一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法

本发明公开一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，属于基础坑边缘的修砌。

背景技术：

1、基坑边缘修砌是基建过程中的一个涉及多个方面的复杂工程任务，其施工面临两个主要问题，一是施工质量问题，如果施工质量控制不到位，可能会导致墙体开裂、倾斜等问题。二是安全问题，由于基坑开挖的深度较深，存在坍塌、滑坡等安全风险。随着科技的不断发展，自动化技术在各个领域得到了广泛的应用。工程机械行业也面临着自动化方向的改造和升级。基坑的挖掘和边缘修砌需要挖掘机的施工，而挖掘机自动化的发展，不仅能改善了工人的劳动强度，克服施工条件的恶劣，同时提升了作业效率和作业质量，能很好的解决目前基坑挖掘修砌过程中存在的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，以解决现有技术中，修砌工作自动化程度低的问题。

2、一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，包括：

3、s1.设置关键点，安装倾角传感器；

4、s2.设起始点齿尖坐标（），修坡角度，步长，保持铲斗角度不变，设当前时刻为，时刻动臂倾角传感器、斗杆倾角传感器和铲斗倾角传感器采集的角度分别为，，，计算得到时刻动臂关节、斗杆关节和铲斗关节的转动角度分别为；

5、s3.计算时刻齿尖坐标；

6、s4.求解对时间的导数；

7、s5.预测时刻齿尖坐标；

8、s6.计算动臂角度闭环输入；

9、s7.挖掘机进行基坑边缘修砌。

10、设置关键点包括：车身和动臂的连接处为o点，动臂和斗臂的连接处为e点，铲斗油缸和斗臂的连接处为f点，铲斗油缸和摇杆以及连杆的连接处为i点，摇杆和斗臂的连接处为g点，连杆和斗臂的连接处为j点，铲斗和斗臂的连接处为h点，铲斗齿尖处为l点。

11、倾角传感器包括：动臂倾角传感器、斗杆倾角传感器和铲斗倾角传感器，其中动臂倾角传感器与oa平行，斗杆倾角传感器与ab平行，铲斗倾角传感器安装在摇杆上且与摇杆平行，动臂倾角传感器、斗杆倾角传感器和铲斗倾角传感器与水平方向夹角分别为，，。

12、动臂关节、斗杆关节和铲斗关节的转动角度分别为：

13、；；；

14、式中，为gh连线和hi连线形成的夹角，为ih连线和hj连线形成的夹角，为lh连线和hj连线形成的夹角，是已知角。

15、和为：

16、；

17、；

18、式中，为g点和h点连线的长度，为g点和i点连线的长度，为h点和i点连线的长度，为h点和j点连线的长度，为i点和j点连线的长度；

19、；

20、式中，为ig连线和gh连线形成的夹角：

21、；

22、式中，为eh连线和hg连线形成的夹角。

23、s3包括：

24、；

25、；

26、式中，为o点和e点连线的长度，为e点和h点连线的长度，为h点和l点连线的长度，和为时刻齿尖坐标；

27、根据修坡角度计算：

28、。

29、s4包括：对和的求解式，以及根据修坡角度计算的公式，两边对时间求导：

30、；

31、；

32、；

33、式中，和为和的导数，、、分别为对时间的导数；

34、取，则为：

35、；

36、；

37、式中，为中间参数；

38、对求微分得，由求得。

39、s5包括：

40、；

41、；

42、；

43、式中，和为时刻齿尖坐标。

44、s6包括：

45、；

46、；

47、；

48、式中，和是中间系数。

49、s7包括：获得修坡角度和修坡长度，修坡长度也是步长，设置向上角度为正，向下角度为负，将齿尖移动到修砌起始位置，记起始点齿尖坐标（）和动臂关节、斗杆关节和铲斗关节的起始角度；

50、计算修砌过程中所有时刻的关节角度，若关节角度超出角度极限，则提示错误并退回重新输入修砌角度根据起始点齿尖坐标和修坡长度计算修砌的终点坐标，前馈控制和位置闭环控制结合控制齿尖逐时刻运动至修砌的终点坐标；

51、齿尖重复工作，直至完成修砌任务。

52、相对比现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明满足挖掘机在基坑底部向下修砌边缘和挖掘机在坑顶向上修砌边缘两种不同情况，齿尖修砌运动轨迹与预设轨迹误差在±5cm之内，提高了作业质量和作业效率，改善了施工人员的劳动强度，提高了安全性。

技术特征：

1.一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，其特征在于，设置关键点包括：车身和动臂的连接处为o点，动臂和斗臂的连接处为e点，铲斗油缸和斗臂的连接处为f点，铲斗油缸和摇杆以及连杆的连接处为i点，摇杆和斗臂的连接处为g点，连杆和斗臂的连接处为j点，铲斗和斗臂的连接处为h点，铲斗齿尖处为l点。

3.根据权利要求2所述的一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，其特征在于，倾角传感器包括：动臂倾角传感器、斗杆倾角传感器和铲斗倾角传感器，其中动臂倾角传感器与oa平行，斗杆倾角传感器与ab平行，铲斗倾角传感器安装在摇杆上且与摇杆平行，动臂倾角传感器、斗杆倾角传感器和铲斗倾角传感器与水平方向夹角分别为，，。

4.根据权利要求3所述的一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，其特征在于，动臂关节、斗杆关节和铲斗关节的转动角度分别为：

5.根据权利要求4所述的一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，其特征在于，和为：

6.根据权利要求5所述的一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，其特征在于，s3包括：

7.根据权利要求6所述的一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，其特征在于，s4包括：对和的求解式，以及根据修坡角度计算的公式，两边对时间求导：

8.根据权利要求7所述的一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，其特征在于，s5包括：

9.根据权利要求8所述的一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，其特征在于，s6包括：

10.根据权利要求9所述的一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，其特征在于，s7包括：获得修坡角度和修坡长度，修坡长度也是步长，设置向上角度为正，向下角度为负，将齿尖移动到修砌起始位置，记起始点齿尖坐标（）和动臂关节、斗杆关节和铲斗关节的起始角度；

技术总结
本发明公开一种挖掘机自动基坑边缘修砌方法，属于基础坑边缘的修砌技术领域，用于进行基坑边缘修砌，包括设置关键点，安装倾角传感器，设起始点齿尖坐标、修坡角度步长，保持铲斗角度不变，计算当前齿尖坐标以及下一时刻齿尖坐标和动臂角度闭环输入，根据坐标信息进行基坑边缘修砌。本发明满足挖掘机在基坑底部向下修砌边缘和挖掘机在坑顶向上修砌边缘两种不同情况，提高了作业质量和作业效率，改善了施工人员的劳动强度，提高了安全性。

技术研发人员：王宗省,韩青春,刘鑫睿,郑嘉琪,徐凯旋,张方震,杨钰琳,杨宏哲
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11