进行分帧处理，针对振动信号容易受到外界因素干扰，现有技术中的窗函数容易出现容易容易使得振动信号帧的开始和结尾的截边处出现失真的情况，容易使得后续基于振动信号帧进行分析时出现误判的情况；因此，上述实施方式提出了一种改进的时间窗函数，对采集到的振动信号进行分帧处理，其中时间窗函数中基于余弦变化特性和指数变化特性对信号的截边处进行调节处理，有效抑制截边处信号的失真情况，使得截边处信号能够符合振动信号的整体特性，避免后续分析过程中因截边处失真导致的误判情况。间接提高了基于振动信号对装载机动臂的工作状态进行分析的可靠性。

本发明的较佳的实施例中，滤波子单元123针对获取的振动信号帧进行滤波处理，具体包括：

采用基于小波变换的阈值滤波处理方法对获取的振动信号帧进行处理，得到滤波处理后的振动信号帧。

本发明的较佳的实施例中，特征提取子单元124针对获取的滤波处理后的振动信号帧进行特征提取处理，具体包括：

对获取的振动信号帧进行EMD分解，获取N个IMF分量和余项；

采用窗口长度为M的特征提取窗依次遍历各IMF分量，分别获取各IMF分量的特征系数；具体包括：针对每个IMF分量，采用窗口长度为M特征提取窗，以窗移距离为M沿该IMF分量滑动，获取该IMF分量的

个特征系数，其中

L表示振动信号帧的长度；

其中采用特征提取窗获取该IMF分量的特征系数为：

式中，ψ(n,i)表示第n个IMF分量的第i个特征系数，其中n＝1,2,…,N，

IMF_n(j)表示第n个IMF分量中第j个采样点的幅值；γ表示设定的经验模态调节因子，IMF_Y(k)表示EMD分解获取的余项中第k个采样点的幅值；

基于根据每个IMF分量获取的特征系数组成该振动信号帧的特征向量X，其中

本发明的较佳的实施例中，故障检测子单元125基于获取的振动信号的特征向量，采用训练好的故障识别模型进行故障检测处理，获取故障检测结果，并将故障检测结果传输到警报子单元126，具体包括：

记当前时刻为t，将第t、t-1、t-2时刻的振动信号帧对应的特征向量组成输入向量I＝{X(t-2),X(t-1),X(t)}，将输入向量I输入到训练好的故障识别模型中，获取故障识别模型输出的故障检测结果。

上述实施方式中，在基于故障识别模型对振动信号进行故障分析时，需要从振动信号中提取相应的特征向量作为故障识别模型的输入项，对此，上述实施方式中提出了一种基于经验模态分解来提取振动信号特征向量，并基于提取的特征向量构建用于故障识别模型的输入向量的技术方案，首先基于振动信号帧进行经验模态分解获取多个IMF分量，基于每个获取的IMF分量采用特征提取窗自适应提取每个IMF分量对应的特征系数，其中提取的特征系数以IMF分量之间的变化幅度以及IMF分量自身的特性以及余项的变化特征作为基准，准确反映各IMF分量的特征，同时通过各IMF分量获取的特征系数构建特征向量矩阵，并将特征向量矩阵构建输入向量，使得构建的输入向量能够准确反映振动信号的特征和变化特性，有助于提高基于故障识别模型对振动信号进行故障识别的准确性。

本发明的较佳的实施例中，故障识别模型采用基于深度卷积神经网络构建的故障识别模型，其中故障识别模型采用上述分帧子单元122、滤波子单元123和故障检测子单元125相同的方式分别对样本振动信号分别进行处理获得的训练集训练而成。

本发明的较佳的实施例中，其中故障检测结果包括正常和异常。

需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用以实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用以携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种装载机铲斗找平系统，其特征在于，包括：

控制模块，用以将控制信号转换为对应的控制指令；

2.根据权利要求1所述的一种装载机铲斗找平系统，其特征在于，还包括操作模块，操作模块包括：

操作界面，用以接受使用者操作；

3.根据权利要求2所述的一种装载机铲斗找平系统，其特征在于，操作界面为触屏。

4.根据权利要求2所述的一种装载机铲斗找平系统，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的一种装载机铲斗找平系统，其特征在于，第一传感器和第二传感器为角度传感器。

6.根据权利要求5所述的一种装载机铲斗找平系统，其特征在于，操作模块还包括：

显示单元，连接信号转换单元，用以显示位置信息。

7.根据权利要求1所述的一种装载机铲斗找平系统，其特征在于，还包括：

控制模块还包括：

8.根据权利要求7所述的一种装载机铲斗找平系统，其特征在于，还包括：

报警模块，信号连接振动信号处理单元，用于根据警报指令发出警报信号。