CN115265580A - 一种液压挖掘机工作参数测量方法及系统 - Google Patents

一种液压挖掘机工作参数测量方法及系统 Download PDF

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CN115265580A CN202211116604.3A CN202211116604A CN115265580A CN 115265580 A CN115265580 A CN 115265580A CN 202211116604 A CN202211116604 A CN 202211116604A CN 115265580 A CN115265580 A CN 115265580A
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刘金旭
郝健
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Abstract

本发明涉及测量技术领域，提供一种液压挖掘机工作参数测量方法及系统，方法包括：分别通过设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台上的运动传感器获取当前的运动状态参数；根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差；对估算得到的所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差以及当前的运动状态参数进行卡尔曼滤波融合，得到最优挖掘机偏转角；将预先标定得到的补偿角参数补偿到所述最优挖掘机偏转角，获得挖掘机工作偏转角，从而实现快速准确的对挖掘机转台和挖掘机行走机构偏转角和转速的测量，也进一步的规避了磁场的干扰。

Description

一种液压挖掘机工作参数测量方法及系统
技术领域
本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种液压挖掘机工作参数测量方法及系统。
背景技术
单斗液压挖掘机主要包括工作装置、上部转台和行走机构三部分。在传统的挖掘机上部转台和行走机构之间的角度是未知的，在自动控制领域研究中，需要对传统的挖掘机进行改装改进，上部转台和行走机构之间的相对角度检测变得格外有意义。
目前，挖机偏转角的角度测量的方法主要有两种，具体为：
直接法: 通过在行走机构和上部转台的轴承之间安装旋转行程检测转置，例如光栅尺或磁栅尺；
间接法: 采用基于磁力计单角度传感器测量，此方法需要安装磁力计角度传感器。
但是，当前关于挖机偏转角及转速检测的技术存在的以下问题：检测装置的结构复杂性，当前检测系统的结构均较为复杂；检测方法的不稳定性（易受干扰），尤以磁场轻度测量方法较为明显；检测方法的准确性较低，当前检测方法对挖机偏转角的检测准确度和实时响应程度较低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种液压挖掘机工作参数测量方法，旨在解决现有技术提供的挖机偏转角的角度测量方法均存在检测结构复杂、检测方式不稳定以及容易受到磁场干扰的技术问题。
本发明所提供的技术方案是：一种液压挖掘机工作参数测量方法，所述方法包括下述步骤：
分别通过设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台上的运动传感器获取当前的运动状态参数，其中，所述运动状态参数包括加速度参数和角速度参数；
根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差；
对估算得到的所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差以及当前的运动状态参数进行卡尔曼滤波融合，得到最优挖掘机偏转角；
将预先标定得到的补偿角参数补偿到所述最优挖掘机偏转角，获得挖掘机工作偏转角。
作为一种改进的方案，所述分别获取设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台上的运动传感器当前的运动状态参数的步骤之前还包括下述步骤：
当在所述挖掘机行走机构和挖掘机转台安装所述运动传感器后，对所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的偏转角进行标定补偿，得到补偿角参数。
作为一种改进的方案，所述根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差的步骤具体包括下述步骤：
根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动姿态和漂移姿态数据；
对估算得到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动姿态和漂移姿态数据进行算法优化，得到预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差。
作为一种改进的方案，所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态包括挖掘机转台固定挖掘机行走机构旋转、挖掘机转台旋转挖掘机行走机构固定以及挖掘机转台和挖掘机行走机构同时旋转。
本发明的另一目的在于提供一种液压挖掘机工作参数测量系统，所述系统包括：
运动状态参数获取模块，用于分别通过设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台上的运动传感器获取当前的运动状态参数，其中，所述运动状态参数包括加速度参数和角速度参数；
漂移模型偏差估算模块，用于根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差；
卡尔曼滤波融合模块，用于对估算得到的所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差以及当前的运动状态参数进行卡尔曼滤波融合，得到最优挖掘机偏转角；
补偿模块，用于将预先标定得到的补偿角参数补偿到所述最优挖掘机偏转角，获得挖掘机工作偏转角。
作为一种改进的方案，所述系统还包括：
补偿标定模块，用于当在所述挖掘机行走机构和挖掘机转台安装所述运动传感器后，对所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的偏转角进行标定补偿，得到补偿角参数。
作为一种改进的方案，所述漂移模型偏差估算模块具体包括：
姿态数据估算模块，用于根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动姿态和漂移姿态数据；
算法优化模块，用于对估算得到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动姿态和漂移姿态数据进行算法优化，得到预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差。
作为一种改进的方案，所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态包括挖掘机转台固定挖掘机行走机构旋转、挖掘机转台旋转挖掘机行走机构固定以及挖掘机转台和挖掘机行走机构同时旋转。
在本发明实施例中，分别通过设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台上的运动传感器获取当前的运动状态参数；根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差；对估算得到的所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差以及当前的运动状态参数进行卡尔曼滤波融合，得到最优挖掘机偏转角；将预先标定得到的补偿角参数补偿到所述最优挖掘机偏转角，获得挖掘机工作偏转角，从而实现快速准确的对挖掘机转台和挖掘机行走机构偏转角和转速的测量，也进一步的规避了磁场的干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明提供的液压挖掘机工作参数测量方法的实现流程图；
图2是本发明提供的根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差的实现流程图；
图3是本发明提供的液压挖掘机工作参数测量系统的结构框图；
图4是本发明提供的漂移模型偏差估算模块的结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的、技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明提供的液压挖掘机工作参数测量方法的实现流程图，其具体包括下述步骤：
在步骤S101中，分别通过设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台上的运动传感器获取当前的运动状态参数，其中，所述运动状态参数包括加速度参数和角速度参数；
在该步骤中，挖掘机行走机构和挖掘机转台的转速即此处记载的加速度参数，通过设置的运动传感器即可获取，在此不再赘述。
在步骤S102中，根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差；
其中，在转角测量过程中，由于传感器测量值的随机漂移，因此导致测量精度下降，通过对测量值的观测，可采用一下公式估计漂移偏差：
Figure 85690DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 81459DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，式中
Figure 189092DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 866192DEST_PATH_IMAGE004
为常参数。
在步骤S103中，对估算得到的所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差以及当前的运动状态参数进行卡尔曼滤波融合，得到最优挖掘机偏转角；
在该步骤中，卡尔曼滤波融合为常规技术实现，假设挖掘机行走机构或转台的转角、角速度、加速度分别为
Figure 946144DEST_PATH_IMAGE005
，则基于卡尔曼滤波融合，可得：
Figure 96502DEST_PATH_IMAGE006
，其中
Figure 802683DEST_PATH_IMAGE007
为常参数。
在步骤S104中，将预先标定得到的补偿角参数补偿到所述最优挖掘机偏转角，获得挖掘机工作偏转角。
在该步骤中，补偿角是指在初始状态下，例如行走机构与挖掘机转台实际相对角度为0度时，测量值的相对偏差，通过预先标定完成。测量结果减去补偿角后，即可得到行走机构与转台的实际偏差。
在该实施例中，挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态包括三种状态，具体为：
挖掘机转台固定挖掘机行走机构旋转、挖掘机转台旋转挖掘机行走机构固定以及挖掘机转台和挖掘机行走机构同时旋转；
这三种状态下，其具体的偏转角的估算过程是相近的，在此不再详细说明。
在本发明实施例中，分别获取设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台上的运动传感器当前的运动状态参数的步骤之前还包括下述步骤：
当在所述挖掘机行走机构和挖掘机转台安装所述运动传感器后，对所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的偏转角进行标定补偿，得到补偿角参数；
其中，在初始安装两个运动传感器时，初始安装角度是未知的，需要进行初始安装角度的标定，其标定具体实现为：
首先固定挖掘机行走机构和挖掘机转台，旋转另一个部件某一角度，驾驶挖掘机按照指定路线进行变加速行走，采集对应的加速度参数和角速度参数；重复上述步骤，根据运动偏差最优化拟合行走机构和上半部分转台之间的转角。
图2示出了本发明提供的根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差的步骤具体包括下述步骤：
在步骤S201中，根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动姿态和漂移姿态数据；
在步骤S202中，对估算得到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动姿态和漂移姿态数据进行算法优化，得到预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差。
在该实施例中，根据姿态计算加速度矢量
Figure 798321DEST_PATH_IMAGE008
，与加速度测值比较得到偏差e，基于偏差e计算得到纠正角速度
Figure 280249DEST_PATH_IMAGE009
，从而更新最优姿态值。
图3示出了本发明提供的液压挖掘机工作参数测量系统的结构框图，为了便于说明，图中仅给出了与本发明实施例相关的部分。
液压挖掘机工作参数测量系统包括：
运动状态参数获取模块11，用于分别通过设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台上的运动传感器获取当前的运动状态参数，其中，所述运动状态参数包括加速度参数和角速度参数；
漂移模型偏差估算模块12，用于根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差；
卡尔曼滤波融合模块13，用于对估算得到的所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差以及当前的运动状态参数进行卡尔曼滤波融合，得到最优挖掘机偏转角；
补偿模块14，用于将预先标定得到的补偿角参数补偿到所述最优挖掘机偏转角，获得挖掘机工作偏转角。
其中，结合图3所示，系统还包括：
补偿标定模块15，用于当在所述挖掘机行走机构和挖掘机转台安装所述运动传感器后，对所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的偏转角进行标定补偿，得到补偿角参数。
如图4所示，所述漂移模型偏差估算模块12具体包括：
姿态数据估算模块16，用于根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动姿态和漂移姿态数据；
算法优化模块17，用于对估算得到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动姿态和漂移姿态数据进行算法优化，得到预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差。
在该实施例中，上述液压挖掘机工作参数测量系统内置于驾驶室内的计算设备内，其与设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动传感器实现无线数据传输，在此不再赘述。
在本发明实施例中，分别通过设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台上的运动传感器获取当前的运动状态参数；根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差；对估算得到的所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差以及当前的运动状态参数进行卡尔曼滤波融合，得到最优挖掘机偏转角；将预先标定得到的补偿角参数补偿到所述最优挖掘机偏转角，获得挖掘机工作偏转角，从而实现快速准确的对挖掘机转台和挖掘机行走机构偏转角和转速的测量，也进一步的规避了磁场的干扰。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种液压挖掘机工作参数测量方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
分别通过设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台上的运动传感器获取当前的运动状态参数，其中，所述运动状态参数包括加速度参数和角速度参数；
根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差；
对估算得到的所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差以及当前的运动状态参数进行卡尔曼滤波融合，得到最优挖掘机偏转角；
将预先标定得到的补偿角参数补偿到所述最优挖掘机偏转角，获得挖掘机工作偏转角。
2.根据权利要求1所述的液压挖掘机工作参数测量方法，其特征在于，所述分别通过设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台上的运动传感器获取当前的运动状态参数的步骤之前还包括下述步骤：
当在所述挖掘机行走机构和挖掘机转台安装所述运动传感器后，对所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的偏转角进行标定补偿，得到补偿角参数。
3.根据权利要求1所述的液压挖掘机工作参数测量方法，其特征在于，所述根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差的步骤具体包括下述步骤：
根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动姿态和漂移姿态数据；
对估算得到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动姿态和漂移姿态数据进行算法优化，得到预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差。
4.根据权利要求1所述的液压挖掘机工作参数测量方法，其特征在于，所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态包括挖掘机转台固定挖掘机行走机构旋转、挖掘机转台旋转挖掘机行走机构固定以及挖掘机转台和挖掘机行走机构同时旋转。
5.一种液压挖掘机工作参数测量系统，其特征在于，所述系统包括：
运动状态参数获取模块，用于分别通过设置在挖掘机行走机构和挖掘机转台上的运动传感器获取当前的运动状态参数，其中，所述运动状态参数包括加速度参数和角速度参数；
漂移模型偏差估算模块，用于根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，分别估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差；
卡尔曼滤波融合模块，用于对估算得到的所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差以及当前的运动状态参数进行卡尔曼滤波融合，得到最优挖掘机偏转角；
补偿模块，用于将预先标定得到的补偿角参数补偿到所述最优挖掘机偏转角，获得挖掘机工作偏转角。
6.根据权利要求5所述的液压挖掘机工作参数测量系统，其特征在于，所述系统还包括：
补偿标定模块，用于当在所述挖掘机行走机构和挖掘机转台安装所述运动传感器后，对所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的偏转角进行标定补偿，得到补偿角参数。
7.根据权利要求5所述的液压挖掘机工作参数测量系统，其特征在于，所述漂移模型偏差估算模块具体包括：
姿态数据估算模块，用于根据获取到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态参数，估算预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动姿态和漂移姿态数据；
算法优化模块，用于对估算得到的挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动姿态和漂移姿态数据进行算法优化，得到预设时间段内挖掘机行走机构和挖掘机转台的漂移模型偏差。
8.根据权利要求5所述的液压挖掘机工作参数测量系统，其特征在于，所述挖掘机行走机构和挖掘机转台的运动状态包括挖掘机转台固定挖掘机行走机构旋转、挖掘机转台旋转挖掘机行走机构固定以及挖掘机转台和挖掘机行走机构同时旋转。
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