[发明专利]基于位置控制的挖掘机操纵装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种挖掘机操纵装置。

背景技术

如图1所示，常规的挖掘机包含六个工作装置，分别为挖斗1、斗杆2、动臂3、回转装置4、左行走装置5和右行走装置6；如图2所示，驾驶员通过操作两个十字手柄和两个脚踏板分别对上述的六个工作装置进行控制，左十字手柄11的左右倾斜用来控制回转装置4围绕回转轴7旋转，左十字手柄11的前后倾斜用来控制斗杆2的运动，右十字手柄12的左右倾斜用来控制挖斗1围绕挖斗铰点9运动，右十字手柄12的前后倾斜用来控制动臂3的运动，左行走踏板13和右行走踏板14的前后倾斜分别用来控制左行走装置5和右行走装置6在底平面8上运动。目前挖掘机操作手柄和踏板对各工作装置的控制都是基于速度的控制，即十字手柄或脚踏板在一个方向上倾斜时，十字手柄或脚踏板下方的先导电磁阀就会打开，十字手柄或脚踏板倾斜的角度越大先导电磁阀打开得就越大，对应支路的多路阀主阀芯打开面积也就越大，相应被控装置的运动速度就会越快。

由于每一个驾驶杆的一个倾斜方向都只对应着一个工作装置的运动，因此如果挖掘机需要进行一个复杂的动作时，驾驶员需要操作一个驾驶杆的多个方向，或者多个驾驶杆的多个方向才能完成，例如“扫平”动作时挖掘机的三个机械臂(挖斗、斗杆和动臂)需要同时协调地前后运动才能将前方的地面整平，即需要协调地操纵两个驾驶杆的三个方向才能完成。

传统的挖掘机操纵方式是左十字手柄的一个操纵方向控制斗杆，右十字手柄两个操作方向分别控制挖斗和动臂，但是挖斗、斗杆和动臂这三个工作装置实际上是在一个平面内运动的。这样的操纵方式是将操纵杆的三维运动映射到工作装置的两维运动上去了，这对于一个初学者来说很不直观：如果只是单一动作时还好说，如果是复合动作时驾驶员很难将几个动作协调地完成。

总上所述，传统的挖掘机操纵方式不直观，驾驶员很难对几个装置同时进行协调的控制；然而挖掘机几乎所有的动作都是需要几个工作装置复合在一个工作的，这就需要简化传统的操纵方式。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于位置控制的挖掘机操纵系统，通过人工选择进入特定工作模式后，驾驶员只需要一个简单的操作就可以对斗杆和动臂进行复合控制，使得挖斗铰点实现水平保持或者纵向保持、或者保持挖斗斗齿与底平面的夹角，大大简化了挖掘机驾驶员进行复杂动作时的操纵步骤。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括两个具有电反馈信号的十字手柄、挖斗角位移传感器、斗杆角位移传感器、动臂角位移传感器和显示控制器，所述的挖斗角位移传感器、斗杆角位移传感器、动臂角位移传感器分别测量挖斗角位移传感器测量角、斗杆角位移传感器测量角和动臂角位移传感器测量角；所示的显示控制器接收驾驶员选择的工作模式，并向驾驶员显示十字手柄、挖斗角位移传感器、斗杆角位移传感器、动臂角位移传感器的位置，计算得到对挖斗、斗杆和动臂的先导电磁阀的控制指令，进而控制相应的先导电磁阀。

当驾驶员通过显示控制器选择水平保持功能时，挖斗铰点在水平方向上的速度和在纵向的运动速度满足以下矩阵：

其中，a为动臂长度，b为斗杆长度，α为动臂角位移传感器测量角，β为斗杆角位移传感器测量角，挖斗铰点在纵向的运动速度由于左十字手柄的前后倾斜角度θ_arm范围为0°～20°，杆死区为2°，挖斗铰点水平运动速度的范围为0～500cm/s，则计算上述矩阵解出关于θ_arm的方程，同时与斗杆和动臂的先导电磁阀控制指令成正比，由θ_arm得到斗杆和动臂先导电磁阀控制指令。

当驾驶员通过显示控制器选择纵向保持功能时，挖斗铰点在水平方向上的速度和在纵向的运动速度满足以下矩阵：

其中，挖斗铰点在水平方向运动速度由于右十字手柄的前后倾斜角度θ_boom范围为0°～20°，杆死区为2°，挖斗铰点纵向运动速度的范围为0～500cm/s，则计算上述矩阵解出关于θ_boom的方程，同时和与斗杆和动臂的先导电磁阀控制指令成正比，由θ_boom得到斗杆和动臂的先导电磁阀控制指令。

当驾驶员通过显示控制器选择挖斗保持功能时，通过测量α、β以及挖斗角位移传感器测量角γ得到挖斗斗齿与挖掘机底平面的夹角Δ＝2π-α-β-γ保持Δ不变，当斗杆和动臂运动时，即α和β在变化时，实时计算得到γ，即挖斗先导电磁阀打开面积对时间的积分；由此得到挖斗先导电磁阀控制指令。