CN115288218A - 用于控制臂架的方法、挖掘机、存储介质及处理器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种用于控制臂架的方法、挖掘机、存储介质及处理器。方法应用于挖掘机，挖掘机包括臂架组件，臂架组件包括铲斗，方法包括：确定铲斗的铲尖的目标位姿；根据目标位姿确定臂架组件的目标旋转角度；根据目标旋转角度确定臂架组件的目标倾角以及满足目标倾角对应的液压缸的目标长度；根据目标长度确定液压缸的执行长度；控制液压缸伸缩至执行长度，以将铲尖移动至目标位姿。通过上述技术方案，在符合挖掘机的实际作业情况下，控制液压缸伸缩至执行长度，以将铲尖准确地移动到目标位姿。可以实现挖掘作业地自动化进行，提高了挖掘作业的作业精度。

Description

用于控制臂架的方法、挖掘机、存储介质及处理器

技术领域

本申请涉及挖掘机技术领域，具体地涉及一种用于控制臂架的方法、挖掘机、存储介质及处理器。

背景技术

液压挖掘机是一种广泛应用于矿山建筑等行业的重要装备，随着施工环境的日益复杂多样化，人们对挖掘机的自主挖掘、工作精度和性能提出了全新的要求。在现有技术中，通常是通过人为操作，通过人为控制操作杆和按钮对挖掘机的臂架进行控制，以完成挖掘操作。这种方法对操作人员的操作技术和操作经验要求较高，并且无法适用于精细的挖掘作业中，容易对地下电缆或管道造成破坏。

发明内容

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请实施例，并不用于限制本申请实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例的目的是提供一种用于控制臂架的方法和挖掘机、存储介质及处理器。为了实现上述目的，本申请实施例提供一种用于控制臂架的方法，应用于挖掘机，挖掘机包括臂架组件，臂架组件包括铲斗，方法包括：

确定铲斗的铲尖的目标位姿；

根据目标位姿确定臂架组件的目标旋转角度；

根据目标旋转角度确定臂架组件的目标倾角以及满足目标倾角对应的液压缸的目标长度；

根据目标长度确定液压缸的执行长度；

控制液压缸伸缩至执行长度，以将铲尖移动至目标位姿。

本申请第二方面还提供一种挖掘机，包括：臂架组件，包括铲斗，铲斗包括铲尖；液压缸，用于通过改变伸缩长度来调节铲尖的位置；以及被配置成执行用于控制臂架的方法。

本申请第三方面提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令在被处理器执行时使得处理器被配置成执行上述的用于控制臂架的方法。

本申请第四方面提供一种处理器，被配置成执行上述的用于控制臂架的方法。

通过上述技术方案，通过铲尖的目标位姿来确定臂架组件的目标旋转角度，以进一步确定臂架组件的目标倾角和液压缸的目标长度。通过目标倾角和目标长度，以根据挖掘机实际的装置参数确定可执行的执行长度。然后控制液压缸伸缩至执行长度，以使得铲尖移动到目标位姿。挖掘机可以自动控制液压缸的伸缩运动，以调整臂架组件的旋转角度，使铲尖准确移动到目标位姿以进行下一步的挖掘工作。

本申请实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请实施例，但并不构成对本申请实施例的限制。在附图中：

图1a示意性示出了根据本申请实施例的挖掘机和倾角传感器的安装示意图；

图1b示意性示出了根据本申请实施例的挖掘机的倾角和旋转角度的示意图；

图2示意性示出了根据本申请实施例的用于控制臂架的方法的流程示意图；

图3示意性示出了根据本申请又一实施例的用于控制臂架的方法的流程示意图；

图4示意性示出了根据本申请实施例的挖掘机的结构框图；

图5示意性示出了根据本申请又一实施例的挖掘机的结构框图；

图6示意性示出了根据本申请实施例的用于控制臂架的装置的结构框图；

图7示意性示出了根据本申请实施例的计算机设备的内部结构图。

附图标记说明

101-回转平台，102-动臂，103-斗杆，104-摇杆，105-斗连杆，106-铲斗，107-动臂液压缸，108-斗杆液压缸，109-铲斗液压缸，10-第一倾角传感器，20-第二倾角传感器，30-第三倾角传感器，40-第四倾角传感器，50-旋转角度传感器，A-动臂液压缸与回转平台铰接点，B-动臂液压缸与动臂铰接点，C-动臂与回转平台铰接点，D-斗杆液压缸与动臂铰接点，E-斗杆液压缸与斗杆铰接点，F-动臂与斗杆铰接点，G-铲斗液压缸与斗杆铰接点，M-铲斗液压缸与斗连杆铰接点，N-摇杆与斗杆铰接点，H-摇杆与斗连杆铰接点，K-斗连杆与铲斗铰接点，Q-斗杆与铲斗铰接点，V-铲尖。

具体实施方式

以下结合附图对本申请实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请实施例，并不用于限制本申请实施例。

在一个实施例中，主要提供一种挖掘机，包括：

多个臂架组件，相邻的两个臂架组件铰接；

多个液压缸，多个液压缸的一液压缸分别对应与臂架组件铰接，用于通过改变伸缩长度来调节对应的臂架组件的旋转角度；

多个倾角传感器，多个倾角传感器中的一个倾角传感器对应与挖掘机上的任意两个铰接点之间的连线设置，用于检测臂架组件的倾角，其中，铰接点为连接相邻的两个臂架组件的铰接点，以及连接臂架组件与液压缸的铰接点中。

挖掘机主要包括多个臂架组件、多个液压缸、多个倾角传感器等装置。参考图1a，臂架组件主要包括动臂102、斗杆103、摇杆104、斗连杆105以及铲斗106，相邻的两个臂架组件之间均通过铰接点连接。液压缸是指将液压能转变为机械能，做直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件。液压缸包括动臂液压缸107、斗杆液压缸108以及铲斗液压缸109，每个液压缸分别对应与臂架组件铰接。其中，动臂102与斗杆103铰接，斗杆103分别与摇杆104、铲斗106铰接，斗连杆106分别与摇杆104、铲斗106铰接。动臂液压缸107分别与动臂102、回转平台101铰接，斗杆液压缸108分别与斗杆103、铲斗106铰接，铲斗液压缸109分别与斗杆103、摇杆104、斗连杆105铰接。液压缸可以通过长度的伸缩来带动调节动臂102、斗杆103和铲斗106的旋转角度。多个倾角传感器中的每个倾角传感器与每两个铰接点之间的连线对应设置。其中，铰接点可以是相邻的两个臂架组件之间的铰接点，以及连接臂架组件与液压缸的铰接点。倾角传感器可以设置在两个铰接点之前的连线上，或者是设置平行于两个铰接点之间的连线的平行线上。倾角传感器可以用于检测臂架组件中动臂102、斗杆103和铲斗106的倾角。其中，倾角是指倾角传感器所在的连线或者平行线与水平方向之间的夹角。如此，挖掘机上的倾角传感器可以随着实际运动中挖掘机的臂架组件的移动而移动，且倾角传感器的安装位置不会干扰臂架组件的运动，可以实现准确测量臂架组件的倾角。

在一个实施例中，臂架组件包括动臂、斗杆、铲斗、摇杆以及斗连杆，挖掘机还包括回转平台，与动臂铰接，回转平台用于调整挖掘机的回转角度。

在一个实施例中，挖掘机还包括旋转角度传感器，与回转平台对应设置，用于检测挖掘机的回转角度。

具体地，臂架组件主要包括动臂102、斗杆103、摇杆104、斗连杆105以及铲斗106，相邻的两个臂架组件之间均通过铰接点连接。挖掘机的回转平台101与动臂102通过铰接点铰接，回转平台101与动臂102的铰接为C。回转平台可以通过旋转来调整挖掘机的回转角度，以调整臂架组件的作业方向。旋转角度传感器50可以用于检测挖掘机的回转平台101旋转时，挖掘机的回转角度θ₀。

在一个实施例中，多个液压缸包括：动臂液压缸，动臂液压缸的两端分别与动臂和回转平台铰接，用于调节动臂的旋转角度；斗杆液压缸，斗杆液压缸的两端分别与动臂和斗杆铰接，用于调节斗杆的旋转角度；铲斗液压缸，铲斗液压缸的两端分别与斗杆和斗连杆铰接，用于调节铲斗的旋转角度。

参考图1a，液压缸包括动臂液压缸107、斗杆液压缸108以及铲斗液压缸109，每个液压缸分别对应与臂架组件铰接。具体地，动臂102与斗杆103的铰接点为F，斗杆103与摇杆104的铰接点为N，斗杆103与铲斗106的铰接点为Q，斗连杆105与摇杆104的铰接点为H，斗连杆104与铲斗106的铰接点为K。动臂液压缸107与动臂的铰接点为B，与回转平台101的铰接点为A。斗杆液压缸108与动臂102的铰接点为D，与斗杆103的铰接点为E。铲斗液压缸109与斗杆103的铰接点为G，与斗连杆105的铰接点为M。图1b示意性示出了根据本申请实施例的挖掘机的倾角和旋转角度示意图，参考图1b，动臂液压缸107可以通过伸缩调节动臂液压缸伸长长度，来调节动臂102的旋转角度θ₁。动臂102的旋转角度θ₁是指水平方向与连线CF之间的夹角。斗杆液压缸108可以通过伸缩调节斗杆液压缸伸长长度，来调节斗杆103的旋转角度θ₂。斗杆103的旋转角度θ₂是指连线EF与连线NF之间的夹角。铲斗液压缸109可以通过伸缩调节铲斗液压缸伸长长度，通过带动摇杆104和斗连杆105旋转，以调节铲斗106的旋转角度θ₃。铲斗106的旋转角度θ₃是指连线NQ的延长线与连线QV之间的夹角。

在一个实施例中，挖掘机还包括：第一拉线传感器，与动臂液压缸对应设置，用于检测动臂液压缸的伸长长度；第二拉线传感器，与斗杆液压缸对应设置，用于检测斗杆液压缸的伸长长度；第三拉线传感器，与铲斗液压缸对应设置，用于检测铲斗液压缸的伸长长度。在移动组件运动发生时，拉线传感器中的拉绳可以伸展和收缩，根据输出信号可以得出运动物体的位移、方向和速率。动臂液压缸107、斗杆液压缸108和铲斗液压缸109伸缩过程中，第一拉线传感器可以检测动臂液压缸107的伸长长度，第二拉线传感器可以检测斗杆液压缸108的伸长长度，第三拉线传感器可以检测铲斗液压缸109的伸长长度。在该实施例中，基于多个倾角传感器的设置，在液压缸上设置拉线传感器可以起到冗余测量的作用，以辅助倾角传感器对挖掘机臂架组件的精确测量作业。

在一个实施例中，倾角传感器还包括第一倾角传感器，第一倾角传感器设置在与回转平台的回转平行面上，用于检测回转平台在水平方向上的倾角。如图1a和图1b所示，第一倾角传感器10设置在与回转平台101的回转平行面上。当挖掘机在爬坡或者下坡时，可以通过第一倾角传感器10检测到回转平台在水平方向的倾角τ₀。即，挖掘机整体与水平方向的倾斜角度。

在一个实施例中，斗杆与动臂之间通过的铰接点为第一铰接点，斗杆与铲斗的铰接点为第二铰接点，多个倾角传感器包括第二倾角传感器，第二倾角传感器设置于斗杆，且安装位置为第一铰接点与第二铰接点之间的第一连线的任意位置，第二倾角传感器用于检测斗杆在水平方向上的倾角。如图1a所示，斗杆103与动臂102之间的铰接点为第一铰接点为F，斗杆103与铲斗106之间的铰接点为第二铰接点Q，第一铰接点与第二铰接点之间的第一连线为QF。第二倾角传感器20设置在斗杆103，并且安装位置在第一连线QF上，不超出斗杆103以外的任意位置。参考图1b，第二倾角传感器20用于检测斗杆103在水平方向上的倾角τ₂。

在一个实施例中，斗杆与动臂之间通过的铰接点为第一铰接点，动臂液压缸与动臂之间的铰接点为第三铰接点，多个倾角传感器包括第三倾角传感器，第三倾角传感器设置于动臂，且安装方向与第一铰接点与第三铰接点之间的第二连线平行，第三倾角传感器用于检测动臂在水平方向上的倾角。如图1a所示，斗杆103与动臂102之间的铰接点为第一铰接点F，动臂液压缸107与动臂102之间的铰接点为第三铰接点B，第一铰接点与第三铰接点之间的第二连线为BF。第三倾角传感器30设置于动臂，安装方向与第二连线为BF平行，且不超出动臂102以外的位置。参考图1b，第三倾角传感器30用于检测动臂102在水平方向上的倾角τ₁。

在一个实施例中，斗杆与摇杆之间的铰接点为第四铰接点，铲斗液压缸与斗连杆之间的铰接点为第五铰接点，第四倾角传感器设置于摇杆，且安装位置为第四铰接点与第五铰接点之间的第三连线的任意位置，第四倾角传感器用于检测摇杆在水平方向上的倾角。如图1a所示，斗杆102与摇杆104之间的铰接点为第四铰接点N，铲斗液压缸109与斗连杆105之间的铰接点为第五铰接点M，第四铰接点与第五铰接点之间的第三连线为MN。第四倾角传感器40设置于摇杆104，安装位置为第三连线MN的任意位置，不超出摇杆104以外的位置。参考图1b，第四倾角传感器40用于检测摇杆104在水平方向上的倾角τ₃。

在一个实施例中，挖掘机还包括处理器，处理器与多个倾角传感器电连接，处理器被配置成：根据多个倾角传感器确定臂架组件的当前倾角和回转平台的当前倾角；根据臂架组件的当前倾角和回转平台的当前倾角确定臂架组件的当前旋转角度。

参考图1b，第一倾角传感器可以检测回转平台在水平方向上的倾角τ₀，第二倾角传感器可以检测斗杆在水平方向上的倾角τ₂，第三倾角传感器可以检测动臂在水平方向上的倾角τ₁，第四倾角传感器可以检测摇杆在水平方向上的倾角τ₃。处理器与多个倾角传感器电连接，可以根据倾角传感器实时检测到τ₁、τ₂、τ₃、τ₀，可以确定对应的臂架组件中动臂的当前旋转角度θ₁，斗杆的当前旋转角度θ₂，铲斗的当前旋转角度θ₃。

通过上述技术方案，在挖掘机的动臂、斗杆、摇杆以及回转平台，对应设置第一倾角传感器、第二倾角传感器、第三倾角传感器和第四倾角传感器。并且确定了上述倾角传感器在动臂、斗杆、摇杆和回转平台上的具体安装位置，可以实时准确的确定动臂、斗杆、摇杆和回转平台在水平方向上的倾角，以基于当前倾角确定出动臂、斗杆和铲斗的当前旋转角度。通过设置有旋转角度传感器，可以检测到挖掘机的回转角度。并且还设置有拉线传感器，以准确测量液压缸的伸长长度。如此，可以准确得出臂架组件的旋转角度和回转平台的回转角度，来确定挖掘机的运动状态，使得铲尖可以移动到目标位姿以进行下一步的挖掘作业。

图2示意性示出了根据本申请实施例的用于控制臂架组件的方法的流程示意图。如图2所示，在本申请一实施例中，提供了一种用于控制臂架组件的方法，应用于挖掘机，方法包括以下步骤：

S202，确定铲斗的铲尖的目标位姿；

S204，根据目标位姿确定臂架组件的目标旋转角度；

S206，根据目标旋转角度确定臂架组件的目标倾角以及与满足目标倾角对应的液压缸的目标长度；

S208，根据目标长度确定液压缸的执行长度；

S210，控制液压缸伸缩至执行长度，以将铲尖移动至目标位姿。

挖掘机的臂架组件主要包括动臂、斗杆、铲斗、摇杆和斗连杆等，其中，动臂与斗杆铰接，斗杆和铲斗铰接，摇杆分别和斗杆、斗连杆铰接，且斗连杆和铲斗铰接。铲斗还包括铲尖。在挖掘机进行挖掘机作业时，处理器可以确定铲尖的目标位姿。目标位姿处于挖掘机臂架组件的工作范围内，为挖掘机的铲尖最终所要达到的位置。目标位姿是指铲尖在笛卡尔空间坐标系中的目标坐标位置[xyz]，以及目标铲尖角度。其中，目标铲尖角度为连线QV与水平方向的夹角∈。在进行挖掘机进行作业时，挖掘机的动臂、斗杆、铲斗、摇杆和斗杆等臂架组件，可以通过臂架组件之间的铰接点进行旋转，从而使得铲尖的坐标位置和铲尖角度在臂架组件旋转的过程中会发生改变。

而由于挖掘机进行挖掘作业时，是通过臂架组件中的多个组件配合协同运动。所以，当挖掘机的铲尖的目标位姿一定时，挖掘机的动臂、斗杆、铲斗、摇杆和斗杆等臂架组件可以有多种不同的空间位姿。即，挖掘机的臂架组件在处于不同空间位姿的情况下，仍然可以满足铲尖处在该目标位姿。那么，当挖掘机的铲尖的目标位姿一定时，该目标位姿对应的动臂、斗杆、铲斗、摇杆和斗杆等臂架组件的目标旋转角度可以有多组。目标旋转角度是指挖掘机的铲尖达到目标位姿时，挖掘机各个臂架组件之间的相对角度或者是臂架组件与参考方向之间的相对角度。目标倾角则是指挖掘机的铲尖达到目标位姿时，挖掘机各个臂架组件与参考方向之间的角度。例如，参考方向可以是水平方向。并且，挖掘机的倾角可以根据设置在挖掘机部件上的倾角传感器直接进行测量获得。目标长度是指挖掘机的铲尖达到目标位姿时，挖掘机各个液压缸的长度。

进一步地，在铲尖的目标位姿确定的情况下，处理器可以确定控制臂架组件所需要进行旋转的目标旋转角度。臂架组件的目标旋转角度可以通过臂架组件对应的液压缸伸长或缩短进行调节来达到。处理器可以根据目标旋转角度确定臂架组件的目标倾角，以及与满足目标倾角对应的液压缸的目标长度。即，根据目标旋转角度确定液压缸的目标长度时，对应的臂架组件的倾角还需要与目标倾角一致。

在实际过程中，由于根据目标旋转角度确定的液压缸的目标长度很有可能不符合液压缸的实际参数。例如，处理器确定目标长度为1.5m，但实际上液压缸伸缩的最长长度为1.3m。那么在目标长度不符合液压缸的实际参数时，处理器可以根据目标倾角和目标长度确定液压缸的执行长度。执行长度是指液压缸的实际操作过程中的伸长长度，并且可以满足铲尖的位置达到目标位姿或者接近目标位姿。技术人员可以将倾角以及倾角对应的液压缸伸缩长度组成的参数组建立数据库，处理器可以根据目标倾角在数据库中查找，以确定即能够使得臂架组件满足目标倾角，又能够满足挖掘机实际可操作的执行长度。并且，在满足目标倾角的情况下，可以将伸缩路径最短的液压缸伸缩长度作为执行长度的最优长度。如此，可以减少液压缸的动力消耗。

而如果目标长度符合液压缸的实际参数，例如，处理器确定目标长度为1.5m，实际的液压缸伸缩的最长长度为2.0m。那么，处理器可以将目标长度作为液压缸的执行长度。进一步地，处理器可以控制液压缸伸缩至执行长度，以调节动臂、斗杆、铲斗、摇杆和斗连杆的旋转角度，来将铲尖移动至目标位姿。

在一个实施例中，图3示意性示出了根据本申请又一实施例的用于控制臂架组件的方法的流程示意图。如图3所示，挖掘机还包括倾角传感器，方法还包括：

S302，在液压缸的伸缩过程中，通过倾角传感器实时获取臂架组件的当前倾角；

S304，根据当前倾角确定臂架组件的当前旋转角度；

S306，根据当前旋转角度确定铲尖的当前位姿；

S308，在当前位姿与目标位姿之间的距离小于距离阈值的情况下，控制液压缸停止伸缩。

在挖掘机上设置有倾角传感器，倾角传感器可以是多个。在液压缸的伸缩过程中，处理器可以通过倾角传感器实时获取到臂架组件的当前倾角，根据几何关系可以根据当前倾角确定臂架组件的当前旋转角度。当前倾角是指臂架组件处于当前位姿时，臂架组件与水平方向的夹角。当前旋转角度是指臂架组件处于当前位姿，基于Denavit-Hartenberg法根据当前倾角确定的D-H旋转角度。进一步地，基于D-H旋转角度和挖掘机运动学参数，结合D-H旋转矩阵法，建立挖掘机的运动学模型，以得到挖掘机铲尖的笛卡尔空间坐标。铲尖的当前位姿是指臂架组件处于当前位姿时，铲尖在笛卡尔空间坐标系中的当前坐标位置，以及当前铲尖角度。其中，当前铲尖角度是指当前的连线QV与水平方向的夹角∈。

由于液压缸伸缩过程中会出现误差，可能会导致铲尖的当前位姿与目标位姿不重合的情况出现。例如，可能是由于臂架组件的震动或者是液压缸的伸缩指令延迟，造成液压缸根据执行长度伸缩完毕后，铲尖不能够准确地移动至目标位姿。所以，可以预先设置一个允许存在误差的距离阈值。距离阈值是指铲尖的当前位姿和目标位置之间的最小相隔距离。在确定铲尖的当前位姿和目标位姿之间的距离小于距离阈值的情况下，处理器可以控制液压缸停止伸缩。

在一个实施例中，方法还包括：在当前位姿与目标位姿之间的距离大于距离阈值的情况下，确定当前倾角与目标倾角之间的角度差值；根据角度差值确定液压缸的调整长度；控制液压缸伸缩至调整长度，以使得当前位姿与目标位姿之间的距离小于距离阈值。

而在当前位姿与目标位姿之间的距离大于所述距离阈值的情况下，则还需要控制液压缸来调整铲尖的位姿。那么，处理器可以根据倾角传感器来实时获取臂架组件的当前倾角。根据当前倾角和目标倾角，处理器可以确定当前倾角与目标倾角之间的角度差值，根据角度差值确定液压缸的调整长度。例如，处理器确定动臂的目标倾角为20°，执行长度为1.2m，而液压缸根据执行长度伸缩完毕后，此时的倾角传感器检测到动臂的当前倾角为23°。那么，处理器可以根据动臂的当前倾角与目标倾角之间的角度差值3°，重新确定液压缸的调整长度。且，处理器可以控制挖掘机的液压缸在执行调整长度的指令时，处理器可以控制液压缸的电流、电压等参数，使得液压缸的伸缩速度变慢，以减少液压缸伸缩长度的误差。则，处理器可以控制电流、电压等参数，控制液压缸伸缩至调整长度，使得臂架组件的当前倾角符合目标倾角，以使得所述当前位姿与所述目标位姿之间的距离小于距离阈值。

在一个实施例中，臂架组件还包括动臂、斗杆、铲斗、摇杆和斗连杆，液压缸包括动臂液压缸、斗杆液压缸以及铲斗液压缸，在每个液压缸进行伸缩时，与液压缸对应的臂架组件的倾角也会发生变化，根据目标长度确定液压缸的执行长度包括：确定每个液压缸所对应的最大伸缩长度和最小伸缩长度，以确定每个液压缸的极限伸缩范围；根据每个液压缸对应的目标长度、每个液压缸对应的臂架组件的目标倾角以及每个液压缸的极限伸缩范围确定每个液压缸的执行长度，其中，在每个液压缸在伸缩至执行长度时，每个臂架组件所对应的倾角为目标倾角，且每个执行长度处于每个液压缸对应的极限伸缩范围内。

参考图1a，具体地，臂架组件还包括动臂102、斗杆103、摇杆104、斗连杆105以及铲斗106，相邻的两个臂架组件通过铰接点连接。液压缸包括动臂液压缸107、斗杆液压缸108以及铲斗液压缸109，处理器可以通过控制动臂液压缸107伸缩来调节动臂102的旋转角度，通过控制斗杆液压缸108伸缩来调节斗杆103的旋转角度，以及通过铲斗液压缸109伸缩来调节铲斗106的旋转角度。当每个液压缸进行伸缩时，液压缸对应的臂架组件的倾角也会发生变化，从而臂架组件的旋转角度和铲尖的位置也会发生变化。而由于液压缸的目标长度很有可能不符合液压缸的实际参数，所以处理器可以确定每个液压缸所对应的最大伸缩长度和最小伸缩长度。其中，最大伸缩长度是指液压缸能够伸长到达的最大长度，最小伸缩长度是指液压缸缩短到达的最小长度。每个液压缸的最小伸缩长度至最大伸缩长度为极限伸缩范围。在目标长度不符合液压缸的实际参数时，处理器可以每个液压缸对应的目标长度、每个液压缸对应的臂架组件的目标倾角以及每个液压缸的极限伸缩范围确定液压缸的执行长度。执行长度是指每个液压缸的实际操作过程中符合其对应的极限伸缩范围的伸长长度，并且每个臂架组件所对应的倾角为目标倾角，以使得铲尖的位置达到目标位姿或者接近目标位姿。

在一个实施例中，挖掘机还包括回转平台，目标旋转角度包括动臂的第一目标旋转角度、斗杆的第二目标旋转角度和铲斗的第三目标旋转角度，目标倾角包括动臂的第一目标倾角、斗杆的第二目标倾角和铲斗的第三目标倾角，目标长度包括动臂液压缸的第一目标长度、斗杆液压缸的第二目标长度，以及铲斗液压缸的第三目标长度；根据目标旋转角度确定臂架组件的目标倾角包括：获取回转平台的倾角；根据回转平台的倾角和第一目标旋转角度确定第一目标倾角；根据第一目标旋转角度和第二目标旋转角度确定第二目标倾角；根据第二目标倾角和第三目标旋转角度确定第三目标倾角。

挖掘机还包括回转平台，回转平台与动臂铰接，用于调节挖掘机的旋转方向。如图1a和图1b所示，目标旋转角度包括动臂的第一目标倾角、斗杆的第二目标倾角和铲斗的第三目标倾角。其中，第一目标旋转角度为θ₁，即动臂上铰接点C和F之间的连线CF与水平方向之间的夹角。第二目标倾角为θ₂，即斗杆上铰接点F和Q之间的连线QF与水平方向之间的夹角。第三目标倾角为θ₃，即摇杆上铰接点M和N之间的连线MN与水平方向之间的夹角。目标长度包括动臂液压缸的第一目标长度、斗杆液压缸的第二目标长度，以及铲斗液压缸的第三目标长度。第一目标长度为λ₁，即铰接点A和B之间的相隔距离。第二目标长度为λ₂，即铰接点D和E之间的相隔距离。第三目标长度为λ₃，即铰接点G和M之间的相隔距离。挖掘机的铲斗液压缸可以通过伸缩调节摇杆104和斗连杆105的旋转角度，以调节铲斗106的旋转角度。具体地，处理器可以获取到回转平台的倾角τ₀，回转平台的倾角是指挖掘机在爬坡或下坡等状态时，挖掘机的回转平面与水平方向之间的夹角。处理器可以根据回转平台的倾角θ₀和第一目标旋转角度θ₁确定第一目标倾角τ₁。根据第一目标旋转角度θ₁和第二目标旋转角度θ₂确定第二目标倾角τ₂。根据第二目标倾角θ₂和第三目标旋转角度θ₃确定第三目标倾角τ₃。

在一个实施例中，目标位姿包括目标坐标位置，根据目标位姿确定臂架组件的目标旋转角度包括：

分别根据以下公式(7)和(8)计算第一目标旋转角度、第二目标旋转角度和第三目标旋转角度：

其中，[x y z]为铲尖在笛卡尔空间坐标系中的目标坐标位置，

为挖掘机底盘坐标系与铲斗坐标系的转换矩阵，

为挖掘机底盘基座标系与回转平台坐标系的转换矩阵，且底盘基座标系与回转平台坐标系重合，

为回转平台坐标系到动臂坐标系的转换矩阵，

为动臂坐标系到斗杆坐标系的转换矩阵，

为斗杆坐标系到铲斗坐标系的转换矩阵，θ₁为动臂的第一目标旋转角度，θ₂为斗杆的第二目标旋转角度，θ₃为铲斗的第三目标旋转角度，θ₀为回转平台的回转角度，c₀＝Cosθ₀，c₁＝cosθ₁，c₁₂＝cos(θ₁+θ₂)，c₁₂₃＝Cos(θ₁+θ₂+θ₂)，s₀＝sinθ₀，s₁＝sinθ₁，s₁₂＝sin(θ₁+θ₂)，s₁₂₃＝sin(θ₁+θ₂+θ₂)，C是指动臂和回转平台之间的铰接点，F是指动臂与斗杆之间的铰接点，Q是指斗杆和铲斗之间的铰接点，V是指铲斗的铲尖，a₀为C与回转平台的旋转中心的横向误差，d₀为C与回转平台的旋转中心的纵向误差，a₁＝CF，a₂＝FQ，a₃＝QV。

在一个实施例中，目标位姿还包括目标铲尖角度，根据目标位姿确定臂架组件的目标旋转角度包括：根据目标坐标位置确定第一目标旋转角度、第二目标旋转角度以及第三目标旋转角度，以使第一目标旋转角度、第二目标旋转角度以及第三目标旋转角度之和等于目标铲尖角度。

目标铲尖角度是指连线QV与水平方向的夹角∈，目标坐标位置[x y z]为铲尖在笛卡尔空间坐标系中的空间坐标。根据目标坐标位置确定第一目标旋转角度θ₁、第二目标旋转角度θ₂以及第三目标旋转角度θ₃，且铲尖角度∈需满足∈＝θ₁+θ₂+θ₃。挖掘机的臂架组件在进行作业时，铲斗的作业状态的伸展状态和收回状态可以通过铲尖角度来体现。在铲尖的空间坐标位置满足目标坐标位置时，第一目标旋转角度、第二目标旋转角度和第三目标旋转角度组成的臂架组件的参数组可以有多组。所以，控制挖掘机进行作业时，挖掘机的目标旋转角度需要同时满足铲尖的目标坐标位置和目标铲尖角度，以准确控制挖掘机臂架组件的运动状态。

在一个实施例中，根据回转平台的倾角和第一目标旋转角度确定第一目标倾角，包括根据以下公式(1)计算第一目标倾角τ₁：

τ₁＝π-∠BCF-θ₁+τ₀ (1)

其中，θ₁为动臂的第一目标旋转角度，B是指动臂液压缸和动臂之间的铰接点，C是指动臂和回转平台之间的铰接点，F是指动臂与斗杆之间的铰接点，∠BCF是指BC连线与CF连线之间的夹角，τ₀为回转平台的倾角。

在一个实施例中，根据第一目标旋转角度和第二目标旋转角度确定第二目标倾角，包括根据以下公式(2)计算第二目标倾角τ₂：

τ₂＝θ₂-θ₁ (2)

其中，τ₂为斗杆的第二目标倾角，θ₁为动臂的第一目标旋转角度，θ₂为斗杆的第二目标旋转角度。

在一个实施例中，根据第二目标倾角和第三目标旋转角度确定第三目标倾角，包括根据以下公式(3)计算第三目标倾角τ₃：

τ₃＝τ₂-∠QNM (3)

其中，

θ₃＝π-∠NQF-∠MQN-∠MQK-∠KQV，

τ₂为斗杆的第二目标倾角，τ₃为铲斗的第三目标倾角，θ₃为铲斗的第三目标旋转角度，F是指动臂和斗杆之间的铰接点，K是指斗连杆和铲斗之间的铰接点，M是指铲斗液压缸和斗连杆之间的铰接点，N是指斗杆跟摇杆之间的铰接点，Q是指斗杆和铲斗之间的铰接点，V是指铲斗的铲尖，∠QNM是指QM连线和NM连线之间的夹角，∠MQN是指MQ连线和QM连线之间的夹角，∠MQK是指MQ连线和QK连线之间的夹角，∠NQF是指NQ连线和QF连线之间的夹角，∠KQV是指KQ连线和QV连线之间的夹角，QK为Q和K之间的相隔距离，QN为Q和N之间的相隔距离，MN为摇杆的长度，MK为斗连杆的长度。

在一个实施例中，根据目标旋转角度确定臂架组件对应的液压缸的目标长度，包括根据以下公式(4)计算第一目标长度λ₁：

其中，∠ACB＝θ₁+∠BCF+∠TCA，θ₁为动臂的第一目标旋转角度，A是指动臂液压缸和回转平台的铰接点，B是指动臂液压缸和动臂之间的铰接点，C是指动臂和回转平台之间的铰接点，F是指动臂与斗杆之间的铰接点，∠BCF是指BC连线与CF连线之间的夹角，T是指过C点的水平线左方向上的任意一点，∠ACB为AC连线和BC连线之间的夹角，∠BCF为BC连线和CF连线之间的夹角，∠TCA为过C点的水平线和AC连线之间的夹角，AC为铰接点A和铰接点C之间的相隔距离，BC为铰接点B和铰接点C之间的相隔距离。

在一个实施例中，根据目标旋转角度确定臂架组件对应的液压缸的目标长度，包括根据以下公式(5)进行计算第二目标长度λ₂：

其中，∠DFE＝π-∠DFC-∠DFG-∠GFE-θ₂，θ₂为斗杆的第二目标旋转角度，C是指动臂和回转平台之间的铰接点，D是指斗杆液压缸和动臂之间的铰接点，F是指动臂和斗杆之间的铰接点，E是指斗杆液压缸和斗杆之间的夹角，∠DFE为DF连线和EF连线之间的夹角，∠DFC为DF连线和CF连线之间的夹角，∠GFE为GF连线和EF连线之间的夹角，DF为D和F之间的相隔距离，EF为E和F之间的相隔距离。

在一个实施例中，根据第三目标旋转角度确定第三目标长度，包括根据以下公式(6)计算第三目标长度λ₃：

其中，

∠KQN＝π-∠NQF-θ₃-∠KQV，

∠GNM＝2π-∠GNF-∠FNQ-∠KNQ-∠KNM，λ₃为针对铲斗液压缸的第三伸长长度，F是指动臂和斗杆之间的铰接点，G是指铲斗液压缸和斗杆之间的铰接点，K是指斗连杆和铲斗之间的铰接点，M是指铲斗液压缸和斗连杆之间的铰接点，N是指斗杆跟摇杆之间的铰接点，Q是指斗杆和铲斗之间的铰接点，∠KQV为KQ连线和QV连线之间的夹角，∠FNQ为FN连线和NQ连线之间的夹角，∠NQF为NQ连线和QF连线之间的夹角，∠GNF为GN连线和NF连线之间的夹角，∠KNQ为KN连线和NQ连线之间的夹角，∠KQN为KQ连线和QN连线之间的铰接点，∠KNM为KN连线和NM连线之间的夹角，∠GNM为GN连线和NM连线之间的夹角，∠QNM为QN连线和NM连线之间的夹角，NK为N和K之间的相隔距离，NQ为N和Q之间的相隔距离，QK为Q和K之间的相隔距离，GN为G和N之间的相隔距离，MN为摇杆的长度，MK为斗连杆的长度。

在一个实施例中，图4示意性示出了根据本申请实施例的挖掘机的结构框图。如图4所示，本申请提供了一种挖掘机，包括臂架组件402、液压缸404、处理器406，其中：

臂架组件402，包括铲斗，铲斗包括铲尖。

液压缸404，用于通过改变伸缩长度来调节铲尖的位置。

处理器406，被配置成执行用于控制臂架的方法。

挖掘机的臂架组件包括铲斗，如图1a所示，铲斗还包括铲尖Q。挖掘机进行挖掘时，需要将铲尖移动到挖掘物体所处的位置。相邻的两个臂架组件之间均通过铰接点连接。液压缸是指将液压能转变为机械能，做直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件。液压缸可以通过伸缩调节自身长度，调整对应的臂架组件的旋转角度，以调整铲尖的位置。铲尖的位置包括坐标位置以及铲尖角度，坐标位置是指铲尖Q点的空间坐标位置，铲尖角度是指连线QV与水平方向的夹角∈。挖掘机的臂架组件在进行作业时，铲斗的作业状态的伸展状态和收回状态可以通过铲尖角度来体现。处理器可以控制液压缸的伸缩来调节铲尖的位置，以控制臂架组件的运动方式。

在一个实施例中，臂架组件包括液压缸包括动臂、斗杆、铲斗、摇杆以及斗连杆，液压缸包括：动臂液压缸，动臂液压缸的两端分别与动臂和回转平台铰接，用于调节动臂的旋转角度；斗杆液压缸，斗杆液压缸的两端分别与动臂和斗杆铰接，用于调节斗杆的旋转角度；铲斗液压缸，铲斗液压缸的两端分别与斗杆和斗连杆铰接，用于调节铲斗的旋转角度；以及处理器还被配置成：通过改变动臂液压缸、斗杆液压缸和铲斗液压缸的伸缩长度来调节动臂、斗杆和铲斗的旋转角度，以改变铲尖的位置。

参考图1a，臂架组件主要包括动臂102、斗杆103、摇杆104、斗连杆105以及铲斗106，相邻的两个臂架组件之间均通过铰接点连接。液压缸包括动臂液压缸107、斗杆液压缸108以及铲斗液压缸109，每个液压缸分别对应与臂架组件铰接。动臂102与斗杆103的铰接点为F，斗杆103与摇杆104的铰接点为N，斗杆103与铲斗106的铰接点为Q，斗连杆105与摇杆104的铰接点为H，斗连杆104与铲斗106的铰接点为K。动臂液压缸107与动臂的铰接点为B，与回转平台101的铰接点为A。斗杆液压缸108与动臂102的铰接点为D，与斗杆103的铰接点为E。铲斗液压缸109与斗杆103的铰接点为G，与斗连杆105的铰接点为M。液压缸可以通过长度的伸缩来带动调节动臂102、斗杆103和铲斗106的旋转角度，以改变铲尖的位置。

在一个实施例中，相邻两个臂架组件铰接，所述多个液压缸的一液压缸分别对应与所述臂架组件铰接，如图5所示，挖掘机400还包括：

回转平台408，用于调整挖掘机的回转角度，所述臂架组件与回转平台铰接；

多个倾角传感器410，多个倾角传感器中的一个倾角传感器对应与连接相邻两个臂架组件的铰接点和连接臂架组件与液压缸的铰接点中的任意两个铰接点之间的连线设置，和/或臂架组件与回转平台的铰接点对应设置；

处理器406还被配置成：根据多个倾角传感器确定臂架组件的当前倾角和回转平台的当前倾角；根据臂架组件的当前倾角和回转平台的当前倾角确定臂架组件的当前旋转角度。

参考图1a和图1b，挖掘机还包括回转平台101，回转平台101与动臂102通过铰接点C铰接，回转平台101与动臂液压缸106通过铰接点A铰接。多个倾角传感器包括第一倾角传感器10、第二倾角传感器20、第三倾角传感器30以及第四倾角传感器40。第一倾角传感器10，用于检测回转平台101的回转平面与水平方向上的夹角τ₀。第二倾角传感器20，用于检测检测斗杆103在水平方向上的倾角τ₂。第三倾角传感器30用于检测动臂102在水平方向上的倾角τ₁。第四倾角传感器40用于检测摇杆104在水平方向上的倾角τ₃。在挖掘机的液压缸进行伸缩运动时，处理器可以获取到根据臂架组件上的倾角传感器检测的臂架组件的当前倾角τ₁、τ₂、τ₃，以及回转平台101的当前倾角τ₀。处理器可以根据τ₀、τ₁、τ₂、τ₃确定臂架组件对应的动臂102的当前旋转角度θ₁，斗杆104的当前旋转角度θ₂，铲斗的当前旋转角度θ₃，以进一步确定当前铲尖角度。

在一个实施例中，挖掘机还包括旋转角度传感器，与回转平台对应设置，用于检测挖掘机的旋转角度。回转平台可以通过旋转来调整挖掘机的回转角度，以调整臂架组件的作业方向。旋转角度传感器50可以用于检测挖掘机的回转平台101旋转时，挖掘机的旋转角度θ₀。根据θ₀、θ₁、θ₂、θ₃可以确定铲尖的当前坐标位置[x y z]，以及当前铲尖角度∈。

在一个实施例中，在本申请的实施例中，挖掘机还包括：第一拉线传感器，与动臂液压缸对应设置，用于检测动臂液压缸的伸长长度；第二拉线传感器，与斗杆液压缸对应设置，用于检测斗杆液压缸的伸长长度；第三拉线传感器，与铲斗液压缸对应设置，用于检测铲斗液压缸的伸长长度。在移动组件运动发生时，拉线传感器中的拉绳可以伸展和收缩，根据输出信号可以得出运动物体的位移、方向或速率。参考图1a，动臂液压缸107、斗杆液压缸108和铲斗液压缸109伸缩过程中，第一拉线传感器可以检测动臂液压缸107的伸长长度，第二拉线传感器可以检测斗杆液压缸108的伸长长度，第三拉线传感器可以检测铲斗液压缸109的伸长长度。如此，处理器可以通过拉线传感器检测到的伸长长度，以准确控制液压缸的伸长长度，使得铲尖准确地移动到目标位姿。在该实施例中，基于多个倾角传感器的设置，在液压缸上设置拉线传感器可以起到冗余测量的作用，以辅助倾角传感器对挖掘机臂架组件的精确测量作业。

通过上述技术方案，通过铲尖的目标坐标位置和目标铲尖位置，以及臂架组件之间的连接关系建立运动学模型，以确定臂架组件中动臂、斗杆和铲斗的目标旋转角度。根据目标旋转角度确定臂架组件中动臂、斗杆和摇杆的目标倾角，以及对应的动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸的目标长度。进一步通过目标倾角和目标长度，在数据库查找到符合挖掘机实际作业的可执行的执行长度。控制液压缸伸缩至执行长度，且在液压缸伸缩的过程中，倾角传感器和旋转角度传感器分别可以实时检测到对应的臂架组件的倾角和挖掘机回转平台的回转角度，来确定臂架组件的当前旋转角度。根据当前旋转角度来确定铲尖的实时位置，可以自动控制臂架组件的运动，以将铲尖准确移动至目标位姿。

图6示意性示出了根据本申请实施例的用于控制臂架的装置的结构框图。参考图6，在一个实施例中，提供了一种用于控制臂架组件的装置，包括目标位姿确定模块602、目标旋转角度确定模块604、目标倾角和目标长度确定模块606、执行长度确定模块608以及液压缸控制模块610，其中：

目标位姿确定模块602，用于确定铲斗的铲尖的目标位姿。

目标旋转角度确定模块604，用于根据目标位姿确定臂架组件的目标旋转角度。

目标倾角和目标长度确定模块606，用于根据目标旋转角度确定臂架组件的目标倾角以及满足所述目标倾角对应的液压缸的目标长度。

执行长度确定模块608，用于目标长度确定液压缸的执行长度。

液压缸控制模块610，用于控制液压缸伸缩至执行长度，以将铲尖移动至目标位姿。

在一个实施例中，装置还包括倾角检测模块(图中未示出)，用于在液压缸的伸缩过程中，通过倾角传感器实时获取臂架组件的当前倾角；根据当前倾角确定臂架组件的当前旋转角度；根据当前旋转角度确定铲尖的当前位姿；在当前位姿与目标位姿之间的距离小于距离阈值的情况下，控制液压缸停止伸缩。

在一个实施例中，装置还包括液压缸长度调整模块(图中未示出)，在当前位姿与目标位姿之间的距离大于距离阈值的情况下，确定当前倾角与目标倾角之间的角度差值；根据角度差值确定液压缸的调整长度；控制液压缸伸缩至调整长度，使得当前位姿与目标位姿之间的距离小于距离阈值。

上述用于控制臂架组件的方法包括处理器和存储器，上述实施方案均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序模块中实现相应的功能。

本申请实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述用于控制臂架组件的方法。

处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来实现对用于控制臂架组件的方法。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

本申请实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现上述用于控制臂架组件的方法。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器A01、网络接口A02、存储器(图中未示出)和数据库(图中未示出)。其中，该计算机设备的处理器A01用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括内存储器A03和非易失性存储介质A04。该非易失性存储介质A04存储有操作系统B01、计算机程序B02和数据库(图中未示出)。该内存储器A03为非易失性存储介质A04中的操作系统B01和计算机程序B02的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储用于控制臂架组件的方法数据。该计算机设备的网络接口A02用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序B02被处理器A01执行时以实现一种用于控制臂架组件的方法。

本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，本申请提供的用于控制臂架组件的装置可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图7所示的计算机设备上运行。计算机设备的存储器中可存储组成该用于控制臂架组件的装置的各个程序模块。各个程序模块构成的计算机程序使得处理器执行本说明书中描述的本申请各个实施例的用于控制臂架组件的方法中的步骤。

本申请实施例提供了一种设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现上述用于控制臂架组件的方法。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有上述用于控制臂架组件的方法步骤的程序。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，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、商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、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种用于控制臂架的方法，其特征在于，应用于挖掘机，所述挖掘机包括臂架组件，所述臂架组件包括铲斗，所述方法包括：

确定所述铲斗的铲尖的目标位姿；

根据所述目标位姿确定所述臂架组件的目标旋转角度；

根据所述目标旋转角度确定所述臂架组件的目标倾角以及满足所述目标倾角对应的液压缸的目标长度；

根据所述目标长度确定所述液压缸的执行长度；

控制所述液压缸伸缩至所述执行长度，以将所述铲尖移动至所述目标位姿。

2.根据权利要求1所述的用于控制臂架的方法，其特征在于，所述挖掘机还包括倾角传感器，所述方法还包括：

在所述液压缸的伸缩过程中，通过所述倾角传感器实时获取所述臂架组件的当前倾角；

根据所述当前倾角确定所述臂架组件的当前旋转角度；

根据所述当前旋转角度确定所述铲尖的当前位姿；

在所述当前位姿与所述目标位姿之间的距离小于距离阈值的情况下，控制所述液压缸停止伸缩。

3.根据权利要求2所述的用于控制臂架的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述当前位姿与所述目标位姿之间的距离大于所述距离阈值的情况下，确定所述当前倾角与所述目标倾角之间的角度差值；

根据所述角度差值确定所述液压缸的调整长度；

控制所述液压缸伸缩至所述调整长度，以使得所述当前位姿与所述目标位姿之间的距离小于所述距离阈值。

4.根据权利要求1所述的用于控制臂架的方法，其特征在于，所述臂架组件还包括动臂、斗杆、铲斗、摇杆和斗连杆，所述液压缸包括动臂液压缸、斗杆液压缸以及铲斗液压缸，在每个液压缸进行伸缩时，与所述液压缸对应的臂架组件的倾角也会发生变化，所述根据所述目标长度确定所述液压缸的执行长度包括：

确定每个液压缸所对应的最大伸缩长度和最小伸缩长度，以确定每个液压缸的极限伸缩范围；

根据每个液压缸对应的目标长度、每个液压缸对应的臂架组件的所述目标倾角以及每个液压缸的极限伸缩范围确定每个液压缸的执行长度，其中，在每个液压缸在伸缩至所述执行长度时，每个臂架组件所对应的倾角为目标倾角，且每个执行长度处于每个液压缸对应的极限伸缩范围内。

5.根据权利要求4所述用于控制臂架的方法，其特征在于，所述挖掘机还包括回转平台，所述目标旋转角度包括所述动臂的第一目标旋转角度、所述斗杆的第二目标旋转角度和所述铲斗的第三目标旋转角度，所述目标倾角包括所述动臂的第一目标倾角、所述斗杆的第二目标倾角和所述铲斗的第三目标倾角，所述目标长度包括所述动臂液压缸的第一目标长度、所述斗杆液压缸的第二目标长度，以及所述铲斗液压缸的第三目标长度；

根据所述目标旋转角度确定所述臂架组件的目标倾角包括：

获取所述回转平台的倾角；

根据所述回转平台的倾角和所述第一目标旋转角度确定所述第一目标倾角；

根据所述第一目标旋转角度和所述第二目标旋转角度确定所述第二目标倾角；

根据所述第二目标倾角和所述第三目标旋转角度确定所述第三目标倾角。

6.根据权利要求5所述用于控制臂架的方法，其特征在于，所述根据所述回转平台的倾角和所述第一目标旋转角度确定所述第一目标倾角，包括根据以下公式(1)计算所述第一目标倾角τ₁：

τ₁＝π-∠BCF-θ₁+τ₀ (1)

其中，θ₁为所述动臂的第一目标旋转角度，B是指所述动臂液压缸和所述动臂之间的铰接点，C是指所述动臂和所述回转平台之间的铰接点，F是指所述动臂与所述斗杆之间的铰接点，∠BCF是指BC连线与CF连线之间的夹角，τ₀为所述回转平台的倾角；

所述根据所述第一目标旋转角度和所述第二目标旋转角度确定所述第二目标倾角，包括根据以下公式(2)计算所述第二目标倾角τ₂：

τ₂＝θ₂-θ₁ (2)

其中，τ₂为所述斗杆的第二目标倾角，θ₁为所述动臂的第一目标旋转角度，θ₂为所述斗杆的第二目标旋转角度；

所述根据所述第二目标倾角和所述第三目标旋转角度确定所述第三目标倾角，包括根据以下公式(3)计算所述第三目标倾角τ₃：

τ₃＝τ₂-∠QNM (3)

其中，

θ₃＝π-∠NQF-∠MQN-∠MQK-∠KQV，

τ₂为所述斗杆的第二目标倾角，τ₃为所述铲斗的第三目标倾角，θ₃为所述铲斗的第三目标旋转角度，F是指所述动臂和所述斗杆之间的铰接点，K是指所述斗连杆和所述铲斗之间的铰接点，M是指所述铲斗液压缸和所述斗连杆之间的铰接点，N是指所述斗杆跟所述摇杆之间的铰接点，Q是指所述斗杆和所述铲斗之间的铰接点，V是指所述铲斗的铲尖，∠QNM是指QM连线和NM连线之间的夹角，∠MQN是指MQ连线和QM连线之间的夹角，∠MQK是指MQ连线和QK连线之间的夹角，∠NQF是指NQ连线和QF连线之间的夹角，∠KQV是指KQ连线和QV连线之间的夹角，QK为所述Q和所述K之间的相隔距离，QN为所述Q和所述N之间的相隔距离，MN为所述摇杆的长度，MK为所述斗连杆的长度。

7.根据权利要求5所述的用于控制臂架的方法，其特征在于，所述根据所述目标旋转角度确定满足所述目标倾角对应的液压缸的目标长度，包括根据以下公式(4)计算所述第一目标长度λ₁：

其中，∠ACB＝θ₁+∠BCF+∠TCA，θ₁为所述动臂的第一目标旋转角度，A是指所述动臂液压缸和所述回转平台的铰接点，B是指所述动臂液压缸和所述动臂之间的铰接点，C是指所述动臂和所述回转平台之间的铰接点，F是指所述动臂与所述斗杆之间的铰接点，∠BCF是指BC连线与CF连线之间的夹角，T是指所述过C点的水平线左方向上的任意一点，∠ACB为AC连线和BC连线之间的夹角，∠BCF为BC连线和CF连线之间的夹角，∠TCA为过C点的水平线和AC连线之间的夹角，AC为铰接点A和铰接点C之间的相隔距离，BC为铰接点B和铰接点C之间的相隔距离；

根据以下公式(5)进行计算所述第二目标长度λ₂：

其中，∠DFE＝π-∠DFC-∠DFG-∠GFE-θ₂，θ₂为所述斗杆的第二目标旋转角度，C是指所述动臂和所述回转平台之间的铰接点，D是指所述斗杆液压缸和所述动臂之间的铰接点，F是指所述动臂和所述斗杆之间的铰接点，E是指所述斗杆液压缸和所述斗杆之间的夹角，∠DFE为DF连线和EF连线之间的夹角，∠SFC为DF连线和CF连线之间的夹角，∠GFE为GF连线和EF连线之间的夹角，DF为D和F之间的相隔距离，EF为E和F之间的相隔距离；

根据以下公式(6)计算所述第三目标长度λ₃：

其中，

∠KQN＝π-∠NQF-θ₃-∠KQV，

∠GNM＝2π-∠GNF-∠FNQ-∠KNQ-∠KNM，λ₃为针对所述铲斗液压缸的第三伸长长度，F是指所述动臂和所述斗杆之间的铰接点，G是指所述铲斗液压缸和所述斗杆之间的铰接点，K是指所述斗连杆和所述铲斗之间的铰接点，M是指所述铲斗液压缸和所述斗连杆之间的铰接点，N是指所述斗杆跟所述摇杆之间的铰接点，Q是指所述斗杆和所述铲斗之间的铰接点，∠KQV为KQ连线和QV连线之间的夹角，∠FNQ为FN连线和NQ连线之间的夹角，∠NQF为NQ连线和QF连线之间的夹角，∠GNF为GN连线和NF连线之间的夹角，∠KNQ为KN连线和NQ连线之间的夹角，∠KQN为KQ连线和QN连线之间的铰接点，∠KNM为KN连线和NM连线之间的夹角，∠GNM为GN连线和NM连线之间的夹角，∠QNM为QN连线和NM连线之间的夹角，NK为所述N和所述K之间的相隔距离，NQ为所述N和所述Q之间的相隔距离，QK为所述Q和所述K之间的相隔距离，GN为所述G和所述N之间的相隔距离，MN为所述摇杆的长度，MK为所述斗连杆的长度。

8.根据权利要求5中所述的用于控制臂架的方法，其特征在于，所述目标位姿包括目标坐标位置，所述根据所述目标位姿确定所述臂架组件的目标旋转角度包括：

分别根据以下公式(7)和(8)计算所述第一目标旋转角度、所述第二目标旋转角度和所述第三目标旋转角度：

其中，[x y z]为所述铲尖在笛卡尔空间坐标系中的目标坐标位置，

为挖掘机底盘坐标系与铲斗坐标系的转换矩阵，

为挖掘机底盘基座标系与回转平台坐标系的转换矩阵，且底盘基座标系与回转平台坐标系重合，

为回转平台坐标系到动臂坐标系的转换矩阵，

为动臂坐标系到斗杆坐标系的转换矩阵，

为斗杆坐标系到铲斗坐标系的转换矩阵，θ₁为所述动臂的第一目标旋转角度，θ₂为所述斗杆的第二目标旋转角度，θ₃为所述铲斗的第三目标旋转角度，θ₀为所述挖掘机的回转角度，c₀＝cosθ₀，c₁＝cosθ₁，c₁₂＝cos(θ₁+θ₂)，c₁₂₃＝cos(θ₁+θ₂+θ₂)，s₀＝sinθ₀，s₁＝sinθ₁，s₁₂＝sin(θ₁+θ₂)，s₁₂₃＝sin(θ₁+θ₂+θ₂)，C是指所述动臂和所述回转平台之间的铰接点，F是指所述动臂与所述斗杆之间的铰接点，Q是指所述斗杆和所述铲斗之间的铰接点，V是指所述铲斗的铲尖，a₀为所述C与所述回转平台的旋转中心的横向误差，d₀为所述C与所述回转平台的旋转中心的纵向误差，a₁＝CF，a₂＝FQ，a₃＝QV。

9.根据权利要求8中所述的用于控制臂架的方法，其特征在于，所述目标位姿还包括目标铲尖角度，所述根据所述目标位姿确定所述臂架组件的目标旋转角度包括：

根据所述目标坐标位置确定所述第一目标旋转角度、所述第二目标旋转角度以及所述第三目标旋转角度，以使所述第一目标旋转角度、所述第二目标旋转角度以及所述第三目标旋转角度之和等于所述目标铲尖角度。

10.一种处理器，其特征在于，被配置成执行根据权利要求1至9中任意一项所述的用于控制臂架的方法。

11.一种挖掘机，其特征在于，所述挖掘机包括：

臂架组件，包括铲斗，所述铲斗包括铲尖；

多个液压缸，用于通过改变伸缩长度来调节所述铲尖的位置；以及

根据权利要求10中所述的处理器。

12.根据权利要求11所述的挖掘机，其特征在于，相邻两个所述臂架组件铰接，所述多个液压缸的一液压缸分别对应与所述臂架组件铰接，所述挖掘机还包括：

回转平台，用于调整所述挖掘机的回转角度，所述臂架组件与所述回转平台铰接；

多个倾角传感器，所述多个倾角传感器中的任一倾角传感器对应与挖掘机上的任意两个铰接点之间的连线设置，用于检测所述臂架组件的倾角，其中，所述铰接点为连接相邻两个臂架组件的铰接点，以及连接所述臂架组件与所述液压缸的铰接点；以及

所述处理器还被配置成：

根据所述多个倾角传感器确定所述臂架组件的当前倾角和所述回转平台的当前倾角；

根据所述臂架组件的当前倾角和所述回转平台的当前倾角确定所述臂架组件的当前旋转角度。

13.根据权利要求11所述的挖掘机，其特征在于，所述臂架组件包括液压缸包括动臂、斗杆、铲斗、摇杆以及斗连杆，所述液压缸包括：

动臂液压缸，所述动臂液压缸的两端分别与所述动臂和回转平台铰接，用于调节所述动臂的旋转角度；

斗杆液压缸，所述斗杆液压缸的两端分别与所述动臂和所述斗杆铰接，用于调节所述斗杆的旋转角度；

铲斗液压缸，所述铲斗液压缸的两端分别与所述斗杆和所述斗连杆铰接，用于调节所述铲斗的旋转角度；以及

所述处理器还被配置成：

通过改变所述动臂液压缸、所述斗杆液压缸和所述铲斗液压缸的伸缩长度来调节所述动臂、所述斗杆和所述铲斗的旋转角度，以改变所述铲尖的位置。

14.根据权利要求12所述的挖掘机，其特征在于，所述挖掘机还包括旋转角度传感器，与所述回转平台对应设置，用于检测所述挖掘机的回转角度。

15.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，其特征在于，该指令在被处理器执行时使得所述处理器被配置成执行根据权利要求1至9中任一项所述的用于控制臂架的方法。

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