挖掘机自动驾驶系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种挖掘机自动驾驶系统及控制方法，属于工程机械控制系统领域。挖掘机自动驾驶系统包括：分别安装在动臂、斗杆、铲斗的姿态传感器，安装在回转支承上的回转支承转角传感器，分别安装在操纵手柄和主控阀之间各先导油路上用于控制驱动主控阀的先导压力传感器、先导压力电磁阀，控制器，各个传感器与所述控制器输入端连接，各个电磁阀与所述控制器控制端连接；同时本发明专利技术公开了挖掘机自动驾驶系统控制方法的具体工作流程。本发明专利技术提供的挖掘机自动驾驶系统及控制方法，可实现挖掘机的自动驾驶功能，从而替代驾驶员完成大部分重复性劳动，为驾驶员赢得休息时间，保证工作效率和施工安全。

Automatic driving system and control method of excavator

The invention discloses an automatic driving system and a control method for an excavator, which belongs to the field of construction machinery control system. The automatic driving system of the excavator includes: the posture sensor mounted on the boom, the bucket rod and the bucket respectively, and the rotary bearing angle sensor mounted on the slewing bearing, which is installed on the pilot oil circuits of the pilot oil circuits between the control handle and the main control valve to control the driving main control valve, the pilot pressure solenoid valve, the controller, and the sensors and the input end of the controller. The electromagnetic valve is connected with the control end of the controller, and at the same time, the specific working process of the automatic driving system control method of the excavator is disclosed. The automatic driving system and control method of the excavator provided by the invention can realize the automatic driving function of the excavator, thereby replacing most of the repetitive work of the driver, winning the rest time for the driver, ensuring the work efficiency and the construction safety.

【技术实现步骤摘要】
挖掘机自动驾驶系统及控制方法
本专利技术属于一种工程机械的控制系统和控制方法，具体地说，尤其涉及一种挖掘机自动驾驶系统及控制方法。
技术介绍
挖掘机是工程机械领域最主要的机型之一，能够应对各种工况，完成多种类型的施工要求。其中最主要的施工过程是：挖掘→动臂提升+回转→卸载→动臂下降+回转返回→挖掘，此过程循环往复，实现将物料从某个位置运送到其它位置的目的。该工作循环，是挖掘机驾驶员通过不断操纵左、右手柄实现的。因此，在长达数小时的时间内，驾驶员都需要重复相同的操作而得不到休息，特别容易造成驾驶员疲劳，从而影响工作效率和施工安全。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种实现挖掘机的自动驾驶功能的挖掘机自动驾驶系统及控制方法，以克服现有技术中驾驶员需要长时间重复相同的操作而容易造成驾驶员疲劳的缺陷。本专利技术是采用以下技术方案实现的：本专利技术所述的挖掘机自动驾驶系统，包括：分别安装在动臂、斗杆、铲斗、回转支承上的动臂姿态传感器、斗杆姿态传感器、铲斗姿态传感器、回转支承转角传感器，分别安装在操纵手柄和主控阀之间各先导油路上的动臂提升先导压力传感器、动臂提升先导压力电磁阀、动臂下降先导压力传感器、动臂下降先导压力电磁阀，铲斗外翻先导压力传感器、铲斗外翻先导压力电磁阀、铲斗挖掘先导压力传感器、铲斗挖掘先导压力电磁阀、斗杆挖掘先导压力传感器、斗杆挖掘先导压力电磁阀、斗杆外翻先导压力传感器、斗杆外翻先导压力电磁阀、右回转先导压力传感器、右回转先导压力电磁阀、左回转先导压力传感器、左回转先导压力电磁阀，控制器，上述各个传感器与所述控制器输入端连接，上述各个电磁阀与所述控制器控制端连接。进一步的，所述动臂姿态传感器包括动臂转角传感器和动臂油缸位移传感器。进一步的，所述斗杆姿态传感器包括斗杆转角传感器和斗杆油缸位移传感器。进一步的，所述铲斗姿态传感器包括铲斗转角传感器3和铲斗油缸位移传感器。本专利技术所述的挖掘机自动驾驶系统的控制方法，包括以下工作步骤：(1)驾驶员操作挖掘机正常施工，控制器实时采集动臂、斗杆、铲斗和回转支撑的姿态，计算该工况下的平均挖掘深度、每循环挖掘偏移量和卸载偏移量；(2)启动自动驾驶功能，定义挖掘起点a和挖掘终点b，结合平均挖掘深度H形成挖掘范围立体围栏，定义卸载起点c和卸载终点d形成卸载范围围栏，同时确定挖掘初始姿态和终止姿态、卸载初始姿态和终止姿态；(3)检测动臂姿态是否到达挖掘初始姿态，若动臂实时姿态高于挖掘初始姿态，控制器输出电流至动臂下降先导压力电磁阀驱动动臂下降直至到达挖掘初始姿态，若动臂实时姿态低于挖掘初始姿态，控制器输出电流至动臂提升先导压力电磁阀驱动动臂上升直至到达挖掘初始姿态；(4)检测斗杆姿态是否到达挖掘初始姿态，若斗杆实时姿态高于挖掘初始姿态，控制器输出电流至斗杆挖掘先导压力电磁阀驱动斗杆挖掘直至到达挖掘初始姿态，若斗杆实时姿态低于挖掘初始姿态，控制器输出电流至斗杆外翻先导压力电磁阀驱动斗杆外翻直至到达挖掘初始姿态；(5)检测铲斗姿态是否到达挖掘初始姿态，若铲斗实时姿态高于挖掘初始姿态，控制器输出电流至铲斗挖掘先导压力电磁阀驱动铲斗挖掘直至到达挖掘初始姿态，若铲斗实时姿态低于挖掘初始姿态，控制器输出电流至铲斗外翻先导压力电磁阀驱动铲斗外翻直至到达挖掘初始姿态；(6)检测回转实时姿态是否到达挖掘初始姿态，若回转实时姿态偏右，控制器输出电流至左回转先导压力电磁阀驱动向左回转直至到达挖掘初始姿态，若回转实时姿态偏左，控制器输出电流至右回转先导压力电磁阀驱动向右回转直至到达挖掘初始姿态；(7)若动臂、斗杆、铲斗和回转均到达挖掘初始姿态，控制器输出电流至斗杆挖掘先导压力电磁阀和铲斗挖掘先导压力电磁阀开始挖掘物料直至斗杆和铲斗实时姿态到达挖掘终止姿态；(8)若斗杆和铲斗均达到挖掘终止姿态，控制器输出电流至动臂提升先导压力电磁阀和左回转先导压力电磁阀或右回转先导压力电磁阀开始转移物料直至动臂和回转到达卸载初始姿态；(9)若动臂和回转均到达卸载初始姿态，控制器输出电流至斗杆外翻先导压力电磁阀和铲斗外翻先导压力电磁阀开始卸载物料直至斗杆和铲斗到达卸载终止姿态；(10)根据每循环挖掘偏移量和卸载偏移量，计算下一循环挖掘范围立体围栏内的挖掘初始姿态和终止姿态及卸载范围围栏内卸载初始姿态和终止姿态。(11)重复步骤(3)～步骤(10)，开始下一工作循环。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的挖掘机自动驾驶系统及控制方法，可实现挖掘机的自动驾驶功能，从而替代驾驶员完成大部分重复性劳动，为驾驶员赢得休息时间，保证工作效率和施工安全。附图说明图1是本专利技术的液压原理示意图；图2是本专利技术的电气原理框图；图3是本专利技术的控制流程图；图4是本专利技术的挖掘范围示意图；图5是本专利技术的卸载范围示意图。图中：1、动臂转角传感器；2、动臂油缸位移传感器；3、斗杆转角传感器；4、斗杆油缸位移传感器；5、铲斗转角传感器；6、铲斗油缸位移传感器；7、回转支承转角传感器；8、动臂提升先导压力传感器；9、铲斗外翻先导压力传感器；10、动臂下降先导压力传感器；11、铲斗挖掘先导压力传感器；12、斗杆挖掘先导压力传感器；13、右回转先导压力传感器；14、斗杆外翻先导压力传感器；15、左回转先导压力传感器；16、动臂提升先导压力电磁阀；17、铲斗外翻先导压力电磁阀；18、动臂下降先导压力电磁阀；19、铲斗挖掘先导压力电磁阀；20、斗杆挖掘先导压力电磁阀；21、右回转先导压力电磁阀；22、斗杆外翻先导压力电磁阀；23、左回转先导压力电磁阀。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1和图2所示，本专利技术所述的一种挖掘机自动驾驶系统，包括：动臂姿态传感器、斗杆姿态传感器、铲斗姿态传感器、回转支承转角传感器7、动臂提升先导压力传感器8、动臂提升先导压力电磁阀16、动臂下降先导压力传感器10、动臂下降先导压力电磁阀18、铲斗外翻先导压力传感器9、铲斗外翻先导压力电磁阀17、铲斗挖掘先导压力传感器11、铲斗挖掘先导压力电磁阀19、斗杆挖掘先导压力传感器12、斗杆挖掘先导压力电磁阀20、斗杆外翻先导压力传感器14、斗杆外翻先导压力电磁阀22、右回转先导压力传感器13、右回转先导压力电磁阀21、左回转先导压力传感器15、左回转先导压力电磁阀23和控制器，各个传感器与所述控制器输入端连接，各个电磁阀与所述控制器控制端连接。动臂姿态传感器包括动臂转角传感器1和动臂油缸位移传感器2；斗杆姿态传感器包括斗杆转角传感器3和斗杆油缸位移传感器4；铲斗姿态传感器包括铲斗转角传感器5和铲斗油缸位移传感器6。实施时，在动臂上安装动臂转角传感器1和动臂油缸位移传感器2用以实时检测动臂的姿态，在斗杆上安装斗杆转角传感器3和斗杆油缸位移传感器4用以实时检测斗杆的姿态，在铲斗上安装铲斗转角传感器5或铲斗油缸位移传感器6用以实时检测铲斗的姿态，在回转支承上安装回转支承转角传感器7用以实时检测回转姿态。在操纵手柄和主控阀之间的各先导油路上分别安装动臂提升先导压力传感器8、动臂提升先导压力电磁阀16、动臂下降先导压力传感器10、动臂下降先导压力电磁阀18、铲斗外翻先导压力传感器9、铲斗外翻先导压力电磁阀17、铲斗挖掘先导压力传感器11、铲斗挖掘先导压力电磁阀19、斗杆挖掘先导压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种挖掘机自动驾驶系统，其特征在于：包括：分别安装在动臂、斗杆、铲斗、回转支承上的动臂姿态传感器、斗杆姿态传感器、铲斗姿态传感器、回转支承转角传感器(7)，分别安装在操纵手柄和主控阀之间各先导油路上的动臂提升先导压力传感器(8)、动臂提升先导压力电磁阀(16)、动臂下降先导压力传感器(10)、动臂下降先导压力电磁阀(18)，铲斗外翻先导压力传感器(9)、铲斗外翻先导压力电磁阀(17)、铲斗挖掘先导压力传感器(11)、铲斗挖掘先导压力电磁阀(19)、斗杆挖掘先导压力传感器(12)、斗杆挖掘先导压力电磁阀(20)、斗杆外翻先导压力传感器(14)、斗杆外翻先导压力电磁阀(22)、右回转先导压力传感器(13)、右回转先导压力电磁阀(21)、左回转先导压力传感器(15)、左回转先导压力电磁阀(23)，控制器，上述各个传感器与所述控制器输入端连接，上述各个电磁阀与所述控制器控制端连接。

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机自动驾驶系统，其特征在于：包括：分别安装在动臂、斗杆、铲斗、回转支承上的动臂姿态传感器、斗杆姿态传感器、铲斗姿态传感器、回转支承转角传感器(7)，分别安装在操纵手柄和主控阀之间各先导油路上的动臂提升先导压力传感器(8)、动臂提升先导压力电磁阀(16)、动臂下降先导压力传感器(10)、动臂下降先导压力电磁阀(18)，铲斗外翻先导压力传感器(9)、铲斗外翻先导压力电磁阀(17)、铲斗挖掘先导压力传感器(11)、铲斗挖掘先导压力电磁阀(19)、斗杆挖掘先导压力传感器(12)、斗杆挖掘先导压力电磁阀(20)、斗杆外翻先导压力传感器(14)、斗杆外翻先导压力电磁阀(22)、右回转先导压力传感器(13)、右回转先导压力电磁阀(21)、左回转先导压力传感器(15)、左回转先导压力电磁阀(23)，控制器，上述各个传感器与所述控制器输入端连接，上述各个电磁阀与所述控制器控制端连接。2.根据权利要求1所述的挖掘机自动驾驶系统，其特征在于：所述动臂姿态传感器包括动臂转角传感器(1)和动臂油缸位移传感器(2)。3.根据权利要求1所述的挖掘机自动驾驶系统，其特征在于：所述斗杆姿态传感器包括斗杆转角传感器(3)和斗杆油缸位移传感器(4)。4.根据权利要求1所述的挖掘机自动驾驶系统，其特征在于：所述铲斗姿态传感器包括铲斗转角传感器(5)和铲斗油缸位移传感器(6)。5.一种挖掘机自动驾驶系统的控制方法，其特征在于：包括以下工作步骤：(1)驾驶员操作挖掘机正常施工，控制器实时采集动臂、斗杆、铲斗和回转支撑的姿态，计算该工况下的平均挖掘深度、每循环挖掘偏移量和卸载偏移量；(2)启动自动驾驶功能，定义挖掘起点a和挖掘终点b，结合平均挖掘深度H形成挖掘范围立体围栏，定义卸载起点c和卸载终点d形成卸载范围围栏，同时确定挖掘初始姿态和终止姿态、卸载初始姿态和终止姿态；(3)检测动臂姿态是否到达挖掘初始姿态，若动臂实时姿态高于挖掘初始姿态，控制器输出电流至动臂下...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜良志，张奇，张涛，许晓焱，孙晶，王新超，史晓宁，
申请(专利权)人：山东临工工程机械有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37