反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置及方法，其中，該鏟斗定位裝置包括：定位裝置，用于接收挖掘機的轉動機座在一定的大地參考框架下的空間位置；方向測量裝置，用以測量該反鏟挖掘機的轉動機座的航向角、俯仰角以及橫滾角的角度信息；鏟斗位置測量裝置，用于測量該反鏟挖掘機的鏟斗的空間位置信息；以及計算裝置，根據該空間位置信息、該在一定的大地參考框架下的空間位置、該航向角、俯仰角以及橫滾角的角度信息，計算該鏟斗的經緯度和高程。綜上所述，使用上述反鏟挖掘機鏟斗定位裝置與計算方法，通過兩種不同的作業流程實現反鏟挖掘機的作業引導，本發明提供了主動引導的裝置設備和方法，為反鏟挖掘機操作員及作業管理單位提供較為準確的作業量測定，并能夠計算作業區域狀態、作業程度和填挖方量。
【專利說明】反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及反鏟挖掘機【技術領域】，尤其涉及一種反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟的快速發展，工程建設、礦產開采等均需要使用反鏟挖掘機進行作業。在利用反鏟挖掘機進行大范圍作業時，常常缺少信息化管理手段及作用的引導裝置，造成施工或開采速度慢、不能實現精確管理和定采。目前，公交車導航系統和智能交通系統較多，但缺少施工車輛，尤其是反鏟挖掘機的引導裝置和配套方法。目前，現有的一種反鏟挖掘機定位系統，運用的技術方法是扇形激光測量，但僅僅能夠應用于較為平坦的地表環境及一般的車輛定位導航服務，其應用于實際的崎嶇工程作業地表對反鏟挖掘機的作業引導控制來講尚存在一定的缺陷，不能夠精確的判定車輛狀態及采挖作業面情況。
[0003]通過GPS裝置(一般理解為GPS和GL0NASS等衛星定位系統信號接收機)來進行的定位，很大程度上局限了反鏟挖掘機的作業引導范圍，尤其當作業位于山坳或森林中，GPS信號不足，這就對整體的定位精度產生影響，不可能準確定位。而通過扇形激光或者平面激光來計算挖掘深度的問題也是不完全精確的，這種方法中缺少對誤差的考慮，即可以測出高差，但不能夠確定是否為鏟斗軌跡，僅能確定對應激光區域堆積礦體或地面高度。因此需要其他方式進行補充和改進。
【發明內容】
[0004]本發明一種反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置及方法，用以解決現有的反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置，定位不準確，僅僅能夠應用于較為平坦的地表環境及一般的車輛定位導航服務的問題。
[0005]本發明公開了一種反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置，其中，該反鏟挖掘機包括:行走底座；具有駕駛室的轉動機座，設置在該行走底座上；動臂，其一端與該轉動機座樞接；斗桿，其一端與該動臂的另一端樞接；鏟斗，與該斗桿的另一端樞接；動臂液壓缸，固定在該轉動機座上，其活塞桿與該動臂樞接；斗桿液壓缸，固定在該動臂上，其活塞桿與該斗桿樞接；以及鏟斗液壓缸，固定在該斗桿相對該鏟斗的遠端，其活塞桿分別與一搖桿以及一連桿樞接，該搖桿的另一端樞接在該斗桿相對該鏟斗的近端，該連桿的另一端與該鏟斗樞接；該鏟斗定位裝置包括:定位裝置，用于接收挖掘機的轉動機座在一定的大地參考框架下的空間位置；方向測量裝置，用以測量該反鏟挖掘機的轉動機座的航向角、俯仰角以及橫滾角的角度信息；鏟斗位置測量裝置，用于測量該反鏟挖掘機的鏟斗的空間位置信息；以及計算裝置，根據該空間位置信息、該在一定的大地參考框架下的空間位置、該航向角、俯仰角以及橫滾角的角度信息，計算該鏟斗的經緯度和高程。
[0006]根據反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置的一實施例，其中，該空間位置信息還包括該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度、速度以及加速度，該斗桿相對該動臂的轉動角度、角速度以及角加速度，該動臂相對該轉動機座的轉動角速、角速度以及角加速度；該計算裝置還根據該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度、速度以及加速度，該斗桿相對該動臂的轉動角度、角速度以及角加速度，該動臂相對該轉動機座的轉動角速、角速度以及角加速度，計算該鏟斗的經緯度和高程隨時間的變化。
[0007]根據反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置的一實施例，其中，該鏟斗位置測量裝置包括:液壓測量裝置，用于測量該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度；第一姿態測量裝置，用于測量該斗桿相對該動臂的轉動角度；以及第二姿態測量裝置，用于測量該動臂相對該轉動機座的轉動角度。
[0008]根據反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置的一實施例，其中，該液壓測量裝置還測量該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮速度和加速度，該第一姿態測量裝置還測量該斗桿相對該動臂的轉動角速度以及角加速度，該第二姿態測量裝置還測量該動臂相對該轉動機座的轉動角速度以及角加速度；該計算裝置還根據該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度、速度以及加速度，該斗桿相對該動臂的轉動角度、角速度以及角加速度，該動臂相對該轉動機座的轉動角速、角速度以及角加速度，計算該鏟斗的經緯度和高程隨時間的變化。
[0009]根據反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置的一實施例，其中，該鏟斗位置測量裝置包括:第一液壓測量裝置，用于測量該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度；第二液壓測量裝置，用于測量該斗桿液壓缸的活塞桿的伸縮長度；以及第三液壓測量裝置，用于測量該動臂液壓缸的活塞桿的伸縮長度；該計算裝置根據該斗桿液壓缸的活塞桿的伸縮長度以及該動臂液壓缸的活塞桿的伸縮長度，計算該斗桿相對該動臂的轉動角度以及該動臂相對該轉動機座的轉動角度。
[0010]根據反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置的一實施例，其中，第一液壓測量裝置還測量該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮速度和加速度，第二液壓測量裝置還測量該斗桿液壓缸的活塞桿的伸縮速度和加速度，第三液壓測量裝置還測量該動臂液壓缸的活塞桿的伸縮速度和加速度；該計算裝置根據該斗桿液壓缸的活塞桿的伸縮速度和加速度以及該動臂液壓缸的活塞桿的伸縮速度和加速度，計算該斗桿相對該動臂的轉動角速度以及角加速度，該動臂相對該轉動機座的轉動角速度以及角加速度，進而計算該鏟斗的經緯度和高程隨時間的變化。
[0011]根據反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置的一實施例，其中，該計算裝置計算該鏟斗的經緯度和高程包括:
[0012]
【權利要求】
1.一種反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置，其特征在于，該反鏟挖掘機包括: 行走底座； 具有駕駛室的轉動機座，設置在該行走底座上； 動臂，其一端與該轉動機座樞接； 斗桿，其一端與該動臂的另一端樞接； 鏟斗，與該斗桿的另一端樞接； 動臂液壓缸，固定在該轉動機座上，其活塞桿與該動臂樞接； 斗桿液壓缸，固定在該動臂上，其活塞桿與該斗桿樞接；以及 伊斗液壓缸，固定在該斗桿相對該伊斗的遠端，其活塞桿分別與一搖桿以及一連桿樞接，該搖桿的另一端樞接在該斗桿相對該鏟斗的近端，該連桿的另一端與該鏟斗樞接；該鏟斗定位裝置包括: 定位裝置，用于接收挖掘機的轉動機座的在一定的大地參考框架下的空間位置；方向測量裝置，用以測量該反鏟挖掘機的轉動機座的航向角、俯仰角以及橫滾角的角度?目息; 鏟斗位置測量裝置，用于測量該反鏟挖掘機的鏟斗的相對該轉動機座的空間位置信息；以及 計算裝置，根據該空間位置信息、該在一定的大地參考框架下的空間位置、該航向角、俯仰角以及橫滾角的角度信息，計算各采樣時刻的該鏟斗的經緯度和高程。·
2.如權利要求1所述的反鏟挖掘機鏟斗定位裝置，其特征在于， 該空間位置信息還包括該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度、速度以及加速度，該斗桿相對該動臂的轉動角度、角速度以及角加速度，該動臂相對該轉動機座的轉動角速、角速度以及角加速度； 該計算裝置還根據該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度、速度以及加速度，該斗桿相對該動臂的轉動角度、角速度以及角加速度，該動臂相對該轉動機座的轉動角速、角速度以及角加速度，計算該鏟斗的經緯度和高程隨時間的變化。
3.如權利要求1所述的反鏟挖掘機鏟斗定位裝置，其特征在于，該鏟斗位置測量裝置包括: 液壓測量裝置，用于測量該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度； 第一姿態測量裝置，用于測量該斗桿相對該動臂的轉動角度；以及 第二姿態測量裝置，用于測量該動臂相對該轉動機座的轉動角度。
4.如權利要求3所述的反鏟挖掘機鏟斗定位裝置，其特征在于， 該液壓測量裝置還測量該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮速度和加速度，該第一姿態測量裝置還測量該斗桿相對該動臂的轉動角速度以及角加速度，該第二姿態測量裝置還測量該動臂相對該轉動機座的轉動角速度以及角加速度； 該計算裝置還根據該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度、速度以及加速度，該斗桿相對該動臂的轉動角度、角速度以及角加速度，該動臂相對該轉動機座的轉動角速、角速度以及角加速度，計算該鏟斗的經緯度和高程隨時間的變化。
5.如權利要求1所述的反鏟挖掘機鏟斗定位裝置，其特征在于，該鏟斗位置測量裝置包括:第一液壓測量裝置，用于測量該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度； 第二液壓測量裝置，用于測量該斗桿液壓缸的活塞桿的伸縮長度；以及 第三液壓測量裝置，用于測量該動臂液壓缸的活塞桿的伸縮長度； 其中，該計算裝置根據該斗桿液壓缸的活塞桿的伸縮長度以及該動臂液壓缸的活塞桿的伸縮長度，計算該斗桿相對該動臂的轉動角度以及該動臂相對該轉動機座的轉動角度。
6.如權利要求5所述的反鏟挖掘機鏟斗定位裝置，其特征在于，第一液壓測量裝置還測量該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮速度和加速度，第二液壓測量裝置還測量該斗桿液壓缸的活塞桿的伸縮速度和加速度，第三液壓測量裝置還測量該動臂液壓缸的活塞桿的伸縮速度和加速度； 其中，該計算裝置根據該斗桿液壓缸的活塞桿的伸縮速度和加速度以及該動臂液壓缸的活塞桿的伸縮速度和加速度，計算該斗桿相對該動臂的轉動角速度以及角加速度，該動臂相對該轉動機座的轉動角速度以及角加速度，進而計算該鏟斗的經緯度和高程隨時間的變化。
7.如權利要求2-6任一權利要求所述的反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置，其特征在于，該計算裝置計算該鏟斗的經緯度和高程包括:
8.如權利要求1至6任一權利要求所述的反鏟挖掘機的鏟斗定位裝置，其特征在于，該計算裝置根據該動臂與該轉動機座的樞接位置相對該定位裝置的相對位置，以及該動臂與該轉動機座的樞接位置相對該鏟斗的相對位置，計算該鏟斗與該在一定的大地參考框架下的空間位置之間的相對位置，進而計算該鏟斗的經緯度和高程。
9.如權利要求1的反鏟挖掘機的作業引導裝置，其特征在于，還包括:車載顯示裝置，安裝在駕駛室內。
10.一種反鏟挖掘機的鏟斗定位方法，其特征在于，該反鏟挖掘機包括: 行走底座； 具有駕駛室的轉動機座，設置在該行走底座上； 動臂，其一端與該轉動機座樞接； 斗桿，其一端與該動臂的另一端樞接； 鏟斗，與該斗桿的另一端樞接； 動臂液壓缸，固定在該轉動機座上，其活塞桿與該動臂樞接； 斗桿液壓缸，固定在該動臂上，其活塞桿與該斗桿樞接；以及 伊斗液壓缸，固定在該斗桿相對該伊斗的遠端，其活塞桿分別與一搖桿以及一連桿樞接，該搖桿的另一端樞接在該斗桿相對該鏟斗的近端，該連桿的另一端與該鏟斗樞接； 反鏟挖掘機的鏟斗定位方·法包括: 測量該反鏟挖掘機的轉動機座的航向角、俯仰角以及橫滾角的角度信息； 測量該反鏟挖掘機的鏟斗的空間位置信息； 根據該空間位置信息、接收的該挖掘機的轉動機座在一定的大地參考框架下的空間位置、該航向角、俯仰角以及橫滾角的角度信息，計算該鏟斗的經緯度和高程。
11.如權利要求10所述的反鏟挖掘機的鏟斗定位方法，其特征在于，測量該反鏟挖掘機的鏟斗的空間位置信息包括: 測量該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度、速度以及加速度，該斗桿相對該動臂的轉動角度、角速度以及角加速度，該動臂相對該轉動機座的轉動角速、角速度以及角加速度；根據該空間位置信息、接收的該挖掘機的在一定的大地參考框架下的空間位置、該航向角、俯仰角以及橫滾角的角度信息，計算該鏟斗的經緯度和高程還包括: 根據該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度、速度以及加速度，該斗桿相對該動臂的轉動角度、角速度以及角加速度，該動臂相對該轉動機座的轉動角速、角速度以及角加速度，計算該鏟斗的經緯度和高程隨時間的變化。
12.如權利要求10所述的反鏟挖掘機的鏟斗定位方法，其特征在于，測量該反鏟挖掘機的鏟斗的空間位置信息包括:測量該鏟斗液壓缸的活塞桿的伸縮長度、伸縮速度和加速度，該斗桿液壓缸的活塞桿的伸縮長度、伸縮速度和加速度，該動臂液壓缸的活塞桿的伸縮長度、伸縮速度和加速度；根據該空間位置信息、接收的該挖掘機的轉動機座在一定的大地參考框架下的空間位置、該航向角、俯仰角以及橫滾角的角度信息，計算各采樣時刻的該鏟斗的經緯度和高程還包括: 根據該斗桿液壓缸的伸縮速度和加速度以及該動臂液壓缸的伸縮速度和加速度，計算該斗桿相對該動臂的轉動角速度以及角加速度，該動臂相對該轉動機座的轉動角速度以及角加速度，進而計算該鏟斗的經緯度和高程隨時間的變化。
13.如權利要求11或12所述的反鏟挖掘機的鏟斗定位方法，其特征在于，根據該空間位置信息、接收的該挖掘機的轉動機座在一定的大地參考框架下的空間位置、該航向角、俯仰角以及橫滾角的角度信息，計算該鏟斗的經緯度和高程包括:
14.如權利要求10至12任一權利要求所述的反鏟挖掘機的鏟斗定位方法，其特征在于，根據該動臂與該轉動機座的樞接位置相對該在一定的大地參考框架下的空間位置的相對位置，以及該動臂與該轉動機座的樞接位置相對該鏟斗的相對位置，計算該鏟斗與該在一定的大地參考框架下的空間位置之間的相對位置，進而計算該鏟斗的經緯度和高程。
【文檔編號】G01C1/00GK103852059SQ201410114023
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】蔡明祥, 杜年春 申請人:中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司