一种反铲挖掘机挖力引导装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种反铲挖掘机挖力引导装置，包括反铲挖掘机机械臂姿态测量部件、反铲挖掘机底座姿态测量部件和最大挖掘力量引导部件，反铲挖掘机机械臂姿态测量部件包括动臂传感器、斗杆传感器和铲斗传感器，反铲挖掘机底座姿态测量部件包括倾斜传感器，最大挖掘力量引导部件包括姿态传感器数据采集单件等。应用本发明专利技术技术方案，效果是：结构精简；动臂传感器、斗杆传感器等各传感器能精确读取当前反铲挖掘机机械臂的相关参数，对相关参数进行处理后得到斗杆与动臂的夹角以及铲斗齿间与切削面之间的夹角，继而通过进行图形化显示和语音提醒，排除人为误差，大大提高操作的精准度。本发明专利技术还公开上述装置的使用方法，操作方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及反铲挖掘机
，具体涉及一种反铲挖掘机挖力引导装置及其使用方法。
技术介绍
反铲挖掘机在露天矿山开采以及民用工程中应用十分广泛。反铲挖掘机的作业过程存在一个最大挖力的操作问题，作为一个业界公认的经验参数，即当动臂与斗杆成90°夹角，铲斗斗齿与地面成30°切削时，挖掘力量最大，且在这种角度模式下对挖机的液压和动力系统伤害最小。因此，有经验的反铲挖掘机操作员在挖掘硬度较高的地面时都会注意以上的角度模式，以发挥最大挖掘力量，降低对反铲挖掘机液压和动力系统的伤害。现有技术中有以下两种方式：方式一、通过操作员人工判断动臂与斗杆所成夹角和铲斗斗齿与地面所成夹角，此种方式的准确度是根据操作员的操作经验不同而差异很大，因此，此种方式精准度不高，误差大。方式二、申请号为201410114023.5的专利技术专利公开了一种的铲斗定位装置及方法，该铲斗定位装置包括：定位装置，用于接收挖掘机的转动机座在一定的大地参考框架下的空间位置；方向测量装置，用以测量该反铲挖掘机的转动机座的航向角、俯仰角以及横滚角的角度信息；铲斗位置测量装置，用于测量该反铲挖掘机的铲斗的空间位置信息；以及计算装置，根据该空间位置信息、该在一定的大地参考框架下的空间位置、该航向角、俯仰角以及横滚角的角度信息，计算该铲斗的经纬度和高程。该方法可行性不强，原因如下：第一，该方法中提到，用于计算最终位置必须有“液压测量装置，用于测量该铲斗液压缸的活塞杆的伸缩长度；第一姿态测量装置，用于测量该斗杆相对该动臂的转动角度；以及第二姿态测量装置，用于测量该动臂相对该转动机座的转动角度。”，而活塞杆的伸缩长度随着反铲挖掘机作业不断在变化，需要实时测量，目前尚且没有任何手段能够测量该长度；机械臂的转动角度在反铲挖掘机作业过程中实时在变化，需要实时测量，他想获得的是转动角速度和角加速度，进而获得该值，要么实施安装过于复杂，要改装反铲挖掘机。综上，本专利技术技术方案实施起来非常麻烦，可行性低。综上所述，急需一种结构精简、操作方便、能准确控制动臂与斗杆所成夹角和铲斗斗齿与地面所成夹角的装置以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构精简、操作方便、能准确控制动臂与斗杆所成夹角和铲斗斗齿与地面所成夹角的反铲挖掘机挖力引导装置，具体技术方案如下：一种反铲挖掘机挖力引导装置，包括反铲挖掘机机械臂姿态测量部件、反铲挖掘机底座姿态测量部件以及最大挖掘力量引导部件；所述反铲挖掘机机械臂姿态测量部件包括安装在动臂上且其测量方向与动臂两端的两个节点之间的连线平行的动臂传感器、安装在斗杆上且其测量方向与斗杆两端的两个节点之间的连线平行的斗杆传感器以及安装在铲斗上且其测量方向与铲斗的齿部两端的两个节点之间的连线平行的铲斗传感器；所述反铲挖掘机底座姿态测量部件包括安装在反铲挖掘机驾驶室的顶部且能测量反铲挖掘机的俯仰角和翻滚角的倾斜传感器；所述最大挖掘力量引导部件包括姿态传感器数据采集单件、与所述姿态传感器数据采集单件连接的倾斜传感器角度换算单件、与所述倾斜传感器角度换算单件连接的最大挖掘力量角度计算单件以及最大挖掘力量引导提示单件，所述最大挖掘力量引导提示单件包括用于图形化显示的显示屏以及用于进行语音提醒的扩音器；所述动臂传感器、斗杆传感器、铲斗传感器以及倾斜传感器均与所述姿态传感器数据采集单件连接。为了达到更好的技术效果，还包括微处理器，所述动臂传感器、斗杆传感器、铲斗传感器、倾斜传感器、姿态传感器数据采集单件、倾斜传感器角度换算单件、最大挖掘力量角度计算单件、显示屏以及扩音器均与所述微处理器连接。以上技术方案中优选的，所述倾斜传感器为双轴倾斜传感器，其型号为德国的TILTIXInclinometers ACS-080-2或者倾角传感器SST200系列。以上技术方案中优选的，所述动臂传感器、斗杆传感器以及铲斗传感器均采用德国的TILTIX Inclinometers ACS-360-1或者静态倾角传感器SST300。以上技术方案中优选的，动臂两端的两个节点为A点和B点，B点位于动臂和斗杆的连接处；斗杆两端的两个节点为B点和C点，C点位于斗杆与铲斗的连接处；铲斗的齿部两端的两个节点为D点和E点，C点、E点和D点连接组成反铲挖掘机的铲斗的外轮廓；所述动臂传感器的测量方向与A点和B点之间的连线的方向相同；所述斗杆传感器的测量方向与B点和C点之间的连线的方向相同；所述铲斗传感器的测量方向与E点和D点之间的连线的方向相同。以上技术方案中优选的，所述动臂传感器、斗杆传感器、铲斗传感器以及倾斜传感器分别采用RS-485、RS-232、CANBUS或SPI通信协议与所述姿态传感器数据采集单件连接。应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：(1)本专利技术的反铲挖掘机挖力引导装置包括反铲挖掘机机械臂姿态测量部件、反铲挖掘机底座姿态测量部件以及最大挖掘力量引导部件，所述反铲挖掘机机械臂姿态测量部件包括动臂传感器、斗杆传感器以及铲斗传感器，反铲挖掘机底座姿态测量部件包括倾斜传感器，所述最大挖掘力量引导部件包括姿态传感器数据采集单件、倾斜传感器角度换算单件、最大挖掘力量角度计算单件以及最大挖掘力量引导提示单件，所述最大挖掘力量引导提示单件包括显示屏以及扩音器。整体结构精简；动臂传感器、斗杆传感器、铲斗传感器和倾斜传感器能精确读取当前反铲挖掘机机械臂的相关参数，并依次通过最大挖掘力量角度计算单件和最大挖掘力量引导提示单件对参数数据进行处理后得到斗杆与动臂的夹角以及铲斗齿间与切削面之间的夹角，继而通过显示屏显示当前反铲挖掘机的机械臂的状态以及要达到最大挖掘力量的目标状态，且同时通过扩音器对操作人员对机械臂的调节进行实时语音提醒，排除人为误差，大大提高操作的精准度。(2)本专利技术中还包括微处理器，所述动臂传感器、斗杆传感器、铲斗传感器、倾斜传感器、姿态传感器数据采集单件、倾斜传感器角度换算单件、最大挖掘力量角度计算单件、显示屏以及扩音器均与所述微处理器连接。本专利技术中根据实际需求，可以将微处理器、姿态传感器数据采集单件、倾斜传感器角度换算单件、最大挖掘力量角度计算单件、显示屏以及扩音器集成为一体化结构，便于使用。微处理器的设计，实现整个动作的自动化操作，进一步提高操作的精准度。(3)本专利技术中所述倾斜传感器为双轴倾斜传感器，其型号为德国的TILTIXInclinometers ACS-080-2或者倾角传感器SST200系列；所述动臂传感器、斗杆传感器以及铲斗传感器均采用德国的TILTIX Inclinometers ACS-360-1或者静态倾角传感器SST300。各传感器的精度高，能满足现实中对反铲挖掘机的机械臂进行调节的精度需求。(4)本专利技术中动臂传感器、斗杆传感器以及铲斗传感器的安装位置选择适当，所测数据能够真实获得当前反铲挖掘机的机械臂的状态，提高操作精确度。(5)本专利技术中所述动臂传感器、斗杆传感器、铲斗传感器以及倾斜传感器分别采用RS-485、RS-232、CANBUS或SPI通信协议与所述姿态传感器数据采集单件连接。此处采用有线连接方式，确保各数据传输的顺畅。现实中，可以根据实际需求考虑采用无线连接方式，便于远距离操作。本专利技术还公开了一种上述反铲挖掘机挖力引导装置的使用方法，具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反铲挖掘机挖力引导装置，其特征在于，包括反铲挖掘机机械臂姿态测量部件(1)、反铲挖掘机底座姿态测量部件(2)以及最大挖掘力量引导部件(3)；所述反铲挖掘机机械臂姿态测量部件(1)包括安装在动臂上且其测量方向与动臂两端的两个节点之间的连线平行的动臂传感器(1.1)、安装在斗杆上且其测量方向与斗杆两端的两个节点之间的连线平行的斗杆传感器(1.2)以及安装在铲斗上且其测量方向与铲斗的齿部两端的两个节点之间的连线平行的铲斗传感器(1.3)；所述反铲挖掘机底座姿态测量部件(2)包括安装在反铲挖掘机驾驶室的顶部且能测量反铲挖掘机的俯仰角和翻滚角的倾斜传感器(2.1)；所述最大挖掘力量引导部件(3)包括姿态传感器数据采集单件(3.1)、与所述姿态传感器数据采集单件(3.1)连接的倾斜传感器角度换算单件(3.2)、与所述倾斜传感器角度换算单件(3.2)连接的最大挖掘力量角度计算单件(3.3)以及最大挖掘力量引导提示单件(3.4)，所述最大挖掘力量引导提示单件(3.4)包括用于图形化显示的显示屏(3.41)以及用于进行语音提醒的扩音器(3.42)；所述动臂传感器(1.1)、斗杆传感器(1.2)、铲斗传感器(1.3)以及倾斜传感器(2.1)均与所述姿态传感器数据采集单件(3.1)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种反铲挖掘机挖力引导装置，其特征在于，包括反铲挖掘机机械臂姿态测量部件(1)、反铲挖掘机底座姿态测量部件(2)以及最大挖掘力量引导部件(3)；所述反铲挖掘机机械臂姿态测量部件(1)包括安装在动臂上且其测量方向与动臂两端的两个节点之间的连线平行的动臂传感器(1.1)、安装在斗杆上且其测量方向与斗杆两端的两个节点之间的连线平行的斗杆传感器(1.2)以及安装在铲斗上且其测量方向与铲斗的齿部两端的两个节点之间的连线平行的铲斗传感器(1.3)；所述反铲挖掘机底座姿态测量部件(2)包括安装在反铲挖掘机驾驶室的顶部且能测量反铲挖掘机的俯仰角和翻滚角的倾斜传感器(2.1)；所述最大挖掘力量引导部件(3)包括姿态传感器数据采集单件(3.1)、与所述姿态传感器数据采集单件(3.1)连接的倾斜传感器角度换算单件(3.2)、与所述倾斜传感器角度换算单件(3.2)连接的最大挖掘力量角度计算单件(3.3)以及最大挖掘力量引导提示单件(3.4)，所述最大挖掘力量引导提示单件(3.4)包括用于图形化显示的显示屏(3.41)以及用于进行语音提醒的扩音器(3.42)；所述动臂传感器(1.1)、斗杆传感器(1.2)、铲斗传感器(1.3)以及倾斜传感器(2.1)均与所述姿态传感器数据采集单件(3.1)连接。2.根据权利要求1所述的反铲挖掘机挖力引导装置，其特征在于，还包括微处理器，所述动臂传感器(1.1)、斗杆传感器(1.2)、铲斗传感器(1.3)、倾斜传感器(2.1)、姿态传感器数据采集单件(3.1)、倾斜传感器角度换算单件(3.2)、最大挖掘力量角度计算单件(3.3)、显示屏(3.41)以及扩音器(3.42)均与所述微处理器连接。3.根据权利要求1-2任意一项所述的反铲挖掘机挖力引导装置，其特征在于，所述倾斜传感器(2.1)为双轴倾斜传感器，其型号为德国的TILTIX Inclinometers ACS-080-2或者倾角传感器SST200系列。4.根据权利要求3所述的反铲挖掘机挖力引导装置，其特征在于，所述动臂传感器(1.1)、斗杆传感器(1.2)以及铲斗传感器(1.3)均采用德国的TILTIX Inclinometers ACS-360-1或者静态倾角传感器SST300。5.根据权利要求3所述的反铲挖掘机挖力引导装置，其特征在于，动臂两端的两个节点为A点和B点，B点位于动臂和斗杆的连接处；斗杆两端的两个节点为B点和C点，C点位于斗杆与铲斗的连接处；铲斗的齿部两端的两个节点为D点和E点，C点、E点和D点连接组成反铲挖掘机的铲斗的外轮廓；所述动臂传感器(1.1)的测量方向与A点和B点之间的连线的方向相同；所述斗杆传感器(1.2)的测量方向与B点和C点之间的连线的方向相同；所述铲斗传感器(1.3)的测量方向与E点和D点之间的连线的方向相同。6.根据权利要求3所述的反铲挖掘机挖力引导装置，其特征在于，所述动臂传感器(1.1)、斗杆传感器(1.2)、铲斗传感器(1.3)以及倾斜传感器(2.1)分别采用RS-485、RS-232、CANBUS或SPI通信协议与所述姿态传感器数据采集单件(3.1)连接。7.一种采用如权利要求1-6所述反铲挖掘机挖力引导装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、安装好动臂传感器(1.1)、斗杆传感器(1.2)、铲斗传感器(1.3)以及倾斜传感器(2.1)；第二步、姿态传感器数据采集单件(3.1)采集所述动臂传感器(1.1)、斗杆传感器(1.2)、铲斗传感器(1.3)以及倾斜传感器(2.1)的读数，并将数据传递给倾斜传感器角度换算单件(3.2)；第三步、倾斜传感器角度换算单件(3.2)将收到的数据进行角度转换，得到动臂、斗杆和铲斗的真实值；并将动臂、斗杆和铲斗的真实值传递给最大挖掘力量角度计算单件(3.3)；第四步、最大挖掘力量角度计算单件(3.3)计算得到斗杆与动臂的夹角以及铲斗齿间与切削面之间的夹角；并将斗杆与动臂的夹角以及铲斗齿间与切削面之间的夹角传递给最大挖掘力量引导提示单件(3.4)；第五步、最大挖掘力量引导提示单件(3.4)中的显示屏(3.41)显示当前反铲挖掘机的机械臂的状态以及要达到最大挖掘力量的目标状态，同时扩音器(3.42)进行语音提醒。8.根据权利要求7所述的反铲挖掘机挖力引导装置的使用方法，其特征在于，所述动臂传感器(1.1)、斗杆传感器(1.2)以及铲斗传感器(1.3)的读数分别为ε1、ε2和ε3，所述倾斜传感器(2.1)测得的反铲挖掘机的俯仰角和翻滚角分别为α和β；所述倾斜传感器角度换算单件(3.2)进行角度转换后所得动臂、斗杆和铲斗的真实值分别为θ1、θ2和θ3，角度换算公式详见表达式1)、表达式2)和表达式3)： θ 1 = sin - 1 ( - s i n α . cosϵ 1 + ( cos 2 α - sin 2 β ) . ( cos ...

【专利技术属性】
技术研发人员：金俊，
申请(专利权)人：中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43