智能辅助爬坡控制方法、系统、装置、挖掘机及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供的智能辅助爬坡控制方法、系统、装置、挖掘机及存储介质，包括：获取挖掘机车身的倾斜角度并以此确定挖掘机当前所处位置的坡度；获取所述挖掘机各关节臂的纵向倾斜角度以及各关节轴之间的长度并结合所述坡度以计算出所述挖掘机当前自身姿态；根据所述挖掘机当前自身姿态确定所述挖掘机发生倾倒时，获取所述挖掘机当前自身姿态与机械零位之间的角度差，并根据预先构建的平衡度控制模型对各关节臂进行实时的姿态控制。如此能够控制运动中各关节臂之间的协同动作，保持挖掘机上下坡时的平衡性，能够安全且舒适的实现上下坡动作。作。作。

【技术实现步骤摘要】
智能辅助爬坡控制方法、系统、装置、挖掘机及存储介质


[0001]本专利技术涉及挖掘机领域，尤其涉及一种智能辅助爬坡控制方法、系统、装置、挖掘机及存储介质。

技术介绍

[0002]挖掘机的操作向来是工程机械中比较难操作的机械种类，而对于上下比较陡峭的土坡更是考验操作手的操作能力。很多有经验的操作手也常常会因为不小心导致爬坡时候翻车，造成人员或者设备的损伤。当前挖掘机操作上下坡看似简单，实际上极容易导致倾翻，经常会发生挖掘机上下坡意外事故。操作手在上下坡前先观察斜坡角度是否在挖掘机可操作范围内，如遇积雪、泥泞湿滑的坡面，则在上下坡时，很容易发生危险。
[0003]因此，如何保持挖掘机上下坡时的平衡性，能够安全且舒适的实现挖掘机的上下坡动作，是现有技术中亟待解决的痛点。

技术实现思路

[0004]为了保持挖掘机上下坡时的平衡性，能够安全且舒适的实现挖掘机的上下坡动作，本专利技术的其中一方面提供一种挖掘机智能辅助爬坡控制方法，包括：获取挖掘机车身的倾斜角度并以此确定挖掘机当前所处位置的坡度；获取所述挖掘机各关节臂的纵向倾斜角度以及各关节轴之间的长度并结合所述坡度以计算出所述挖掘机当前自身姿态；其中，所述关节臂包括动臂、斗杆以及铲斗；所述关节轴包括动臂与挖掘机车身、斗杆与动臂以及铲斗与斗杆之间的连接轴；根据所述挖掘机当前自身姿态确定所述挖掘机发生倾倒时，获取所述挖掘机当前自身姿态与机械零位之间的角度差，并根据预先构建的平衡度控制模型对各关节臂进行实时的姿态控制以保持所述挖掘机上下坡时的平衡性。
[0005]优选地，该方法还包括：根据所述平衡度控制模型控制所述挖掘机向与倾倒方向的反方向加速运动，直到所述挖掘机当前自身姿态的姿态角回到机械零位。
[0006]优选地，所述平衡度控制模型的构建过程为：将挖掘机以及各关节臂简化为在所述挖掘机上固定的倒立摆模型；在所述倒立摆模型中，设挖掘机爬坡方向上的动力为U，挖掘机的质量为H，关节臂中心到挖掘机车身的距离为L，三关节臂的惯性为K，关节臂的质量为M；关节臂与正下方的角度差为θ，则挖掘机位移为x；得到所述倒立摆模型的微分方程：（1.1）；存在φ=Sinθ,对式（1.1）进行拉普拉斯变换，得：（1.2）；
由此可以得知，消除式（1.2）中的X(s)，得到挖掘机车身对关节臂角度的传递函数：（1.3）；消除式（1.3）中的 ϕ
(s)，得到以挖掘机车身的位移量作为输出量的传递函数：（1.4）。
[0007]优选地，该方法还包括：根据预先构建的PID控制模型对各关节臂进行实时的姿态控制以保持所述挖掘机上下坡时的平衡性；其中，所述PID控制模型的构建过程为：给定所述PID控制模型的第一步推导传递函数：（2.1）；其中，K
P
为比例系数，T
I
为积分时间常数，T
D
为微分时间常数，以各关节臂角度为输出量，得到所述PID控制模型的扩展传递函数：（2.2）；其中，N1与D1分别代表式（1.3）的分子与分母；NPID与DPID分别代表式（2.1）的分子和分母；在式（2.2）的基础上，引入式（1.4）中挖掘机车身的位移量，其中N2与D2分别代表式（1.4）的分子与分母得到以关节臂角度和挖掘机车身的位移为输出量的最终传递函数：（2.3）。
[0008]为了保持挖掘机上下坡时的平衡性，能够安全且舒适的实现挖掘机的上下坡动作，本专利技术的其中一方面提供一种挖掘机智能辅助爬坡控制系统，包括：车身角度获取模块，被配置为获取挖掘机车身的倾斜角度；坡度确定模块，被配置为根据所述挖掘机车身的倾斜角度以确定挖掘机当前所处位置的坡度；关节臂角度获取模块，被配置为获取所述挖掘机各关节臂的纵向倾斜角度；其中，所述关节臂包括动臂、斗杆以及铲斗；关节轴长度获取模块，被配置为获取各关节轴之间的长度；其中，所述关节轴包括动臂与挖掘机车身、斗杆与动臂以及铲斗与斗杆之间的连接轴；挖掘机姿态计算模块，被配置为根据所述挖掘机各关节臂的纵向倾斜角度以及各关节轴之间的长度并结合所述坡度以计算出所述挖掘机当前自身姿态；角度差获取模块，被配置为在根据所述挖掘机当前自身姿态确定所述挖掘机发生倾倒时，获取所述挖掘机当前自身姿态与机械零位之间的角度差；以及第一姿态控
制模块，被配置为根据预先构建的平衡度控制模型对各关节臂进行实时的姿态控制以保持所述挖掘机上下坡时的平衡性。
[0009]优选地，该系统还包括：速度控制模块，被配置为根据所述平衡度控制模型控制所述挖掘机向与倾倒方向的反方向加速运动，直到所述挖掘机当前自身姿态的姿态角回到机械零位。
[0010]优选地，该系统还包括：平衡度控制模型构建模块，被配置为：将挖掘机以及各关节臂简化为在所述挖掘机上固定的倒立摆模型；在所述倒立摆模型中，设挖掘机爬坡方向上的动力为U，挖掘机的质量为H，关节臂中心到挖掘机车身的距离为L，三关节臂的惯性为K，关节臂的质量为M；关节臂与正下方的角度差为θ，则挖掘机位移为x；得到所述倒立摆模型的微分方程：（1.1）；存在φ=Sinθ,对式（1.1）进行拉普拉斯变换，得：（1.2）；由此可以得知，消除式（1.2）中的X(s)，得到挖掘机车身对关节臂角度的传递函数：（1.3）；消除式（1.3）中的 ϕ
(s)，得到以挖掘机车身的位移量作为输出量的传递函数：（1.4）。
[0011]优选地，该系统还包括：第二姿态控制模块，被配置为根据预先构建的PID控制模型对各关节臂进行实时的姿态控制以保持所述挖掘机上下坡时的平衡性；以及PID控制模型构建模块，被配置为：给定所述PID控制模型的第一步推导传递函数：（2.1）；其中，K
P
为比例系数，T
I
为积分时间常数，T
D
为微分时间常数，以各关节臂角度为输出量，得到所述PID控制模型的扩展传递函数：
（2.2）；其中，N1与D1分别代表式（1.3）的分子与分母；NPID与DPID分别代表式（2.1）的分子和分母；在式（2.2）的基础上，引入式（1.4）中挖掘机车身的位移量，其中N2与D2分别代表式（1.4）的分子与分母得到以关节臂角度和挖掘机车身的位移为输出量的最终传递函数：（2.3）。
[0012]为了保持挖掘机上下坡时的平衡性，能够安全且舒适的实现挖掘机的上下坡动作，本专利技术的其中一方面提供一种挖掘机智能辅助爬坡控制装置，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用所述计算机程序，以执行前述的挖掘机智能辅助爬坡控制方法。
[0013]为了保持挖掘机上下坡时的平衡性，能够安全且舒适的实现挖掘机的上下坡动作，本专利技术的其中一方面提供一种挖掘机，所述挖掘机包括将前述的所述的挖掘机智能辅助爬坡控制系统安装于所述挖掘机的结构。
[0014]为了保持挖掘机上下坡时的平衡性，能够安全且舒适的实现挖掘机的上下坡动作，本专利技术的其中一方面提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被计算机执行时实现前述的挖掘机智能辅助爬坡控制方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机智能辅助爬坡控制方法，其特征在于，包括：获取挖掘机车身的倾斜角度并以此确定挖掘机当前所处位置的坡度；获取所述挖掘机各关节臂的纵向倾斜角度以及各关节轴之间的长度并结合所述坡度以计算出所述挖掘机当前自身姿态；其中，所述关节臂包括动臂、斗杆以及铲斗；所述关节轴包括动臂与挖掘机车身、斗杆与动臂以及铲斗与斗杆之间的连接轴；根据所述挖掘机当前自身姿态确定所述挖掘机发生倾倒时，获取所述挖掘机当前自身姿态与机械零位之间的角度差，并根据预先构建的平衡度控制模型对各关节臂进行实时的姿态控制以保持所述挖掘机上下坡时的平衡性。2.根据权利要求1所述的挖掘机智能辅助爬坡控制方法，其特征在于，还包括：根据所述平衡度控制模型控制所述挖掘机向与倾倒方向的反方向加速运动，直到所述挖掘机当前自身姿态的姿态角回到机械零位。3.根据权利要求2所述的挖掘机智能辅助爬坡控制方法，其特征在于，所述平衡度控制模型的构建过程为：将挖掘机以及各关节臂简化为在所述挖掘机上固定的倒立摆模型；在所述倒立摆模型中，设挖掘机爬坡方向上的动力为U，挖掘机的质量为H，关节臂中心到挖掘机车身的距离为L，三关节臂的惯性为K，关节臂的质量为M；关节臂与正下方的角度差为θ，则挖掘机位移为x；得到所述倒立摆模型的微分方程：（1.1）；存在φ=Sinθ,对式（1.1）进行拉普拉斯变换，得：（1.2）；由此可以得知，消除式（1.2）中的X(s)，得到挖掘机车身对关节臂角度的传递函数：（1.3）；消除式（1.3）中的 ϕ
(s)，得到以挖掘机车身的位移量作为输出量的传递函数：（1.4）。4.根据权利要求3所述的挖掘机智能辅助爬坡控制方法，其特征在于，还包括：根据预先构建的PID控制模型对各关节臂进行实时的姿态控制以保持所述挖掘机上下坡时的平衡性；其中，所述PID控制模型的构建过程为：给定所述PID控制模型的第一步推导传递函数：
（2.1）；其中，K
P
为比例系数，T
I
为积分时间常数，T
D
为微分时间常数，以各关节臂角度为输出量，得到所述PID控制模型的扩展传递函数：（2.2）；其中，N1与D1分别代表式（1.3）的分子与分母；NPID与DPID分别代表式（2.1）的分子和分母；在式（2.2）的基础上，引入式（1.4）中挖掘机车身的位移量，其中N2与D2分别代表式（1.4）的分子与分母得到以关节臂角度和挖掘机车身的位移为输出量的最终传递函数：（2.3）。5.一种挖掘机智能辅助爬坡控制系统，其特征在于，包括：车身角度获取模块，被配置为获取挖掘机车身的倾斜角度；坡度确定模块，被配置为根据所述挖掘机车身的倾斜角度以确定挖掘机当前所处位置的坡度；关节臂角度获取模块，被配置为获取所述挖掘机各关节臂的纵向倾斜角度；其中，所述关节臂包括动臂、斗杆以及铲斗；关节轴长度获取模块，被配置为获取各关节轴之间的长度；其中，所述关节轴包括动臂与挖掘机车身、斗杆与动臂以及铲斗与斗杆之间的连接轴；挖掘机姿态...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦群，
申请(专利权)人：爱克斯维智能科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：