一种挖掘机工作装置作业姿态自动调整控制方法及系统与流程2026-08-29 05:01:07
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本发明针对挖掘机运输过程中因路面颠簸导致铲斗角度变化、物料洒落的问题，提出一种自动调整控制方法及系统。通过实时采集铲斗姿态数据，计算与初始姿态的偏差，结合预设控制参数生成控制信号，驱动油缸调整工作装置姿态，抵消路面颠簸影响，保持铲斗角度稳定，提升作业安全性和效率。
本发明涉及挖掘机控制技术领域，特别是指一种挖掘机工作装置作业姿态自动调整控制方法及系统。
挖掘机是一种土方机械，用于场地的土方挖掘、装车、平整、修坡、松散物料的铲掘、收集等场合，其工作装置包括臂架、斗杆、铲斗、驱动油缸和附件等。
挖掘机在带载运输工况下，由于行驶路面的颠簸不平，导致铲斗随整车一起颠簸，进而导致铲斗中的物料洒落，影响了挖掘机的工作效率，也影响挖掘机工作场地的清洁和作业安全。
而目前现有技术中并没有一套切实可行的控制方案可以对挖掘机的工作装置的姿态进行主动实时控制，以抵消路面颠簸对挖掘机铲斗的影响，尤其是抵消路面颠簸对挖掘机铲斗角度的影响，从而解决挖掘机工作过程中整机、尤其是铲斗随行驶路面一起颠簸的问题。
本发明要解决的技术问题是提供一种挖掘机工作装置作业姿态自动调整控制方法及系统，解决挖掘机工作过程中整机、尤其是铲斗随行驶路面一起颠簸的问题，实现对挖掘机的工作装置的姿态进行主动实时控制，以抵消路面颠簸对挖掘机铲斗的影响，尤其是抵消路面颠簸对挖掘机铲斗角度的影响。
在挖掘机完成物料收集后，获取挖掘机工作装置的姿态初值；并在获取所述姿态初值后实时采集所述挖掘机工作装置的姿态测量值；
实时计算出所述挖掘机工作装置的姿态测量值与姿态初值的差值，并根据所述差值生成所述挖掘机工作装置的控制信号；
根据所述控制信号实时调整所述挖掘机工作装置的姿态，使得所述挖掘机工作装置的姿态变化保持在预设范围内。
当所述挖掘机工作装置的直接或间接驱动油缸没有动作，所述挖掘机有行驶或转向动作，且保持预设时间时，获取所述挖掘机工作装置的姿态初值。
其中，s表示控制信号，c为预设常数，δa表示所述挖掘机工作装置的姿态测量值与姿态初值的差值，p、d均为预设控制参数，dδa/dt为差值变化率，t为获取挖掘机工作装置姿态测量值与获取装载机工作装置姿态初值的时间差；
当所述差值变化率的绝对值不大于所述第一预设阈值时，按照第二控制方案为p赋值，且d＝0，根据赋值结果计算出u(δa)，并根据u(δa)计算出控制信号；
当所述差值变化率的绝对值大于所述第一预设阈值时，按照第一控制方案为p、d赋值，根据赋值结果计算出u(δa)，并根据u(δa)计算出控制信号。
检测模块，用于在挖掘机完成物料收集后，获取挖掘机工作装置的姿态初值；并在获取所述姿态初值后实时采集所述挖掘机工作装置的姿态测量值；
控制模块，用于实时计算出所述挖掘机工作装置的姿态测量值与姿态初值的差值，并根据所述差值生成所述挖掘机工作装置的控制信号；
执行机构，用于根据所述控制信号实时调整所述挖掘机工作装置的姿态，使得所述挖掘机工作装置的姿态变化保持在预设范围内。
其中，s表示控制信号，c为预设常数，δa表示所述挖掘机工作装置的姿态测量值与姿态初值的差值，p、d均为预设控制参数，dδa/dt为差值变化率，t为获取挖掘机工作装置姿态测量值与获取装载机工作装置姿态初值的时间差；
当所述差值变化率的绝对值不大于所述第一预设阈值时，按照第二控制方案为p赋值，且d＝0，根据赋值结果计算出u(δa)，并根据u(δa)计算出控制信号；
当所述差值变化率的绝对值大于所述第一预设阈值时，按照第一控制方案为p、d赋值，根据赋值结果计算出u(δa)，并根据u(δa)计算出控制信号。
本发明的自动调整控制方法及系统可以根据挖掘机行驶路面的变化，实时调整挖掘机工作装置的姿态，使得挖掘机在行驶过程中保持铲斗角度对路面颠簸的跟随控制。解决了挖掘机工作过程中整机、尤其是铲斗随行驶路面一起颠簸的问题，实现了对挖掘机的工作装置的姿态进行主动实时控制，抵消了路面颠簸对挖掘机铲斗的影响，尤其是抵消了路面颠簸对挖掘机铲斗角度的影响。
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本实施例提供一种挖掘机工作装置作业姿态自动调整控制方法，如图1所示，所述挖掘机工作装置作业姿态自动调整控制方法包括：
s1，在挖掘机完成物料收集后，获取挖掘机工作装置的姿态初值a0；并在获取姿态初值a0后实时采集挖掘机工作装置的姿态测量值a；
需要说明的是，挖掘机工作装置的姿态初值a0的保存条件为：挖掘机工作装置的直接或间接驱动油缸没有动作(控制器无输出)，挖掘机有行驶或转向动作，且保持预设时间；具体地，在本实施例中，该预设时间为3秒。
挖掘机工作装置的姿态可以包括铲斗角度或铲斗油缸长度；通过采集铲斗角度或铲斗油缸长度，直接或间接计算得到铲斗的姿态。
挖掘机完成物料收集后开始运输，在运输过程中，铲斗的角度应该保持不变，以防铲斗中的物料洒落出来。但是挖掘机在实际行驶过程中，由于行驶路面不平、上下坡等原因，挖掘机整机随路面而颠簸难以避免，而颠簸导致铲斗中的物料洒落。实际工作中，挖掘机颠簸的主要成分来自于挖掘机整机绕垂直于行驶方向上的水平轴线的转动，该转动导致铲斗倾角的变化，进而导致物料洒落。因此，在本实施例中主要是获取铲斗的倾角信息。
s2，实时计算出挖掘机工作装置的姿态测量值a与姿态初值a0的差值δa，并根据姿态测量值与姿态初值的差值δa生成挖掘机工作装置的控制信号s；
需要说明的是，挖掘机在行驶过程中，虽然控制铲斗倾角的所有执行机构都没有动作，但是路面不平导致整机颠簸而改变了铲斗的实际倾角，使得挖掘机在行驶过程中的实际倾角与初始倾角出现差值。本实施例方案的目标就是消除铲斗倾角的差值，使得挖掘机在行驶过程中，铲斗的实际倾角保持稳定；
s22，判断差值变化率dδa/dt的绝对值是否大于第一预设阈值a1；具体地，本实施例中，a1＝3°。
s23，当dδa/dt的绝对值不大于a1时，采用第二套控制参数(p2，d2＝0)，具体地，本实施例中，p2＝2；
s24，当dδa/dt的绝对值大于a1时，采用第一套控制参数(p1，d1)，具体地，本实施例中，p1＝3，d1＝1；
s3，根据控制信号实时调整挖掘机工作装置的姿态，使得挖掘机工作装置的姿态变化保持在预设范围内。
需要说明的是，上述步骤是通过控制信号对铲斗的执行机构(包括铲斗油缸或动臂油缸等)进行输出控制，通过对铲斗倾角的主动控制，抵消路面颠簸对铲斗倾角的影响，以此实现铲斗实际倾角在行驶过程中的稳定。
本实施例的自动调整控制方法可以根据挖掘机行驶路面的变化，实时调整挖掘机工作装置的姿态，使得挖掘机在行驶过程中保持铲斗角度对路面颠簸的跟随控制。解决了挖掘机工作过程中整机、尤其是铲斗随行驶路面一起颠簸的问题，实现了对挖掘机的工作装置的姿态进行主动实时控制，抵消了路面颠簸对挖掘机铲斗的影响，尤其是抵消了路面颠簸对挖掘机铲斗角度的影响。
本实施例提供一种挖掘机工作装置作业姿态自动调整控制系统，如图2所示，所述挖掘机工作装置作业姿态自动调整控制系统包括：
检测模块，用于在挖掘机完成物料收集后，获取挖掘机工作装置的姿态初值a0；并在获取a0后实时采集挖掘机工作装置的姿态测量值a；
控制模块，用于实时计算出挖掘机工作装置的姿态测量值a与姿态初值a0的差值δa，并根据δa生成挖掘机工作装置的控制信号s；
执行机构，用于根据控制信号s实时调整挖掘机工作装置的姿态，使得挖掘机工作装置的姿态变化保持在预设范围内。
具体地，在本实施例中，上述检测模块为工作装置位置传感器，可以包括铲斗角度传感器或铲斗油缸长度传感器。通过测量铲斗的倾角或所有铲斗驱动油缸的位置，直接或间接计算得到铲斗的姿态。
挖掘机工作装置的姿态初值a0的保存条件为：挖掘机工作装置的直接或间接驱动油缸没有动作(控制器没有信号输出)，挖掘机有行驶或转向动作，且保持预设时间；具体地，在本实施例中，该预设时间为3秒。
考虑到实际工作中，挖掘机颠簸的主要成分来自于挖掘机整机绕垂直于行驶方向上的水平轴线的转动，该转动导致铲斗倾角的变化，进而导致物料洒落。因此，本实施例采用铲斗角度传感器获得铲斗的倾角信息。
控制模块可以包括集中式控制器、分布式控制器或远程控制器，本实施例采用集中式控制器，其具体用于：
判断dδa/dt的绝对值是否大于第一预设阈值a1；具体地，本实施例中，a1＝3°。
当dδa/dt的绝对值不大于a1时，采用第二套控制参数(p2，d2＝0)，具体地，本实施例中，p2＝2；
当dδa/dt的绝对值大于a1时，采用第一套控制参数(p1，d1)，具体地，本实施例中，p1＝3，d1＝1；
上述执行机构为工作装置驱动油缸，用于直接或间接驱动挖掘机铲斗动作，可以包括铲斗油缸、动臂油缸等。
本实施例的自动调整控制系统可以根据挖掘机行驶路面的变化，实时调整挖掘机工作装置的姿态，使得挖掘机在行驶过程中保持铲斗角度对路面颠簸的跟随控制。解决了挖掘机工作过程中整机、尤其是铲斗随行驶路面一起颠簸的问题，实现了对挖掘机的工作装置的姿态进行主动实时控制，抵消了路面颠簸对挖掘机铲斗的影响，尤其是抵消了路面颠簸对挖掘机铲斗角度的影响。
此外，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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
还需要说明的是，本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置或计算机程序产品。而且，本发明实施例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。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(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、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端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终端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终端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终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端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终端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。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明的优选实施例，但对于本技术领域的普通技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
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