[發(fā)明專利]一種挖掘機(jī)自動平地控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410362825.8
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104120745A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張舒原;鄭堯;石向星
• 申請（專利權(quán)）人: 三一重機(jī)有限公司
• 主分類號: E02F3/43
• 分類號: E02F3/43
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 朱俊躍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域，涉及一種自動化控制方法，尤其涉及一種適用于挖掘機(jī)的自動平地控制方法。

背景技術(shù)

挖掘機(jī)，特別是反鏟挖掘機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中常常需要對作業(yè)地面進(jìn)行平整作業(yè)，此時操作者需要同時控制動臂、斗桿和鏟斗，使斗尖始終在平行于地面運(yùn)動，從而平整土地。

由于平地作業(yè)需要控制的變量多，控制復(fù)雜，需要操作者有良好的工作協(xié)調(diào)性和操作技巧，因此平地作業(yè)的實(shí)際效果往往隨著駕駛員操作技能高低而變化，同時平地作業(yè)的復(fù)雜性也使操作者容易疲勞，不能長時間工作。

目前已有的一些挖掘機(jī)自動化作業(yè)的系統(tǒng)主要集中于硬件實(shí)現(xiàn)，即在挖掘機(jī)上安裝位姿信號傳感器，通過控制器計(jì)算結(jié)果調(diào)整工作裝置輸出。

對于實(shí)現(xiàn)自動平地的控制方法，現(xiàn)有技術(shù)均基于位姿反饋控制，通過把斗桿和鏟斗視為一體(即將鏟斗視為一點(diǎn))，計(jì)算斗桿當(dāng)前位置，從而調(diào)整動臂輸出，使鏟斗處于水平位置。

現(xiàn)有控制方法實(shí)際上是位置伺服方法。由于液壓挖掘機(jī)的機(jī)械液壓系統(tǒng)具有較大的慣性質(zhì)量，包含諸多非線性因素，當(dāng)系統(tǒng)檢測到斗尖位置偏離預(yù)設(shè)的高度時，機(jī)構(gòu)才能做出反應(yīng)，而此時機(jī)構(gòu)已經(jīng)超出預(yù)定高度距離較遠(yuǎn)，使得實(shí)際應(yīng)用中這種控制方法造成的斗尖上下的波動幅度大，平整效果差。

此外，由于斗尖在超出預(yù)設(shè)位置范圍以后工作機(jī)構(gòu)(通常是動臂)才會進(jìn)行調(diào)整以便使斗尖回到預(yù)設(shè)位置，因此在這種工作模式下，工作機(jī)構(gòu)總是處于靜止-調(diào)整-靜止-調(diào)整的狀態(tài)中，造成機(jī)構(gòu)的沖擊大，抖動劇烈、動作不連貫等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明采用了以速度控制為主，位置反饋調(diào)整為輔的方法，既能保證動作的平穩(wěn)性，又能保證斗尖高度控制的精確性。

為達(dá)到上述目的，具體技術(shù)方案如下：

提供了一種挖掘機(jī)自動平地控制方法，應(yīng)用于挖掘機(jī)自動平地作業(yè)，所述挖掘機(jī)包括依次相連的車身、動臂、斗桿和鏟斗，所述鏟斗上設(shè)有斗尖，包括以下步驟：

步驟1，設(shè)定自動平地作業(yè)時所述斗尖的水平高度，并采集所述車身、動臂、斗桿和鏟斗的位姿信號；

步驟2，根據(jù)步驟1的位姿信號計(jì)算所述斗尖保持一定速度水平運(yùn)動時所需動臂和斗桿的角速度；

步驟3，根據(jù)所需動臂和斗桿的角速度計(jì)算出所述動臂和斗桿的油缸的速度控制輸出量；

步驟4，根據(jù)步驟1的位姿信號計(jì)算出所述斗尖實(shí)際高度與設(shè)定高度之間的高度差，并根據(jù)所述高度差計(jì)算出所述動臂和/或斗桿的油缸的高度控制輸出量；

步驟5，所述動臂和斗桿的油缸將所述速度控制輸出量和高度控制輸出量合并后輸出。

優(yōu)選的，所述步驟2中通過建立所述斗尖保持水平運(yùn)動時動臂和斗桿的角速度比例系數(shù)，計(jì)算出所需動臂和斗桿的角速度。

優(yōu)選的，所述步驟2中角速度比例系數(shù)與所述位姿信號相關(guān)，且隨斗尖的運(yùn)動而變化。

優(yōu)選的，所述步驟3中通過分別建立動臂和斗桿的角速度與油缸的速度控制輸出量的函數(shù)，計(jì)算出動臂和斗桿的油缸的速度控制輸出量。

優(yōu)選的，所述步驟4中的高度控制輸出量包括：當(dāng)所述斗尖的實(shí)際高度高于預(yù)定高度時，將使動臂運(yùn)動偏向減慢抬升速度或者加快下降速度；當(dāng)所述斗尖的實(shí)際高度低于設(shè)定高度時，將使動臂運(yùn)動偏向加快抬升速度或者減慢下降速度。

優(yōu)選的，所述步驟1中的位姿信號包括：所述車身、動臂、斗桿、鏟斗相對于水平面的傾角，或者車身、動臂、斗桿、鏟斗之間的夾角和車身相對于水平面的傾角，或者動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸的伸出量和車身相對于水平面的傾角。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)有：

1、控制精度達(dá)到或超過手動平地效果，效率更高；

2、采用速度控制和位移控制結(jié)合的控制方法，用速度控制保證斗尖運(yùn)動的平順性，用位移控制改善位置控制精度，有更加優(yōu)異的實(shí)用效果。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的流程示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的挖掘機(jī)的函數(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為車身、2為動臂、3為斗桿、4為鏟斗、5為斗尖、6為動臂油缸、7為斗桿油缸、8為鏟斗油缸。

具體實(shí)施方式