[发明专利]用于判断挖掘机的工作姿态的系统和方法、挖掘机

说明书

技术领域

本发明涉及机械控制领域，具体而言，涉及一种用于判断挖掘机的工作姿态的系统和方法、一种挖掘机。

背景技术

挖掘机在工作过程中会经常发生负载变化，比如为了降低油耗，新一代电控挖掘机所采取的控制策略是：实时进行发动机转速与挖掘机负载的精确匹配，使得发动机转速会跟随负载变化而发生较大幅度变化。当负载突然增加时，发动机转速需求也会陡然升高，这时会出现动力响应滞后现象，使挖掘机操作变得不顺畅，并在一定程度上影响挖掘效率。

研究挖掘机工作过程得知，负载的突变主要发生在铲斗接触工作面开始挖掘的瞬间。为了解决该瞬间由于转速需要突变而导致的动力响应滞后，可以通过挖掘机姿态的识别，对即将到来的挖掘动作做出预判断，提前给发动机加速，使挖掘开始时的发动机转速达到较高水平。

因此，需要一种新的用于判断挖掘机的工作姿态的技术，可以准确识别出挖掘机是否将进行挖掘动作，从而提前将挖掘机的发动机转速调节至预设转速，避免转速过低导致的动力滞后等问题。

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种新的用于判断挖掘机的工作姿态的技术，可以准确识别出挖掘机是否将进行挖掘动作，从而提前将挖掘机的发动机转速调节至预设转速，避免过低导致的动力滞后等问题。

有鉴于此，本发明提出了一种用于判断挖掘机的工作姿态的系统，包括：数据获取装置，实时获取挖掘机的铲斗与所述挖掘机履带所处的履带地面之间的测量距离；速度获取装置，根据所述数据获取装置获取的所述测量距离，实时获取所述铲斗的运动速度及运动方向；数据存储装置，在所述挖掘机完成一次挖掘动作的过程中，在所述运动速度为零时，将所述数据获取装置获取的测量距离作为历史测量距离进行存储；阈值设定装置，根据所述数据存储装置存储的所述历史测量距离，设定所述铲斗与所述履带地面之间的距离阈值；挖掘预判装置，在所述运动方向在竖直方向上为向下、且所述测量距离达到所述距离阈值的情况下，确认所述挖掘机将要进行挖掘动作。

在该技术方案中，实现了一个挖掘过程中的自学习策略：通过在每次完成一次挖掘动作后，保存此时铲斗与挖掘机行驶时所处的履带地面之间的距离，从而在下一次挖掘动作时，用于实时产生距离阈值。由于每次进行挖掘动作时，都使用了实时产生的、对应于上一次挖掘动作的结果的距离阈值，从而使得对挖掘机的姿态判断更为准确。

在上述技术方案中，优选地，所述数据获取装置具体包括：角度传感器，测量动臂与水平面之间的第一夹角以及斗杆与水平面之间的第二夹角；距离计算单元，按照h₁＝l₁sinθ₁-l₂sinθ₂+h₂进行计算，其中，h₁为所述测量距离，h₂为所述动臂与所述挖掘机的连接位置与所述履带地面之间的距离，θ₁为所述第一夹角，θ₂为所述第二夹角。在该技术方案中，由于在进行挖掘动作时，铲斗需要与挖掘对象进行接触，因此如果直接在铲斗上安装测距仪，则可能由于铲斗与挖掘对象的接触，导致测距仪被损坏。因而此处通过角度传感器对角度的测量，从而获取铲斗与水平面之间的距离数据，进而对挖掘机是否将要进行挖掘动作进行判断。

在上述技术方案中，优选地，所述速度获取装置具体包括：时间设定单元，设定延迟时间；速度计算单元，按照进行计算，其中，v为所述铲斗的运动速度，h₁^t为所述数据获取装置在所述延迟时间之前获取的第一测量距离，h₁^t+Δt为所述数据获取装置在经过所述延迟时间之后获取的第二测量距离，Δt为所述延迟时间，其中，在所述运动速度v为正数的情况下，所述运动方向在竖直方向上为向下，在所述运动速度v为负数的情况下，所述运动方向在竖直方向上为向上。在该技术方案中，在获取铲斗与水平面之间的距离后，通过对时间的掌控，可以进而获取铲斗的运动方向和运动速度。这里对于铲斗与水平面之间的距离，设定为：当铲斗位于水平面上方时，距离为正数，当铲斗位于水平面下方时，距离为负数，当铲斗位于水平面处时，距离为0；由此得到的铲斗的运动速度也存在数值的正负，比如在计算得到的运动速度为正数时，说明铲斗运动方向在竖直方向上为向下，为负数时，运动方向在竖直方向上为向上，而当运动速度为0时，则说明铲斗处于与挖掘对象分离的瞬间。