【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程机械，具体为一种挖掘机及自动化装料/卸料作业方法。
技术介绍
1、挖掘机在各个工程领域均有应用，运动结构一般采用履带式和轮式，以适应各种复杂的工况环境，但伴随而生的是挖掘机复杂的控制系统；挖掘机一般由运动装置、工作装置构成，工作装置一般由二连杆机械臂及铲斗构成，组成三自由度运动系统。随着网络通信技术逐渐成熟，车联网可选方案逐渐增多；而挖掘机工作装置具有复杂的传动结构及操作复杂性，而车联网及自动控制可简化这种复杂性；挖掘机的机械臂较为灵活，由于挖掘机作业环境较为复杂，驾驶员在某些情况下其视野可能存在盲区，组合式动臂具有灵活性，使用自动化卸料不仅能减轻驾驶员操作难度，更能避免由于操作盲区带来的操作失误。一般情况下，自动化卸料需要动臂、斗杆以及铲斗同时协调动作，降低操作失误的可能性，减轻驾驶员操作负担。
2、本专利技术针对挖掘机工作装置，包括机械臂、旋转底盘、铲斗，设计自动控制算法，当驾驶员将铲斗物料装满时，挖掘机完成自动化卸料操作，从而减轻驾驶员操作负担。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种挖掘机系统及自动化作业方法，以解决上述
技术介绍
中提出的在挖掘机工作装置具有复杂的传动结构及操作复杂性，和挖掘机作业流程繁琐、机械重复导致人力资源浪费的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种挖掘机系统包括：挖掘机本体，挖掘机本体上安装有车载惯导系统和自动化卸料控制系统，还包括有云端数据处理系统，所述车载惯导系统和自动化卸料控制
3、作为一种优选的技术方案，挖掘机本体包括下部车身、回转安装于下部车身上的旋转底盘、铰接于旋转底盘上端的大臂、铰接于所述大臂上端的小臂、铰接于所述小臂末端的铲斗和液压传动系统，所述铰接处均安装有用于测算关节运动角度的传感器，液压传动系统在所述自动化卸料控制系统控制的控制下完成驱动所述大臂、小臂和铲斗完成卸料作业。
4、一种挖掘机自动化作业方法，包括以下步骤：
5、步骤s1：所述云端数据处理系统接收所述车载惯导系统发送的当前挖掘机所处的实时位置，指引驾驶员行驶至物料装运点进行物料挖取；
6、步骤s2：所述挖掘机本体判断挖掘机是否满载，若满载，则所述云端数据处理系统向所述自动化卸料控制系统发送停止自动化装载作业指令；自动化装载结束；若未满载，则所述云端数据处理系统向所述自动化卸料控制系统发送开始自动化装载作业指令和按照预置的自动化作业算法规划好的作业运动路径指令，并控制所述挖掘机本体在货箱位置处完成卸料作业；
7、步骤s3：所述云端数据处理系统向所述自动化卸料控制系统发送规划好的路径，挖掘机本体到达装料点后，驾驶员进行下一次物料挖掘。
8、作为一种优选的技术方案，自动化装载作业指令包括正运动学解算与逆运动学解算；其中正运动学解算针对挖掘机机械臂的各个关节转动角度及转动速度进行控制，即挖掘机机械臂关节变量的空间坐标与对应连接的末端铲斗的位姿信息，给定挖掘机机械臂参数和每个关节目标角度从而求解末端铲斗的位置及姿态；逆运动学解算在得知挖掘机铲斗位置和姿态，根据挖掘机机械臂参数逆推挖掘机机械臂各个关节的位置和姿态。
9、作为一种优选的技术方案，正运动学解算包括以下步骤：
10、步骤1)构建数学模型，针对挖掘机机械臂特性将系统简化为三自由度系统，以θ1为底座旋转角度，θ2为大臂运动角度，θ3为大臂曲角，角度固定，θ4为小臂运动角度，φ为铲斗运动角度，a1、a2、a3均为挖掘机机械臂臂长参数，建立oxyz坐标系为工作装置基坐标系；
11、步骤2)根据云端的货箱中点坐标通过逆计算得到θ1、θ2、θ4，其中θ3固定角度，φ为铲斗卸料角度，到达目标角度时角度运动至最大即可，此时铲斗中的物料将全部倾卸至运输车货箱内。
12、作为一种优选的技术方案，逆运动学解算包括以下步骤：
13、步骤3)根据简化后的三自由度系统计算角度，设装载点中心坐标在点a，以挖掘机为原点建立坐标系；θ1为挖掘机铲斗运动到装载点点a需要旋转的角度，x为装载点到挖掘机的距离，由惯导定位数据提供，y为挖掘机硬件参数，即机械臂长度，θ1计算如下：
14、
15、步骤4)计算机械臂各关节运动角度；令l1为大臂长度；l2为小臂长度；l3为铲斗中心距离小臂连接处长度，为硬件常数，a点为已知的运输车辆货箱中点，γ是l3相对于x轴的夹角，由该点逆推θ2、θ4、φ的运动角度；设点a坐标为(x,y)，则有：
16、cx＝x-l3×cos(γ)
17、cy＝y-l3×sin(γ)
18、
19、同理可得cos(α)的值，求得θ2：
20、
21、故θ4余弦值为：
22、
23、故φ值为：
24、
25、计算得到θ2、θ4、φ后，挖掘机机械臂可进行运动，将物料从挖料区自动卸载运输车辆货箱中。
26、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
27、针对挖掘机工作装置，包括机械臂、旋转底盘、铲斗，设计自动控制算法，当驾驶员将铲斗物料装满时，挖掘机完成自动化卸料操作，从而减轻驾驶员操作负担。实现自动化卸料作业，结合相适配的挖掘机自动化作业方法，使得挖掘机完成自动化卸料操作，将驾驶员从机械重复的操作负担中解放出来，节省了人力成本，提高了生产效率。
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1.一种挖掘机系统，其特征在于，包括：挖掘机本体，所述挖掘机本体上安装有车载惯导系统和自动化卸料控制系统，还包括有云端数据处理系统，所述车载惯导系统和自动化卸料控制系统与所述云端数据处理系统通讯连接；所述车载惯导系统用于收集挖掘机本体当前坐标信息，将其发送至所述云端数据处理系统，所述云端数据处理系统通过预置的自动化作业算法进行处理，将控制信号反馈至所述自动化卸料控制系统，所述自动化卸料控制系统控制所述挖掘机本体执行控制信号进而实现自动化卸料作业。
2.根据权利要求1所述的一种挖掘机系统，其特征在于，所述挖掘机本体包括下部车身、回转安装于下部车身上的旋转底盘、铰接于旋转底盘上端的大臂、铰接于所述大臂上端的小臂、铰接于所述小臂末端的铲斗和液压传动系统，所述铰接处均安装有用于测算关节运动角度的传感器，液压传动系统在所述自动化卸料控制系统控制的控制下驱动所述大臂、小臂和铲斗完成卸料作业。
3.一种挖掘机自动化作业方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种挖掘机自动化作业方法，其特征在于，所述自动化装载作业指令包括正运动学解算与逆运动
5.根据权利要求4所述的一种挖掘机自动化作业方法，其特征在于，所述正运动学解算包括以下步骤：
6.根据权利要求4所述的一种挖掘机自动化作业方法，其特征在于，逆运动学解算包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种挖掘机系统，其特征在于，包括：挖掘机本体，所述挖掘机本体上安装有车载惯导系统和自动化卸料控制系统，还包括有云端数据处理系统，所述车载惯导系统和自动化卸料控制系统与所述云端数据处理系统通讯连接；所述车载惯导系统用于收集挖掘机本体当前坐标信息，将其发送至所述云端数据处理系统，所述云端数据处理系统通过预置的自动化作业算法进行处理，将控制信号反馈至所述自动化卸料控制系统，所述自动化卸料控制系统控制所述挖掘机本体执行控制信号进而实现自动化卸料作业。
2.根据权利要求1所述的一种挖掘机系统，其特征在于，所述挖掘机本体包括下部车身、回转安装于下部车身上的旋转底盘、铰接于旋转底盘上端的大臂、铰接于所述大臂上端的小臂、铰接于所述小臂末端的铲斗和液压传动系统，所述铰接处均安装有用于测算关节运动角度的传感器，液压传动系统在所述自动化卸料控制系统控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：王浩迪，张华坤，李可瑞，周懿，
申请(专利权)人：厦门铱钼智汇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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