用于控制使用挖掘机的土地平整工作的系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于控制土地平整工作的系统，当选择土地平整操作模式时，其组合重型设备部件的估算方位和来自由驾驶员操纵的操纵杆的信号，以确定并控制重型设备部件的控制输入。根据本发明，用于控制土地平整工作的系统包括：连接到油压泵的致动器；由致动器驱动的重型设备部件；当切换时驱动致动器的控制阀；电动操纵杆；压力检测单元；操作模式设定单元以及控制器。用于控制土地平整工作的系统的控制方法包括以下步骤：接收来自操纵杆的操纵的信号值和斗杆油缸的压力值；确定是否设定操作模式；当选择土地平整操作模式时通过斗杆油缸中产生的压力计算施加到重型设备部件的外力；使用计算的外力值估算斗杆的方位；筛选斗杆的方位以处理信号；以及组合斗杆的估算方位和来自由驾驶员操纵的操纵杆的控制信号的值以计算动臂和斗杆的控制输入，并前进到更早的阶段。在此，可重复进行上述步骤。
【专利说明】用于控制使用挖掘机的土地平整工作的系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用挖掘机的平土控制系统。更具体地，本发明涉及一种使用挖掘机的平土控制系统，当通过操作动臂操作杆和斗杆操作杆进行整平土地的平土工作时，其可通过组合附接装置的估算姿势和操作员对操纵杆的操作信号来确定并控制附接装置(动臂和斗杆)的操作量。
【背景技术】
[0002]通常，在使用挖掘机进行平土工作的情况下，由于诸如动臂或斗杆等附接装置的复杂链接结构，需要具有长期操作经验的熟练操作员来进行适当的操作，以线性控制铲斗端的轨迹。为了顺利地进行这种操作，一直尝试使用测量附接装置姿势(pose of theattachment)的角度传感器或油缸位移传感器来控制轨迹的自动化技术。
[0003]这种自动化平土工作需要高成本，并且在自动化平土操作过程中，附接装置的操作限于设定的速度，而不论操作员对附接装置进行的操作量如何。另外，如果操作员同时进行另一种工作，则每一次都必须重复改变自动化功能设定和自动化功能释放，因此操作员的工作疲劳增加，并且工作效率降低。
【发明内容】
[0004]技术问题
[0005]因此，本发明旨在解决现有技术中出现的上述问题，并且本发明的一个实施例涉及一种使用挖掘机的平土控制系统，其能够使不熟练的人员顺利地进行整平土地的平土工作，并能够使熟练的人员减少由于重复的平土工作而引起的疲劳，以提高工作效率。
[0006]技术方案
[0007]根据本发明的一方面，提供一种使用挖掘机的平土控制系统，
[0008]其包括可变排量液压泵；连接到液压泵的至少一个液压致动器；包括被致动器驱动的动臂和斗杆的附接装置；安装在液压泵与致动器之间的流动路径中并被切换以驱动致动器的控制阀；至少一个电动操纵杆；用于检测致动器中产生的压力的压力检测装置；用于设定工作模式的装置；以及输出用于切换控制阀的控制信号的控制器，
[0009]平土控制系统重复地进行接收通过操纵杆的操作的控制信号值、由压力检测装置检测的斗杆油缸的压力值、以及是否设定工作模式的信息；
[0010]如果设定平土模式，通过斗杆油缸中产生的压力值计算施加到附接装置上的外力；
[0011]通过计算的外力值估算斗杆的姿势；
[0012]通过筛选斗杆的姿势进行信号处理；
[0013]以及通过组合斗杆的估算姿势和根据操作员对操纵杆的操作控制信号值来计算动臂和斗杆的操作量，并前进到初始阶段。
[0014]优选地，检测斗杆油缸中产生的压力并将检测的信号传输到控制器的压力传感器用作压力检测装置。
[0015]当斗杆油缸的供应侧上的压力达到预设压力时打开/关闭并产生信号的压力开关可用作压力检测装置。
[0016]设置在操纵杆上的开关可用作用于设定工作模式的装置。
[0017]设置在驾驶室中的开关可用作用于设定工作模式的装置。
[0018]设置在驾驶室中的监视器可用作用于设定工作模式的装置。
[0019]有益效果
[0020]如以上配置的根据本发明的方面的使用挖掘机的平土控制系统具有以下优点。
[0021]当选择平土模式以使用挖掘机进行整平土地的平土工作时，通过组合附接装置的估算姿势和操作员对操纵杆的操作信号来控制动臂和斗杆的操作，从而简化平土操作。因此，可减轻由于重复的平土工作而产生的疲劳，并可提高工作能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是示出根据本发明实施例的使用挖掘机的平土控制系统的电气配置的图；
[0023]图2是示出在根据本发明实施例的使用挖掘机的平土控制系统中，在平土工作过程中作用在斗杆油缸上的重力的水平和方向的视图；
[0024]图3是示出在根据本发明实施例的使用挖掘机的平土控制系统中，在平土工作过程中操作员对操纵杆的操作与作用在斗杆油缸上的重力之间的相互关系的图；以及
[0025]图4是示出根据本发明实施例的使用挖掘机的平土控制系统的操作的流程图。
[0026]附图参考符号说明
[0027]10:可变排量液压泵
[0028]11，12:液压缸
[0029]13:动臂
[0030]14:斗杆
[0031]15:附接装置
[0032]16，17:控制阀
[0033]18:操纵杆(joystick)
[0034]19:压力检测装置
[0035]20:控制器(controlIer)
[0036]21:监视器
【具体实施方式】
[0037]下文中将结合附图详细描述本发明的优选实施例。在说明书中所限定的物质，例如具体的结构和元件，仅仅是为帮助本领域普通技术人员全面理解本发明而提供的具体细节，而本发明并不限于下文中所公开的实施例。
[0038]根据如图1至4所示的本发明实施例，一种使用挖掘机的平土控制系统
[0039]包括可变排量液压泵(下文中称为“液压泵”)10 ;连接到液压泵10的至少一个液压致动器(作为示例的液压缸)11和12 ;包括被致动器11和12驱动的动臂13和斗杆14的附接装置15 ;安装在液压泵10与致动器11和12之间的流动路径中并被切换以驱动致动器11和12的控制阀16和17 ;输出对应于操作员的操作量的电控制信号的至少一个电动操纵杆18 ;用于检测致动器11和12中产生的压力的压力检测装置19 ;用于设定工作模式的装置；以及输出用于切换控制阀16和17的控制信号的控制器20，
[0040]平土控制系统重复地进行接收通过操纵杆18的操作的控制信号值、由压力检测装置19检测的斗杆油缸11的压力值、以及是否设定工作模式的信息(S100)；
[0041]确定是否设定平土模式(grading mode) (S200)；
[0042]如果设定平土模式，通过斗杆油缸11中产生的压力值计算施加到附接装置15上的外力(S300)；
[0043]通过计算的外力值估算斗杆14的姿势(S400)；
[0044]通过筛选斗杆14的姿势进行信号处理(S500)；
[0045]以及通过组合斗杆14的估算姿势和根据操作员对操纵杆18的操作的控制信号值来计算动臂13和斗杆14的操作量，并前进到初始阶段(S100) (S600)。
[0046]在此情况下，检测斗杆油缸11中产生的压力并将检测的信号传输到控制器20的压力传感器用作压力检测装置19。
[0047]当斗杆油缸11的供应侧上的压力达到预设压力时打开/关闭并产生信号的压力开关用作压力检测装置19。
[0048]设置在操纵杆18上的开关用作用于设定工作模式的装置。
[0049]设置在驾驶室(未示出)中的开关用作用于设定工作模式的装置。
[0050]设置在驾驶室(未示出)中的监视器21用作用于设定工作模式的装置。
[0051]在下文将详细描述根据本发明实施例的使用挖掘机的平土控制系统的使用示例。
[0052]如图1至4所示，当操纵杆18被操作以驱动液压缸11和12时，控制阀16和17被来自控制器20的电控制信号切换。通过这样，从液压泵10排出的液压流体通过控制阀16和17供应给液压缸11和12，同时，从液压缸11和12返回的液压流体排放到液压箱(未示出)，并且液压缸11和121扩展和收缩。
[0053]在此情况下，用于由压力检测装置19检测的在液压缸11和12中产生的压力的检测信号传输到控制器20。
[0054]在下文将参考图2至4描述根据本发明实施例的使用挖掘机的平土过程。
[0055]在S100，接收通过操纵杆18的操作的控制信号值、由压力检测装置19检测的斗杆油缸11的压力值、以及是否设定工作模式的信息。
[0056]在S200，确定是否设定平土模式，并且如果设定平土模式，则过程前进到S300，而如果不设定平土模式，则过程前进到初始阶段。
[0057]在S300，通过在斗杆油缸11中产生的压力计算施加到附接装置(作为示例，斗杆油缸)15的外力。在此情况下，通过下式计算施加到附接装置15的外力值P。
[0058]P= (PaXAa) - (PbXAb)
[0059]在此，Pa和Pb表示由压力检测装置19检测的斗杆油缸11的头侧和杆侧上的压力，并且Aa和Ab表示斗杆油缸11的头侧和杆侧上的有效截面积。
[0060]在S400，通过计算的外力值P来估算斗杆14的姿势。如图2所示，假设斗杆油缸11的外力是由重力(称为“F”)作用的力，估算平土工作过程中斗杆14的姿势。S卩，如果重力F小于“O” (F < O),则外力不施加到处于斗杆未驱动状态的斗杆油缸11，并且斗杆14的前端最大限度地远离动臂13。如果重力F是“O”(F=0)，则斗杆油缸11扩展，并且斗杆11的前端保持在竖直方向。如果重力F大于“O”(F>0)，则外力施加到处于斗杆驱动状态的斗杆油缸11，并且斗杆14的前端最大限度地接近动臂13。
[0061]如图3所示，动臂13和斗杆14的操作量与速度指令值根据平土工作过程中的斗杆姿势而彼此相关。
[0062]如果作用在斗杆油缸11上的重力F小于“O” (F < 0)，则与动臂和斗杆操纵杆的操作量成比例地驱动动臂13和斗杆14。如果作用在斗杆油缸11上的重力F是“0”(F=0)，则动臂操纵杆处于停止状态，而斗杆操纵杆处于完全操作状态。如果作用在斗杆油缸11上的重力F大于“O” (F > 0)，则减少斗杆操纵杆的操作量。
[0063]在S500，筛选斗杆14的姿势，以进行信号处理。
[0064]在S600，通过组合斗杆14的估算姿势和根据操作员对操纵杆18的操作控制信号值来计算动臂13和斗杆14的操作量，并且过程前进到初始阶段(S100)。重复上述过程。在此情况下，根据基于斗杆14估算姿势和操纵杆18操作信号的预定表值来限定斗杆14和动臂13的操作量。
[0065]如上所述，如果选择整平土地的平土模式并通过操作员对斗杆操作杆进行操作来驱动斗杆，则使用压力检测装置19检测的液压缸11中的压力来估算斗杆14的姿势，并且基于此，补偿或确定动臂13和斗杆14的操作量。因此，操作员可通过以简单的操作线性控制铲斗22的端部轨迹来进行平土工作。
[0066]工业应用性
[0067]如从以上清楚的是，按照根据本发明实施例的使用挖掘机的平土控制系统，当选择平土模式以使用挖掘机进行整平土地的平土工作时，在使用挖掘机整平土地的平土工作过程中，通过组合附接装置的估算姿势和操作员对操纵杆的操作信号来控制附接装置的操作，从而可容易地进行平土操作，同时确保操作员根据操纵杆操作的可操作性。通过这样，可为不熟练的人员提供方便，并可减少熟练的人员由于重复的平土工作而产生的疲劳，以提高工作能力。
【权利要求】
1.一种使用挖掘机的平土控制系统，包括可变排量液压泵、连接到所述液压泵的至少一个液压致动器、包括由所述致动器驱动的动臂和斗杆的附接装置、安装在所述液压泵与所述致动器之间的流动路径中并被切换以驱动所述致动器的控制阀、至少一个电动操纵杆、用于检测所述致动器中产生的压力的压力检测装置、用于设定工作模式的装置、以及输出用于切换所述控制阀的控制信号的控制器，所述平土控制系统重复地进行: 接收通过所述操纵杆的操作的控制信号值、由所述压力检测装置检测的斗杆油缸的压力值、以及是否设定所述工作模式的信息； 如果设定平土模式，则通过所述斗杆油缸中产生的压力值计算施加到所述附接装置的外力； 通过所述计算的外力值估算所述斗杆的姿势； 通过筛选所述斗杆的姿势进行信号处理；以及 通过组合所述斗杆的估算姿势和根据操作员对所述操纵杆的操作控制信号值计算所述动臂和所述斗杆的操作量，并前进到初始阶段。
2.如权利要求1所述的使用挖掘机的平土控制系统，其中，检测所述斗杆油缸中产生的压力并将检测的信号传输到所述控制器的压力传感器用作所述压力检测装置。
3.如权利要求1所述的使用挖掘机的平土控制系统，其中，当所述斗杆油缸的供应侧上的压力达到预设压力时打开/关闭并产生信号的压力开关用作所述压力检测装置。
4.如权利要求1所述的使用挖掘机的平土控制系统，其中，设置在所述操纵杆上的开关用作用于设定所述工作模式的装置。
5.如权利要求1所述的使用挖掘机的平土控制系统，其中，设置在驾驶室中的开关用作用于设定所述工作模式的装置。
6.如权利要求1所述的使用挖掘机的平土控制系统，其中，设置在驾驶室中的监视器用作用于设定所述工作模式的装置。
【文档编号】E02F3/43GK103857844SQ201180073745
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2011年10月5日 优先权日:2011年10月5日
【发明者】李春汉 申请人:沃尔沃建造设备有限公司