一种挖掘机及其防倾翻控制方法、装置及存储介质与流程

本发明涉及机械设备的控制技术领域，具体涉及一种挖掘机及其防倾翻控制方法、装置及存储介质。

背景技术：

目前挖掘机的防倾翻报警，直接在车身平台上安装角度传感器，角度传感器采集车身的倾斜角度，与设定的防倾翻角度值进行比较，向操作人员发出报警信息，提醒操作人员注意。但是目前，当挖掘机处于某些作业工况(例如比较复杂的作业工况)时，仅利用上述方法进行防倾翻报警，并不能对即将发生的所有倾翻进行报警，也就是说采用现有的防倾翻报警会使得挖掘机和操作人员陷于危险当中，造成财产损失和人身损害，增加挖掘作业风险。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种挖掘机及其防倾翻控制方法、装置及存储介质，以解决在某些作业工况下，现有的防倾翻控制方法未能起到报警作用的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种挖掘机防倾翻控制方法，包括：

获取挖掘机的当前重心位置；

判断所述当前重心位置是否超过预设的重心范围；

当所述当前重心位置超过所述重心范围时，对所述挖掘机进行防倾翻处理。

本发明实施例提供的挖掘机防倾翻控制方法，通过获取挖掘机的当前重心位置；判断所述当前重心位置是否超过预设的重心范围；当所述当前重心位置超过所述重心范围时，对所述挖掘机进行防倾翻处理。由于重心相对于倾角可以更加准确的反映挖掘机是否倾翻，所以可以更加准确的挖掘机的防倾翻进行控制。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，在判断所述当前重心位置是否超过预设的重心范围之前，还包括：确定所述挖掘机的当前姿态信息；根据所述挖掘机的当前姿态信息确定所述重心范围和/或所述当前重心位置。也就是说，重心范围是与当前姿态相对应的，在不同的姿态下可以设置不同的重心范围，由此可以使得在各种工况下挖掘机的防倾翻报警更加准确。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述确定所述挖掘机的当前姿态信息包括：

分别获取所述挖掘机中车身的第一角度信息、动臂的第二角度信息、斗杆的第三角度信息、铲斗的第四角度信息和回转装置的第五角度信息；

根据所述第一角度信息、所述第二角度信息、所述第三角度信息、所述第四角度信息和所述第五角度信息确定所述挖掘机的当前姿态信息。

结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，当所述重心位置超过所述重心范围时，对所述挖掘机进行防倾翻处理包括：

获取所述挖掘机的手柄输出曲线和/或所述挖掘机的脚踏输出曲线；

根据所述手柄输出曲线和/或所述脚踏输出曲线确定所述挖掘机的运动趋势；

根据所述运动趋势确定所述挖掘机的防倾翻处理措施，并利用所述防倾翻处理措施对所述挖掘机进行防倾翻处理。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，根据所述运动趋势确定所述挖掘机的防倾翻处理措施包括：

当所述运动趋势为将所述重心位置调整到所述重心范围内时，发出第一提示消息；

当所述运动趋势为维持所述重心位置在所述重心范围外且所述重心位置未超过预设的倾翻阈值时，发出第二提示消息；

当所述运动趋势为维持所述重心位置在所述重心范围外且所述重心位置超过预设的倾翻阈值时，判断所述挖掘机是否处于运动状态，当所述挖掘机处于运动状态时，根据所述当前姿态得到减速信号，并利用所述减速信号对所述挖掘机的运动进行控制。

结合第一方面第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，根据所述当前姿态得到减速信号包括：

确定与所述当前姿态相对应的安全姿态；

计算所述当前姿态与所述安全姿态的差值；

确定所述差值所述的差值范围，利用与所述差值范围相对应的调整量得到减速信号。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第六实施方式中，挖掘机防倾翻控制方法还包括：根据所述当前姿态与所述安全姿态的差值确定回转装置的角度调整范围、和/或动臂的角度调整范围、和/或斗杆的角度调整范围、和/或铲斗的角度调整范围并显示。

根据第二方面，本发明实施例还提供了一种挖掘机防倾翻控制装置，包括：

获取模块，用于获取挖掘机的当前重心位置；

判断模块，用于判断所述当前重心位置是否超过预设的重心范围；

处理模块，用于当所述当前重心位置超过所述重心范围时，对所述挖掘机进行防倾翻处理。

根据第三方面，本发明实施例还提供了一种挖掘机，包括：

第一角度传感器，设置在挖掘机的车身上；

第二角度传感器，设置在所述挖掘机的动臂上；

第三角度传感器，设置在所述挖掘机的斗杆上；

第四角度传感器，设置在所述挖掘机的铲斗上；

第五角度传感器，设置在所述挖掘机的回转装置上；

控制器，所述第一角度传感器、所述第二角度传感器、所述第三角度传感器、所述第四角度传感器、所述第五角度传感器和所述控制器互相通信连接，所述控制器采集所述第一角度传感器、所述第二角度传感器、所述第三角度传感器、所述第四角度传感器和所述第五角度传感器的角度信息，并通过执行所述计算机指令从而执行第一方面或者第一方面的任意一种实施方式所述的挖掘机防倾翻控制方法。

根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面或者第一方面的任意一种实施方式中所述的挖掘机防倾翻控制方法。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例1中挖掘机防倾翻控制方法的流程示意图；

图2为挖掘机工作装置平面姿态示意图；

图3为显示屏显示挖掘机可操作的方向示意图；

图4为本发明实施例1挖掘机防倾翻控制方法一示例的流程示意图；

图5为本发明实施例2中挖掘机防倾翻控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

经过研究发现，挖掘机在斜坡上挖掘作业时，因挖掘机作业中负载的变化，使得挖掘机的重心发生变化。另挖掘机的回转惯性较大，也易造成挖掘机的重心发生大幅变化。当挖掘机在作业过程中，如果重心位置发生变化，那么重心位置不同，挖掘机发生倾翻的角度也不相同，因此现有的防倾翻报警方法(直接在车身平台上安装角度传感器，角度传感器采集车身的倾斜角度，与设定的防倾翻角度值进行比较，向操作人员发出报警信息)在某些作业工况下并未起到报警作用，仍会使得挖掘机和操作人员陷于危险当中，造成财产损失和人身损害，增加挖掘作业风险。

基于此，本发明实施例1提供了一种挖掘机防倾翻控制方法。图1为本发明实施例1中挖掘机防倾翻控制方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例1的挖掘机防倾翻控制方法包括以下步骤：

s101：获取挖掘机的当前重心位置。

在本发明实施例1中，挖掘机的当前重心位置可以采用现有技术中的任意方案，在此不再赘述。例如，根据挖掘机的当前姿态信息确定挖掘机的当前重心位置。

s102：判断当前重心位置是否超过预设的重心范围。

作为具体的实施方式，在判断所述当前重心位置是否超过预设的重心范围之前，还包括：确定所述挖掘机的当前姿态信息；根据所述挖掘机的当前姿态信息确定所述重心范围和/或当前重心位置。在本发明实施例1中，根据挖掘机的当前姿态信息确定挖掘机的当前重心位置和/或重心范围可以采用现有技术中的任意技术方案，在此不再赘述。

在本发明实施例1中，当前姿态信息可以理解为挖掘机上车部分与挖掘机下车部分的相对位置，可以理解为是一个角度值。示例的，当挖掘机上车部分垂直于挖掘机下车部分时，挖掘机最容易倾翻。

作为具体的实施方式，所述确定所述挖掘机的当前姿态信息可以采用如下的技术方案：分别获取所述挖掘机中车身的第一角度信息、动臂的第二角度信息、斗杆的第三角度信息、铲斗的第四角度信息和回转装置的第五角度信息；根据所述第一角度信息、所述第二角度信息、所述第三角度信息、所述第四角度信息和所述第五角度信息确定所述挖掘机的姿态。具体的，可以在挖掘机的车身上安装第一角度传感器、在动臂上安装的第二角度传感器、在斗杆上安装第三角度传感器、在铲斗上安装第四角度传感器、在回转装置上安装第五角度传感器，控制器采集第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器和第五角度传感器can线传输的角度值，经滤波操作和信息融合后，用动力学方法计算当前挖掘机的当前姿态。

具体的，可以在前期通过大量的仿真和测试工作确定角度值和姿态的对应关系，例如车身的角度值、动臂的角度值、斗杆的角度值、铲斗的角度值和回转装置的角度值与整车姿态的对应关系。基于上述对应关系，在步骤s101中，可以通过车身的第一角度信息、动臂的第二角度信息、斗杆的第三角度信息、铲斗的第四角度信息和回转装置的第五角度信息确定所述挖掘机的当前姿态信息。

s103：当当前重心位置超过重心范围时，对所述挖掘机进行防倾翻处理。

作为具体的实施方式，当所述当前重心位置超过所述重心范围时，对所述挖掘机进行防倾翻处理可以采用如下技术方案：获取操作手输入的挖掘机的手柄输出曲线和所述挖掘机的脚踏输出曲线；根据所述手柄输出曲线和所述脚踏输出曲线确定所述挖掘机的运动趋势；根据所述运动趋势确定所述挖掘机的防倾翻处理措施，并利用所述防倾翻处理措施对所述挖掘机进行防倾翻处理。

本发明实施例1提供的挖掘机防倾翻控制方法，通过获取挖掘机的当前重心位置；判断所述当前重心位置是否超过预设的重心范围；当所述当前重心位置超过所述重心范围时，对所述挖掘机进行防倾翻处理。由于重心相对于倾角可以更加准确的反映挖掘机是否倾翻，即使在负载较大或挖掘机的回转惯性较大的情况下也可以更加准确的挖掘机的防倾翻进行控制。

更进一步的，根据所述运动趋势确定所述挖掘机的防倾翻处理措施可以分为以下三种情况。

第一种情况为：当所述运动趋势为将所述重心位置调整到所述重心范围内时，发出第一提示消息。也就是说，当运动趋势朝着防止倾翻的方向(即好的方向)发展时，仅需要发出提示消息即可。示例的，防倾翻保护开启时(未开启时，屏幕界面指示灯为灰色)，如果产生第一提示消息，指示灯为绿色。目的为指示用户开启了防倾翻保护，会出现与挖掘机正常工作不一样的情况，请注意。

第二种情况为：当所述运动趋势为维持所述重心位置在所述重心范围外且所述重心位置未超过预设的倾翻阈值时，发出第二提示消息。也就是说，当运动趋势朝着恶化的方向发展但并未超过倾翻阈值时，需要发出提示消息引起操作人员的注意。示例的，防倾翻保护开启时，如果产生第二提示消息，则给予屏幕指示灯黄色提示，同时，挖机驾驶室上方的报警灯声光报警开启。目的为：提示用户，挖机快要倾翻了，请注意操作哟！

在本发明实施例1中，倾翻阈值可以理解为挖掘机刚好倾翻的重心位置，其中，倾翻阈值是与挖掘机的姿态相对应的，也就是说，挖掘机的每个姿态都有固定的倾翻阈值。在本发明实施例1中，重心范围的最大值小于倾翻阈值。

第三种情况为：当所述运动趋势为维持所述重心位置在所述重心范围外且所述重心位置超过预设的倾翻阈值时，判断所述挖掘机是否处于运动状态，当所述挖掘机处于运动状态时，根据所述当前姿态和预设的减速距离得到回转减速信号，并利用所述回转减速信号对所述挖掘机的回转进行控制。也就是说，当运动趋势朝着恶化的方向发展且超过倾翻阈值时，需要对根据减速信号对运动进行控制，这样能够较大程度上减少动作冲击，保持挖掘机姿态的平稳停止，防止其倾翻。

进一步的，当所述运动趋势为维持所述重心位置在所述重心范围外且所述重心位置超过预设的倾翻阈值时，当所述挖掘机不处于运动状态时，发出第三提示消息。示例的，第三提示消息可以与第二提示消息相同。

作为具体的实施方式，根据所述当前姿态和预设的减速距离得到减速信号包括：确定与所述当前姿态相对应的安全姿态；计算所述当前姿态与所述安全姿态的差值；确定所述差值所述的差值范围，利用与所述差值范围相对应的调整量，得到减速信号，由此可以使得不同的回转速度匹配合适的减速距离，最后克服回转和作业惯性冲击，防止倾翻发生。

在本发明实施例1中，与当前姿态相对应的安全姿态可以理解为挖掘机刚好倾翻的角度值。当前姿态与安全姿态的差值也可以称为减速距离或制动角度或减速角度差值。

作为具体的实施方式，挖掘机的运动状态包括以下中的一项或两项：挖机上下坡，坡道作业，挖掘、装车、回转等。

示例的，当挖掘机的运动状态为回转状态时，以电控手柄的一个操作方向为例。如图4所示，当前角度(即当前姿态)与安全余量(即安全姿态)的差值为横坐标，电控手柄的输出值为纵坐标。当差值δθ＞k3％时，控制器对电控手柄的输出值不进行更改；当k2％＜δθ＜k3％时，电控手柄信号是以一个曲线递减输出；当k1％＜δθ＜k2％时，电控手柄信号以平缓的斜率递减，其中死区值(电控手柄的操作方向)为其纵坐标的中点；当k1％＜δθ＜0时，电控手柄信号输出值直接变为0。这样能够较大程度上减少动作冲击，保持挖掘机姿态的平稳停止，防止其倾翻。具体的，死区值是根据电控手柄的特性曲线进行设计的。手柄单平面内滑动，在中间位置是没有任何信号输出的，是为了防止误碰，降低灵敏度。

作为进一步的实施方式，挖掘机防倾翻控制方法还包括以下步骤：根据所述当前姿态与所述安全姿态的差值确定回转装置的角度调整范围、和/或动臂的角度调整范围、和/或斗杆的角度调整范围、和/或铲斗的角度调整范围并显示。

作为进一步的实施方式，本发明实施例1的挖掘机防倾翻控制方法还包括以下步骤：显示所述防倾翻处理措施。具体的，图3为显示屏显示挖掘机可操作的方向示意图。具体的，在挖掘机动作的过程中，显示屏上分别用灰、绿、橙、红四种颜色展示挖掘机防倾翻图标的四个状态。灰色表示防倾翻未启用，绿色表示挖掘机倾翻状态正常，橙色表示警示状态，红色表示静止状态。在达到静止状态时，显示屏显示出还可以转动的方向。在防倾翻页面中，显示挖掘机的二维轮廓和可以动作的装置、方向。在图3中，回转装置可以操作的角度范围a，动臂可以操作的角度范围b，斗杆可以操作的角度范围c，铲斗可以操作的角度范围d可以根据当前姿态与安全姿态的差值得到。在本发明实施例1中，挖掘机防倾翻控制方法除提示防倾翻回转方向，紧急停止等功能之外，还对防倾翻分级报警提示(即第一提示消息、第二提示消息)。挖掘机的显示屏上显示挖掘机的当前姿态的动画和分级报警提示信息。

为了更加详细的说明本发明实施例1的挖掘机防倾翻控制方法，给出一个具体的示例，如图4所示，挖掘机的防倾翻控制方法包括以下步骤：该具体示例在挖掘机各种姿态和回转速度下，传感器采集姿态信息，当所述当前重心位置超过所述重心范围时，根据不同的运动趋势对挖掘机采用不同的处理方式进行防倾翻处理。

由上述可知，本发明实施例1的挖掘机防倾翻控制方法具有如下优点：

(1)解决挖掘机在多种姿态下防倾翻报警角度设置不同的问题；

(2)挖掘机在不同姿态下防倾翻角度不同，增加不同姿态(上车与履带平行，上车与履带垂直时)的报警角度设置不同，在计算极限倾翻条件下均提前报警提示。

(3)增加因回转或其他动作时导致的挖掘机姿态及重心变化，进行报警提示倾翻风险。

(4)基于分级报警机制，显示屏显示挖掘机操作手可以操作的手柄方向，解决其在接近倾翻情况下因误操作导致倾翻的风险。

通过本发明实施例1提供的防倾翻控制方法，当因回转或作业动作惯性较大，可能造成挖掘机倾翻时，通过控制挖掘机电控手柄或脚踏的输出，直接代替人工作业。同时显示挖掘机倾翻信息和挖掘机操作提示。

实施例2

与本发明实施例1相对应，本发明实施例2提供了一种挖掘机防倾翻控制装置。图5为本发明实施例2中挖掘机防倾翻控制装置的结构示意图，如图5所示，本发明实施例2的挖掘机防倾翻控制装置包括获取模块20、判断模块22和处理模块24。

具体的，获取模块20，用于获取挖掘机的当前重心位置；

判断模块22，用于判断所述当前重心位置是否超过预设的重心范围；

处理模块24，用于当所述当前重心位置超过所述重心范围时，对所述挖掘机进行防倾翻处理。

上述挖掘机防倾翻控制装置具体细节可以对应参阅图1至图4所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

实施例3

本发明实施例还提供了一种挖掘机，该挖掘机包括第一角度传感器，设置在挖掘机的车身上；第二角度传感器，设置在所述挖掘机的动臂上；第三角度传感器，设置在所述挖掘机的斗杆上；第四角度传感器，设置在所述挖掘机的铲斗上；第五角度传感器，设置在所述挖掘机的回转装置上；控制器和存储器，所述第一角度传感器、所述第二角度传感器、所述第三角度传感器、所述第四角度传感器、所述第五角度传感器和所述控制器通信连接，其中控制器包括存储器和处理器。

处理器可以为中央控制器(centralprocessingunit，cpu)。处理器还可以为其他通用控制器、数字信号控制器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的挖掘机的防倾翻控制方法对应的程序指令/模块(例如，图5所示的获取模块20、判断模块22和处理模块24)。控制器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行控制器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的挖掘机的防倾翻控制方法。

存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储控制器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于控制器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至控制器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器中，当被所述控制器执行时，执行如图1-4所示实施例中的挖掘机的防倾翻控制方法。

上述挖掘机具体细节可以对应参阅图1至图5所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。