一种面向自动铲装的装载机铲装轨迹规划方法技术

本发明专利技术公开了一种面向自动铲装的装载机铲装轨迹规划方法，包括以下步骤：A、根据装载机额定载重量、物料密度、物料的间隙率、铲斗斗宽计算出铲掘截面积曲线S；B、将铲掘截面积曲线S中铲斗举升区间简化为竖直线QR，计算出平行铲装长度L

【技术实现步骤摘要】
一种面向自动铲装的装载机铲装轨迹规划方法


[0001]本专利技术属于机械
，具体涉及一种面向自动铲装的装载机铲装轨迹规划方法。

技术介绍

[0002]装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。
[0003]目前，铲装作业均是由人工操作进行的，劳动强度大，操作人员易疲劳，工作效率偏低。现有的自动铲装技术还处于新兴阶段，技术不够成熟。而其中轨迹规划是实现装载机自动铲装的基础，合理的轨迹规划对铲装作业效果、能耗等有着很大的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种面向自动铲装的装载机铲装轨迹规划方法，通过这种方法计算出的自动铲装轨迹，更为准确，自动工作效率更高，提升了自动铲装作业的可靠性。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]所述的面向自动铲装的装载机铲装轨迹规划方法，包括以下步骤：
[0007]A、根据装载机额定载重量、物料安息角、物料密度、物料的间隙率、铲斗斗宽计算出铲掘截面积曲线S；
[0008]B、设定产掘深度h，将铲掘截面积曲线S中铲斗举升区间简化为竖直线QR，计算出平行铲装长度L
PQ
；
[0009]C、基于物料安息角，获得平行铲装长度L
PQ
区间的最大铲斗转角，在0
°
—区间最大铲斗转角范围内，基于线性插值法规划设定铲装过程中各个时间点的铲斗转角θ值；
[0010]用局部最大铲斗转角进行修正，若各个时间点的铲斗转角θ值小于其对应的铲装长度的最大转角θ
max
，则用该线性插值法规划的铲斗转角θ值作为实际转角；若各个时间点的铲斗转角θ值其对应的铲装长度的最大转角θ
max
，则用该铲装长度的最大转角θ
max
作为实际转角；
[0011]D、基于平行铲装长度PQ和铲斗转角范围，基于装载机工作装置结构参数构建整车位移、动臂油缸和转斗油缸位移的驱动函数，并计算整个铲装过程的整车位移、动臂油缸位移、转斗油缸位移参数，从而得到一种面向自动铲装的装载机铲装轨迹规划方案。
[0012]所述的步骤A中，铲掘截面积曲线S的计算公式如下：
[0013][0014]其中，W为装载机的额定载重量、ρ为物料密度、ε为物料的间隙率、M为铲斗斗宽。
[0015]所述的步骤B中，平行铲装长度L
PQ
的计算公式如下：
[0016]所述的步骤B中，平行铲装长度L
PQ
的计算公式如下：
[0017][0018]其中，S为铲掘截面积，α为物料安息角，h为铲掘深度。
[0019](2)
[0020]其中，S为铲掘截面积，α为物料安息角，h为铲掘深度。
[0021]所述的步骤C中，θ
max
的计算公式如下：
[0022][0023]其中，l
TB
为铲B点到T点之间的长度，
△
z为高度方向坐标差，B为装载机左右的动臂与铲斗连接处的动臂销轴的铰接点位置。
[0024]所述的步骤D中，整车位移的计算函数构建如下：
[0025][0026]所述的步骤D中，动臂油缸位移的计算函数建立过程如下：
[0027]在装载机铲装工作部上左右的动臂与摇臂的铰接点位置设为E，将装载机左右的动臂与铲斗连接处的动臂销轴的铰接点位置设为B，将动臂油缸3的活塞杆与动臂1的铰接点位置设为I，将转斗油缸4与摇臂2的铰接点位置设为F，将摇臂2与连杆/托架5的铰接点位置设为D，将连杆/托架5与铲斗的铰接点位置设为C；
[0028]选取装载机铲斗斗尖与物料料堆接触点作为坐标原点建立坐标系，用带下标0的字母表示上述各点在坐标系中的起始位置，形成连线：
[0029]据此，动臂油缸位移的计算函数如下：
[0030][0031]其中，ω为动臂转角。
[0032]所述的动臂转角ω计算函数如下：
[0033][0034]所述的转斗油缸位移的计算函数如下：
[0035][0036]式中：
[0037][0038][0039][0040][0041][0042]其中，∠a0e0x
‑
和∠dex
‑
中，x
‑
代表坐标系性的X轴负方向，小写字母代表各点在坐标系中的实时位置。
[0043]本专利技术的有益效果为：
[0044]本专利技术通过独特设计的装载机铲斗轨迹规划方法，能够编制出最优化的装载机自动铲装控制轨迹，实现最佳的整车位移、动臂油缸位移、转斗油缸位移控制，有效保证了自动铲装作业的操作精度，以及稳定性和可靠性。
附图说明
[0045]图1是本专利技术构建的铲掘截面积曲线S图；
[0046]图2是本专利技术平行铲装长度L
PQ
区间的最大铲斗转角示意图；
[0047]图3是本专利技术整车位移、动臂油缸位移、转斗油缸位移位移计算示意图。
[0048]图中各序号和名称如下：
[0049]1‑
动臂；2
‑
摇臂；3
‑
动臂油缸；4
‑
转斗油缸；5
‑
连杆/托架；6
‑
动臂销轴。
具体实施方式
[0050]下面结合附图通过具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0051]实施例1
[0052]所述的面向自动铲装的装载机铲装轨迹规划方法，包括以下步骤：
[0053]A、如图1所示，根据装载机额定载重量、物料安息角、物料密度、物料的间隙率、铲斗斗宽计算出铲掘截面积曲线S；
[0054]所述的步骤A中，铲掘截面积曲线S的计算公式如下：
[0055][0056]其中，W为装载机的额定载重量、ρ为物料密度、ε为物料的间隙率、M为铲斗斗宽。
[0057]B、设定产掘深度h，将铲掘截面积曲线S中铲斗举升区间简化为竖直线QR，计算出平行铲装长度L
PQ
；
[0058]所述的步骤B中，平行铲装长度L
PQ
的计算公式如下：
[0059][0060]其中，S为铲掘截面积，α为物料安息角，h为铲掘深度。
[0061](2)
[0062]其中，S为铲掘截面积，α为物料安息角，h为铲掘深度；
[0063]C、基于物料安息角，获得平行铲装长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向自动铲装的装载机铲装轨迹规划方法，其特征在于包括以下步骤：A、根据装载机额定载重量、物料安息角、物料密度、物料的间隙率、铲斗斗宽计算出铲掘截面积曲线S；B、设定产掘深度h，将铲掘截面积曲线S中铲斗举升区间简化为竖直线QR，计算出平行铲装长度L
PQ
；C、基于物料安息角，获得平行铲装长度L
PQ
区间的最大铲斗转角，在0
°
—区间最大铲斗转角范围内，基于线性插值法规划设定铲装过程中各个时间点的铲斗转角θ值；用局部最大铲斗转角进行修正，若各个时间点的铲斗转角θ值小于其对应的铲装长度的最大转角θ
max
，则用该线性插值法规划的铲斗转角θ值作为实际转角；若各个时间点的铲斗转角θ值其对应的铲装长度的最大转角θ
max
，则用该铲装长度的最大转角θ
max
作为实际转角；D、基于平行铲装长度PQ和铲斗转角范围，基于装载机工作装置结构参数构建整车位移、动臂油缸和转斗油缸位移的驱动函数，并计算整个铲装过程的整车位移、动臂油缸位移、转斗油缸位移参数，从而得到一种面向自动铲装的装载机铲装轨迹规划方案。2.如权利要求1所述的面向自动铲装的装载机铲装轨迹规划方法，其特征在于：所述的步骤A中，铲掘截面积曲线S的计算公式如下：其中，W为装载机的额定载重量、ρ为物料密度、ε为物料的间隙率、M为铲斗斗宽。3.如权利要求1所述的面向自动铲装的装载机铲装轨迹规划方法，其特征在于：所述的步骤B中，平行铲装长度L
PQ
的计算公式如下：其中，S为铲掘截面积，α为物料安息角，h为铲掘深度。4.如权利要求1所述的面向自动铲装的装...

【专利技术属性】
技术研发人员：谌炎辉，向上升，蔡登胜，郑特，
申请(专利权)人：广西柳工机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：