CN105259888A - 一种挖掘机示教控制系统、方法及挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机示教控制系统、方法及挖掘机，控制装置4，分别连接空间姿态测量装置2和存储装置3，用以接收采集姿态信号和操作信息，根据采集姿态信号和操作信息，并将所述挖掘机的起始状态作为起始位置，计算形成示教指令，并于所述示教指令的作用下，对所述挖掘机5进行示教控制。本发明的技术方案根据采集姿态信号与标准姿态信号形成控制信号，使得挖掘机在动作操作过程中，不需要从固定的起始位置开始操作，也不需要先返回至固定的起始位置，可以从任意位置开始操作，提高了操作效率，并提高了智能化程度。

Description

一种挖掘机示教控制系统、方法及挖掘机

技术领域

本发明属于机械领域，涉及一种控制系统，尤其涉及一种挖掘机及其示教控制系统、方法。

背景技术

随着科学技术的进步，智能化成为各行各业的发展趋势，挖掘机领域也是如此。随之微电子技术以及机电一体化的不断发展与应用、电子控制系统奠定基础，通过控制器程序的编写和现场调试，逐步出现了智能化的无人驾驶的挖掘机。无人驾驶的挖掘机是通过数据记录模块把重复动作的操作过程保存下来。示教功能挖掘机作为无人驾驶挖掘机的一种，是通过数据记录模块把重复动作的操作过程保存下来。在施工过程中，只需要将保存的信息反复传输给挖掘机，控制挖掘机在无人操作的情况下进行重复性作业，把操作人员从重复、枯燥的作业过程中解放出来，节省了人力成本。

但是现有的无人操作挖掘机的操作精度较低。而且每次操作，均需要回到起始位置，才能进行下一步的继续操作，智能化程度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种挖掘机示教控制系统及方法。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种挖掘机示教控制系统，包括：

空间姿态测量装置，用于获取所述挖掘机的起始状态的姿态信息，并形成采集姿态信号输出；

存储装置，用于保存示范动作的操作信息，并输出所述操作信息；

控制装置，分别连接所述空间姿态测量装置和存储装置，用以接收所述采集姿态信号和操作信息，根据所述采集姿态信号和操作信息，并将所述挖掘机的起始状态作为起始位置，计算形成示教指令，并于所述示教指令的作用下，对所述挖掘机进行示教控制。

优选的：还包括指令输入装置，用于接收使用者输入的控制指令；所述控制装置包括：

第一处理单元，分别连接所述指令输入装置、所述存储装置，用以根据所述控制指令读取所述存储装置中匹配所述控制指令的操作信息，并处理形成按照预定传输方式传输的标准姿态信号和手柄开度信号；

第二处理单元，分别连接所述第一处理单元和所述空间姿态测量装置，用以分别接受所述标准姿态信号、所述空间姿态测量装置反馈的所述采集姿态信号，并根据所述标准姿态信号和所述采集姿态信号形成姿态控制信号输出；

计算单元，分别连接所述第二处理单元和所述第一处理单元，用于接收所述第二处理单元输出的所述姿态控制信号和所述第一处理单元输出的所述手柄开度信号，并根据所述姿态控制信号和所述手柄开度信号计算形成所述示教指令输出。

优选的：所述挖掘机包括电磁阀组，连接所述计算单元，用以接收所述示教指令，并于所述示教指令的作用下输出与之相对应的控制逻辑信号至所述挖掘机，所述挖掘机于所述逻辑信号的作用下执行相应的动作。

优选的，所述空间姿态测量装置包括复数个倾角传感器，所述复数个倾角传感器分别设置于所述挖掘机的预定功能模块处，用以于所述挖掘机运行过程中获取所述预定功能模块的倾斜角度并输出。

优选的，所述空间姿态测量装置包括旋转编码器，设置于所述挖掘机的回转支撑上，用以获取所述挖掘机的回转角度，并形成回转角度信号输出。

优选的，所述空间姿态测量装置包括第一倾角传感器，设置于所述挖掘机的铲斗上，用于测量所述铲斗的倾斜角度；和/或第二倾角传感器，设置于所述挖掘机的斗杆上，用于测量所述斗杆的倾斜角度；和/或第三倾角传感器，设置于所述挖掘机的动臂上，用于测量所述动臂的倾斜角度。

优选的，所述预定传输方式为CAN总线传输。

优选的，还包括通讯模块，连接于所述指令输入装置与所述控制装置之间，所述通讯模块用于将所述控制指令传输至所述控制装置。

优选的，所述操作信息包括标准手柄开度和挖掘机姿态角度。

另一方面，提供了一种挖掘机示教控制方法，用于对挖掘机进行示教与控制，包括如下步骤：

步骤1、存储装置存储使用者输入的示范动作的操作信息；

步骤2、控制空间姿态测量装置获取所述挖掘机的起始状态的姿态信息，并形成采集姿态信号反馈至所述控制装置；

步骤3、控制装置根据所述操作信息和采集姿态信号，并将所述挖掘机的起始状态作为起始位置，形成示教指令输出；

步骤4、控制所述挖掘机于所述示教指令的作用下执行与之相匹配的动作。

另一方面，提供了一种挖掘机，包括上述的挖掘机示教控制系统。

相对于现有技术，本发明的技术方案的优点有：

(1)控制信号通过空间姿态测量系统实时反馈的采集姿态信号而形成，相当于实时检测挖掘机的动作状态，实时调整控制信号，提高了操控的准确度；

(2)因为控制信号是根据采集姿态信号与标准姿态信号形成，使得姿态控制信号为现有的采集姿态信号与标准姿态信号的差值，在差值的基础之上形成控制信号，使得挖掘机在动作操作过程中，不需要从固定的起始位置开始操作，也不需要先返回至固定的起始位置，可以从任意位置开始操作，提高效率，提高智能化程度；

(3)只需要在现有的挖掘机上安装控制姿态测量系统即可，不改变挖掘机原有挖掘机的安装结构，安装方便，且成本低廉。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的实施例的结构示意图；

图2为本发明的实施例的流程的示意图。

其中，1为指令输入装置、2为空间姿态测量装置、3为存储装置、4为控制装置、5为挖掘机、41为第一处理单元、42为第二处理单元、43为计算单元、51为电磁阀组。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。

如图1所示，一种挖掘机示教控制系统，其中，包括，

指令输入装置1，用于接收使用者输入的控制指令。

空间姿态测量装置2，用于获取挖掘机5的姿态信息，并形成采集姿态信号输出。

存储装置3，与控制装置4连接，用于保存示范动作的操作信息，并输出操作信息，操作信息包括标准手柄开度和挖掘机5姿态角度。

控制装置4，分别连接指令输入装置1、空间姿态测量装置2、存储装置3，用以接收控制指令、采集姿态信号、操作信息，根据控制指令、采集姿态信号、操作信息计算形成示教指令，并于示教指令的作用下对挖掘机5进行示教控制。

本发明的工作原理是：存储装置3预先保存有示范动作的操作信息，使用者通过指令输入装置1输入的控制指令。空间姿态测量装置2实时获取挖掘机5的姿态信息，并形成采集姿态信号输出，控制装置4，用以接收控制指令，于控制指令的作用下读取存储装置3中读取与控制指令相匹配的操作信息，根据采集姿态信号、操作信息，根据控制指令、采集姿态信号、操作信息计算形成示教指令，并于示教指令的作用下对挖掘机5进行示教控制。

挖掘机作为本发明的实施方式，并没有限定为某种特定挖掘机，可以是液压挖掘机、电动挖掘机、混合动力挖掘机、燃气挖掘机等。

在本发明的实施例中，示教指令通过空间姿态测量系统实时反馈的采集姿态信号而形成，相当于实时检测挖掘机5的动作状态，实时调整控制信号，提高了操控的准确度。

同时，因为示教指令是根据采集姿态信号与标准姿态信号形成，使得姿态控制信号为现有的采集姿态信号与标准姿态信号的差值，在差值的基础之上形成控制信号，使得挖掘机5在动作操作过程中，不需要从固定的起始位置开始操作，也不需要先返回至固定的起始位置，可以从任意位置开始操作。因为保存了示范动作的起始位置，使得挖掘机在示教过程中，不需要从固定的起始位置开始示范操作，也可以从任意位置自动返回示教起始位置。因此，提高效率，提高智能化程度。且在使用过程中，只需要在现有的挖掘机5上安装控制姿态测量系统即可，不改变挖掘机5原有挖掘机5的安装结构，安装方便，且成本低廉。

作为进一步优选实施方案，控制装置4包括第一处理单元41，分别连接指令输入装置1、存储装置3，用以根据控制指令读取存储装置3中匹配控制指令的操作信息，并处理形成按照预定传输方式传输的标准姿态信号和一手柄开度信号。

第二处理单元42，分别连接第一处理单元41和空间姿态测量装置2，用以分别接受标准姿态信号、空间姿态测量装置2反馈的采集姿态信号，并根据标准姿态信号和采集姿态信号形成姿态控制信号输出。

计算单元43，分别连接第二处理单元42和第一处理单元41，用于接收第二处理单元42输出的姿态控制信号和第一处理单元41输出的手柄开度信号，并根据姿态控制信号和手柄开度信号计算形成示教指令输出。

指令输入装置1输出控制指令至第一处理单元41，第一处理单元41用以根据控制指令形成标准姿态信号和手柄开度信号，其中标准姿态信号输出至第二处理单元42，手柄开度信号输出至计算单元43，空间姿态测量系统，获取挖掘机5的姿态信息，并形成采集姿态信号输出至第二处理单元42，第二处理单元42并根据标准姿态信号和采集姿态信号形成姿态控制信号输出至计算单元43，计算单元43将姿态控制信号和手柄开度信号叠加形成示教指令输出。

作为进一步优选实施方案，挖掘机5包括电磁阀组51，连接计算单元43，用以接收示教指令，并于示教指令的作用下输出与之相对应的控制逻辑信号至挖掘机5，挖掘机5于逻辑信号的作用下执行相应的动作。

作为进一步优选方案，空间姿态测量装置2包括复数个倾角传感器，复数个倾角传感器分别设置于挖掘机5的预定功能模块处，用以于挖掘机5运行过程中获取预定功能模块的倾斜角度并输出。

作为进一步优选方案，空间姿态测量装置2包括第一倾角传感器，设置于挖掘机5的铲斗上，用于测量铲斗的倾斜角度；和/或第二倾角传感器，设置于挖掘机5的斗杆上，用于测量斗杆的倾斜角度；和/或第三倾角传感器，设置于挖掘机5的动臂上，用于测量动臂的倾斜角度。倾角传感器也可以为光学测角仪器或接近开关。

另外，优选空间姿态测量装置2由4个倾角传感器和一个旋转编码器组成，4个倾角传感器分别安装在铲斗、斗杆、动臂和车身，用来测量铲斗、斗杆、动臂的角度及车身倾斜角。旋转编码器与回转支撑相连，用来测量挖掘机的回转角度。

作为进一步优选方案，预定传输方式为CAN总线传输。

作为进一步优选方案，还包括通讯模块，连接于指令输入装置1与控制装置4之间，通讯模块用于将控制指令传输至控制装置4。通讯模块的操作方式可以是在驾驶室近距离操作，也可以是中距离使用遥控器操作，还可以是远距离使用无线通信技术实现操作，只要具备可以挖掘、回填功能即可。

如图2所示，一种挖掘机示教控制方法，用于对挖掘机进行示教与控制，其中，包括如下步骤，

步骤1、控制指令输入装置接收使用者输入的学习指令，进行示范动作学习；

步骤2、控制指令输入装置接收使用者输入的自动控制指令；

步骤3、控制空间姿态测量装置获取挖掘机的姿态信息，并形成采集姿态信号反馈至控制装置；

步骤4、控制装置于控制指令的作用下，于存储装置中读取与控制指令向匹配的控制命令，并处理形成标准姿态信号和一手柄开度信号，

步骤5、控制装置根据采集姿态信号、标准姿态信号以及手柄开度信号形成示教指令输出；

步骤6、控制挖掘机于示教指令的作用下执行与之相匹配的动作。

上述控制方法，挖掘机完成了相应动作的过程中，在没有收到下一个控制指令时，会循环操作当前的动作，直至下一个控制指令到来。进而在无人驾驶的情况下，自动完成单一、重复的动作。

本发明的实施例中还包括一种挖掘机，设有如上述的挖掘机示教控制系统。由于上述挖掘机示教控制系统具有上述技术效果，因此，设有该挖掘机示教控制系统的挖掘机也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种挖掘机示教控制系统，其特征在于，包括：

空间姿态测量装置(2)，用于获取所述挖掘机(5)的起始状态的姿态信息，并形成采集姿态信号输出；

存储装置(3)，用于保存示范动作的操作信息，并输出所述操作信息；

控制装置(4)，分别连接所述空间姿态测量装置(2)和存储装置(3)，用以接收所述采集姿态信号和操作信息，根据所述采集姿态信号和操作信息，并将所述挖掘机的起始状态作为起始位置，计算形成示教指令，并于所述示教指令的作用下，对所述挖掘机(5)进行示教控制。

2.根据权利要求1所述的挖掘机示教控制系统，其特征在于：还包括指令输入装置(1)，用于接收使用者输入的控制指令；所述控制装置(4)包括：

第一处理单元(41)，分别连接所述指令输入装置(1)、所述存储装置(3)，用以根据所述控制指令读取所述存储装置(3)中匹配所述控制指令的操作信息，并处理形成按照预定传输方式传输的标准姿态信号和手柄开度信号；

第二处理单元(42)，分别连接所述第一处理单元(41)和所述空间姿态测量装置(2)，用以分别接受所述标准姿态信号、所述空间姿态测量装置(2)反馈的所述采集姿态信号，并根据所述标准姿态信号和所述采集姿态信号形成姿态控制信号输出；

计算单元(43)，分别连接所述第二处理单元(42)和所述第一处理单元(41)，用于接收所述第二处理单元(42)输出的所述姿态控制信号和所述第一处理单元(41)输出的所述手柄开度信号，并根据所述姿态控制信号和所述手柄开度信号计算形成所述示教指令输出。

3.根据权利要求2所述的挖掘机示教控制系统，其特征在于：所述挖掘机(5)包括电磁阀组(51)，连接所述计算单元(43)，用以接收所述示教指令，并于所述示教指令的作用下输出与之相对应的控制逻辑信号至所述挖掘机(5)，所述挖掘机(5)于所述逻辑信号的作用下执行相应的动作。

4.根据权利要求1所述的挖掘机示教控制系统，其特征在于，所述空间姿态测量装置(2)包括复数个倾角传感器，所述复数个倾角传感器分别设置于所述挖掘机(5)的预定功能模块处，用以于所述挖掘机(5)运行过程中获取所述预定功能模块的倾斜角度并输出。

5.根据权利要求1所述的挖掘机示教控制系统，其特征在于，所述空间姿态测量装置(2)包括旋转编码器，设置于所述挖掘机(5)的回转支撑上，用以获取所述挖掘机(5)的回转角度，并形成回转角度信号输出。

6.根据权利要求1所述的挖掘机示教控制系统，其特征在于，所述空间姿态测量装置(2)包括第一倾角传感器，设置于所述挖掘机(5)的铲斗上，用于测量所述铲斗的倾斜角度；和/或第二倾角传感器，设置于所述挖掘机(5)的斗杆上，用于测量所述斗杆的倾斜角度；和/或第三倾角传感器，设置于所述挖掘机(5)的动臂上，用于测量所述动臂的倾斜角度。

7.根据权利要求2所述的挖掘机示教控制系统，其特征在于，还包括通讯模块，连接于所述指令输入装置(1)与所述控制装置(4)之间，所述通讯模块用于将所述控制指令传输至所述控制装置(4)。

8.根据权利要求1所述的挖掘机示教控制系统，其特征在于，所述操作信息包括标准手柄开度和挖掘机姿态角度。

9.一种挖掘机，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的挖掘机示教控制系统。

10.一种挖掘机示教控制方法，用于对挖掘机进行示教与控制，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、存储装置存储使用者输入的示范动作的操作信息；

步骤2、控制空间姿态测量装置获取所述挖掘机的起始状态的姿态信息，并形成采集姿态信号反馈至所述控制装置；

步骤3、控制装置根据所述操作信息和采集姿态信号，并将所述挖掘机的起始状态作为起始位置，形成示教指令输出；

步骤4、控制所述挖掘机于所述示教指令的作用下执行与之相匹配的动作。