CN103046606A - 工程机械设备、可移动式配重***及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于工程机械设备的可移动式配重***包括：配重；信息采集装置，用于采集工程机械设备的工作状态信息；计算模块，所述计算模块内预存有工程机械设备的特征参数信息，所述计算模块根据所述工作状态信息及特征参数信息计算得出所述配重的理想配重位置；控制模块，将所述理想配重位置和所述配重的实际配重位置进行比较，并输出控制信号；调节装置，接收所述控制模块输出的控制信号，并将所述配重调整至所述理想配重位置。本发明还提出一种工程机械设备及可移动式配重控制方法，本发明的工程机械设备、可移动式配重***及控制方法，可实现对配重位置的调节，改善工程机械设备工作的稳定性和安全性。

Description

工程机械设备、可移动式配重***及控制方法

技术领域

本发明是涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种工程机械设备、可移动式配重***及控制方法。

背景技术

一些工程机械设备（例如起重机、挖掘机等）上往往设有配重，配重可使工程机械设备的重心尽量靠近车体的回转中心，以保证车体的动态稳定性，减小回转支撑的转动阻力，并实现快速平稳回转。以挖掘机为例，为保证挖掘机的正常工作，在挖掘机配重的设计与布局中，需要考虑挖掘机的稳定性和安全性问题。挖掘机稳定性和安全性考虑不当，可导致挖掘机在挖掘过程中晃动严重甚至翻车。

目前国内外挖掘机普遍采用的固定式配重，配重箱位于挖掘机回转平台的尾部，配重箱与回转平台的联接采用止口挂钩及镶条定位、螺栓联接的方式。挖掘机的配重重量是在整机全部组装完成后，根据铲斗型号不同以及现场作业对象密度不同而选择。铲斗型号相同的情况下，作业对象密度大时，需要增加配重重量。采用这种固定式配重，在挖掘机作业过程中，工作装置的重心位置实时变化，却无法调整配重位置。

另外使用固定式配重装置时，配重的位置和重量在挖掘机作业过程中已经限定，挖掘机整机稳定性也就确定。然而随作业半径加大，挖掘机工作装置会产生相当大的倾翻力矩，会大大降低挖掘机整机的稳定性和安全性。而且在挖掘过程中，惯性载荷，作业对象改变以及外部突发性载荷等情况无法避免，若超出固定配重所能达到的稳定性性能范围，将造成挖掘机晃动，严重时甚至翻车。由于挖掘机整机失去稳定性，造成挖掘机不能充分发挥挖掘力，将造成资源浪费和不可挽回的损失。

发明内容

本发明目的在于提供一种可移动式配重***、方法及工程机械设备，其可实现对配重位置的调节，改善工程机械设备工作的稳定性和安全性。

为达上述优点，本发明提供一种可移动式配重***，所述可移动式配重***包括：配重；信息采集装置，用于采集工程机械设备的工作状态信息；计算模块，所述计算模块内预存有工程机械设备的特征参数信息，所述计算模块根据所述工作状态信息及特征参数信息计算得出所述配重的理想配重位置；控制模块，将所述理想配重位置和所述配重的实际配重位置进行比较，并输出控制信号；调节装置，接收所述控制模块输出的控制信号，并将所述配重调整至所述理想配重位置。

在本发明的一个实施例中，所述的可移动式配重***还包括传输模块，所述传输模块将所述信息采集装置采集得到的工作状态信息传输至所述计算模块。

在本发明的一个实施例中，所述的计算模块先根据所述工作状态信息及特征参数信息更新各部件的姿态变换矩阵，计算工程机械设备各部件在工程机械设备整机参考坐标系下的重心位置矢量，然后根据所述重心位置矢量、所述工作状态信息及所述特征参数信息，利用工程机械设备整机力矩平衡方程求解得到所述配重的理想配重位置。

在本发明的一个实施例中，所述的工程机械设备为挖掘机，所述计算模块还根据所述挖掘机的工作状态信息及特征参数信息对挖掘机进行工况判定，并利用当前工况下的挖掘机整机力矩平衡方程求解所述配重的理想配重位置。

在本发明的一个实施例中，所述信息采集装置包括布置于所述挖掘机上的多个传感器，所述传感器至少包括各一个用于实时感测挖掘机作业时所处位置的坡度的倾角传感器、用于实时感测所述挖掘机的回转平台及工作装置转角的角度传感器及用于实时感测所述挖掘机的配重的实际坐标位置的位移传感器。

在本发明的一个实施例中，所述的调节装置包括导轨支架、齿条、驱动马达及齿轮，所述导轨支架固定于所述工程机械设备的回转平台上，所述齿条固定于所述工程机械设备的回转平台上且与所述导轨支架上的滑轨平行，所述齿轮安装于所述配重的底部，所述配重设于所述导轨支架上，所述驱动马达接收所述控制模块的控制信号并驱动所述齿轮转动，所述齿轮与所述齿条啮合并带动所述配重沿着所述导轨支架滑动，以将所述配重调整至所述理想配重位置。

本发明还提出一种可移动式配重控制方法，所述方法包括以下步骤：采集工程机械设备的工作状态信息；根据所述工作状态信息及所述工程机械设备的特征参数信息计算得出所述配重的理想配重位置；将所述理想配重位置和所述配重的实际配重位置进行比较，并输出控制信号；根据所述控制信号将所述配重调整至所述理想配重位置。

在本发明的一个实施例中，所述的可移动式配重控制方法还包括以下步骤：根据所述工作状态信息及特征参数信息更新工程机械设备各部件的姿态变换矩阵，计算工程机械设备各部件在工程机械设备整机参考坐标系下的重心位置矢量；根据所述重心位置矢量、所述工作状态信息及所述特征参数信息，利用工程机械设备整机力矩平衡方程求解得到所述配重的理想配重位置。

在本发明的一个实施例中，所述工程机械设备为挖掘机，所述的可移动式配重控制方法还包括根据所述工作状态信息及特征参数信息对所述挖掘机进行工况判定的步骤，在不同工况下，所述的挖掘机整机力矩平衡方程不同。

此外，本发明还提出一种工程机械设备，其包括上述任意一种可移动式配重***。

在本发明的工程机械设备、可移动式配重***及控制方法中，先根据工作状态信息及特征参数信息计算得出配重的理想配重位置，再将理想配重位置与实际配重位置作比较，以输出用于调节配重位置的控制信号，从而可实现对配重位置的调节，改善工程机械设备工作的稳定性和安全性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为本发明实施例的可移动式配重***的架构示意图。

图2所示为图1的可移动式配重***所应用的挖掘机的示意图。

图3所示为图1的可移动式配重***的配重位置控制原理图。

图4所示为图1的可移动式配重***的配重及调节装置的结构示意图。

图5所示为本发明实施例的可移动式配重控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1所示为本发明实施例的可移动式配重***的架构示意图。请参见图1，本实施例的可移动式配重***10以应用于挖掘机中为例进行说明，但本发明的应用不以此为限，其还可应用于需要调节配重位置的其他工程机械设备（例如起重机）中。可移动式配重***10包括信息采集装置12、传输模块13、计算模块14、控制模块15、调节装置16及配重17。

信息采集装置12用于采集挖掘机的工作状态信息，具体地，信息采集装置12包括布置于挖掘机上的多个传感器，这些传感器包括倾角传感器122、角度传感器123、压力传感器124、风速传感器125、加速度传感器126、角加速度传感器127、位移传感器128及角速度传感器129。这些传感器用于实时感测相关信息并传送至传输模块13。

具体地，图2所示为图1的可移动式配重***所应用的挖掘机的示意图。请一并参见图2，挖掘机20包括底盘22、回转平台23、动臂24、斗杆25及铲斗26，回转平台23配置于底盘22上，并可相对于底盘22转动，配重17可移动地设置于回转平台23上。动臂24的一端铰接于回转平台23上，另一端铰接于斗杆25上，铲斗26铰接于斗杆25的与动臂24相对的一端。请参见图2，倾角传感器122用于实时感测挖掘机20作业时所处位置的坡度θ₀。角度传感器123用于实时感测挖掘机20的回转平台及工作装置的转角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，θ₁指回转平台23的回转角度，θ₂、θ₃、θ₄指工作装置转动关节转角，其中，θ₂指动臂24相对于回转平台23平面的转角，θ₃指斗杆25相对于动臂24的转角，θ₄指铲斗26相对于斗杆25的转角。所述工作装置一般包括动臂24、斗杆25及铲斗26。

压力传感器124用于实时感测挖掘机20的斗杆油缸溢流阀进口压力P₁和铲斗油缸溢流阀进口压力P₂。风速传感器125用于实时感测挖掘机20工作时的风速V_wind。加速度传感器126用于实时感测挖掘机20的行进或启制动加速度。角加速度传感器127安装于回转平台23上，用于实时感测挖掘机20的回转平台23的回转加速度。位移传感器128用于实时感测挖掘机20的配重17的实际坐标位置（x_a，y_a）。角速度传感器129安装于回转平台23上，用于实时感测挖掘机20的回转平台23的回转角速度。

传输模块13连接于信息采集装置12与计算模块14之间，用于将信息采集装置12采集得到的挖掘机20的工作状态信息传输至计算模块14。传输模块13在将挖掘机20的工作状态信息传输至计算模块14之前，还可以对信息采集装置12采集到的数据进行模拟/数字转换、放大及过滤等处理。图3所示为图1的可移动式配重***的配重位置控制原理图。请参见图3，计算模块14接收挖掘机20的工作状态信息，且其内部预存有挖掘机20的特征参数信息，计算模块14根据挖掘机20的工作状态信息及特征参数信息通过挖掘机20的部件重心位置计算及动力学方程求解，得到配重17的理想配重位置（x_b，y_b）。计算模块14还从挖掘机20的工作状态信息中获取实际配重位置（x_a，y_a），并将理想配重位置（x_b，y_b）及实际配重位置（x_a，y_a）传输至控制模块15。控制模块15将实际配重位置（x_a，y_a）与理想配重位置（x_b，y_b）作比较，并输出控制信号至调节装置16，调节装置16根据控制信号调节配重17的位置。在调节装置16调节配重17的位置的过程中，信息采集装置12的位移传感器128还实时感测配重17的实际配重位置并传送至控制模块15，控制模块15再将此时的实际配重位置与理想配重位置（x_b，y_b）作比较，并输出控制信号，直至实际配重位置与理想配重位置相同，即完成配重位置的调节。

例如，在本实施例中，将实际配重位置（x_a，y_a）与理想配重位置（x_b，y_b）作比较，当y_b-y_a<0时，控制模块15输出控制信号使调节装置16的驱动马达165（请参见图4）正转，使得配重17向后运动逐渐靠近理想配重位置；当y_b-y_a>0时，控制模块15输出信号使调节装置16的驱动马达165反转，使得配重17向前运动逐渐靠近理想配重位置；当y_b-y_a=0时，实际配重位置与理想配重位置相同，此时计算模块14输出信号控制驱动马达165停止工作。需要说明的是，在本实施例中，实际配重位置（x_a，y_a）与理想配重位置（x_b，y_b）是在回转平台23的局部坐标系x₂ y₂z₂下的坐标。从图2中可以看出，在回转平台23的局部坐标系x₂ y₂z₂下，配重17在x₂轴上的位置是不变的，即x_a=x_b，因此只需调整配重17在y₂轴上的位置即可实现对配重17位置的调节。但本发明不以此为限，在其他实施例中，若需要配重17沿着两个坐标轴的方向移动，也可采用类似的方式调整配重17的位置。驱动马达转速的控制方式可采用PID控制算法。

如图3所示，为了获得理想配重位置，需进行部件重心位置矢量计算、工况判定及动力学计算。

计算模块14根据挖掘机20的工作状态信息及特征参数信息更新挖掘机20各部件的姿态变换矩阵，计算挖掘机20各部件在挖掘机20整机参考坐标系下的重心位置矢量。请参见图2，挖掘机20整机参考坐标系的坐标原点位于挖掘机20停机面上，回转中心线与停机面的交点，x₀轴沿水平方向向前，y₀轴垂直水平面向上，z₀轴垂直于x₀轴与y₀轴共同所在的平面。如图2所示，x₀ y₀ z₀为挖掘机20整机参考坐标系，x₁ y₁z₁为设定于底盘22底部表征挖掘机20整机位姿的局部坐标系，x₂ y₂ z₂为设定于回转平台23表征回转平台23位姿的局部坐标系，x₃ y₃ z₃为设定于动臂24与回转平台23铰接点的局部坐标系，x₄ y₄ z₄为设定于动臂24与斗杆25铰接点用于表征动臂24位姿的局部坐标系，x₅ y₅ z₅为设定于斗杆25与铲斗26铰接点用于表征斗杆25位姿的局部坐标系，x₆ y₆ z₆为设定于铲斗26齿尖用于表征铲斗26位姿的局部坐标系。利用坐标系转换关系，可将挖掘机上各个部件的重心位置坐标转化至挖掘机整机参考坐标系中。坐标系i相对于i-1的变换记为

则第n个部件相对于挖掘机20整机参考坐标系的姿态变换矩阵为：

$T_n^0=A_1^0\&CenterDot;A_2^1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;A_i^{i-1}...\left(1\right)$

其中，坐标变换矩阵与坡度θ₀、回转平台23回转角度θ₁、工作装置（包括动臂24、斗杆25及铲斗26）转动关节转角θ₂、θ₃、θ₄相关。利用倾角传感器122实时感测坡度θ₀的大小，利用角度传感器127实时感测挖掘机20的回转平台23的回转角度θ₁及工作装置转动的关节转角θ₂、θ₃、θ₄。

已知挖掘机20各部件在其各自局部坐标系下的重心位置矢量ρ_i’即可将各部件在其局部坐标系下的重心位置矢量转化至挖掘机20整机参考坐标系，请参见以下的公式（2）：

${\mathrm{\&rho;}}_i=T_n^0{{\mathrm{\&rho;}}_i}^{\&prime;}...\left(2\right)$

需要说明的是，挖掘机20在制造完成后，其各部件在其局部坐标系下的重心位置矢量ρ_i’由设计制造决定为既定值，作为挖掘机20的特征参数已预存于计算模块14内。

通过公式（2）求出各部件在挖掘机20整机参考坐标系下的重心位置矢量ρ_i后，若动臂24、斗杆25及铲斗26在挖掘机20整机参考坐标系下的重心位置矢量分别为ρ_i（i＝1~3），通过以下的公式（3）即可求出挖掘机20的工作装置（包括动臂24、斗杆25及铲斗26）在挖掘机20整机参考坐标系下的整体重心位置矢量。

${\mathrm{\&rho;}}_c=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^3{G}_i{\mathrm{\&rho;}}_i}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n{G}_i}...\left(3\right)$

再者，计算模块14根据挖掘机20的工作状态信息及特征参数信息对挖掘机20进行工况判定。进行工况判定的原因在于，当挖掘机20处于挖掘工况时，会受到地面对其的挖掘作用反力。工况判定方式为：若某一时刻铲斗齿尖在挖掘机20整机参考坐标系x₀ y₀ z₀下的位置坐标为（x_v，y_v，z_v），由于铲斗齿尖在铲斗26的局部坐标系x₆ y₆ z₆为既定值，其可预存于计算模块14内，通过公式（1）及公式（2）即可将铲斗齿尖在铲斗26的局部坐标系x₆ y₆ z₆下的坐标转换为其在挖掘机20整机参考坐标系x₀ y₀ z₀的位置坐标设为（x_v，y_v，z_v），当其满足公式（4）时，可判定挖掘机20此时处于挖掘工况，否则，可判定挖掘机20处于非挖掘工况。

y_υ≤x_υtanθ₀………………(4)

也可采用其它的判断方式：例如在铲斗侧板加装应力应变传感器，借助经验值来设定应力应变的阀值，然后根据传感器监测应力应变值是否超过阀值，判断挖掘机是否正处于挖掘工况。

判定完工况后即可利用动力学方程求解理想配重位置，若挖掘机20处于非挖掘工况，计算模块14自动生成如下的挖掘机整机力矩平衡方程（5），并计算出某一工况下挖掘机20的理想配重位置。

$h\&times;W+\mathrm{\&rho;}\&times;G_0+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n{\mathrm{\&rho;}}_i\&times;G_i+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n{m}_i{\mathrm{\&rho;}}_i\&times;{\mathrm{\&alpha;}}_i+n_f=0...\left(5\right)$

在挖掘机整机力矩平衡方程（5）中，h为风载荷作用点位置矢量。对挖掘机20上考虑风力作用的部件，简单认为风载荷作用点位置在其部件局部坐标系下为预先设定值，风载荷作用点可为部件的重心位置，但不以此为限，例如将工作装置受风载荷的作用点可预定为工作装置重心位置，同理通过姿态变换将其转换至挖掘机20的整机坐标系下，从而得到h。W为风载荷，W=[Aq，0，0]，q为风压，A为迎风面积。风压q通过挖掘机20的自身结构特性及风速传感器125感测到的风速大小V_wind计算得出，例如，风压q ≈0.613×V_wind ²。迎风面积A由各部件的表面面积、倾角传感器122实时感测挖掘机20的作业时所处位置的坡度θ₀及角度传感器127实时感测的挖掘机20的回转平台及工作装置的转角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄计算得出。ρ为配重位置矢量，G₀为配重重量。G_i为挖掘机20上的各部件重量，m_i为挖掘机20上的各部件质量。ρ_i为挖掘机20上各部件的重心位置矢量，若部件为回转平台23，则ρ_i为回转平台23在挖掘机20整机参考坐标系下的重心位置矢量；若部件为工作装置，则ρ_i为工作装置在挖掘机20整机参考坐标系下的整体重心位置矢量ρ_c。a_i为部件的加速度，若部件为底盘22，则a_i为安装在底盘22上的加速度传感器126实时感测的挖掘机20行进或启制动加速度，假设挖掘机始终为匀差速转向；若部件为工作装置或回转平台23，则a_i包含：安装在底盘22上的加速度传感器126实时感测的挖掘机20行进或启制动加速度以及根据角加速度传感器127实时感测的回转平台23的回转加速度和角速度传感器129实时感测的回转平台23的回转角速度计算得到的加速度。n_f为地面对履带的摩擦力矩，根据挖掘机20通常作业环境中地面的摩擦特性预先计算并存储于计算模块14中。需要说明的是，可预先在计算模块14存储几组n_f值以供挖掘机20工作于不同环境时选择。

若挖掘机20处于挖掘工况，计算模块14自动生成如下的挖掘机整机力矩平衡方程（6），并计算出挖掘机20的理想配重位置。

$h\&times;W+\mathrm{\&rho;}\&times;G_0+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n{\mathrm{\&rho;}}_i\&times;G_i+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n{m}_i{\mathrm{\&rho;}}_i\&times;{\mathrm{\&alpha;}}_i+n_f+{\mathrm{\&rho;}}_F\&times;F_{\max }=0...\left(6\right)$

在挖掘机整机力矩平衡方程（6）中，ρ_F为铲斗齿尖在挖掘机20整机参考坐标系下的位置矢量，其对应于公式（4）中的（x_v，y_v），F_max为最大挖掘力，F_max与挖掘机20的工作姿态及液压***有关，所述的工作姿态综合考虑挖掘机20作业时所处位置的坡度θ₀、回转平台及工作装置的转角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，可预先在计算模块14内存储若干组F_max值，计算模块14可根据挖掘机20实际工作情况选取对应的F_max值，以求解理想配重位置矢量ρ。

通过挖掘机整机力矩平衡方程（5）及（6）计算得出的理想配重位置矢量ρ为在挖掘机20整机参考坐标系x₀ y₀ z₀下的坐标，在本实施例中，计算模块14可将理想配重位置矢量ρ转换至回转平台23的局部坐标系x₂ y₂z₂，得到坐标系x₂ y₂z₂中的理想配重位置坐标（x_b，y_b）。由上可知，计算模块14将挖掘机20各部件在挖掘机20整机参考坐标系下的重心位置矢量、工作状态信息及特征参数信息作为输入值，利用挖掘机20整机力矩平衡方程求解配重17的理想配重位置。

控制模块15将理想配重位置（x_b，y_b）和实际配重位置（x_a，y_a）进行比较，并实时输出控制信号。调节装置16实时接收控制信号并根据控制信号实时调节配重17的位置。需要注意的是，计算模块14中还预存了斗杆油缸溢流阀设定压力及铲斗油缸溢流阀设定压力。在挖掘工况下，计算模块14从挖掘机20的工作状态信息中获取斗杆油缸溢流阀进口压力P₁和铲斗油缸溢流阀进口压力P₂，当斗杆油缸或铲斗油缸溢流阀进口压力P₁、P₂即将超过其溢流阀设定压力时，挖掘机20发挥的挖掘力接近最大，挖掘机20容易失稳，需要调整配重17的位置，防止挖掘机20失稳,计算模块14选取挖掘机20当前工作情况下对应的F_max值，并根据挖掘机整机力矩平衡方程（6）求解理想配重位置矢量ρ_p，可移动式配重***10将理想配重位置矢量ρ_p作为配重17位置调节的基准。

图4所示为图1的可移动式配重***的可移动式配重及调节装置的结构示意图。请参见图2和图4，调节装置16包括导轨支架162、齿条163、驱动马达164及齿轮165。其中导轨支架162大致为框架结构，其固定于回转平台23上。齿条163固定于回转平台23上，且与导轨支架152上的滑轨平行。驱动马达164固定于配重17的底部，驱动马达164可带动齿轮165转动。齿轮165与齿条163啮合，且安装于配重17的底部，配重17设于导轨支架162上。当驱动马达164带动齿轮165转动时，齿轮165与齿条163啮合并带动配重17沿着导轨支架162滑动。控制模块15与调节装置16的驱动马达164连接，并输出控制信号控制驱动马达164转动，以将配重17调整至理想配重位置（x_b，y_b）。

在本实施例中，计算模块14及控制模块15为PLC控制器，但不以此为限，在其他实施例中，计算模块14及控制模块15也可选用其他形式的控制器。调节装置16也不限于应用马达、齿轮齿条的驱动机构，还可以应用例如油缸、卷绳等驱动机构。

由上可知，计算模块14内部预存的挖掘机20的特征参数信息可包括挖掘机20的各部件在其局部坐标系下的重心位置矢量ρ_i′、风载荷作用点位置在各自部件局部坐标系下的位置矢量、风压q的计算公式、挖掘机20各部件的表面面积、地面对履带的摩擦力矩n_f、挖掘机20各部件质量及挖掘机20各部件重量、斗杆油缸溢流阀设定压力及铲斗油缸溢流阀设定压力等等。

本实施例仅以挖掘机为例说明本发明的可移动式配重***10的配重原理，但不以此为限，可移动式配重***10还可应用于需要调节配重位置的其他工程机械设备中，用于其他工程机械设备时，计算模块14也需要根据工程机械设备的工作状态信息及特征参数计算工程机械设备各部件在工程机械设备整机参考坐标系下的重心位置矢量，并将工程机械设备各部件在工程机械设备整机参考坐标系下的重心位置矢量、工程机械设备的工作状态信息及特征参数信息作为输入值，利用工程机械设备整机力矩平衡方程求解工程机械设备配重的理想配重位置。需要说明的是，不同工程机械设备的整机力矩平衡方程不同，且需要依据实际情况设定。有些工程机械设备，例如起重机，不需要进行工况判定，即在不同工况下其整机力矩平衡方程相同。

利用本发明实施例提出的可移动式配重***10的可移动式配重控制方法可归纳如图5所示的步骤。

步骤S11：采集挖掘机20的工作状态信息。步骤S11的执行动作可以由上述信息采集装置12完成。

步骤S12：根据挖掘机的工作状态信息及挖掘机的特征参数信息更新各部件的姿态变换矩阵，计算挖掘机20各部件在挖掘机20整机参考坐标系下的重心位置矢量。

步骤S13：判定挖掘机的工况。具体地，根据挖掘机20的工作状态信息及特征参数信息对挖掘机20进行工况判定，挖掘机20的工况分为挖掘工况和非挖掘工况，不同工况下的挖掘机20整机力矩平衡方程不同。

步骤S14：利用挖掘机20整机力矩平衡方程求解配重17的理想配重位置。具体地，将挖掘机20各部件在挖掘机20整机参考坐标系下的重心位置矢量、挖掘机20的工作状态信息及特征参数信息作为输入值，利用不同工况下挖掘机20整机力矩平衡方程求解配重17的理想配重位置，以利于执行后续的配重17位置调节动作。步骤S13-S14的执行动作可以由上述计算模块14完成。

步骤S15：比较理想配重位置和实际配重位置，并输出控制信号。具体地，将理想配重位置和从挖掘机20的工作状态信息中获取的实际配重位置进行比较，并输出控制信号。步骤S15的执行动作可以由上述控制模块15完成。

步骤S16:根据控制信号将挖掘机20的配重17调整至理想配重位置。步骤S16的执行动作可以由上述调节装置16完成。

在本实施例中，步骤S12与步骤S13的位置可以互换。若可移动式配重控制方法应用于其他工程机械设备中，例如，应用于起重机中时，不需要进行本实施例中类似的工况判定，即可省略步骤S13。

综上所述，在本发明的工程机械设备、可移动式配重***及控制方法至少具有以下的优点：

1.在本发明的工程机械设备、可移动式配重***及控制方法中，先根据工作状态信息及特征参数信息计算得出配重的理想配重位置，再将理想配重位置与实际配重位置作比较，以输出用于调节配重位置的控制信号，从而可实现对配重位置的调节，改善工程机械设备工作的稳定性和安全性。

2.在本发明的工程机械设备、可移动式配重***及控制方法的一个实施例中，本发明应用于挖掘机中，计算模块还根据挖掘机的工作状态信息及特征参数信息对挖掘机进行工况判定，再利用不同工况下的挖掘机整机力矩平衡方程求解配重的理想配重位置，从而使算得的理想配重位置较为精确，有利于提升配重位置的调整精度。

3.在本发明的工程机械设备、可移动式配重***及控制方法的一个实施例中，本发明应用于挖掘机中，在挖掘机工作过程中，配重位置能够在控制模块和调节模块的作用下，根据工作装置的重心位置、挖掘机所处环境坡度、作业环境地面特性、作业环境下的风力以及惯性载荷的变化而自动调整，提高了挖掘机作业的稳定性和安全性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种可移动式配重***，其特征在于，所述可移动式配重***包括：

配重；

信息采集装置，用于采集工程机械设备的工作状态信息；

计算模块，所述计算模块内预存有工程机械设备的特征参数信息，所述计算模块根据所述工作状态信息及特征参数信息计算得出所述配重的理想配重位置；

控制模块，将所述理想配重位置和所述配重的实际配重位置进行比较，并输出控制信号；

调节装置，接收所述控制模块输出的控制信号，并将所述配重调整至所述理想配重位置。

2.如权利要求1所述的可移动式配重***，其特征在于，所述配重***还包括传输模块，所述传输模块将所述信息采集装置采集得到的工作状态信息传输至所述计算模块。

3.如权利要求2所述的可移动式配重***，其特征在于，所述计算模块先根据所述工作状态信息及特征参数信息更新各部件的姿态变换矩阵，计算工程机械设备各部件在工程机械设备整机参考坐标系下的重心位置矢量，然后根据所述重心位置矢量、所述工作状态信息及所述特征参数信息，利用工程机械设备整机力矩平衡方程求解得到所述配重的理想配重位置。

4.如权利要求3所述的可移动式配重***，其特征在于，所述工程机械设备为挖掘机，所述计算模块还根据所述挖掘机的工作状态信息及特征参数信息对挖掘机进行工况判定，并利用当前工况下的挖掘机整机力矩平衡方程求解所述配重的理想配重位置。

5.如权利要求4所述的可移动式配重***，其特征在于，所述信息采集装置包括布置于所述挖掘机上的多个传感器，所述传感器至少包括各一个用于实时感测挖掘机作业时所处位置的坡度的倾角传感器、用于实时感测所述挖掘机的回转平台及工作装置转角的角度传感器及用于实时感测所述挖掘机的配重的实际坐标位置的位移传感器。

6.如权利要求1至5中任一项所述的可移动式配重***，其特征在于，所述调节装置包括导轨支架、齿条、驱动马达及齿轮，所述导轨支架固定于所述工程机械设备的回转平台上，所述齿条固定于所述工程机械设备的回转平台上且与所述导轨支架上的滑轨平行，所述齿轮安装于所述配重的底部，所述配重设于所述导轨支架上，所述驱动马达接收所述控制模块的控制信号并驱动所述齿轮转动，所述齿轮与所述齿条啮合并带动所述配重沿着所述导轨支架滑动，以将所述配重调整至所述理想配重位置。

7.一种可移动式配重控制方法，所述方法包括以下步骤：

采集工程机械设备的工作状态信息；

根据所述工作状态信息及所述工程机械设备的特征参数信息计算得出配重的理想配重位置；

将所述理想配重位置和所述配重的实际配重位置进行比较，并输出控制信号；

根据所述控制信号将所述配重调整至所述理想配重位置。

8.如权利要求7所述的可移动式配重控制方法，其特征在于：所述可移动式配重控制方法还包括以下步骤：

根据所述工作状态信息及特征参数信息更新工程机械设备各部件的姿态变换矩阵，计算工程机械设备各部件在工程机械设备整机参考坐标系下的重心位置矢量；

根据所述重心位置矢量、所述工作状态信息及所述特征参数信息，利用工程机械设备整机力矩平衡方程求解得到所述配重的理想配重位置。

9.如权利要求8所述的可移动式配重控制方法，其特征在于：所述工程机械设备为挖掘机，所述的可移动式配重控制方法还包括根据所述工作状态信息及特征参数信息对所述挖掘机进行工况判定的步骤，在不同工况下，所述的挖掘机整机力矩平衡方程不同。

10.一种工程机械设备，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的可移动式配重***。

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