專利名稱：機電一體化挖掘機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種挖掘機，特別一種機電一體化挖掘機背景技術挖掘機是一種廣泛用于建筑施工的工程機械，施工機動靈活，施工效率高，但在挖掘機施工過程中，存在的問題也不容忽視，操作挖掘機作業(yè)的勞動強度大；有些惡劣環(huán)境人類不便直接進入；操作者必須進行長時間的培訓才能完成高質量的作業(yè)。因此提高挖掘機的機電一體化程度，進而實現(xiàn)挖掘機的自動化、智能化，是解決上述問題最理想的方案。
實用新型內容本實用新型的目的提供了一種機電一體化挖掘機的控制裝置及控制方法，以解決現(xiàn)有挖掘機操作和控制精度不夠、定位不準、能耗過高的問題。
為實現(xiàn)上述的目的，本實用新型的技術方案包括監(jiān)控處理器、存儲器、看門狗、顯出屏、語音報警器、光電隔離電路、高速光電隔離電路、計數(shù)器、濾波器、通信電路，監(jiān)控處理器分別與存儲器、看門狗、顯出屏、語音報警器、計數(shù)器、濾波器、通信電路相連，光電隔離電路與濾波器相連，高速光電隔離電路與計數(shù)器相連；還包括運動控制器、動臂傾角傳感器、斗桿傾角傳感器、鏟斗傾角傳感器，動臂傾角傳感器、斗桿傾角傳感器、鏟斗傾角傳感器的輸出接運動控制器的輸入，運動控制器經(jīng)通信電路與監(jiān)控處理器相連。
上述的機電一體化挖掘機中，還包括激光發(fā)射器支架、激光發(fā)射器、高度探測儀，激光發(fā)射器支架置于挖掘機的前方附近，激光發(fā)射器置于激光發(fā)射器支架上，高度探測儀固定于挖掘機斗桿上，高度探測儀的輸出端與監(jiān)控處理器相連。
上述的機電一體化挖掘機中，還包括節(jié)能控制器、模式選擇開關、發(fā)動機速度設定旋鈕，由模式選擇開關、發(fā)動機速度設定旋鈕輸入到節(jié)能控制器中的發(fā)動機控制器，并實時檢測發(fā)動機轉速進入發(fā)動機控制器形成反饋，通過直線位移電磁鐵調節(jié)發(fā)動機油門適應對功率的需求，控制發(fā)動機的動作；ΔP調節(jié)旋鈕輸入泵控制器，油門位置以及發(fā)動機轉速進入控制器，形成有效反饋，輸出信號控制泵調節(jié)器，實現(xiàn)對泵的控制。
本實用新型的優(yōu)點1)利用固定安裝的激光發(fā)射器發(fā)射頭旋轉發(fā)射激光，安裝在挖掘機上的高度探測儀，接收激光信號并且測量激光束相對零位的相對高度，得出挖掘機本體的位置信息，可以實時調節(jié)挖掘深度，定位鏟斗位置，從而達到精確控制。同時，以高程導引信息為基礎，在完成車體定位后，根據(jù)工作裝置運動學模型，可對挖掘機工作裝置進行跟蹤與控制。2)在挖掘機動臂、斗桿、鏟斗分別設置傾角傳感器，可實時觀測挖掘機的工作姿態(tài)，提供挖掘機工作裝置的位置和姿態(tài)信息，方便操作者進行比較精確的作業(yè)，提高勞動生產(chǎn)率，并可實現(xiàn)盲操作。同時，采用智能位置PID進行控制，可根據(jù)工作裝置的位姿實時改變PID算法，克服挖掘機工作裝置的大慣性，液壓系統(tǒng)的強非線性和控制模型的參數(shù)不確定性，保證控制精度。3)監(jiān)測系統(tǒng)可對系統(tǒng)主要參數(shù)的監(jiān)測、顯示及報警，使操作者及時掌握挖掘機的工作狀態(tài)。故障診斷功能可實時顯示機器工作時各個端口的數(shù)值，以便在機器發(fā)生故障時，快速便捷的找到故障位置并進行維修。4)采用工作模式選擇開關和柴油機速度設定旋鈕共同決定柴油機的期望轉速，通過恒功率與變功率兩種控制方式的組合，調節(jié)發(fā)動機油門去適應其對功率的需求，達成發(fā)動機、液壓泵、負載的良好匹配，實現(xiàn)節(jié)能。
下機結合具體實施例對本實用新型的結構和工作原理作進一步的說明。


圖1是本實用新型中傳感器的安裝結構圖。
圖2是本實用新型的監(jiān)控系統(tǒng)結構框圖。
圖3是本實用新型自動控制系統(tǒng)流程圖。
圖4是本實用新型的節(jié)能控制原理框圖。
具體實施方式
參見圖1，挖掘機的工作裝置動臂1上設有傾角傳感器2，斗桿3上設有傾角傳感器4，鏟斗6上設有的傾角傳感器7。挖掘機的斗桿3附近設有激光發(fā)射器支架8，激光發(fā)射器9置于激光發(fā)射器支架8上，高度探測儀5固定于挖掘機斗桿3上，高度探測儀5的輸出端與監(jiān)控處理器相連。挖掘機工作時，將激光發(fā)射器支架8調水平，激光發(fā)射器9上的激光頭旋轉并發(fā)射激光，高度探測儀5接收激光信號，測量激光束相對零位的相對高度，通過總線傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中央處理器，在監(jiān)控系統(tǒng)的顯示屏上顯示高程，再通過通信電路傳輸?shù)竭\動控制器。
參見圖2，圖2為本實用新型的監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖。本實用新型的監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控處理器、存儲器、看門狗、顯出屏、語音報警器、光電隔離電路、高速光電隔離電路、計數(shù)器、濾波器、通信電路、運動控制器、動臂傾角傳感器、斗桿傾角傳感器、鏟斗傾角傳感器、激光發(fā)射器、高度探測儀，監(jiān)控處理器分別與存儲器、看門狗、顯出屏、語音報警器、計數(shù)器、濾波器、通信電路相連。光電隔離電路與濾波器相連，動臂傾角傳感器、斗桿傾角傳感器、鏟斗傾角傳感器的位置信息經(jīng)總線傳輸送到運動控制器，再經(jīng)通信電路送到監(jiān)控處理器，經(jīng)處理后送顯示屏顯示。高度探測儀接收的激光信號，測量激光束相對零位的相對高度，通過總線傳輸?shù)奖O(jiān)控處理器，在顯示屏上顯示高程。來自發(fā)動機的高速脈沖信號經(jīng)光電隔離電路送到計數(shù)器，經(jīng)計數(shù)器計數(shù)送到監(jiān)控處理器。各種開關信號經(jīng)光電隔離電路、濾波器后送到監(jiān)控處理器進行處理。
本實用新型可實時顯示機器工作時各個節(jié)點的壓力、溫度、液位數(shù)值，還可在一定程度上實現(xiàn)智能控制。實現(xiàn)了對系統(tǒng)主要參數(shù)的監(jiān)測、顯示及報警，包括燃油液位、機油壓力、水溫、油溫，電瓶電壓低、發(fā)動機水溫過高、燃油過低、濾清器堵塞、空濾異常、液壓油油溫過高、機油壓力過低、機油油溫過高、水位過低等。同時，監(jiān)控處理器的故障診斷功能可實時顯示機器工作時各個端口的數(shù)值，以便在機器發(fā)生故障時，快速便捷的找到故障位置并進行維修。
參見圖3，圖3為本實用新型中挖掘機自動控制系統(tǒng)流程圖。把挖掘機的工作裝置作為多自由度機器手來處理，利用安裝在工作裝置動臂1上的傾角傳感器2、斗桿3上的傾角傳感器4、鏟斗6上的傾角傳感器7確定工作裝置的位姿，三個傾角傳感器的信號通過總線傳輸?shù)酵诰驒C上的運動控制器11，利用運動控制器的在線規(guī)劃功能，在確定目標軌跡(如直線、斜線、圓弧等)后，根據(jù)運動學及動力學規(guī)劃獲得工作裝置即動臂1、斗桿3、鏟斗6的運動序列，對序列中的一個點進行參數(shù)設置并得到PWM信號控制先導電液比例閥，再由先導電液比例閥控制主閥，驅動各個液壓缸動作，并實時檢測運動過程的誤差形成反饋，由于挖掘機工作裝置慣性大、液壓系統(tǒng)非線性強、控制模型參數(shù)不確定，根據(jù)工作裝置的位姿并采用自適應PID算法實時改變控制參數(shù)，經(jīng)PWM輸出得到實時修正的控制量。工作裝置的動作會引起三個傾角傳感器的值發(fā)生變化并實時地通過總線進行傳輸，形成實時反饋，如此循環(huán)，對每個序列點進行如上控制，得到精確軌跡，只需按一個按鈕就可實現(xiàn)自動控制。
參見圖4，圖4為本實用新型的節(jié)能控制原理框圖。通過恒功率與變功率兩種控制方式的組合，由模式選擇、發(fā)動機速度設定旋鈕輸入到節(jié)能控制器12中的發(fā)動機控制器，并實時檢測發(fā)動機轉速進入發(fā)動機控制器形成反饋，通過直線位移電磁鐵調節(jié)發(fā)動機油門適應對功率的需求，控制發(fā)動機的動作；ΔP調節(jié)旋鈕輸入泵控制器，油門位置以及發(fā)動機轉速進入控制器，形成有效反饋，輸出信號控制泵調節(jié)器，實現(xiàn)對泵的控制；發(fā)動機控制器和泵控制器組成的節(jié)能控制器共同實現(xiàn)發(fā)動機、液壓泵及負載的良好匹配，達到節(jié)能目的。
權利要求1.一種機電一體化挖掘機，包括監(jiān)控處理器、存儲器、看門狗、顯出屏、語音報警器、光電隔離電路、高速光電隔離電路、計數(shù)器、濾波器、通信電路，監(jiān)控處理器分別與存儲器、看門狗、顯出屏、語音報警器、計數(shù)器、濾波器、通信電路相連，光電隔離電路與濾波器相連，高速光電隔離電路與計數(shù)器相連；其特征在于還包括運動控制器、動臂傾角傳感器、斗桿傾角傳感器、鏟斗傾角傳感器，動臂傾角傳感器、斗桿傾角傳感器、鏟斗傾角傳感器的輸出接運動控制器的輸入，運動控制器經(jīng)通信電路與監(jiān)控處理器相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的機電一體化挖掘機，其特征在于還包括激光發(fā)射器支架、激光發(fā)射器、高度探測儀，激光發(fā)射器支架置于挖掘機的前方附近，激光發(fā)射器置于激光發(fā)射器支架上，高度探測儀固定于挖掘機斗桿上，高度探測儀的輸出端與監(jiān)控處理器相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的機電一體化挖掘機，其特征在于還包括節(jié)能控制器、模式選擇開關、發(fā)動機速度設定旋鈕，由模式選擇開關、發(fā)動機速度設定旋鈕輸入到節(jié)能控制器中的發(fā)動機控制器，并實時檢測發(fā)動機轉速進入發(fā)動機控制器形成反饋，通過直線位移電磁鐵調節(jié)發(fā)動機油門適應對功率的需求，控制發(fā)動機的動作；ΔP調節(jié)旋鈕輸入泵控制器，油門位置以及發(fā)動機轉速進入控制器，形成有效反饋，輸出信號控制泵調節(jié)器，實現(xiàn)對泵的控制。
專利摘要本實用新型公開了一種機電一體化挖掘機，包括監(jiān)控處理器、存儲器、看門狗、顯出屏、語音報警器、光電隔離電路、高速光電隔離電路、計數(shù)器、濾波器、通信電路連接，監(jiān)控處理器分別與存儲器、看門狗、顯出屏、語音報警器、計數(shù)器、濾波器、通信電路相連，光電隔離電路與濾波器相連，高速光電隔離電路與計數(shù)器相連；還包括運動控制器、動臂傾角傳感器、斗桿傾角傳感器、鏟斗傾角傳感器，動臂傾角傳感器、斗桿傾角傳感器、鏟斗傾角傳感器的輸出接運動控制器的輸入，運動控制器經(jīng)通信電路與監(jiān)控處理器相連。本機電一體化挖掘機機可實現(xiàn)預定軌跡的自動挖掘控制，并具有控制精度高、定位準、能耗低的優(yōu)點。
文檔編號E02F9/20GK2900632SQ200620050330
公開日2007年5月16日 申請日期2006年3月17日 優(yōu)先權日2006年3月17日
發(fā)明者何清華, 郝鵬, 張大慶 申請人:中南大學, 湖南山河智能機械股份有限公司