專利名稱：一種平地機找平控制系統(tǒng)和控制方法及平地機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平地機找平控制系統(tǒng)。另外，本發(fā)明還涉及一種平地機找平控制方法，以及安裝有找平控制系統(tǒng)的平地機。
背景技術(shù)：
平地機作為一種土地平整和整形作業(yè)的多用途連續(xù)作業(yè)式土方機械，在公路路基平整施工中發(fā)揮著無可比擬的作用。為了保證施工平整度，在平地機的運行過程中需要對鏟刀的位置進行控制以保證刮出的路槽平整度符合要求，而由于平地機鏟刀位置由多個油缸控制，每個油缸由操作員手動操作控制，這就帶來兩個問題第一對操作員水平要求高， 同時勞動強度大；第二平地精度無法進一步提高，施工效率低。為了解決上述問題，需要開發(fā)具有自動找平功能的平地機找平系統(tǒng)。如國家知識產(chǎn)權(quán)局于2006. 05. 24授權(quán)公告的、專利號為CN200520011494. χ的實用新型專利，公開了一種平地機自動找平系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括主控制器，監(jiān)控顯示界面， 長坡傳感器，橫坡傳感器，回轉(zhuǎn)傳感器以及高程傳感器。它通過安裝在鏟刀上的高程傳感器測量當(dāng)前鏟刀高程與預(yù)期工作平面的高度差，并將這個高度差傳送到主控制器，由主控制器控制相應(yīng)的比例閥組，進而控制鏟刀提升油缸，以消除這個高度差。這種方案的不足之處主要在于通過安裝在鏟刀上的高程傳感器測得鏟刀高程與預(yù)期工作面的高度差后，只能確定相應(yīng)提升油缸的伸縮趨勢及趨勢大小，并不能準(zhǔn)確計算得到提升油缸的準(zhǔn)確伸縮量，因此對于鏟刀高程的控制必然采取“控制——監(jiān)測——控制”的誤差控制策略，這種控制策略的特點是對控制器控制算法設(shè)計要求較高，需要比較復(fù)雜的調(diào)試才能取得合適的控制參數(shù)，得到良好的控制效果，并且當(dāng)控制精度較高時極易出現(xiàn)震蕩。平地機調(diào)平系統(tǒng)包括鏟刀高程控制與橫坡控制兩個方面。在監(jiān)測到高程誤差后， 需要調(diào)整左邊或右邊的提升油缸來消除這個誤差，由于平地機鏟刀控制機構(gòu)的原理，這個過程必然導(dǎo)致鏟刀橫坡度發(fā)生變化，就需要通過調(diào)整另一邊的提升油缸來消除這個橫坡度的誤差，而橫坡度的調(diào)整又會影響到鏟刀的高程，如此循環(huán)，也就是說鏟刀高程控制與橫坡度控制是高度耦合的。如單獨調(diào)整高程時，勢必會影響到橫坡，如回過頭來調(diào)整橫坡又會影響到高程。對控制器控制算法設(shè)計的要求較高，調(diào)試復(fù)雜?，F(xiàn)有技術(shù)中的僅做到對單一的高程或斜坡進行調(diào)整，但調(diào)整又會影響到另一參數(shù)的變化。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明的實施例提供一種平地機找平控制系統(tǒng)。另外，本發(fā)明的實施例還提供一種平地機找平控制方法，以及具有找平控制系統(tǒng)的平地機。本發(fā)明提供的一種平地機找平控制系統(tǒng)，包括
基準(zhǔn)面生成裝置，用于在平地機工作現(xiàn)場生成基準(zhǔn)面；傳感器，用于檢測平地機工作時的狀態(tài)參數(shù)并生成檢測信號；控制器，用于接收傳感器輸入的檢測信號，并進行處理；目標(biāo)指令輸入裝置，用于根據(jù)鏟刀的目標(biāo)工作位置向所述控制器輸入目標(biāo)位置信號；所述傳感器包括高程傳感器；所述控制器設(shè)有與平地機中的鏟刀相間隔的參考點；所述檢測信號包括所述參考點距離所述高程傳感器與基準(zhǔn)面交匯處的高程信號；所述控制器包括信號計算單元，用于根據(jù)輸入的所述檢測信號計算得出所述參考點相對所述基準(zhǔn)面的位置，并用于根據(jù)所述參考點的位置與輸入的所述目標(biāo)位置信號計算得出鏟刀相對于參考點的目標(biāo)位置，并根據(jù)計算得出的鏟刀目標(biāo)位置換算得出平地機中驅(qū)動機構(gòu)的運動量，并向平地機中的驅(qū)動機構(gòu)輸出控制信號。本發(fā)明提供的一種實施例，所述高程傳感器與平地機機架連接的位置為所述參考
點ο本發(fā)明提供的一種實施例，所述控制器還包括信號處理單元、和比較單元所述信號處理單元用于接收所述檢測信號并進行信號處理；所述信號計算單元還用于根據(jù)平地機驅(qū)動機構(gòu)反饋的動作量信號進行計算得出平地機鏟刀的實際位置信號；所述比較單元用于根據(jù)計算得出的所述實際位置信號與輸入的所述目標(biāo)位置信號進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果換算得出平地機驅(qū)動機構(gòu)的運動量并輸出所述控制信號。本發(fā)明提供的一種實施例，所述比較單元設(shè)有一位置敏感區(qū)間，所述比較單元判斷所述比較結(jié)果是否落入該所述位置敏感區(qū)間，如判斷結(jié)果為“否”則向平地機中的驅(qū)動機構(gòu)輸出所述控制信號，如判斷結(jié)果為“是”則不輸出所述控制信號。本發(fā)明提供的一種實施例，所述位置敏感區(qū)間為所述實際位置信號所反映的鏟刀實際位置與所述目標(biāo)位置信號所反映的鏟刀目標(biāo)位置之間的距離區(qū)間。本發(fā)明提供的一種實施例，所述實際位置信號為平地機鏟刀的實際高程信號和實際橫坡信號，所述目標(biāo)位置信號為平地機鏟刀完成工作要求所需的目標(biāo)位置的目標(biāo)高程信號和目標(biāo)橫坡信號。本發(fā)明提供的一種實施例，所述傳感器還包括長坡傳感器，用于檢測平地機前進方向上相對水平面夾角的長坡信號；斜坡傳感器，用于檢測平地機左右兩側(cè)方向上相對于水平面夾角的斜坡信號；回轉(zhuǎn)傳感器，用于檢測平地機中回轉(zhuǎn)架的回轉(zhuǎn)角度信號。本發(fā)明提供的一種平地機，包括機架、鏟刀、驅(qū)動所述鏟刀的驅(qū)動機構(gòu)，還包括上述任一實施例所述的找平控制系統(tǒng)，所述高程傳感器安裝于所述機架上，所述控制器向所述驅(qū)動機構(gòu)輸出所述控制信號。本發(fā)明提供的一種實施例，所述驅(qū)動機構(gòu)包括驅(qū)動油缸和驅(qū)動馬達，所述驅(qū)動油缸為具有油缸控制器的數(shù)字油缸，所述油缸控制器用于接收所述控制信號并控制所述油缸的動作量，或所述油缸控制器用于反饋所述動作量信號。本發(fā)明提供的一種實施例，所述驅(qū)動油缸包括左提升油缸、擺動油缸、鏟土角變換油缸、鏟刀引申油缸、和右提升油缸，所述驅(qū)動馬達包括回轉(zhuǎn)馬達。本發(fā)明提供的一種平地機找平控制方法，包括如下步驟步驟a 在平地機工作現(xiàn)場生成基準(zhǔn)面；步驟b 與平地機中的鏟刀相間隔的設(shè)一參考點，檢測所述參考點距離所述高程傳感器與所述基準(zhǔn)面交匯處的高程信號；步驟c 根據(jù)鏟刀的目標(biāo)工作位置輸入目標(biāo)位置信號；步驟d:根據(jù)檢測的信號計算得出所述參考點所處的位置，并根據(jù)所述參考點的位置與輸入的所述目標(biāo)位置信號計算得出鏟刀相對于參考點的目標(biāo)位置，并根據(jù)計算得出的鏟刀目標(biāo)位置換算得出平地機中驅(qū)動機構(gòu)的運動量，并向平地機中的驅(qū)動機構(gòu)輸出控制信號。本發(fā)明提供的一種實施例，步驟b中將高程傳感器與平地機機架安裝的位置設(shè)為所述參考點。本發(fā)明提供的一種實施例，所述步驟d中包括根據(jù)平地機中的驅(qū)動機構(gòu)反饋的動作量信號進行計算得出平地機鏟刀的實際位
置信號；根據(jù)計算得出的所述實際位置信號與輸入的所述目標(biāo)位置信號進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果換算得出平地機驅(qū)動機構(gòu)的運動量并輸出所述控制信號。本發(fā)明提供的一種實施例，所述步驟d中還包括判斷所述比較結(jié)果是否落入一位置敏感區(qū)間，如判斷結(jié)果為“否”則向平地機中的驅(qū)動機構(gòu)輸出所述控制信號，如判斷結(jié)果為“是”則不輸出所述控制信號。本發(fā)明提供的一種實施例，所述位置敏感區(qū)間為所述實際位置信號所反映的鏟刀實際位置與所述目標(biāo)位置信號所反映的鏟刀目標(biāo)位置之間的距離區(qū)間。采用本發(fā)明提供的一種平地機找平控制系統(tǒng)帶來的有益效果為(1)控制系統(tǒng)相對于平地機中的鏟刀相間隔的設(shè)有一參考點，在具體實施例中，在平地機的機架上設(shè)置一個參考點，與鏟刀相間隔。優(yōu)選的方案，該參考點為高程傳感器與機架安裝的位置。設(shè)置該參考點、并結(jié)合基準(zhǔn)面，使本發(fā)明提供的控制系統(tǒng)在對鏟刀位置進行控制時可以通過相對參考點、基準(zhǔn)面以及檢測信號和用戶輸入的鏟刀目標(biāo)位置信號進行計算，且在計算時可同時將鏟刀的高程信息及橫坡信息一同參考進去，計算出對應(yīng)的油缸及馬達的運動量并輸出控制信號，使計算輸出的控制信號同時控制油缸和馬達按照各自的控制量運動，達到精確的位置控制。正相換算和反相換算都可實現(xiàn)，正相換算是根據(jù)平地機中各個油缸和馬達反饋的伸縮動作量和轉(zhuǎn)動角度量，基于參考點的位置換算出鏟刀實際的位置；反相換算則是根據(jù)鏟刀的目標(biāo)位置信息，相對參考點的位置換算出平地機中各個油缸和馬達的工作量。 本發(fā)明的實施例在平地機中設(shè)置一個參考點，為控制系統(tǒng)的計算提供一個參照基準(zhǔn)，相比現(xiàn)有技術(shù)中高程傳感器直接設(shè)置在鏟刀上，只能單獨控制和調(diào)整高程或斜坡而言，實現(xiàn)了空間混合聯(lián)動的控制，根據(jù)基準(zhǔn)面、參考點、檢測信號和目標(biāo)位置信息計算出鏟刀在空間中各個油缸及馬達的運動量，使各個油缸及馬達按照控制的運動量動作即可實現(xiàn)對鏟刀的精確位置控制，不會出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中的控制-檢測-再控制的反復(fù)、震蕩情況。反過來，可以根據(jù)平地機各個油缸和馬達反饋的動作量信息，即可以參考點位置換算出鏟刀的實際位置， 而現(xiàn)有技術(shù)則沒有根據(jù)反饋的動作量進行換算鏟刀位置的功能。(2)在本發(fā)明提供的實施例中，為了減小控制器中計算單元的計算量，控制器中的信號計算單元根據(jù)平地機各個油缸和馬達反饋的動作量信號計算得出鏟刀所處的實際位置信息，再由比較單元對實際位置信息和目標(biāo)位置信息進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果再進行換算，得出各個油缸和馬達的運動量并輸出控制信號。由于比較單元對目標(biāo)位置信號和實際位置信號首先進行了差值比較再換算，換算任務(wù)量相對直接計算而言減少很多，效率得到提高。(3)為了進一步提高效率，避免不必要的計算，在比較單元中設(shè)一個位置敏感區(qū)間，該位置敏感區(qū)間是鏟刀實際位置與鏟刀目標(biāo)位置之間的距離差，如比較結(jié)果落入位置敏感區(qū)間，鏟刀的目標(biāo)位置與實際位置相差很小，在工程作業(yè)中可以忽略時，則不再由計算單元進行計算得出各個油缸和馬達的運動量，不輸出控制信號，鏟刀的實際位置即為目標(biāo)位置，減少計算單元的計算工作。如比較結(jié)果沒有落入位置敏感區(qū)間，則說明鏟刀的目標(biāo)位置與實際位置相差較大，則需要由計算單元進行計算得出各個油缸和馬達的運動量，并輸出控制信號。該方案可以大大減少計算單元不必要的計算工作，進一步提高效率。采用本發(fā)明提供的一種平地機找平控制方法帶來了與上述控制系統(tǒng)相應(yīng)的技術(shù)效果。采用本發(fā)明提供的平地機因安裝找平控制系統(tǒng)，使其鏟刀的目標(biāo)位置控制更為精確，且控制過程中不會出現(xiàn)反復(fù)、震蕩情況。鏟刀位置控制精確，提高了平地機的工作效率。


圖1為本發(fā)明控制系統(tǒng)的硬件框圖。圖2為本發(fā)明控制系統(tǒng)中控制器的工作原理框圖。圖3為本發(fā)明在空間上基準(zhǔn)面、參考點以及鏟刀位置的三維示意圖。圖4為本發(fā)明安裝控制系統(tǒng)的平地機的結(jié)構(gòu)圖，重點示出平地機中各個傳感器的安裝位置。圖5為本發(fā)明控制方法實施例的流程圖。圖6為本發(fā)明控制方法另一實施例的流程圖。圖7為本發(fā)明控制方法另一實施例的流程圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。如圖1至圖3所示，為本發(fā)明提供的一種平地機找平控制系統(tǒng)，包括基準(zhǔn)面生成裝置101，用于在平地機工作現(xiàn)場生成基準(zhǔn)面b。傳感器，用于檢測平地機工作時的狀態(tài)參數(shù)并生成檢測信號。控制器102，用于接收傳感器輸入的檢測信號，并進行處理。目標(biāo)指令輸入裝置103，用于根據(jù)鏟刀的目標(biāo)工作位置向所述控制器輸入目標(biāo)位置信號；所述傳感器包括高程傳感器104，所述控制器102設(shè)有與平地機中的鏟刀相間隔的參考點a，所謂相間隔是指參考點a與平地機中的鏟刀間隔開。參考點可以設(shè)于平地機的機架上或駕駛室等能夠與鏟刀相間隔開的其他位置。在本實施中，所述高程傳感器104與平地機機架連接的位置為所述的參考點a，在圖3所示的坐標(biāo)系中，02坐標(biāo)系的原點即為參考點a。高程傳感器104檢測參考點a與高程傳感器104與基準(zhǔn)面b交匯處之間的距離，高程傳感器104與基準(zhǔn)面b交匯處如圖3中P點所示的位置，高程傳感器104的前端伸入基準(zhǔn)面b的交匯點。 所述檢測信號包括所述參考點a距離所述高程傳感器104與基準(zhǔn)面b交匯處的高程信號。如圖2所示，所述控制器102包括信號計算單元1021，用于根據(jù)輸入的所述檢測信號計算得出所述參考點a所處的位置，并用于根據(jù)所述參考點a的位置與輸入的所述目標(biāo)位置信號計算得出鏟刀相對于參考點a的目標(biāo)位置，并根據(jù)計算得出的鏟刀目標(biāo)位置換算得出平地機中驅(qū)動機構(gòu)的運動量，并向平地機中的驅(qū)動機構(gòu)輸出控制信號。對于平地機找平系統(tǒng)，從根本上來說就是檢測相關(guān)傳感器數(shù)值，并控制鏟刀的空間位置與姿態(tài)。首先分析平地機鏟刀控制裝置機械結(jié)構(gòu)機架——擺架——鏟刀提升與擺動油缸——牽引架——回轉(zhuǎn)馬達——回轉(zhuǎn)盤——鏟土角變換油缸——鏟刀支架——鏟刀引伸油紅——伊刀。整個系統(tǒng)從機構(gòu)運動學(xué)理論上來說是一個復(fù)雜的空間混聯(lián)機構(gòu)(所謂空間混聯(lián)指的是傳統(tǒng)的空間并聯(lián)機構(gòu)與空間串聯(lián)機構(gòu)的復(fù)合體)機架——擺架部分是空間串聯(lián)機構(gòu)；擺架——提升油缸與擺動油缸——牽引架部分是空間并聯(lián)機構(gòu)；牽引架——回轉(zhuǎn)馬達——回轉(zhuǎn)盤——鏟土角變換油缸——鏟刀支架——鏟刀引伸油缸——鏟刀部分是空間串聯(lián)機構(gòu)。整個平地機鏟刀控制機構(gòu)是復(fù)雜的“串聯(lián)——并聯(lián)——串聯(lián)”的空間混聯(lián)機構(gòu)。對于空間機構(gòu)來講，一方面其空間機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用傳統(tǒng)的運動分析方法難以求得運動的解析表達式；另一方面通過空間機構(gòu)特別是機器人學(xué)相關(guān)理論分析，能夠得到機構(gòu)末端點的空間位姿與系統(tǒng)各運動副運動量的對應(yīng)關(guān)系。通過以上分析可以得到如下結(jié)論，如果以平地機機架上某一點，即安裝高程傳感器104的點為參考的參考點，通過對系統(tǒng)中各個油缸的伸縮控制及回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)控制可以達到控制鏟刀空間位姿的功能。這就好比人的胳膊，胳膊與軀干連接的關(guān)節(jié)處即為該參考點，手即為平地機的鏟刀，大臂和小臂即為平地機中的油缸，鏟刀在空間中的位姿調(diào)整可通過大臂、小臂相對關(guān)節(jié)的動作量進行調(diào)整。但事實上，在實際工作中控制鏟刀的時候，上面所述的平地機上的參考點不是固定的，不能用作鏟刀控制的參考。實際需要控制的是鏟刀相對于上述的激光平面，也就是基準(zhǔn)面的空間位姿，這個基準(zhǔn)面在平地機工作過程中是不變的。只要能夠使得鏟刀相對基準(zhǔn)面保持一定的空間位姿，那么就能夠保證鏟刀刮鏟出的工作面滿足相應(yīng)的要求。而由上所述，我們只能直接控制鏟刀相對于機架上參考點的相對空間位姿，那么在實際控制中就需要把鏟刀相對于基準(zhǔn)面的空間位姿轉(zhuǎn)化為相對于機架上參考點的空間位姿。要實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換就需要知道機架上參考點相對于基準(zhǔn)面的空間位姿，而這個空間位姿可以通過高程傳感器，長坡傳感器和斜坡傳感器檢測的檢測信號得到。本發(fā)明的思路即為首先確定要使鏟刀工作面滿足實際要求，鏟刀需要相對基準(zhǔn)面具有什么樣的參考位姿，然后檢測高程，長坡和斜坡傳感器數(shù)據(jù)，把鏟刀相對基準(zhǔn)面的位姿要求轉(zhuǎn)換為相對于機架參考點的位姿要求，也就是說，鏟刀相對機架上的參考點需要什么樣的空間位姿才能保證最終的工作面滿足設(shè)定要求。得到鏟刀相對機架參考點的空間位姿后，即可通過機器人學(xué)相關(guān)理論計算各個油缸和回轉(zhuǎn)馬達的預(yù)期運動量在該實施例中，高程傳感器104與平地機機架安裝的位置即為參考點a，圖3中02 坐標(biāo)系的原點為所述參考點a。高程傳感器104測量其與基準(zhǔn)面b交匯處P位置到參考點 a位置之間的高程，圖3中01坐標(biāo)系中的平面即為基準(zhǔn)面b。當(dāng)用戶通過目標(biāo)指令輸入裝置103輸入需要鏟刀工作的目標(biāo)位置信號后，控制器102的計算單元1021根據(jù)高程傳感器104以及長坡傳感器105、橫坡傳感器106、回轉(zhuǎn)傳感器107輸入的檢測信號計算得出參考點的位置信息，結(jié)合用戶輸入的鏟刀目標(biāo)位置信息換算出鏟刀的目標(biāo)位置，再根據(jù)鏟刀的目標(biāo)位置計算各個油缸及馬達的運動量，并輸出控制信號。在進行目標(biāo)位置控制的過程中，高程傳感器104不再安裝于鏟刀上，而是脫離出來安裝于機架上，這樣高程傳感器與機架安裝的位置即可視為一個單獨的參考點a，該參考點a起到的作用是在空間中設(shè)置一個相對參考的對象，當(dāng)對鏟刀進行位置調(diào)整時，可將參考點a作為參考對象，其位置控制就可實現(xiàn)精確量的控制，計算單元可同時對鏟刀的高程信息以及橫坡信息進行計算，這樣得出的控制信號是精確的，給各個油缸和馬達，其控制量可同時解決鏟刀的高程以及鏟刀的橫坡誤差。而現(xiàn)有技術(shù)中，高程傳感器直接安裝在鏟刀上，鏟刀的位置與參考點重合，實際在空間中不存在所謂的參考點，沒有參照對象。當(dāng)需要調(diào)整鏟刀工作的目標(biāo)位置時，由于沒有參考點，無法進行精確的計算控制，只能采用控制-檢測-控制的模式，且只能單一的對高程或橫坡進行調(diào)整控制，一旦調(diào)整高程，就會影響橫坡。再調(diào)整橫坡，又會影響高程，如此反復(fù)的調(diào)整會形成震蕩，調(diào)整精度也較差。在本發(fā)明提供的另一實施例中，如圖2所示，為了減少控制器102中計算單元1021 的計算任務(wù)量，提高控制效率?？刂破?02中還包括信號處理單元1022和比較單元1023， 信號處理單元1022將傳感器輸入的信號進行處理。信號由計算單元1021根據(jù)平地機各個油缸和馬達反饋的動作量信息，根據(jù)參考點的位置計算出鏟刀目前所述的實際位置，然后由比較單元1023對鏟刀的實際位置與用戶輸入的目標(biāo)位置進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果再進行計算，得出平地機中各個油缸及馬達的運動量并輸出所述控制信號。該實施例的改進之處是通過平地機各個油缸和馬達反饋的動作量信息，根據(jù)參考點的位置計算出鏟刀的實際位置，再將鏟刀的目標(biāo)位置與實際位置進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果進行計算，計算任務(wù)量大大降低，提高了控制器102的控制效率。圖3中03坐標(biāo)系的原點即為鏟刀實際所處的位置，知道參考點a距離基準(zhǔn)面的高程、鏟刀實際位置距離參考點a的高程，就可由控制器中的計算單元1021算出鏟刀距離基準(zhǔn)面的高程，鏟刀橫坡信息的計算與此相同。據(jù)此就可算出鏟刀的實際位置。在上述實施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供的另一個實施例中，所述比較單元1023設(shè)有一位置敏感區(qū)間，所述比較單元1023判斷所述比較結(jié)果是否落入該所述位置敏感區(qū)間，如判斷結(jié)果為“否”則向平地機中的各個油缸和馬達輸出所述控制信號，如判斷結(jié)果為“是”則不輸出所述控制信號。該所述的位置敏感區(qū)間為所述實際位置信號所反映的鏟刀實際位置與所述目標(biāo)位置信號所反映的鏟刀目標(biāo)位置之間的距離區(qū)間。就是鏟刀的實際位置與用戶設(shè)定的目標(biāo)位置基本吻合，或是差別十分微小，在實際工程作業(yè)中可以忽略不計時，為了提高控制效率，減小控制器的計算量，不再對其進行計算輸出。直接由鏟刀的實際位置開始作業(yè)。
在上述的實施例中，所述實際位置信號為平地機鏟刀的實際高程信號和實際橫坡信號，所述目標(biāo)位置信號為平地機鏟刀完成工作要求所需的目標(biāo)位置的目標(biāo)高程信號和目標(biāo)橫坡信號。鏟刀在作業(yè)中的位置控制根據(jù)這兩個信號進行控制。其中高程為鏟刀工作時距離基準(zhǔn)面的高度，橫坡則為鏟刀工作時前進方向相對水平面的夾角以及左右方向相對水平面的夾角和回轉(zhuǎn)角度的信息換算出的參數(shù)信息，其反映了鏟刀在三維空間中相對坐標(biāo)原點的位置姿態(tài)。其中長坡傳感器105，用于檢測平地機前進方向上相對水平面夾角的長坡信號。斜坡傳感器106，用于檢測平地機左右兩側(cè)方向上相對于水平面夾角的斜坡信號?；剞D(zhuǎn)傳感器107，用于檢測平地機中回轉(zhuǎn)架的回轉(zhuǎn)角度信號。橫坡信息是由所述信號計算單元1021根據(jù)所述長坡信號、斜坡信號和回轉(zhuǎn)信號計算得出的。本發(fā)明除了提供上述的找平控制系統(tǒng)的實施例外，還提供一種平地機，如圖4所示，重點示出平地機中鏟刀及機架部分的結(jié)構(gòu)，平地機主體部分及駕駛室部分為公知技術(shù)， 圖中未示出，但并不影響本領(lǐng)域技術(shù)人員在本說明書公開內(nèi)容的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。包括平地機機架1、擺架2、左提升數(shù)字油缸3、右提升數(shù)字油缸4、擺動數(shù)字油缸5、牽引架6、回轉(zhuǎn)馬達 7、回轉(zhuǎn)盤8、鏟土角變換數(shù)字油缸10、鏟刀支架11、鏟刀引伸油缸12、鏟刀13。還包括上述實施例中所述的找平控制系統(tǒng)，圖4中，104為激光高程傳感器，105為長坡傳感器，106為斜坡傳感器，107為回轉(zhuǎn)傳感器。所述高程傳感器104安裝于所述機架1上，所述控制器102 向所述驅(qū)動機構(gòu)輸出所述控制信號。所述驅(qū)動機構(gòu)包括驅(qū)動油缸和驅(qū)動馬達，所述驅(qū)動油缸為具有內(nèi)部控制器的數(shù)字油缸，所述控制器用于接收所述控制信號并控制所述油缸的動作量，這種數(shù)字油缸在通過標(biāo)準(zhǔn)通訊接口(如CAN 口)接收到主控制器發(fā)送來的油缸伸縮量以后立即通過閉環(huán)控制使油缸精確定位，也可不使用這種數(shù)字油缸，而在普通油缸外增加油缸長度檢測傳感器也能達到同樣的目的。如圖4所示，所述驅(qū)動油缸包括左提升油缸3、擺動油缸5、鏟土角變換油缸10、鏟刀引申油缸12、和右提升油缸4，所述驅(qū)動馬達包括回轉(zhuǎn)馬達7。安裝找平控制系統(tǒng)的平地機在工作時，找平控制系統(tǒng)根據(jù)各個傳感器輸入的檢測信號以及用戶輸入的鏟刀目標(biāo)位置信號進行計算后，向各個油缸控制器和回轉(zhuǎn)機構(gòu)發(fā)送控制信號，各油缸控制器具體完成對油缸的內(nèi)部閉環(huán)控制，由回轉(zhuǎn)執(zhí)行器完成回轉(zhuǎn)機構(gòu)的運動；最終實現(xiàn)對鏟刀的空間位姿精確定位。本發(fā)明還提供一種平地機找平控制方法的實施例，如圖5所示，包括如下步驟步驟a 在平地機工作現(xiàn)場生成基準(zhǔn)面；步驟b 將高程傳感器與平地機機架安裝的位置設(shè)為參考點，檢測所述參考點距離所述高程傳感器與所述基準(zhǔn)面交匯處的高程信號，并檢測參考點的長坡信號、斜坡信號；步驟c 根據(jù)鏟刀的目標(biāo)工作位置輸入目標(biāo)位置信號；步驟d:根據(jù)檢測的信號計算得出所述參考點所處的位置，并根據(jù)所述參考點的位置與輸入的所述目標(biāo)位置信號計算得出鏟刀的目標(biāo)位置，并根據(jù)計算得出的鏟刀目標(biāo)位置換算得出平地機中驅(qū)動機構(gòu)的運動量，并向平地機中的驅(qū)動機構(gòu)輸出控制信號。如圖6所示，所述步驟d中包括根據(jù)平地機中的驅(qū)動機構(gòu)反饋的動作量信號進行計算得出平地機鏟刀的實際位置信號；根據(jù)計算得出的所述實際位置信號與輸入的所述目標(biāo)位置信號進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果換算得出平地機驅(qū)動機構(gòu)的運動量并輸出所述控制信號。如圖7所示，所述步驟d中還包括判斷所述比較結(jié)果是否落入一位置敏感區(qū)間， 如判斷結(jié)果為“否”則向平地機中的驅(qū)動機構(gòu)輸出所述控制信號，如判斷結(jié)果為“是”則不輸出所述控制信號。所述位置敏感區(qū)間為所述實際位置信號所反映的鏟刀實際位置與所述目標(biāo)位置信號所反映的鏟刀目標(biāo)位置之間的距離區(qū)間。所述實際位置信號為平地機鏟刀的實際高程信號和實際橫坡信號，所述目標(biāo)位置信號為平地機鏟刀完成工作要求所需的目標(biāo)位置的高程信號和目標(biāo)橫坡信號。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中， 該程序在執(zhí)行時，包括如上述方法實施例的步驟，所述的存儲介質(zhì)，如磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(Read-Only Memory, ROM)或隨機存儲記憶體(Random Access Memory, RAM)等。 在本發(fā)明各方法實施例中，所述各步驟的序號并不能用于限定各步驟的先后順序，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，對各步驟的先后變化也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種平地機找平控制系統(tǒng)，包括基準(zhǔn)面生成裝置(101)，用于在平地機工作現(xiàn)場生成基準(zhǔn)面(b)； 傳感器，用于檢測平地機工作時的狀態(tài)參數(shù)并生成檢測信號； 控制器(102)，用于接收傳感器輸入的檢測信號，并進行處理； 目標(biāo)指令輸入裝置(10 ，用于根據(jù)鏟刀的目標(biāo)工作位置向所述控制器輸入目標(biāo)位置信號；其特征在于所述傳感器包括高程傳感器(104)；所述控制器(102)設(shè)有與平地機中的鏟刀相間隔的參考點(a)； 所述檢測信號包括所述參考點(a)距離所述高程傳感器(104)與基準(zhǔn)面(b)交匯處的高程信號；所述控制器(10 包括信號計算單元(1021)，用于根據(jù)輸入的所述檢測信號計算得出所述參考點(a)相對所述基準(zhǔn)面(b)的位置，并用于根據(jù)所述參考點(a)的位置與輸入的所述目標(biāo)位置信號計算得出鏟刀相對于參考點(a)的目標(biāo)位置，并根據(jù)計算得出的鏟刀目標(biāo)位置換算得出平地機中驅(qū)動機構(gòu)的運動量，并向平地機中的驅(qū)動機構(gòu)輸出控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的找平控制系統(tǒng)，其特征在于所述高程傳感器(104)與平地機機架連接的位置為所述參考點(a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的找平控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制器(10 還包括信號處理單元(1022)、和比較單元(1023)所述信號處理單元(1022)用于接收所述檢測信號并進行信號處理； 所述信號計算單元(1021)還用于根據(jù)平地機驅(qū)動機構(gòu)反饋的動作量信號進行計算得出平地機鏟刀的實際位置信號；所述比較單元(102 用于根據(jù)計算得出的所述實際位置信號與輸入的所述目標(biāo)位置信號進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果換算得出平地機驅(qū)動機構(gòu)的運動量并輸出所述控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的找平控制系統(tǒng)，其特征在于所述比較單元(102 設(shè)有一位置敏感區(qū)間，所述比較單元判斷所述比較結(jié)果是否落入該所述位置敏感區(qū)間，如判斷結(jié)果為“否”則向平地機中的驅(qū)動機構(gòu)輸出所述控制信號，如判斷結(jié)果為“是”則不輸出所述控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的找平控制系統(tǒng)，其特征在于所述位置敏感區(qū)間為所述實際位置信號所反映的鏟刀實際位置與所述目標(biāo)位置信號所反映的鏟刀目標(biāo)位置之間的距離區(qū)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的找平控制系統(tǒng)，其特征在于所述實際位置信號為平地機鏟刀的實際高程信號和實際橫坡信號，所述目標(biāo)位置信號為平地機鏟刀完成工作要求所需的目標(biāo)位置的目標(biāo)高程信號和目標(biāo)橫坡信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的找平控制系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器還包括 長坡傳感器(105)，用于檢測平地機前進方向上相對水平面夾角的長坡信號；斜坡傳感器(106)，用于檢測平地機左右兩側(cè)方向上相對于水平面夾角的斜坡信號； 回轉(zhuǎn)傳感器(107)，用于檢測平地機中回轉(zhuǎn)架的回轉(zhuǎn)角度信號。
8.—種平地機，包括機架、鏟刀、驅(qū)動所述鏟刀的驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于還包括上述權(quán)利要求1至7任一所述的找平控制系統(tǒng)，所述高程傳感器(14)安裝于所述機架(1)上， 所述控制器(102)向所述驅(qū)動機構(gòu)輸出所述控制信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的平地機，其特征在于所述驅(qū)動機構(gòu)包括驅(qū)動油缸和驅(qū)動馬達，所述驅(qū)動油缸為具有油缸控制器的數(shù)字油缸，所述油缸控制器用于接收所述控制信號并控制所述油缸的動作量，或所述油缸控制器用于反饋所述動作量信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述平地機，其特征在于所述驅(qū)動油缸包括左提升油缸(3)、擺動油缸(5)、鏟土角變換油缸(10)、鏟刀引申油缸(12)、和右提升油缸G)，所述驅(qū)動馬達包括回轉(zhuǎn)馬達(7)。
11.一種平地機找平控制方法，其特征在于包括如下步驟 步驟a 在平地機工作現(xiàn)場生成基準(zhǔn)面；步驟b:與平地機中的鏟刀相間隔的設(shè)一參考點(a)，檢測所述參考點(a)距離所述高程傳感器與所述基準(zhǔn)面交匯處的高程信號；步驟c 根據(jù)鏟刀的目標(biāo)工作位置輸入目標(biāo)位置信號；步驟d 根據(jù)檢測的信號計算得出所述參考點所處的位置，并根據(jù)所述參考點的位置與輸入的所述目標(biāo)位置信號計算得出鏟刀相對于參考點的目標(biāo)位置，并根據(jù)計算得出的鏟刀目標(biāo)位置換算得出平地機中驅(qū)動機構(gòu)的運動量，并向平地機中的驅(qū)動機構(gòu)輸出控制信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制方法，其特征在于步驟b中將高程傳感器與平地機機架安裝的位置設(shè)為所述參考點。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的控制方法，其特征在于 所述步驟d中包括根據(jù)平地機中的驅(qū)動機構(gòu)反饋的動作量信號進行計算得出平地機鏟刀的實際位置信號；根據(jù)計算得出的所述實際位置信號與輸入的所述目標(biāo)位置信號進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果換算得出平地機驅(qū)動機構(gòu)的運動量并輸出所述控制信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于所述步驟d中還包括判斷所述比較結(jié)果是否落入一位置敏感區(qū)間，如判斷結(jié)果為“否”則向平地機中的驅(qū)動機構(gòu)輸出所述控制信號，如判斷結(jié)果為“是”則不輸出所述控制信號。15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的控制方法， 其特征在于所述位置敏感區(qū)間為所述實際位置信號所反映的鏟刀實際位置與所述目標(biāo)位置信號所反映的鏟刀目標(biāo)位置之間的距離區(qū)間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種平地機找平控制系統(tǒng)和控制方法及平地機，找平控制系統(tǒng)包括基準(zhǔn)面生成裝置、傳感器、控制器、和目標(biāo)指令輸入裝置，并設(shè)有與平地機相間隔的參考點，通過傳感器檢測的信號并通過控制器計算出參考點的空間位置，再結(jié)合輸入的目標(biāo)位置信息計算出鏟刀目標(biāo)位置，并算出對應(yīng)運動量的控制信號發(fā)至平地機中的驅(qū)動機構(gòu)。整個控制過程由于參考點的設(shè)置，使鏟刀的位置控制在空間有了相對參考對象。使平地機中各個油缸和馬達的運動量控制精確，實現(xiàn)鏟刀位置的精確控制。安裝找平控制系統(tǒng)的平地機也由此帶來鏟刀控制精確、平地效率提高的效果。找平控制方法則給出了平地機如何有效控制找平、提高平地機作業(yè)效率的方法。
文檔編號E02F3/85GK102304932SQ20111021181
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者周翔, 王軍, 鄧侃 申請人:三一重工股份有限公司