[发明专利]一种单GPS平地机铲刀高程控制装置及控制方法

权利要求书

1.一种单GPS平地机铲刀高程控制装置，其特征是，包括GPS接收机、第一方位角传感器、第二方位角传感器、第三方位角传感器和升降油缸；

GPS接收机设置在平地机的铲刀其中一端用于接收当前位置高程信号；

第一方位角传感器设置在平地机的机架上，用于检测铲刀绕平地机铲刀横向中心线旋转角度；

第二方位角传感器设置在铲刀上，用于检测铲刀绕垂直水平面的中心线旋转角度；

第三方位角传感器设置在平地机的牵引架旋转盘上，用于检测铲刀绕平地机行驶方向中心线旋转角度；

铲刀的两端分别设置一升降油缸，升降油缸根据GPS接收机、第一方位角传感器、第二方位角传感器和第三方位角传感器的信号调节铲刀高程至目标值。

2.根据权利要求1所述的单GPS平地机铲刀高程控制装置，其特征是，GPS接收机通过一传感器支架设置在平地机铲刀的其中一端。

3.根据权利要求1所述的单GPS平地机铲刀高程控制装置，其特征是，第一方位角传感器布置平面与地面平行。

4.根据权利要求1所述的单GPS平地机铲刀高程控制装置，其特征是，第二方位角传感器布置平面与地面平行。

5.根据权利要求1所述的单GPS平地机铲刀高程控制装置，其特征是，第三方位角传感器活动连接在牵引架旋转盘上。

6.根据权利要求1所述的单GPS平地机铲刀高程控制装置，其特征是，所述升降油缸由液压多路阀控制进行调节。

7.根据权利要求6所述的单GPS平地机铲刀高程控制装置，其特征是，第一方位角传感器、第二方位角传感器和第三方位角传感器检测的旋转角度信号、GPS接收机接收的当前位置高程信号均传送至控制器，控制器通过液压多路阀驱动升降油缸动作。

8.一种单GPS平地机铲刀高程控制方法，其特征是，包括以下步骤：

定义坐标系统：以水平面为参考平面，以平地机铲刀横向中心线与平地机纵向中心线的交点在水平面的投影为原点O，建立坐标系，坐标系中X轴方向为铲刀横向移动方向，Y轴方向为平地机车辆行驶方向，Z轴方向为垂直水平面向上的方向；平地机铲刀设置GPS接收机一端的坐标向量平移到原点后，无GPS接收机的另一端坐标初始向量定义为（X1，Y1，Z1）；

检测平地机的铲刀其中一端的高程信号，获取其在坐标系统中的坐标（X0,Y0,Z0），第一方位角传感器获取铲刀绕平地机铲刀横向中心线旋转角α，第二方位角传感器5获取铲刀绕垂直水平面的中心线旋转角β，第三方位角传感器获取铲刀绕平地机行驶方向中心线旋转角γ；

动态解算铲刀无GPS接收机的另一端的坐标值（X2，Y2，Z2），得到铲刀另一端高程目标值Z2，并通过液压多路阀驱动左、右升降油缸运动将铲刀另一端高程调节至目标值Z2。

9.根据权利要求8所述的单GPS平地机铲刀高程控制方法，其特征是，平地机按以下任意一种工作方式运行时，铲刀另一端高程调节的目标值Z2由对应的控制方程解算而得；

工作方式1：平地机铲刀仅在X方向移动，Z2=Z1+Z0；

工作方式2：平地机铲刀仅在Y方向移动，Z2=Z1+Z0；

工作方式3：平地机铲刀旋转运动，相当于平地机铲刀在XOY平面绕Z轴旋转角β，Z2=Z1+Z0；

工作方式4：平地机沿行驶方向具有一定的俯仰角度移动，相当于平地机铲刀在YOZ平面绕X轴旋转旋转角α，Z2=(Y1-Y0)*sin(α)+(Z1-Z0)*cos(α)+Z0；

工作方式5：平地机沿行驶方向具有一定的横向坡度移动，相当于平地机铲刀在XOZ平面绕Y轴旋转角γ，Z2=(Z1-Z0)*cos(α)+(X1-X0)*cos(γ)+Z0；

工作方式6：平地机沿行驶方向具有一定的俯仰角度和一定的横向坡度移动，相当于平地机铲刀在YOZ平面绕X轴旋转旋转角α、在XOZ平面绕Y轴旋转角γ，Z2=(Y1’-Y0)*sin(α)+(Z1’-Z0)*cos(α)+Z0。

10.根据权利要求9所述的单GPS平地机铲刀高程控制方法，其特征是，平地机按上述工作方式组合而成的方式运行时，按组合方式依次叠加对应的控制方程解算高程调节的目标值Z2。