CN114411843B - 正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定装置和方法，零位标定装置包括：第一倾角传感器、第二倾角传感器、激光测距仪、控制器。第一倾角传感器设置在底架梁上，以检测底架梁与水平面之间的夹角；第二倾角传感器设置在鞍座上，以检测斗杆与水平面之间的夹角；激光测距仪设置在A型架上，以检测斗杆远离铲斗的端部与A型架之间的直线距离；控制器构造为：当检测到斗杆与水平面之间的夹角和底架梁与水平面之间的夹角相同时，判断斗杆与A型架之间的直线距离是否等于预定距离，当检测为等于时将提升及推压机构的运行距离清零。由此，当提升及推压机构每次运行到该零点位置时，均能够对其进行零位校正，消除了系统的累积误差。

Description

正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定装置和方法

技术领域

本发明涉及挖掘机控制技术领域，尤其涉及一种正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定装置和方法。

背景技术

正铲式挖掘机，也被称为矿用挖掘机，是一种用于露天矿开采的专用设备，挖掘机的工作机构主要包括A型架、起重臂、斗杆、铲斗、推压装置、提升装置，绷绳和提升钢丝绳等。作业时铲斗在提升钢丝绳的提升力和推压齿轮的推力共同作用下完成对物料的采掘，装满物料的铲斗连同整个机器的上部一起在回转装置的作用下回转一定角度，铲斗位于运输车辆的上方时，铲斗底部打开将物料卸下，然后整个机器的上部再转回来，斗杆收回，提升钢丝绳下放，准备进行下一个循环的作业。

正铲式挖掘机中多个机构在协调工作时需要对其移动机构的运动距离进行限位保护，其中，提升、推压机构的运行距离是通过传动链上的绝对值编码器等传感器通过连续采集得到的，得到的运行距离是一个相对数值，而且需要在确定机构的零点后才能得到机构运行后所处的位置，之后根据整个机构的结构尺寸设置相关的提升上、下限位，以及推压前、后限位，从而实现限位保护。另外，在位姿检测过程中，需要准确标定机构的零位，才可实现铲斗的三维定位。

现有技术中，标定零位的方法为：如图1所示，先将正铲式挖掘机的铲斗提到天轮附近，将该位置标定为提升机构零点；之后，如图2所示，将铲斗完全收回至最低位置，将该位置标定为推压机构零点。然而，这种标定零位的方式存在如下缺点：1、采用目视观察法标定零位，定位精度低，无法满足限位控制程序的标准化需求，也无法满足位姿检测中铲斗三维定位精度的需求；2、由于编码器轴存在打滑现象，系统的累积误差无法得到及时修复。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定装置和方法。

本发明的技术方案如下：

在根据本发明的第一方面中，提供了一种正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定装置，所述正铲式挖掘机包括行走装置、回转装置和工作装置，所述行走装置包括两条相互平行的履带板，所述回转装置和所述行走装置经由底架梁固定连接，所述工作装置包括工作台、A型架、起重臂、斗杆，所述A型架设置在所述工作台上，所述起重臂的底端连接至所述工作台，所述起重臂的端部设置有顶部滑轮，所述A型架经由绷绳连接至所述起重臂的顶部，所述斗杆经由鞍座可移动地连接至所述起重臂的中部，所述斗杆的端部设置有铲斗，所述工作装置还包括提升机构和推压机构，所述提升机构和所述推压机构能够控制所述斗杆移动，其中，所述零位标定装置包括：

第一倾角传感器，所述第一倾角传感器设置在所述底架梁上，所述第一倾角传感器能够跟随所述底架梁移动，并能够检测所述底架梁与水平面之间的夹角a₂；

第二倾角传感器，所述第二倾角传感器设置在所述鞍座上，所述第二倾角传感器能够在所述斗杆移动的过程中检测所述斗杆与水平面之间的夹角a₁；

激光测距仪，所述激光测距仪设置在所述A型架上，所述激光测距仪能够检测所述斗杆远离所述铲斗的端部与所述A型架之间的直线距离L；

控制器，所述控制器与所述第一倾角传感器、所述第二倾角传感器、所述激光测距仪连接，所述控制器构造为：当检测到所述斗杆与水平面之间的夹角a₁和所述底架梁与水平面之间的夹角a₂相同时，判断所述斗杆远离所述铲斗的端部与所述A型架之间的直线距离L是否等于预定距离C，当检测到直线距离L等于预定距离C时将所述提升机构和所述推压机构的运行距离清零，消除系统累计误差。

可选地，所述预定距离C为依据所述正铲式挖掘机的结构尺寸确定的常数。

在根据本发明的第二方面中，一种正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定方法，所述正铲式挖掘机包括行走装置、回转装置和工作装置，所述行走装置包括两条相互平行的履带板，所述回转装置和所述行走装置经由底架梁固定连接，所述工作装置包括工作台、A型架、起重臂、斗杆，所述A型架设置在所述工作台上，所述起重臂的底端连接至所述工作台，所述起重臂的端部设置有顶部滑轮，所述A型架经由绷绳连接至所述起重臂的顶部，所述斗杆经由鞍座可移动地连接至所述起重臂的中部，所述斗杆的端部设置有铲斗，所述工作装置还包括提升机构和推压机构，所述提升机构和所述推压机构能够控制所述斗杆移动，

其中，所述零位标定方法包括：调整所述斗杆的倾斜角度，使得所述斗杆与水平面之间的夹角a₁和所述底架梁与水平面之间的夹角a₂相同，即，使得所述斗杆与所述底架梁相互平行；之后，调整所述斗杆与所述A型架之间的直线距离L，使得所述斗杆远离所述铲斗的端部与所述A型架之间的直线距离L等于预定距离C，标定所述斗杆当前所处的位置为所述提升及推压机构的零点位置；之后，将所述提升及推压机构的运行距离清零，消除系统累计误差。

可选地，所述预定距离C为依据所述正铲式挖掘机的结构尺寸确定的常数。

可选地，所述方法中包括：每当所述提升及推压机构移动至所述零点位置时，即对所述提升机构和所述推压机构的运行距离清零。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的正铲式挖掘机能够在提升机构和推压机构每次运行到预定的零点位置时，对提升机构和推压机构均进行零位校正，消除了位置检测编码器轴打滑等对系统造成的累积误差，解决了正铲式挖掘机铲斗三维定位的瓶颈，为电铲的远程操作、无人操作铺平了道路。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附

图中：

图1为现有技术中正铲式挖掘机到达提升机构零点时的结构示意图；

图2为现有技术中正铲式挖掘机到达推压机构零点时的结构示意图；

图3为根据本发明的一个实施方式中正铲式挖掘机的结构示意图。

附图标记说明：

1：第一倾角传感器2：第二倾角传感器3：激光测距仪。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

如图3所示，在根据本发明的一个实施方式中提供了一种正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定装置和方法，该装置和方法可用于正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定，其能够有效地解决正铲式挖掘机提升机构和推压机构零位定位不准、累积误差无法自动消除的问题。

具体而言，如图3所示，本实施方式中的正铲式挖掘机包括：行走装置、回转装置和工作装置。

其中，行走装置包括两条相互平行的履带板，回转装置和行走装置经由底架梁固定连接，工作装置包括工作台、A型架、起重臂、斗杆，A型架设置在工作台上，起重臂的底端连接至工作台，起重臂的端部设置有顶部滑轮，A型架经由绷绳连接至起重臂的顶部，斗杆经由鞍座可移动地连接至起重臂的中部，斗杆的端部设置有铲斗，工作装置还包括提升机构和推压机构，提升机构和推压机构能够控制斗杆移动。

零位标定装置包括：第一倾角传感器1、第二倾角传感器2、激光测距仪3和控制器。

第一倾角传感器1设置在底架梁上，第一倾角传感器1能够跟随底架梁移动，并能够检测底架梁与水平面之间的夹角a₂；第二倾角传感器2设置在鞍座上，第二倾角传感器2能够在斗杆移动的过程中检测斗杆与水平面之间的夹角a₁；激光测距仪3设置在A型架上，激光测距仪3能够检测斗杆远离铲斗的端部与A型架之间的直线距离L；控制器与第一倾角传感器1、第二倾角传感器2、激光测距仪3连接，控制器构造为：当检测到斗杆与水平面之间的夹角a₁和底架梁与水平面之间的夹角a₂相同时，判断斗杆远离铲斗的端部与A型架之间的直线距离L是否等于预定距离C，当检测到直线距离L等于预定距离C时将提升机构和推压机构的运行距离清零，消除系统累计误差。

进一步地，由于正铲式挖掘机的结构尺寸存在较大的区别，因此，预定距离C为依据正铲式挖掘机的结构尺寸确定的常数。

由此，通过本实施方式中的零位标定装置能够有效地确定提升机构和推压机构的零点位置，并能够在控制其运动的过程中及时更新，可以实现铲斗的三维定位，之后，通过给定上下限位和左右限位的运行距离，可以有效地对铲斗的运行进行限位保护。

在本实施方式中，还提供了一种零位标定方法，该方法包括：调整斗杆的倾斜角度，使得斗杆与水平面之间的夹角a₁和底架梁与水平面之间的夹角a₂相同，即，使得斗杆与底架梁相互平行；之后，调整斗杆与A型架之间的直线距离L，使得斗杆远离铲斗的端部与A型架之间的直线距离L等于预定距离C，标定斗杆当前所处的位置为提升及推压机构的零点位置；之后，将提升机构和推压机构的运行距离清零，消除系统累计误差。

进一步地，该方法中还包括：每当提升及推压机构移动至零点位置时，即对提升及推压机构的零点的运行距离清零。

由此，本实施方式中的正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定装置和方法具有以下优点：

本实施方式中的正铲式挖掘机能够在提升及推压机构每次运行到预定的零点位置时，对提升及推压机构均进行零位校正，消除了位置检测编码器轴打滑等对系统造成的累积误差，解决了正铲式挖掘机铲斗三维定位的瓶颈，为电铲的远程操作、无人操作铺平了道路。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定装置，其特征在于，所述正铲式挖掘机包括行走装置、回转装置和工作装置，所述行走装置包括两条相互平行的履带板，所述回转装置和所述行走装置经由底架梁固定连接，所述工作装置包括工作台、A型架、起重臂、斗杆，所述A型架设置在所述工作台上，所述起重臂的底端连接至所述工作台，所述起重臂的端部设置有顶部滑轮，所述A型架经由绷绳连接至所述起重臂的顶部，所述斗杆经由鞍座可移动地连接至所述起重臂的中部，所述斗杆的端部设置有铲斗，所述工作装置还包括提升机构和推压机构，所述提升机构和所述推压机构能够控制所述斗杆移动，其中，所述零位标定装置包括：

第一倾角传感器，所述第一倾角传感器设置在所述底架梁上，所述第一倾角传感器能够跟随所述底架梁移动，并能够检测所述底架梁与水平面之间的夹角a₂；

第二倾角传感器，所述第二倾角传感器设置在所述鞍座上，所述第二倾角传感器能够在所述斗杆移动的过程中检测所述斗杆与水平面之间的夹角a₁；

激光测距仪，所述激光测距仪设置在所述A型架上，所述激光测距仪能够检测所述斗杆远离所述铲斗的端部与所述A型架之间的直线距离L；

控制器，所述控制器与所述第一倾角传感器、所述第二倾角传感器、所述激光测距仪连接，所述控制器构造为：当检测到所述斗杆与水平面之间的夹角a₁和所述底架梁与水平面之间的夹角a₂相同时，判断所述斗杆远离所述铲斗的端部与所述A型架之间的直线距离L是否等于预定距离C，当检测到直线距离L等于预定距离C时将所述提升机构和所述推压机构的运行距离清零，消除系统累计误差。

2.根据权利要求1所述的正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定装置，其特征在于，所述预定距离C为依据所述正铲式挖掘机的结构尺寸确定的常数。

3.一种正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定方法，其特征在于，所述正铲式挖掘机包括行走装置、回转装置和工作装置，所述行走装置包括两条相互平行的履带板，所述回转装置和所述行走装置经由底架梁固定连接，所述工作装置包括工作台、A型架、起重臂、斗杆，所述A型架设置在所述工作台上，所述起重臂的底端连接至所述工作台，所述起重臂的端部设置有顶部滑轮，所述A型架经由绷绳连接至所述起重臂的顶部，所述斗杆经由鞍座可移动地连接至所述起重臂的中部，所述斗杆的端部设置有铲斗，所述工作装置还包括提升机构和推压机构，所述提升机构和所述推压机构能够控制所述斗杆移动，

其中，所述零位标定方法包括：调整所述斗杆的倾斜角度，使得所述斗杆与水平面之间的夹角a₁和所述底架梁与水平面之间的夹角a₂相同，即，使得所述斗杆与所述底架梁相互平行；之后，调整所述斗杆与所述A型架之间的直线距离L，使得所述斗杆远离所述铲斗的端部与所述A型架之间的直线距离L等于预定距离C，标定所述斗杆当前所处的位置为所述提升及推压机构的零点位置；之后，将所述提升及推压机构的运行距离清零，消除系统累计误差。

4.根据权利要求3所述的正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定方法，其特征在于，所述预定距离C为依据所述正铲式挖掘机的结构尺寸确定的常数。

5.根据权利要求3所述的正铲式挖掘机提升及推压机构的零位标定方法，其特征在于，所述方法中包括：每当所述提升机构和所述推压机构移动至所述零点位置时，即对所述提升机构和所述推压机构的运行距离清零。

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