專利名稱：一種挖掘裝載組合機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于機電一體化領(lǐng)域，涉及一種挖掘裝載組合機。
技術(shù)背景挖掘裝載機俗稱"兩頭忙"。因為它具有獨特的構(gòu)造，前端是裝載裝置，后端為挖掘裝 置。在工地內(nèi)，您只需要轉(zhuǎn)動一下座椅，即可完成從裝載機到挖掘機操作手角色的轉(zhuǎn)變。 挖掘裝載機主要用于城市和農(nóng)村的公路建設(shè)及養(yǎng)護、電纜鋪設(shè)、電力和機場工程、市政建 設(shè)、農(nóng)田水利建設(shè)、農(nóng)村住宅建設(shè)、開山取石以及各種小型建筑隊所從事的各種建筑施工 工程。它可配多種工作裝置及輔具，進行挖掘、鏟裝、路面破碎、平整場地、開挖溝渠、 鋪設(shè)管道等多種作業(yè)。本文所涉及的挖掘裝載機是一種全新的機械，不同于普通的"兩頭忙"，其兩種工作裝 置并不是分別位于車體的兩端，而是位于車體的一端，兩種工作裝置的切換是通過控制結(jié) 構(gòu)的變形(折疊或者打開)實現(xiàn)的，即該機器有兩種工作模式挖掘機工作模式、裝載機 工作模式。正常情況下，該機器為一款普通的液壓挖掘機，根據(jù)施工需要，當需要裝載功 能時，控制系統(tǒng)會操作挖掘裝置進行折疊，變形成為一款裝載機。因此，它能夠完成普通 的"兩頭忙"的所有功能。但由于其裝載機功能是在挖掘機底盤的基礎(chǔ)上進行變形的，所以， 與普通的"兩頭忙"相比較，其功能更為靈活和強大 一 無需轉(zhuǎn)動座椅，即可實現(xiàn)兩種功能, 二在裝載機模式下，具有回轉(zhuǎn)裝載的功能，三挖掘時的視野更為寬闊；四在裝載機模 式下，具有偏轉(zhuǎn)裝載的功能。隨著該機器功能的多樣化，其操作也相對較為復雜，操作者必須進行長時間的培訓才能完 成高質(zhì)量的作業(yè)，具有較高的作業(yè)效率。因此提高該挖掘裝載機的機電一體化程度，進而 實現(xiàn)挖掘裝載機的局部自動化，是解決上述問題最理想的方案。實用新型內(nèi)容本實用新型要解決技術(shù)問題是針對現(xiàn)有裝載機和挖掘機的缺點，提出了挖掘裝載組合 機，可以實現(xiàn)裝載機和挖掘機兩種工作模式的自動切換。 本實用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種挖掘裝載組合機，其特征在于，包括操作平臺和機械臂機構(gòu)；所述的操作平臺與 機械臂機構(gòu)連接；所述的機械臂機構(gòu)包括下動臂、上動臂、斗桿和用于裝卸鏟斗或裝載斗的快換裝置； 所述的下動臂、上動臂、斗桿和快換裝置依次連接；所述的下動臂與操作平臺連接；操作 平臺包括位于機體底部的車輪履帶機構(gòu)及驅(qū)動裝置和位于車輪履帶機構(gòu)上的操作室；所述的下動臂、上動臂和斗桿均由各自的液壓缸驅(qū)動；所述的斗桿靠近快換裝置的一端、以及所述的上動臂靠近下動臂的一端各設(shè)置有相互 配合的斗桿安全緊鎖裝置，斗桿安全緊鎖裝置主要包括1)位于斗桿上靠近快換裝置一 端的銷軸(13)，銷軸(13)與斗桿為固結(jié)方式連接，不能發(fā)生任何相對位移；2)位于上 動臂靠近下動臂的鎖緊裝置(12)，該鎖緊裝置(12)與銷軸(13)配合使用，下動臂的鎖緊 裝置(12)設(shè)計了預定位置(19)，當銷軸(13)按設(shè)定的方向運動到預定位置(19)時，下動臂的 鎖緊裝置(12)的銷軸(20)(見圖8中)伸出，鎖緊銷軸(13),從而鎖住斗桿，使斗桿與上動臂 不能發(fā)生相對移動。所述的下動臂靠近操縱臺的一端設(shè)置有動臂安全緊鎖裝置；該動臂安全緊鎖裝置與所 述的上動臂與斗桿的連接銷軸(16)相互配合；(其在整機中的位置可以參見圖l和圖2);該 安全鎖緊裝置主要包括1)上動臂與斗桿的聯(lián)接銷軸(16)，該銷軸的端部開有沉頭孔，2) 下動臂靠近操縱臺的安全緊鎖裝置(15)，該安全緊鎖裝置(15)與聯(lián)接銷軸16—起配合使用， 構(gòu)成上動臂的安全鎖緊裝置，當聯(lián)接銷軸(16)按照設(shè)定的運動方向運動到預定位置18 (該位置可以參照圖1與圖2)時，鎖緊銷軸17動作，伸入到聯(lián)接銷軸16的沉頭孔中， 鎖住上動臂。所述的挖掘裝載組合機上還設(shè)置有運動控制器；所述的運動控制器通過驅(qū)動裝置與所 述的液壓缸連接。每個液壓缸均有對應的多位換向闊控制，而每個多位換向閥都有對應的 先導閥控制，先導閥為電液比例閥，每個電液比例閥都由控制器相應的輸出口控制，因此， 運動控制器通過其輸出口輸出相應的數(shù)字量控制先導闊，不同的數(shù)字量對應不同的速度和 力，從而控制多位換向閥的動作，最終實現(xiàn)對每個液壓缸動作的控制。所述的挖掘裝載組合機，還包括設(shè)置在上動臂上的上動臂傾角傳感器、設(shè)置在下動臂 上的下動臂傾角傳感器、設(shè)置在斗桿上的斗桿傾角傳感器、設(shè)置在鏟斗上的鏟斗傾角傳感 器，所述的上動臂傾角傳感器、下動臂傾角傳感器、斗桿傾角傳感器和鏟斗傾角傳感器的 輸出端接所述運動控制器的輸入端。該挖掘裝載組合機的控制方法，包括以下步驟1)利用運動控制器的在線規(guī)劃功能，確定挖掘裝載機的目標軌跡，獲得工作裝置的運動序列，所述的工作裝置為上動臂、下動臂、斗桿和鏟斗或裝載斗；2) 對序列中的起始點進行參數(shù)設(shè)置并得到PWM (脈寬調(diào)制)信號控制先導電液比例 闊，再由先導電液比例閥控制主閥，驅(qū)動工作裝置的各個液壓缸動作；3) 利用上動臂傾角傳感器、下動臂傾角傳感器、斗桿傾角傳感器和鏟斗傾角傳感器 獲取所述工作裝置的位姿信息，并通過總線傳輸?shù)竭\動控制器，運動控制器獲取工作裝置 的新位姿信息后，與預定序列點的工作裝置位姿進行比較，并通過自動控制器實時改變控 制參數(shù)，經(jīng)PWM輸出得到實時修正的控制量，控制工作裝置動作；4) 重復步驟3)，對每個序列點進行控制，直到完全實現(xiàn)預定軌跡的自動折疊和自動 打開折疊功能，即從挖掘機模式自動轉(zhuǎn)換到裝載機模式，或從裝載機模式通過自動打開功 能轉(zhuǎn)換成挖掘機模式。所述的自動控制器采用自適應PID算法、神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法、模糊算法或以上各種算 法的結(jié)合。本專利所采用的自適應PID控制算法具體為專家自適應PID控制算法，其主要 由模型參考自適應控制系統(tǒng)和可調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成，其中模型參考自適應控制系統(tǒng)由模型控制器 和參考對象組成?？烧{(diào)系統(tǒng)由數(shù)字式的PID控制器和實際對象組成；既能自動辨識被控過 程參數(shù)，適應被控過程參數(shù)的變化，又具有常規(guī)PID控制器的結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好。 本實用新型的有益效果有-1)在挖掘裝載機上動臂、下動臂、斗桿、鏟斗分別設(shè)置傾角傳感器，可實時 觀測挖掘裝載機的工作姿態(tài)，提供挖掘裝載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。2) 運動控制器與監(jiān)控系統(tǒng)連接，監(jiān)測系統(tǒng)可對系統(tǒng)主要參數(shù)進行監(jiān)測、顯示及 報警，使操作者及時掌握挖掘裝載機的工作狀態(tài)。與運動控制器連接的顯示器可實 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。3) 采用工作模式選擇開關(guān)，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，實現(xiàn)挖掘模式到裝載機模式、裝載機模式到挖掘機模式的 自動切換，有效的降低操作復雜性，提高作業(yè)效率。


圖1，圖2是本實用新型中傳感器的安裝結(jié)構(gòu)圖及該機型的挖掘機工作模式結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-圖7為整機從挖掘機模式轉(zhuǎn)換為裝載機模式的整個過程示意圖； 圖8是本實用新型中該機型的裝載機工作模式； 圖9是本實用新型的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖io是本實用新型工作模式自動切換系統(tǒng)流程圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。 實施例1:參見圖1,本機型處在挖掘機模式，此時挖掘裝載機的工作裝置下動臂1上設(shè)有傾角 傳感器2，上動臂3上設(shè)有傾角傳感器4，斗桿5上設(shè)有傾角傳感器6，鏟斗7上設(shè)有的傾 角傳感器8，下動臂l、上動臂3、斗桿5、鏟斗7分別由對應的動臂液壓缸9、上動臂液 壓缸IO、斗桿液壓缸ll、伊斗液壓缸14進行驅(qū)動的?？梢钥闯雠c常規(guī)挖掘機相比較，本 實用新型中機器處于挖掘機模式時，其工作臂有四個自由度，而不同于標準挖掘機的三個 自由度。參見圖8，本機型處在裝載機工作模式，與圖1相比較，是由圖l的挖掘機工作臂機 構(gòu)經(jīng)過折疊變形而來的，其工作原理簡述如圖3至圖7所示的過程(為描繪得清晰，僅給 出工作裝置圖)，首先，操縱快換裝置21，卸掉挖掘鏟斗7，開始折疊；圖1中的斗桿液 壓缸11伸出，斗桿5向上動臂3的方向運動，其運動方向如圖3箭頭所示；斗桿5與上動 臂3折疊在一起(如圖4所示)，其中斗桿安全鎖緊裝置銷軸13運動到斗桿鎖緊裝置12 的預定位置19，如圖4所示；其次，上動臂液壓缸10縮回，斗桿5與上動臂3—起向下 動臂1折疊，其運動方向如圖4中箭頭所示，其中動臂安全鎖緊裝置的銷軸16運動到動 臂鎖緊裝置15的預定位置18，到位后的狀態(tài)如圖5所示。此時，斗桿鎖緊裝置12的銷軸 20伸出(其伸出前后的狀態(tài)可以通過對比圖1和圖8看出)，鎖緊銷軸13，從而鎖住斗桿， 使斗桿與上動臂不能發(fā)生相對移動；動臂鎖緊裝置的銷軸17運動到銷軸16的沉頭孔中， 鎖住上動臂，使上動臂與下動臂之間不能發(fā)生相對移動。斗桿安全鎖緊裝置12鎖住后狀 態(tài)見圖8，動臂安全鎖緊裝置鎖住后狀態(tài)見圖6 (圖6為圖5的左視圖，銷軸17和銷軸16 的相對位置見放大部分)中的放大部分，其具體位置見圖中的整機圖1和圖2。此時上動 臂3、斗桿5均不再有動作，與原挖掘機模式的下動臂1折疊在一起，三者之間不能發(fā)生 相對移動，如圖5， 6所示，整體作為裝置機模式的動臂，其液壓缸9仍為裝載模式中動 臂的驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動整體沿箭頭所示方向運動，運動到如圖7所示位置，通過再次操作快 換裝置21，將挖掘機的鏟斗7更換成裝載斗，其驅(qū)動機構(gòu)保持不變。至此，完成工作模式 的轉(zhuǎn)變。而從裝載模式轉(zhuǎn)換成挖掘模式，其工作過程恰好是以上動作的相反過程。參見圖9，圖9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、上動臂傾角傳感器、下動臂傾角傳感器、斗桿傾 角傳感器、鏟斗傾角傳感器，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，上動臂傾角傳感器、下動 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。各種開關(guān)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)自動控制。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10，圖IO為本實用新型中工作模式自動切換系統(tǒng)流程圖。把挖掘模式的工作 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、上動臂 3上設(shè)有傾角傳感器4，斗桿5上設(shè)有傾角傳感器6，鏟斗7上設(shè)有的傾角傳感器8確定工 作裝置的位姿，四個傾角傳感器的信號通過總線傳輸?shù)綑C載的運動控制器，利用運動控制 器的在線規(guī)劃功能，在確定目標軌跡后，根據(jù)運動學及動力學規(guī)劃獲得工作裝置即動臂l、 上動臂3、斗桿5的運動序列，對序列中的一個點進行參數(shù)設(shè)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(qū)動各個液壓缸動作，并實時檢測運動過 程的誤差形成反饋，由于機器工作裝置慣性大、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，分別完成折疊過程(從挖 掘機模式切換到裝載機模式)、展開過程(從裝載機模式切換到挖掘機模式)，只需按一個 按鈕就可實現(xiàn)工作模式的自動切換。
權(quán)利要求1.一種挖掘裝載組合機，其特征在于，包括操作平臺和機械臂機構(gòu)；所述的操作平臺與機械臂機構(gòu)連接；所述的機械臂機構(gòu)包括下動臂、上動臂、斗桿和用于裝卸鏟斗或裝載斗的快換裝置；所述的下動臂、上動臂、斗桿和快換裝置依次連接；所述的下動臂與操作平臺連接；所述的下動臂、上動臂和斗桿均由各自的液壓缸驅(qū)動；所述的斗桿靠近快換裝置的一端、以及所述的上動臂靠近下動臂的一端各設(shè)置有相互配合的斗桿安全緊鎖裝置；所述的下動臂靠近操縱臺的一端設(shè)置有動臂安全緊鎖裝置；該動臂安全緊鎖裝置與所述的上動臂與斗桿的連接銷軸相互配合；所述的挖掘裝載組合機上還設(shè)置有運動控制器；所述的運動控制器通過驅(qū)動裝置與所述的液壓缸連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖掘裝載組合機，其特征在于，還包括設(shè)置在下動臂上的下 動臂傾角傳感器、設(shè)置在上動臂上的上動臂傾角傳感器、設(shè)置在斗桿上的斗桿傾角傳感器、 設(shè)置在伊斗上的伊斗傾角傳感器，所述的下動臂傾角傳感器、上動臂傾角傳感器、斗桿傾 角傳感器和鏟斗傾角傳感器的輸出端接所述運動控制器的輸入端。
專利摘要本實用新型公開了一種挖掘裝載組合機，該挖掘裝載機包括操作平臺和機械臂機構(gòu)；所述的機械臂機構(gòu)包括下動臂、上動臂、斗桿和用于裝卸鏟斗或裝載斗的快換裝置；所述的下動臂、上動臂和斗桿均由各自的液壓缸驅(qū)動；所述的斗桿和上動臂各設(shè)置有相互配合的斗桿安全緊鎖裝置；所述的斗桿和下動臂也各設(shè)置有相互配合的動臂安全緊鎖裝置；所述的挖掘裝載組合機上還設(shè)置有運動控制器；所述的運動控制器通過驅(qū)動裝置與所述的液壓缸連接。本挖掘裝載組合機區(qū)別于常見的標準挖掘裝載機，具有挖掘機工作模式和裝載機工作模式，并能夠?qū)崿F(xiàn)兩種工作模式的自動切換。
文檔編號E02F3/30GK201317946SQ20082015951
公開日2009年9月30日 申請日期2008年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月29日
發(fā)明者何清華, 何耀軍, 張大慶, 勇 郭 申請人:湖南山河智能機械股份有限公司;中南大學