CN117449371A - 电铲姿态智能调节控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电铲姿态智能调节控制系统及方法，涉及挖掘机技术领域，该系统包括：水平仪，用于测量电铲的倾角；倾角仪，用于测量电铲、大臂和铲斗的倾角；控制单元，预存有控制参数，用于在电铲运行过程中，根据倾角值和控制参数进行干扰信号的判定过滤，在电铲启动后的准备阶段中，根据倾角值和控制参数控制电铲的行走方向和速度，在电铲的行走过程中，根据倾角值和控制参数控制电铲的行走方向和速度，在电铲的作业过程中，根据倾角值和控制参数控制电铲的行走方向和速度、大臂的动作和铲斗的动作；报警单元，用于在控制单元的控制下进行报警。本发明能够有效地避免电铲因倾角过大而造成机构受损或者侧翻，并规避操作人员误操作的影响。

Description

电铲姿态智能调节控制系统及方法

技术领域

本发明涉及挖掘机技术领域，尤其涉及一种电铲姿态智能调节控制系统及方法。

背景技术

电铲是一种利用齿轮、链条、钢索滑轮组等传动件传递动力的机械式电动挖掘机。电铲在使用时，由操作人员通过人工手动操作方式进行挖掘控制。为了避免电铲在使用过程中发生倾翻，目前有技术提出通过在车身平台上安装角度传感器，利用角度传感器实时采集车身的倾斜角度，并将采集的倾斜角度与设定的防倾翻角度值进行比较，若倾斜角度超限，则进行报警提醒。

然而，由于电铲的传动部件较多，工作环境通常较复杂，仅在车身平台上安装角度传感器，并在测量的倾斜角度超限时进行报警提醒，并不能有效地预防所有的倾翻事故。并且，报警容易使得操作人员进入紧张状态中，容易使操作人员出现误操作而导致电铲出现倾翻等事故。此外，当角度传感器出现故障而使倾角测量值出现较大偏差时，则可能出现倾斜角度已超限但未报警的情况，此时则可能因为操作人员的操作而导致电铲倾翻。

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，本发明提供一种电铲姿态智能调节控制系统及方法。

本发明的技术方案如下：

第一方面，提供了一种电铲姿态智能调节控制系统，所述系统包括：

水平仪，包括两个，两个所述水平仪分别安装在电铲回转平台两侧的水平面上，且两个所述水平仪的安装方向相互垂直；

倾角仪，包括三个，三个所述倾角仪分别安装在所述电铲回转平台的中心位置、所述电铲的大臂、以及所述电铲的铲斗鞍座上；

控制单元，分别与所述水平仪、所述倾角仪、报警单元和所述电铲的控制系统连接，所述控制单元中预存有包括多个倾斜角度值、多个作业时长和电铲最大行走速度值的控制参数，所述控制单元接收所述水平仪和所述倾角仪的测量值，在所述电铲运行过程中，根据测量值和所述控制参数进行干扰信号的判定过滤，在所述电铲启动后的准备阶段中，根据测量值和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度，在所述电铲的行走过程中，根据测量值和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度，以及在所述电铲的作业过程中，根据测量值和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度、所述大臂的动作和所述铲斗的动作；

所述报警单元，用于在所述控制单元的控制下进行报警。

在一些可能的实现方式中，所述控制参数包括：允许电铲连续工作的工作面最大倾斜角度值，允许电铲连续工作时间不超过第一作业时长的第一工作面倾斜角度值，禁止电铲作业的第二工作面倾斜角度值，电铲倾角控制值，大臂倾角控制值，铲斗倾角控制值，电铲最大行走速度，第一作业时长，电铲倾角控制值对应的第一允许连续作业时长，大臂倾角控制值对应的第二允许连续作业时长，铲斗倾角控制值对应的第三允许连续作业时长，脉冲突变角度超限时长。

在一些可能的实现方式中，在所述电铲运行过程中，根据测量值和所述控制参数进行干扰信号的判定过滤，包括：

在所述电铲运行过程中，根据所述水平仪的测量值实时计算所述电铲行走时的倾角，若倾角发生突变且突变后倾角不低于第二工作面倾斜角度值，但在脉冲突变角度超限时长内恢复到突变前倾角±0.2°之间且小于第二工作面倾斜角度值，则判定当前倾角信号为干扰信号并进行过滤。

在一些可能的实现方式中，在所述电铲启动后的准备阶段中，根据测量值和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度，包括：

在所述电铲启动后的准备阶段中，根据所述水平仪的测量值实时计算所述电铲的倾角；

当所述电铲在某一个方向的倾角不低于第二工作面倾斜角度值，则禁止所述电铲进行当前方向的行走或转弯，只允许所述电铲进行当前方向的反方向的行走，且行走速度在30%电铲最大行走速度以下；

当所述电铲在某一个方向的倾角不低于第一工作面倾斜角度值且小于第二工作面倾斜角度值，则所述电铲在当前方向行走时，以倾角等于第一工作面倾斜角度值时所对应的行走速度最大值控制为30%电铲最大行走速度，且倾角每增加（c-b）/10度，行走速度最大值线性减小3%电铲最大行走速度的方式进行控制；

当所述电铲在某一个方向的倾角不低于工作面最大倾斜角度值且小于第一工作面倾斜角度值，则所述电铲在当前方向行走时，启动计时，并以倾角等于工作面最大倾斜角度值时所对应的行走速度最大值控制为电铲最大行走速度，且倾角每增加（b-a）/10度，行走速度最大值线性减小7%电铲最大行走速度，以及计时达到第一作业时长时进行停机并报警的方式进行控制；

其中，a表示允许电铲连续工作的工作面最大倾斜角度值，b表示允许电铲连续工作时间不超过第一作业时长的第一工作面倾斜角度值，c表示禁止电铲作业的第二工作面倾斜角度值。

在一些可能的实现方式中，在所述电铲的行走过程中，根据测量值和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度，包括：

在所述电铲的行走过程中，根据所述水平仪的测量值实时计算所述电铲的倾角；

当所述电铲在任意一个方向上的倾角不低于第一工作面倾斜角度值，则控制所述电铲的行走速度降低至70%电铲最大行走速度以下，且倾角每增加（c-b）/10度，行走速度线性减小4%电铲最大行走速度；

当所述电铲在任意一个方向上的倾角不低于第二工作面倾斜角度值，则控制所述电铲的行走速度降低至30%电铲最大行走速度以下，且倾角每增加（c-b）/10度，行走速度线性减小3%电铲最大行走速度；

当所述电铲在任意一个方向上的倾角不低于第二工作面倾斜角度值时的连续行走时长超过第一允许连续作业时长，则禁止所述电铲进行当前方向的行走或转弯并进行报警，只允许所述电铲进行当前方向的反方向的行走；

其中，b表示允许电铲连续工作时间不超过第一作业时长的第一工作面倾斜角度值，c表示禁止电铲作业的第二工作面倾斜角度值。

在一些可能的实现方式中，在所述电铲的作业过程中，根据测量值和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度、所述大臂的动作和所述铲斗的动作，包括：

在所述电铲的作业过程中，根据所述水平仪的测量值实时计算所述电铲的倾角；

根据所述倾角仪的测量值实时计算所述大臂的倾角和所述铲斗的倾角；

当所述电铲在任意一个方向上的倾角不低于电铲倾角控制值，且在倾角不低于电铲倾角控制值时的连续作业时长大于第一允许连续作业时长，则控制所述电铲停机并报警；

当所述电铲在任意一个方向上的倾角不低于第一工作面倾斜角度值且小于第二工作面倾斜角度值，且在倾角不低于第一工作面倾斜角度值且小于第二工作面倾斜角度值时的连续作业时长大于第一作业时长，则控制所述电铲停机并报警；

当所述大臂的倾角大于大臂倾角控制值，且在倾角大于大臂倾角控制值时的连续作业时长大于第二允许连续作业时长，则进行报警；

当所述大臂的倾角大于大臂倾角控制值，且在倾角大于大臂倾角控制值时的连续作业时长大于两倍的第二允许连续作业时长，则对所述大臂进行反向调节，或者对所述大臂进行反向调节并控制所述电铲以30%电铲最大行走速度向当前方向的反方向行走；

当所述大臂的倾角大于大臂倾角控制值，且在倾角大于大臂倾角控制值时的连续作业时长大于三倍的第二允许连续作业时长，则控制所述电铲停机并报警；

当所述铲斗的倾角大于铲斗倾角控制值，且在倾角大于铲斗倾角控制值时的连续作业时长大于第三允许连续作业时长，则进行报警；

当所述铲斗的倾角大于铲斗倾角控制值，且在倾角大于铲斗倾角控制值时的连续作业时长大于两倍的第三允许连续作业时长，则对所述铲斗进行反向调节，或者对所述铲斗进行反向调节并控制所述电铲以30%电铲最大行走速度向当前方向的反方向行走；

当所述铲斗的倾角大于铲斗倾角控制值，且在倾角大于铲斗倾角控制值时的连续作业时长大于三倍的第三允许连续作业时长，则控制所述电铲停机并报警。

在一些可能的实现方式中，所述控制单元还根据所述水平仪的测量值和安装在所述电铲回转平台的中心位置的所述倾角仪的测量值，对所述水平仪和所述倾角仪进行实时故障诊断。

在一些可能的实现方式中，若所述水平仪和所述倾角仪在相同方向上的倾角测量值的差值与所述水平仪或所述倾角仪的测量值的比值小于设定比值，则判定所述水平仪和所述倾角仪未出现故障。

第二方面，还提供了一种电铲姿态智能调节控制方法，所述方法包括：

获取电铲的倾角、所述电铲的大臂的倾角、所述电铲的铲斗的倾角；

在所述电铲运行过程中，根据获取的倾角和预设的控制参数进行干扰信号的判定过滤，在所述电铲启动后的准备阶段中，根据获取的倾角和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度，在所述电铲的行走过程中，根据获取的倾角和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度，以及在所述电铲的作业过程中，根据获取的倾角和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度、所述大臂的动作和所述铲斗的动作。

在一些可能的实现方式中，所述控制参数包括：

允许电铲连续工作的工作面最大倾斜角度值，允许电铲连续工作时间不超过第一作业时长的第一工作面倾斜角度值，禁止电铲作业的第二工作面倾斜角度值，电铲倾角控制值，大臂倾角控制值，铲斗倾角控制值，电铲最大行走速度，第一作业时长，电铲倾角控制值对应的第一允许连续作业时长，大臂倾角控制值对应的第二允许连续作业时长，铲斗倾角控制值对应的第三允许连续作业时长，脉冲突变角度超限时长。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的电铲姿态智能调节控制系统及方法通过在电铲的特定位置上安装水平仪和倾角仪，在控制单元中预设多个控制参数，在电铲运行过程中的不同动作阶段，由控制单元根据水平仪和倾角仪的测量值和控制参数以预设的不同控制方式进行电铲的动作控制和限制，能够有效地避免电铲因倾角过大而造成机构受损或者侧翻，保证电铲运行的稳定性和安全性，且能够有效地规避操作人员的误操作的影响。

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为本发明一实施例的电铲姿态智能调节控制系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例的电铲姿态智能调节控制方法的流程图。

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。

参考图1，第一方面，本发明一实施例提供了一种电铲姿态智能调节控制系统，该系统包括：

水平仪1，包括两个，两个水平仪分别安装在电铲回转平台两侧的水平面上，且两个水平仪的安装方向相互垂直；

倾角仪2，包括三个，三个倾角仪分别安装在电铲回转平台的中心位置、电铲的大臂、以及电铲的铲斗鞍座上；

控制单元3，分别与水平仪、倾角仪、报警单元4和电铲的控制系统5连接，控制单元中预存有包括多个倾斜角度值、多个作业时长和电铲最大行走速度值的控制参数，控制单元接收水平仪和倾角仪的测量值，在电铲运行过程中，根据测量值和控制参数进行干扰信号的判定过滤，在电铲启动后的准备阶段中，根据测量值和控制参数控制电铲的行走方向和行走速度，在电铲的行走过程中，根据测量值和控制参数控制电铲的行走方向和行走速度，以及在电铲的作业过程中，根据测量值和控制参数控制电铲的行走方向和行走速度、大臂的动作和铲斗的动作；

报警单元4，用于在控制单元的控制下进行报警。

以下对本发明一实施例提供的电铲姿态智能调节控制系统的工作过程及原理进行具体说明：

具体地，安装在电铲回转平台两侧的水平面上的两个水平仪用于测量电铲在相互垂直的两个轴线上的倾角，根据获取的两个轴线上的倾角可以计算得到电铲在任意方向上的倾角，安装在电铲回转平台的中心位置上的倾角仪同样用于测量电铲在相互垂直的两个轴线上的倾角，根据获取的两个轴线上的倾角同样可以计算得到电铲在任意方向上的倾角，安装在电铲的大臂和铲斗鞍座上的倾角仪分别用于测量大臂的倾角和铲斗的倾角；在电铲上电后的运行过程中，水平仪和倾角仪将测量值实时发送至控制单元，控制单元根据接收的测量值计算确定电铲的倾角，并根据确定的倾角值和其中预设的控制参数进行干扰信号的判定过滤；在电铲启动后的准备阶段中，水平仪和倾角仪将测量值实时发送至控制单元，控制单元根据接收的测量值计算确定电铲的倾角，并根据确定的倾角值和其中预设的控制参数控制电铲的行走方向和行走速度，以及控制报警单元报警；在电铲的行走过程中，水平仪和倾角仪将测量值实时发送至控制单元，控制单元根据接收的测量值计算确定电铲的倾角，并根据确定的倾角值和其中预设的控制参数控制电铲的行走方向和行走速度，以及控制报警单元报警；在电铲的作业过程中，水平仪和倾角仪将测量值实时发送至控制单元，控制单元根据接收的测量值计算确定电铲的倾角、大臂的倾角和铲斗的倾角，并根据确定的倾角值和其中预设的控制参数控制电铲的行走方向和行走速度、大臂的动作和铲斗的动作，以及控制报警单元报警。

可见，本发明一实施例提供的电铲姿态智能调节控制系统通过在电铲的特定位置上安装水平仪和倾角仪，在控制单元中预设多个控制参数，在电铲运行过程中的不同动作阶段，由控制单元根据水平仪和倾角仪的测量值和控制参数以预设的不同控制方式进行电铲的动作控制和限制，能够有效地避免电铲因倾角过大而造成机构受损或者侧翻，保证电铲运行的稳定性和安全性，且能够有效地规避操作人员的误操作的影响。

进一步地，本发明一实施例中，为了保证电铲、大臂和铲斗的倾角的测量计算精度，在利用该系统进行电铲的调节控制前，对安装后的水平仪和倾角仪进行校准。

具体地，在完成水平仪的安装后，进行水平基准面标定与水平仪校准，把两个水平仪的测量反馈值上传至控制单元并进行比对，若两个测量反馈值间的误差≥0.1%，则水平仪存在计量故障，重新校准，若两个测量反馈值间的误差＜0.1%，则水平仪不存在故障，完成校准。在完成水平仪的校准和倾角仪的安装后，进行倾角仪的安装水平度校准和与水平仪测量结果的标定，当倾角仪的测量反馈值与标定结果间的误差≥0.1%，则倾角仪存在计量故障，重新校准，若倾角仪的测量反馈值与标定结果间的误差＜0.1%，则倾角仪不存在故障，完成校准。

作为本发明一实施例的一个实施方式，水平仪采用具有水平度测量反馈信号且灵敏度不低于0.03mm/m的水平仪，倾角仪采用具有测量反馈信号且精度为0.001度的倾角仪，以进一步保证倾角的测量精度。

进一步地，为了最大程度对电铲可能出现的倾翻问题进行规避，本发明一实施例中，控制参数包括：允许电铲连续工作的工作面最大倾斜角度值，允许电铲连续工作时间不超过第一作业时长的第一工作面倾斜角度值，禁止电铲作业的第二工作面倾斜角度值，电铲倾角控制值，大臂倾角控制值，铲斗倾角控制值，电铲最大行走速度，第一作业时长，电铲倾角控制值对应的第一允许连续作业时长，大臂倾角控制值对应的第二允许连续作业时长，铲斗倾角控制值对应的第三允许连续作业时长，脉冲突变角度超限时长。

其中，各个参数根据实际的电铲型号、电铲的结构尺寸和电铲的作业方式具体设置。

具体地，以允许电铲连续工作的工作面最大倾斜角度值表示为a，允许电铲连续工作时间不超过第一作业时长的第一工作面倾斜角度值表示为b，禁止电铲作业的第二工作面倾斜角度值表示为c，电铲倾角控制值表示为d1，大臂倾角控制值表示为d2，铲斗倾角控制值表示为d3，电铲最大行走速度表示为v，第一作业时长表示为t，电铲倾角控制值对应的第一允许连续作业时长表示为t1，大臂倾角控制值对应的第二允许连续作业时长表示为t2，铲斗倾角控制值对应的第三允许连续作业时长表示为t3，脉冲突变角度超限时长表示为t4为例，则针对常规类型的电铲，各个参数可以设置为：a=3°，b=6°，c=8°，t=100小时，d1=8°，t1=15分钟，d2=3°，t2=2分钟，d3=3°，t3=2分钟，t4=10s，v=电铲最大行走速度。

进一步地，本发明一实施例中，以θ表示电铲的倾角为例，在电铲运行过程中，根据测量值和控制参数进行干扰信号的判定过滤，包括以下步骤：

在电铲运行过程中，根据水平仪的测量值实时计算电铲行走时的倾角，若倾角发生突变且突变后倾角不低于第二工作面倾斜角度值，但在脉冲突变角度超限时长内恢复到突变前倾角±0.2°之间且小于第二工作面倾斜角度值，则判定当前倾角信号为干扰信号并进行过滤。

由于在电铲的运行过程中，电铲会因地面不平整产生短时的倾角变大，但不影响电铲正常运行，因此需要过滤倾斜干扰信号。

进一步地，本发明一实施例中，在电铲启动后的准备阶段中，根据测量值和控制参数控制电铲的行走方向和行走速度，包括以下步骤：

在电铲启动后的准备阶段中，根据水平仪的测量值实时计算电铲的倾角θ；

当电铲在某一个方向的倾角θ不低于第二工作面倾斜角度值c，则禁止电铲进行当前方向的行走或转弯，只允许电铲进行当前方向的反方向的行走，且行走速度在30%电铲最大行走速度v以下；

当电铲在某一个方向的倾角θ不低于第一工作面倾斜角度值b且小于第二工作面倾斜角度值c，则电铲在当前方向行走时，以倾角等于第一工作面倾斜角度值b时所对应的行走速度最大值控制为30%电铲最大行走速度v，且倾角每增加（c-b）/10度，行走速度最大值线性减小3%电铲最大行走速度v的方式进行控制；

当电铲在某一个方向的倾角θ不低于工作面最大倾斜角度值a且小于第一工作面倾斜角度值b，则电铲在当前方向行走时，启动计时，并以倾角等于工作面最大倾斜角度值a时所对应的行走速度最大值控制为电铲最大行走速度v，且倾角每增加（b-a）/10度，行走速度最大值线性减小7%电铲最大行走速度v，以及计时达到第一作业时长t时进行停机并报警的方式进行控制。

本发明一实施例中，在电铲启动后的准备阶段中，通过采用上述的控制方式能够保证当电铲停在正常倾斜作业面时，电铲可正常行走或作业，当电铲停在大倾角作业面时，只能以减小倾角的方式运行，确保把电铲姿态调整到合理状况，以避免后续行走及行走过程中电铲发生侧翻等事故。

进一步地，本发明一实施例中，在电铲的行走过程中，根据测量值和控制参数控制电铲的行走方向和行走速度，包括以下步骤：

在电铲的行走过程中，根据水平仪的测量值实时计算电铲的倾角θ；

当电铲在任意一个方向上的倾角θ不低于第一工作面倾斜角度值b，则控制电铲的行走速度降低至70%电铲最大行走速度v以下，且倾角每增加（c-b）/10度，行走速度线性减小4%电铲最大行走速度v；

当电铲在任意一个方向上的倾角θ不低于第二工作面倾斜角度值c，则控制电铲的行走速度降低至30%电铲最大行走速度v以下，且倾角每增加（c-b）/10度，行走速度线性减小3%电铲最大行走速度v；

当电铲在任意一个方向上的倾角θ不低于第二工作面倾斜角度值c时的连续行走时长超过第一允许连续作业时长t1，则禁止电铲进行当前方向的行走或转弯并进行报警，只允许电铲进行当前方向的反方向的行走。

本发明一实施例中，在电铲的行走过程中，通过采用上述的控制方式能够保证电铲在上坡或者下坡时的姿态与安全，避免电铲发生侧翻等事故。

进一步地，本发明一实施例中，以θ表示电铲的倾角，θ1表示大臂的倾角，θ2表示铲斗的倾角为例，在电铲的作业过程中，根据测量值和控制参数控制电铲的行走方向和行走速度、大臂的动作和铲斗的动作，包括以下步骤：

在电铲的作业过程中，根据水平仪的测量值实时计算电铲的倾角θ；

根据倾角仪的测量值实时计算大臂的倾角θ1和铲斗的倾角θ2；

当电铲在任意一个方向上的倾角θ不低于电铲倾角控制值d1，且在倾角不低于电铲倾角控制值d1时的连续作业时长大于第一允许连续作业时长t1，则控制电铲停机并报警；

当电铲在任意一个方向上的倾角θ不低于第一工作面倾斜角度值b且小于第二工作面倾斜角度值c，且在倾角不低于第一工作面倾斜角度值b且小于第二工作面倾斜角度值c时的连续作业时长大于第一作业时长t，则控制电铲停机并报警；

当大臂的倾角θ1大于大臂倾角控制值d2，且在倾角大于大臂倾角控制值d2时的连续作业时长大于第二允许连续作业时长t2，则进行报警；

当大臂的倾角θ1大于大臂倾角控制值d2，且在倾角大于大臂倾角控制值d2时的连续作业时长大于两倍的第二允许连续作业时长t2，则对大臂进行反向调节，或者对大臂进行反向调节并控制电铲以30%电铲最大行走速度v向当前方向的反方向行走；

当大臂的倾角θ1大于大臂倾角控制值d2，且在倾角大于大臂倾角控制值d2时的连续作业时长大于三倍的第二允许连续作业时长t2，则控制电铲停机并报警；

当铲斗的倾角θ2大于铲斗倾角控制值d3，且在倾角大于铲斗倾角控制值d3时的连续作业时长大于第三允许连续作业时长t3，则进行报警；

当铲斗的倾角θ2大于铲斗倾角控制值d3，且在倾角大于铲斗倾角控制值d3时的连续作业时长大于两倍的第三允许连续作业时长t3，则对铲斗进行反向调节，或者对铲斗进行反向调节并控制电铲以30%电铲最大行走速度v向当前方向的反方向行走；

当铲斗的倾角θ2大于铲斗倾角控制值d3，且在倾角大于铲斗倾角控制值d3时的连续作业时长大于三倍的第三允许连续作业时长t3，则控制电铲停机并报警。

本发明一实施例中，在电铲的作业过程中，无论电铲的水平方向，还是大臂和铲斗，都会发生因受外力而被动倾斜的情况，通过采用上述控制方式进行电铲、大臂和铲斗的姿态调节和控制，能够在不影响电铲作业的前提下保护电铲整体、大臂及铲斗的稳定性和安全性。

其中，在电铲的作业过程中，当电铲因上述控制而停机时，对电铲进行检修维护，以减弱或避免电铲大臂过度顶起。

进一步地，本发明一实施例中，控制单元还根据水平仪的测量值和安装在电铲回转平台的中心位置的倾角仪的测量值，对水平仪和倾角仪进行实时故障诊断。

具体地，若水平仪和倾角仪在相同方向上的倾角测量值的差值与水平仪或倾角仪的测量值的比值小于设定比值，则判定水平仪和倾角仪未出现故障。如此，能够在水平仪或倾角仪出现故障及时发现并进行停机维修或更换，避免因倾角测量出现较大偏差而使电铲出现错误操作，进而导致电铲机构受损或电铲侧翻。

进一步地，本发明一实施例中，控制单元为工控机或PLC。

参考图2，第二方面，本发明一实施例还提供了一种电铲姿态智能调节控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，获取电铲的倾角、电铲的大臂的倾角、电铲的铲斗的倾角；

步骤S2，在电铲运行过程中，根据获取的倾角和预设的控制参数进行干扰信号的判定过滤，在电铲启动后的准备阶段中，根据获取的倾角和控制参数控制电铲的行走方向和行走速度，在电铲的行走过程中，根据获取的倾角和控制参数控制电铲的行走方向和行走速度，以及在电铲的作业过程中，根据获取的倾角和控制参数控制电铲的行走方向和行走速度、大臂的动作和铲斗的动作。

进一步地，本发明一实施例中，控制参数包括：

允许电铲连续工作的工作面最大倾斜角度值，允许电铲连续工作时间不超过第一作业时长的第一工作面倾斜角度值，禁止电铲作业的第二工作面倾斜角度值，电铲倾角控制值，大臂倾角控制值，铲斗倾角控制值，电铲最大行走速度，第一作业时长，电铲倾角控制值对应的第一允许连续作业时长，大臂倾角控制值对应的第二允许连续作业时长，铲斗倾角控制值对应的第三允许连续作业时长，脉冲突变角度超限时长。

进一步地，本发明一实施例中，在电铲运行过程中，根据测量值和控制参数进行干扰信号的判定过滤，包括：

在电铲运行过程中，根据水平仪的测量值实时计算电铲行走时的倾角，若倾角发生突变且突变后倾角不低于第二工作面倾斜角度值，但在脉冲突变角度超限时长内恢复到突变前倾角±0.2°之间且小于第二工作面倾斜角度值，则判定当前倾角信号为干扰信号并进行过滤。

在电铲启动后的准备阶段中，根据测量值和控制参数控制电铲的行走方向和行走速度，包括：

在电铲启动后的准备阶段中，根据水平仪的测量值实时计算电铲的倾角；

当电铲在某一个方向的倾角不低于第二工作面倾斜角度值，则禁止电铲进行当前方向的行走或转弯，只允许电铲进行当前方向的反方向的行走，且行走速度在30%电铲最大行走速度以下；

当电铲在某一个方向的倾角不低于第一工作面倾斜角度值且小于第二工作面倾斜角度值，则电铲在当前方向行走时，以倾角等于第一工作面倾斜角度值时所对应的行走速度最大值控制为30%电铲最大行走速度，且倾角每增加（c-b）/10度，行走速度最大值线性减小3%电铲最大行走速度的方式进行控制；

当电铲在某一个方向的倾角不低于工作面最大倾斜角度值且小于第一工作面倾斜角度值，则电铲在当前方向行走时，启动计时，并以倾角等于工作面最大倾斜角度值时所对应的行走速度最大值控制为电铲最大行走速度，且倾角每增加（b-a）/10度，行走速度最大值线性减小7%电铲最大行走速度，以及计时达到第一作业时长时进行停机并报警的方式进行控制。

在电铲的行走过程中，根据测量值和控制参数控制电铲的行走方向和行走速度，包括：

在电铲的行走过程中，根据水平仪的测量值实时计算电铲的倾角；

当电铲在任意一个方向上的倾角不低于第一工作面倾斜角度值，则控制电铲的行走速度降低至70%电铲最大行走速度以下，且倾角每增加（c-b）/10度，行走速度线性减小4%电铲最大行走速度；

当电铲在任意一个方向上的倾角不低于第二工作面倾斜角度值，则控制电铲的行走速度降低至30%电铲最大行走速度以下，且倾角每增加（c-b）/10度，行走速度线性减小3%电铲最大行走速度；

当电铲在任意一个方向上的倾角不低于第二工作面倾斜角度值时的连续行走时长超过第一允许连续作业时长，则禁止电铲进行当前方向的行走或转弯并进行报警，只允许电铲进行当前方向的反方向的行走。

在电铲的作业过程中，根据测量值和控制参数控制电铲的行走方向和行走速度、大臂的动作和铲斗的动作，包括：

在电铲的作业过程中，根据水平仪的测量值实时计算电铲的倾角；

根据倾角仪的测量值实时计算大臂的倾角和铲斗的倾角；

当电铲在任意一个方向上的倾角不低于电铲倾角控制值，且在倾角不低于电铲倾角控制值时的连续作业时长大于第一允许连续作业时长，则控制电铲停机并报警；

当电铲在任意一个方向上的倾角不低于第一工作面倾斜角度值且小于第二工作面倾斜角度值，且在倾角不低于第一工作面倾斜角度值且小于第二工作面倾斜角度值时的连续作业时长大于第一作业时长，则控制电铲停机并报警；

当大臂的倾角大于大臂倾角控制值，且在倾角大于大臂倾角控制值时的连续作业时长大于第二允许连续作业时长，则进行报警；

当大臂的倾角大于大臂倾角控制值，且在倾角大于大臂倾角控制值时的连续作业时长大于两倍的第二允许连续作业时长，则对大臂进行反向调节，或者对大臂进行反向调节并控制电铲以30%电铲最大行走速度向当前方向的反方向行走；

当大臂的倾角大于大臂倾角控制值，且在倾角大于大臂倾角控制值时的连续作业时长大于三倍的第二允许连续作业时长，则控制电铲停机并报警；

当铲斗的倾角大于铲斗倾角控制值，且在倾角大于铲斗倾角控制值时的连续作业时长大于第三允许连续作业时长，则进行报警；

当铲斗的倾角大于铲斗倾角控制值，且在倾角大于铲斗倾角控制值时的连续作业时长大于两倍的第三允许连续作业时长，则对铲斗进行反向调节，或者对铲斗进行反向调节并控制电铲以30%电铲最大行走速度向当前方向的反方向行走；

当铲斗的倾角大于铲斗倾角控制值，且在倾角大于铲斗倾角控制值时的连续作业时长大于三倍的第三允许连续作业时长，则控制电铲停机并报警。

上述方法与上述系统相对应，未提及的步骤的具体工作原理和其具备的有益效果可以参见上述系统中所提及的内容，在此不再赘述。

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。

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 (10)

1.一种电铲姿态智能调节控制系统，其特征在于，包括：

水平仪，包括两个，两个所述水平仪分别安装在电铲回转平台两侧的水平面上，且两个所述水平仪的安装方向相互垂直；

倾角仪，包括三个，三个所述倾角仪分别安装在所述电铲回转平台的中心位置、所述电铲的大臂、以及所述电铲的铲斗鞍座上；

控制单元，分别与所述水平仪、所述倾角仪、报警单元和所述电铲的控制系统连接，所述控制单元中预存有包括多个倾斜角度值、多个作业时长和电铲最大行走速度值的控制参数，所述控制单元接收所述水平仪和所述倾角仪的测量值，在所述电铲运行过程中，根据测量值和所述控制参数进行干扰信号的判定过滤，在所述电铲启动后的准备阶段中，根据测量值和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度，在所述电铲的行走过程中，根据测量值和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度，以及在所述电铲的作业过程中，根据测量值和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度、所述大臂的动作和所述铲斗的动作；

所述报警单元，用于在所述控制单元的控制下进行报警。

2.根据权利要求1所述的电铲姿态智能调节控制系统，其特征在于，所述控制参数包括：允许电铲连续工作的工作面最大倾斜角度值，允许电铲连续工作时间不超过第一作业时长的第一工作面倾斜角度值，禁止电铲作业的第二工作面倾斜角度值，电铲倾角控制值，大臂倾角控制值，铲斗倾角控制值，电铲最大行走速度，第一作业时长，电铲倾角控制值对应的第一允许连续作业时长，大臂倾角控制值对应的第二允许连续作业时长，铲斗倾角控制值对应的第三允许连续作业时长，脉冲突变角度超限时长。

3.根据权利要求2所述的电铲姿态智能调节控制系统，其特征在于，在所述电铲运行过程中，根据测量值和所述控制参数进行干扰信号的判定过滤，包括：

在所述电铲运行过程中，根据所述水平仪的测量值实时计算所述电铲行走时的倾角，若倾角发生突变且突变后倾角不低于第二工作面倾斜角度值，但在脉冲突变角度超限时长内恢复到突变前倾角±0.2°之间且小于第二工作面倾斜角度值，则判定当前倾角信号为干扰信号并进行过滤。

4.根据权利要求2所述的电铲姿态智能调节控制系统，其特征在于，在所述电铲启动后的准备阶段中，根据测量值和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度，包括：

在所述电铲启动后的准备阶段中，根据所述水平仪的测量值实时计算所述电铲的倾角；

当所述电铲在某一个方向的倾角不低于第二工作面倾斜角度值，则禁止所述电铲进行当前方向的行走或转弯，只允许所述电铲进行当前方向的反方向的行走，且行走速度在30%电铲最大行走速度以下；

当所述电铲在某一个方向的倾角不低于第一工作面倾斜角度值且小于第二工作面倾斜角度值，则所述电铲在当前方向行走时，以倾角等于第一工作面倾斜角度值时所对应的行走速度最大值控制为30%电铲最大行走速度，且倾角每增加（c-b）/10度，行走速度最大值线性减小3%电铲最大行走速度的方式进行控制；

当所述电铲在某一个方向的倾角不低于工作面最大倾斜角度值且小于第一工作面倾斜角度值，则所述电铲在当前方向行走时，启动计时，并以倾角等于工作面最大倾斜角度值时所对应的行走速度最大值控制为电铲最大行走速度，且倾角每增加（b-a）/10度，行走速度最大值线性减小7%电铲最大行走速度，以及计时达到第一作业时长时进行停机并报警的方式进行控制；

其中，a表示允许电铲连续工作的工作面最大倾斜角度值，b表示允许电铲连续工作时间不超过第一作业时长的第一工作面倾斜角度值，c表示禁止电铲作业的第二工作面倾斜角度值。

5.根据权利要求2所述的电铲姿态智能调节控制系统，其特征在于，在所述电铲的行走过程中，根据测量值和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度，包括：

在所述电铲的行走过程中，根据所述水平仪的测量值实时计算所述电铲的倾角；

当所述电铲在任意一个方向上的倾角不低于第一工作面倾斜角度值，则控制所述电铲的行走速度降低至70%电铲最大行走速度以下，且倾角每增加（c-b）/10度，行走速度线性减小4%电铲最大行走速度；

当所述电铲在任意一个方向上的倾角不低于第二工作面倾斜角度值，则控制所述电铲的行走速度降低至30%电铲最大行走速度以下，且倾角每增加（c-b）/10度，行走速度线性减小3%电铲最大行走速度；

当所述电铲在任意一个方向上的倾角不低于第二工作面倾斜角度值时的连续行走时长超过第一允许连续作业时长，则禁止所述电铲进行当前方向的行走或转弯并进行报警，只允许所述电铲进行当前方向的反方向的行走；

其中，b表示允许电铲连续工作时间不超过第一作业时长的第一工作面倾斜角度值，c表示禁止电铲作业的第二工作面倾斜角度值。

6.根据权利要求2所述的电铲姿态智能调节控制系统，其特征在于，在所述电铲的作业过程中，根据测量值和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度、所述大臂的动作和所述铲斗的动作，包括：

在所述电铲的作业过程中，根据所述水平仪的测量值实时计算所述电铲的倾角；

根据所述倾角仪的测量值实时计算所述大臂的倾角和所述铲斗的倾角；

当所述电铲在任意一个方向上的倾角不低于电铲倾角控制值，且在倾角不低于电铲倾角控制值时的连续作业时长大于第一允许连续作业时长，则控制所述电铲停机并报警；

当所述电铲在任意一个方向上的倾角不低于第一工作面倾斜角度值且小于第二工作面倾斜角度值，且在倾角不低于第一工作面倾斜角度值且小于第二工作面倾斜角度值时的连续作业时长大于第一作业时长，则控制所述电铲停机并报警；

当所述大臂的倾角大于大臂倾角控制值，且在倾角大于大臂倾角控制值时的连续作业时长大于第二允许连续作业时长，则进行报警；

当所述大臂的倾角大于大臂倾角控制值，且在倾角大于大臂倾角控制值时的连续作业时长大于两倍的第二允许连续作业时长，则对所述大臂进行反向调节，或者对所述大臂进行反向调节并控制所述电铲以30%电铲最大行走速度向当前方向的反方向行走；

当所述大臂的倾角大于大臂倾角控制值，且在倾角大于大臂倾角控制值时的连续作业时长大于三倍的第二允许连续作业时长，则控制所述电铲停机并报警；

当所述铲斗的倾角大于铲斗倾角控制值，且在倾角大于铲斗倾角控制值时的连续作业时长大于第三允许连续作业时长，则进行报警；

当所述铲斗的倾角大于铲斗倾角控制值，且在倾角大于铲斗倾角控制值时的连续作业时长大于两倍的第三允许连续作业时长，则对所述铲斗进行反向调节，或者对所述铲斗进行反向调节并控制所述电铲以30%电铲最大行走速度向当前方向的反方向行走；

当所述铲斗的倾角大于铲斗倾角控制值，且在倾角大于铲斗倾角控制值时的连续作业时长大于三倍的第三允许连续作业时长，则控制所述电铲停机并报警。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的电铲姿态智能调节控制系统，其特征在于，所述控制单元还根据所述水平仪的测量值和安装在所述电铲回转平台的中心位置的所述倾角仪的测量值，对所述水平仪和所述倾角仪进行实时故障诊断。

8.根据权利要求7所述的电铲姿态智能调节控制系统，其特征在于，若所述水平仪和所述倾角仪在相同方向上的倾角测量值的差值与所述水平仪或所述倾角仪的测量值的比值小于设定比值，则判定所述水平仪和所述倾角仪未出现故障。

9.一种电铲姿态智能调节控制方法，其特征在于，包括：

获取电铲的倾角、所述电铲的大臂的倾角、所述电铲的铲斗的倾角；

在所述电铲运行过程中，根据获取的倾角和预设的控制参数进行干扰信号的判定过滤，在所述电铲启动后的准备阶段中，根据获取的倾角和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度，在所述电铲的行走过程中，根据获取的倾角和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度，以及在所述电铲的作业过程中，根据获取的倾角和所述控制参数控制所述电铲的行走方向和行走速度、所述大臂的动作和所述铲斗的动作。

10.根据权利要求9所述的电铲姿态智能调节控制方法，其特征在于，所述控制参数包括：

允许电铲连续工作的工作面最大倾斜角度值，允许电铲连续工作时间不超过第一作业时长的第一工作面倾斜角度值，禁止电铲作业的第二工作面倾斜角度值，电铲倾角控制值，大臂倾角控制值，铲斗倾角控制值，电铲最大行走速度，第一作业时长，电铲倾角控制值对应的第一允许连续作业时长，大臂倾角控制值对应的第二允许连续作业时长，铲斗倾角控制值对应的第三允许连续作业时长，脉冲突变角度超限时长。