[发明专利]一种大型矿用挖掘机智能化技术验证平台

摘要

本发明公开了一种大型矿用挖掘机智能化技术验证平台，包括挖掘机和智能控制系统，所述挖掘机包括行走装置、回转装置、提升装置、推压装置、回转平台和铲斗。所述智能控制系统包括电气控制单元、位姿检测单元、功率检测单元、地貌扫描单元、系统测试单元、故障检测单元、防碰撞检测单元。本发明的大型矿用挖掘机智能化技术验证平台不仅结构简单、易于加工、制造成本低，而且整机尺寸小，质量低，安全稳定性高。智能控制系统具备实时扫描待挖掘表面轮廓、自身位姿实时检测、挖掘功率实时检测、智能挖掘轨迹优化、挖掘自主控制等智能化功能，具有挖掘能耗低，效率高，防止挖掘碰撞以及延长使用寿命等优点。

主权项

1.一种大型矿用挖掘机智能化技术验证平台，其特征在于，所述的大型矿用挖掘机智能化技术验证平台包括挖掘机和智能控制系统；所述的挖掘机包括底盘(3)、轮对(4)、回转平台(1)、回转机构、提升机构、推压机构和铲斗(2)；所述的底盘(3)包括回转支承安装板、轮对安装板和回转电机安装板，回转支承安装板为中间镂空的长方形板，其底面两侧通过加强筋与轮对安装板焊接，二者间留有间隙；轮对安装板为长条板，轮对(4)安装在轮对安装板上；轮对(4)在铁轨上滑行，保证滑行时不脱离铁轨；回转电机安装板为U形板，U形板垂直焊接于回转支承安装板上，U形板开口向下；所述的回转平台(1)为方体框架结构，框架结构的前、后面分别焊接有起重臂安装板和电气控制柜安装板；框架结构的上面焊接有提升电机安装板和两个A字架安装板，提升电机安装板位于两个A字架安装板之间；框架结构的底面固定在回转支承(7)的内圈上；所述的回转机构位于回转平台和底盘之间，包括回转电机(5)、回转传动机构(6)和回转支承(7)；所述的回转电机(5)固定在回转电机安装板上，回转电机(5)的输出轴穿过U形板；所述的回转支承(7)分为外圈和带齿轮的内圈，回转支承(7)外圈通过螺栓固定在回转支承安装板上；所述的回转传动机构(6)包括传动齿轮和传动轴，传动齿轮连接传动轴，传动轴通过轴承安装在回转电机安装板和回转支承安装板之间；回转电机(5)的输出轴连接齿轮，齿轮与回转传动机构(6)的传动齿轮啮合，驱动回转支承(7)带齿内圈，进而实现回转平台(1)回转运动；所述的提升机构包括A字架(8)、起重臂(9)、提升电机(10)、绷绳(11)和提拉钢丝绳(12)；所述的A字架(8)包括左A字架和右A字架，二者相同且对称布置；A字架(8)由铰接块和连杆组成；铰接块固定在A字架安装板上，两根长连杆的一端分别与铰接块连接，另一端通过轴与短连杆铰接；所述的起重臂(9)包括主体、定滑轮和连接块；主体为钢板焊接而成的箱体结构，通过连接块固定在起重臂安装板上，主体顶部安装定滑轮；所述的绷绳(11)为四根，成对称分布，一端连接在主体的顶部两侧，另一端连接在短连杆的两侧；所述的提升电机(10)固定在提升电机安装板上，提升电机(10)的输出轴上固定有卷筒；提拉钢丝绳(12)一端缠绕在提升电机(10)的卷筒上，另一端绕过定滑轮与铲斗的提拉梁连接；提升电机(10)控制卷筒转动，卷筒带动钢丝绳提拉铲斗；所述的推压机构包括推压电机(13)、推压传动机构(14)、推杆轴(26)、斗杆(15)和斗杆约束板(16)；所述的推压传动机构(14)包括链传动和齿轮齿条转动；所述的推杆轴通过轴承固定在起重臂(9)两侧板上，推杆轴上分别安装有链轮和齿轮，两齿轮分别位于推杆轴的两端、起重臂(9)侧板外，链轮位于推杆轴中间，齿轮和链轮均与推杆轴通过键圆周固定，通过套筒轴向固定；所述的斗杆(15)的截面为H型，分为上凹槽和下凹槽，下凹槽内装有齿条，齿条与斗杆(15)通过螺栓连接；斗杆(15)上的齿条和推杆轴上的齿轮啮合；斗杆(15)底部两端安装有限位块，用于限制齿轮齿条脱离啮合；所述的斗杆约束板(16)的截面为L型，斗杆约束板(16)的短板下表面安装有多个滚动轴承，滚动轴承在斗杆(15)的上凹槽内滚动；斗杆约束板(16)的长板通过轴承固定在推杆轴两端，齿轮外侧；斗杆约束板(16)用于约束斗杆(15)，防止斗杆(15)翘起、齿轮齿条脱离啮合；所述的推压电机(13)通过推压电机安装板固定框架结构的前面，位于起重臂安装板上方；所述的推压电机(13)的输出轴连接链轮，链轮通过链传动控制推杆轴转动，推杆轴两端的齿轮通过齿条传动控制斗杆(15)运动；所述的铲斗(2)包括铲斗主体、提拉梁、斗门和开斗机构；所述的智能控制系统包括电气控制单元、位姿检测单元、功率检测单元、地貌扫描单元和防碰撞检测单元；所述的电气控制单元分别与位姿检测单元、功率检测单元、地貌扫描单元、防碰撞检测单元相连；所述的电气控制单元包括电气控制柜、变频器、单片机和工控机；工控机和单片机用于接收位姿检测单元、功率检测单元、地貌扫描单元、防碰撞检测单元测量的信号，并根据算法处理输入信号，发出指令给变频器，进而控制回转电机、提升电机和推压电机的启停和转速；所述的位姿检测单元包括倾角传感器(18)和多圈绝对值光电编码器(19)；倾角传感器(18)分别安装在起重臂(9)侧面以及斗杆约束板(16)侧面，用于测量起重臂和斗杆约束板的水平角度；多圈绝对值光电编码器(19)通过刚性联轴器分别安装在推压机构的推杆轴以及回转机构的传动轴上，用来检测推杆轴和传动轴的转角与转速；倾角传感器(18)和多圈绝对值光电编码器(19)用于实时检测铲斗的位置以及挖掘机的工作状态，检验各执行机构是否按照最优挖掘轨迹挖掘；所述的功率检测单元包括拉力传感器(20)，拉力传感器(20)连接在提拉钢丝绳(12)上，用于测量提拉钢丝绳拉力；所述的地貌扫描单元包括三维激光地貌扫描仪(17)，三维激光地貌扫描仪(17)包含惯性/卫星定位导航组合模块，惯性/卫星组合定位导航模块对平台进行精准定位；两个三维激光扫描仪分别安装在回转平台(1)顶部、左右两边、靠近起重臂侧，用于扫描挖掘环境；两个三维激光扫描仪对待挖掘表面形貌进行自主实时扫描，并将扫描获得的点云数据传输给电气控制单元；电气控制单元根据两个扫描仪的位置和姿态对扫描数据进行整合，并根据相应的优化算法处理整合数据，得到一条最优挖掘轨迹；得到最优挖掘轨迹后，电气控制单元控制回转机构、行走机构、提升机构和推压机构，使其按照最优挖掘轨迹进行挖掘；所述的防碰撞检测单元包括接近传感器(21)和限位开关(22)；回转平台(1)和底盘(3)分别固定有2个接近传感器(21)，当斗杆(15)或铲斗(2)与回转平台(1)或底盘(3)距离达到设定值时，接近传感器(21)发送指令给电气控制单元，电气控制单元发送指令停止回转电机、提升电机和推压电机的转动；限位开关(22)安装在斗杆(15)上部凹槽内，当斗杆(15)运动至极限位置时，斗杆约束板(16)短板触碰限位开关(22)，电气控制单元发送指令停止回转电机、提升电机和推压电机的转动，防止齿轮和齿条脱离啮合。