CN113338371A - 挖掘机平地控制方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种挖掘机平地控制方法及***，通过斗杆的实际角度，自动确定出平地过程中的斗杆控制状态，并在各斗杆控制状态下，通过各部件的实际角度以及实际角速度，自动确定各部件对应的手柄控制信号，通过各部件对应的手柄控制信号，控制挖掘机进行平地作业。整个控制过程中，并不需要人为参与，可以实现挖掘机平地作业的全自动化，大大提高了挖掘机平地作业的自动化。
Description
技术领域
本发明涉及作业机械控制技术领域，尤其涉及一种挖掘机平地控制方法及***。
背景技术
传统的挖掘机平地功能主要由操作人员手动操作挖掘机完成，平地效果主要取决于操作人员的技术水平。随着挖掘机电气化以及智能化的发展，部分挖掘机上已经配备有辅助平地的功能。配有辅助平地功能的挖掘机，可在操作人员进入平地功能并操作挖掘机进行平地作业时，利用姿态传感器计算出挖掘机实时姿态，通过智能算法对挖掘机进行辅助控制，提高平地精度，降低了平地作业难度。
但是由于目前挖掘机的平地功能主要为辅助平地功能，依然需要操作人员操作挖掘机斗杆往复运动，自动化程度较低。
发明内容
本发明提供一种挖掘机平地控制方法及***，用以解决现有技术中存在的缺陷。
本发明提供一种挖掘机平地控制方法，包括：
获取挖掘机在机身坐标系下的实时姿态信息，所述实时姿态信息包括各部件的实际角度以及实际角速度，所述各部件包括斗杆；
基于所述斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态；
在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，并基于所述各部件对应的手柄控制信号，控制所述挖掘机进行平地作业。
根据本发明提供的一种挖掘机平地控制方法，所述斗杆控制状态包括斗杆初始状态、斗杆挖掘状态以及斗杆卸载状态；
相应地，所述基于所述斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态，具体包括：
在所述斗杆初始状态下，若所述斗杆的实际角度大于等于预设角度阈值，则将所述斗杆控制状态转换为所述斗杆挖掘状态；
在所述斗杆初始状态下，若所述斗杆的实际角度小于所述预设角度阈值，则将所述斗杆控制状态转换为所述斗杆卸载状态；
在所述斗杆挖掘状态下，若所述斗杆的实际角度小于等于斗杆最小角度，则将所述斗杆控制状态转换为所述斗杆卸载状态；
在所述斗杆卸载状态下，若所述斗杆的实际角度大于等于斗杆最大角度，则将所述斗杆控制状态转换为所述斗杆挖掘状态。
根据本发明提供的一种挖掘机平地控制方法，所述斗杆控制状态包括斗杆初始状态，所述各部件还包括动臂以及铲斗；相应地，所述在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，具体包括：
在所述斗杆初始状态下，基于所述斗杆与所述铲斗之间的实际角度差值，确定所述铲斗的目标角速度，并基于预设平地高度，计算所述动臂的目标角度，基于所述动臂的目标角度与实际角度的差值，确定所述动臂的目标角速度；
基于所述实际角度差值以及所述铲斗的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述铲斗对应的手柄控制信号，并基于所述动臂的目标角度以及所述动臂的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述动臂对应的手柄控制信号。
根据本发明提供的一种挖掘机平地控制方法，所述斗杆控制状态包括斗杆挖掘状态，所述各部件还包括动臂以及铲斗；相应地，所述在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，还具体包括：
在所述斗杆挖掘状态下，基于所述斗杆与所述动臂之间的实际角度差值以及预设斗杆挖掘角速度，确定所述斗杆的目标角度，并基于所述预设斗杆挖掘角速度以及所述斗杆的目标角度与实际角度之间的差值，确定所述斗杆的目标角速度；
基于所述斗杆的实际角度、目标角速度以及预设平地高度，计算所述动臂的目标角度以及目标角速度，并基于所述斗杆与所述铲斗之间的实际角度差值，确定所述铲斗的目标角速度；
基于所述斗杆的目标角度以及目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述斗杆对应的手柄控制信号，基于所述动臂的目标角度以及目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述动臂对应的手柄控制信号，并基于所述实际角度差值以及所述铲斗的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述铲斗对应的手柄控制信号。
根据本发明提供的一种挖掘机平地控制方法，所述斗杆控制状态包括斗杆卸载状态，所述各部件还包括动臂以及铲斗；相应地，所述在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，还具体包括：
在所述斗杆卸载状态下，基于所述斗杆与所述动臂之间的实际角度差值以及预设斗杆卸载角速度，确定所述斗杆的目标角度，并基于所述预设斗杆卸载角速度以及所述斗杆的目标角度与实际角度之间的差值，确定所述斗杆的目标角速度；
基于所述斗杆的实际角度、目标角速度以及预设平地高度，计算所述动臂的目标角度以及目标角速度，并基于所述斗杆与所述铲斗之间的实际角度差值，确定所述铲斗的目标角速度；
基于所述斗杆的目标角度以及目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述斗杆对应的手柄控制信号，基于所述动臂的目标角度以及目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述动臂对应的手柄控制信号，并基于所述实际角度差值以及所述铲斗的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述铲斗对应的手柄控制信号。
根据本发明提供的一种挖掘机平地控制方法，所述各部件还包括机身、动臂以及铲斗；
相应地，所述机身坐标系基于如下方式构建：
以所述动臂与所述机身之间的目标铰接点为坐标原点，以所述动臂、所述斗杆以及所述铲斗所在平面与机身平面的交线方向为横轴，以所述机身平面的垂直方向为纵轴构建所述机身坐标系。
本发明还提供一种挖掘机平地控制***，包括：
信息获取模块，用于获取挖掘机在机身坐标系下的实时姿态信息，所述实时姿态信息包括各部件的实际角度以及实际角速度，所述各部件包括斗杆；
状态确定模块，用于基于所述斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态；
作业控制模块，用于在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，并基于所述各部件对应的手柄控制信号，控制所述挖掘机进行平地作业。
本发明还提供一种挖掘机，包括上述所述的挖掘机平地控制***。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述挖掘机平地控制方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述挖掘机平地控制方法的步骤。
本发明提供的挖掘机平地控制方法及***，通过斗杆的实际角度，自动确定出平地过程中的斗杆控制状态，并在各斗杆控制状态下，通过各部件的实际角度以及实际角速度，自动确定各部件对应的手柄控制信号，通过各部件对应的手柄控制信号，控制挖掘机进行平地作业。整个控制过程中，并不需要人为参与，可以实现挖掘机平地作业的全自动化，大大提高了挖掘机平地作业的自动化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中提供的挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法的流程示意图；
图2是本发明提供的挖掘机平地控制方法的流程示意图；
图3是本发明提供的挖掘机的结构示意图；
图4是本发明提供的各斗杆控制状态的切换示意图；
图5是本发明提供的挖掘机平地控制***的结构示意图；
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
随着挖掘机智能化技术的进一步发展，无人化控制技术也崭露头角，平地控制作为挖掘机的一大核心功能，实现自动化、无人化升级至关重要。目前在相关领域中，挖掘机无人化或一键式自动平地相关的专利基本处于空白状态。
图1为现有技术中提供的一种挖掘机的辅助扫平作业功能实现方法的流程示意图。如图1所示，现有技术中的挖掘机在实现平地功能时，首先定义工作平面及坐标系，然后通过定义的工作平面及坐标系计算铲斗齿尖位置坐标，然后操作人员手动调整工作装置(即挖掘机各部件)达到扫平启动的预期位置，按照设定的斗杆运动角速度计算平地时理论的斗杆及动臂夹角，计算平地时理论的动臂与机身夹角，在操作人员操作斗杆手柄输入平地指令后，根据挖掘机各部件的目标夹角与实际夹角的偏差方向，产生相应的工作装置控制指令，如动臂升/降，斗杆回收/外扬，完成辅助平地功能。
由于目前挖掘机的平地功能主要为辅助平地功能，依然需要操作人员操作挖掘机斗杆往复运动，自动化程度较低。而且，在挖掘机各部件路径控制时，往往只考虑实际位移与目标位移的偏差方向，未考虑偏差大小及移动速度等动态特性，控制算法不够精确，控制效果难以保证。为此，本发明实施例中提供了一种挖掘机平地控制方法。
图2为本发明实施例中提供的挖掘机平地控制方法的流程示意图，如图2所示，该方法包括：
S1，获取挖掘机在机身坐标系下的实时姿态信息，所述实时姿态信息包括各部件的实际角度以及实际角速度，所述各部件包括斗杆；
S2，基于所述斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态；
S3，在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，并基于所述各部件对应的手柄控制信号，控制所述挖掘机进行平地作业。
具体地，本发明实施例中提供的挖掘机平地控制方法，其执行主体为挖掘机控制器，用以实现挖掘机的自动平地功能。
首先执行步骤S1，获取挖掘机在机身坐标系下的实时姿态信息。实时姿态信息可以包括机身坐标系下各部件的实际角度以及实际角速度。如图3所示，挖掘机的各部件可以包括机身31、动臂32、斗杆33以及铲斗34，均用虚线绘制。机身坐标系是指在挖掘机上选取一点作为坐标原点O，选取过原点且平行于机身平面的一个方向作为横轴x，过坐标原点O且垂直于机身平面的方向作为纵轴y，构建得到坐标系xOy。其中，横轴x即为机身平行方向，纵轴y即为机身垂直方向。
本发明实施例中，可以将动臂与机身之间的目标铰接点作为坐标原点O。此时，机身坐标系下机身的实际角度是指机身平面与水平面之间的夹角，可以表示为θ0。动臂的长度可以表示为l1，机身坐标系下动臂的实际角度是指目标铰接点与第一铰接点之间的连线与横轴x之间的夹角，可以表示为θ1。第一铰接点是指动臂与斗杆之间的铰接点。斗杆的长度可以表示为l2，机身坐标系下斗杆的实际角度是指第一铰接点与第二铰接点之间的连线与纵轴y之间的夹角，可以表示为θ2。第二铰接点是指斗杆与铲斗之间的铰接点。铲斗的长度可以表示为l3，机身坐标系下铲斗的实际角度是指第二铰接点与铲斗齿尖之间的连线与纵轴y之间的夹角，可以表示为θ3。
在获取机身坐标系下各部件的实际角度以及实际角速度时，可以先通过设置于各部件上的角度传感器测量得到各部件在地面坐标系下的角度以及角速度。地面坐标系是以机身坐标系的坐标原点在地面的投影点为坐标原点O0，以水平面上横轴x的投影方向为横轴X，以垂直于水平面的方向为纵轴Y构建的坐标系。
然后，通过地面坐标系以及机身坐标系之间的坐标变换关系，即可得到机身坐标系下各部件的实际角度以及实际角速度。
本发明实施例中，挖掘机在机身坐标系下的姿态信息还包括机身坐标系下铲斗齿尖的坐标，铲斗齿尖的以表示为(x0，y0)。
结合机身坐标系下机身的实际角度以及目标铰接点O与地面投影点O0之间的距离H，可以通过如下公式计算铲斗齿尖距离水平面的高度h，该高度h即为实际平地高度。
h＝H+l1*sinθ1-(l2+l3)cosθ2
然后执行步骤S2，根据斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态。斗杆控制状态包括斗杆初始状态、斗杆挖掘状态以及斗杆卸载状态，在平地过程中涉及到各斗杆控制状态之间的切换，其切换条件可以预先给定。根据斗杆的实际角度，并结合挖掘机的工作状态判断是否满足切换条件，如果满足则进行斗杆控制状态的切换，即可实现对平地过程中各斗杆控制状态的确定。
最后执行步骤S3，在各斗杆控制状态下，根据各部件的实际角度以及实际角速度，确定各部件对应的手柄控制信号。可以先根据各部件的实际角度，确定各斗杆控制状态下各部件的目标角度。目标角度是指为实现自动平地功能在各斗杆控制状态下各部件对应的角度。然后，根据各部件的实际角度以及实际角速度，确定各斗杆控制状态下各部件的目标角速度。目标角速度是指为实现自动平地功能在各斗杆控制状态下各部件从实际角度变到目标角度对应的角速度。目标角度与目标角速度均可以根据需要进行设定，此处不作具体限定。
然后根据各部件的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定各部件对应的手柄控制信号。确定手柄控制信号的过程可以通过闭环控制器实现，即可以将各部件的目标角速度与实际角速度之间的差值以及各部件的目标角度均作为闭环控制器的输入，由闭环控制器输出手柄控制信号。在闭环控制器内，各部件的目标角度可以对目标角速度与实际角速度之间的差值与手柄控制信号的对应关系进行修正，以使得到输出的各部件对应的手柄控制信号更加准确。本发明实施例中，各部件对应的手柄控制信号可以是用于控制手柄开度的控制信号。通过各部件对应的手柄控制信号，即可实现控制挖掘机进行平地作业。
其中，斗杆对应的手柄开度的正负可以表征斗杆不同运动方向，比如斗杆对应的手柄开度为正，表征斗杆挖掘，斗杆对应的手柄开度为负，表征斗杆卸载；动臂对应的手柄开度的正负可以表征动臂不同运动方向，比如动臂对应的手柄开度为正，表征动臂提升，动臂对应的手柄开度为负，表征动臂下降；铲斗对应的手柄开度的正负可以表征铲斗不同运动方向，比如铲斗手柄开度为正，表征铲斗挖掘，铲斗手柄开度为负，表征铲斗卸载。
本发明实施例中提供的挖掘机平地控制方法，通过斗杆的实际角度，自动确定出平地过程中的斗杆控制状态，并在各斗杆控制状态下，通过各部件的实际角度以及实际角速度，自动确定各部件对应的手柄控制信号，通过各部件对应的手柄控制信号，控制挖掘机进行平地作业。整个控制过程中，并不需要人为参与，可以实现挖掘机平地作业的全自动化，大大提高了挖掘机平地作业的自动化。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的挖掘机平地控制方法，所述斗杆控制状态包括斗杆初始状态、斗杆挖掘状态以及斗杆卸载状态；相应地，所述基于所述斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态，具体包括：
在所述斗杆初始状态下，若所述斗杆的实际角度大于等于预设角度阈值，则将所述斗杆控制状态转换为所述斗杆挖掘状态；
在所述斗杆初始状态下，若所述斗杆的实际角度小于所述预设角度阈值，则将所述斗杆控制状态转换为所述斗杆卸载状态；
在所述斗杆挖掘状态下，若所述斗杆的实际角度小于等于斗杆最小角度，则将所述斗杆控制状态转换为所述斗杆卸载状态；
在所述斗杆卸载状态下，若所述斗杆的实际角度大于等于斗杆最大角度，则将所述斗杆控制状态转换为所述斗杆挖掘状态。
具体地，本发明实施例中，确定平地过程中的斗杆控制状态的过程，可以理解为是判断平地过程中什么情况下进行各斗杆控制状态的切换，什么情况下进行各斗杆控制状态的保持。
本发明实施例中，斗杆控制状态可以包括斗杆初始状态、斗杆挖掘状态以及斗杆卸载状态，斗杆初始状态为默认状态，可以为开始/停止状态，此状态为自动平地功能初始化或结束状态，即平地初始化过程或者平地结束后进入的状态；斗杆挖掘状态为斗杆朝向挖掘机方向运动的状态，主要进行斗杆挖掘轨迹计算；斗杆卸载状态为斗杆远离挖掘机方向运动的状态，主要进行斗杆卸载轨迹计算。
如图4所示，在斗杆初始状态下，可以先判断切换条件是否满足，若切换条件满足，则将斗杆控制状态由斗杆初始状态转换为斗杆挖掘状态，若不满足，则继续判断切换条件是否满足，若切换条件满足，则将斗杆控制状态由斗杆初始状态转换为斗杆卸载状态，否则如果切换条件不满足，保持斗杆初始状态；
在斗杆挖掘状态下，先判断切换条件是否满足，若切换条件满足，则将斗杆控制状态由斗杆挖掘状态转换为斗杆初始状态，若不满足，则判断切换条件是否满足，若切换条件满足，则将斗杆控制状态由斗杆挖掘状态转换为斗杆卸载状态，若切换条件不满足，则保持斗杆挖掘状态；
在斗杆卸载状态下，先判断切换条件是否满足，若切换条件满足，则将斗杆控制状态由斗杆卸载状态转换为斗杆初始状态，若不满足，则判断切换条件是否满足，若切换条件满足，则将斗杆控制状态由斗杆卸载状态转换为斗杆挖掘状态，若切换条件不满足，则保持斗杆卸载状态。
其中，各切换条件包括：
切换条件：挖掘机的一键平地功能打开，初始化完成，无故障，且斗杆的实际角度大于等于预设角度阈值；
切换条件：挖掘机的一键平地功能打开，初始化完成，无故障，且斗杆的实际角度小于预设角度阈值；
切换条件：挖掘机的一键平地功能关闭，或者识别到故障，如角度传感器故障或通讯故障等；
切换条件：挖掘机的一键平地功能打开，且斗杆的实际角度小于等于斗杆最小角度；斗杆最小角度可以根据预设平地范围计算得到，预设平地范围可以根据实际需要进行给定，此处不作具体限定。
切换条件：挖掘机的一键平地功能关闭，或者识别到故障，如角度传感器故障或通讯故障等；
切换条件：挖掘机的一键平地功能打开，且斗杆的实际角度大于等于斗杆最大角度；斗杆最大角度可以根据预设平地范围计算得到，预设平地范围可以根据实际需要进行给定，此处不作具体限定。
本发明实施例中，通过斗杆的实际角度，可以实现平地过程中斗杆控制状态的自动化确定，为自动平地功能的实现提供了保证。当挖掘机的一键平地功能打开时，可以自动进行挖掘机各部件的实时姿态信息的判断及动作轨迹控制，如控制斗杆的往复和动臂的提升、下降。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的挖掘机平地控制方法，所述斗杆控制状态包括斗杆初始状态，所述各部件还包括动臂以及铲斗；
相应地，所述在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，具体包括：
在所述斗杆初始状态下，基于所述斗杆与所述铲斗之间的实际角度差值，确定所述铲斗的目标角速度，并基于预设平地高度，计算所述动臂的目标角度，基于所述动臂的目标角度与实际角度的差值，确定所述动臂的目标角速度；
基于所述实际角度差值以及所述铲斗的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述铲斗对应的手柄控制信号，并基于所述动臂的目标角度以及所述动臂的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述动臂对应的手柄控制信号。
具体地，本发明实施例中，在确定各部件对应的手柄控制信号时，可以根据斗杆控制状态的不同进行区分。
在斗杆初始状态下，若有故障，或一键平地功能未打开，则各部件的目标角度及目标角速度均与其实际值保持一致；若无故障且一键平地功能打开，则可以先将斗杆的实际角度与铲斗的实际角度相减，得到斗杆与铲斗之间的实际角度差值。然后根据斗杆与所述铲斗之间的实际角度差值，确定出铲斗的目标角速度。此处，可以预先确定斗杆与铲斗之间的实际角度差值与铲斗的角速度的对应关系，然后通过查找对应关系，确定出铲斗的目标角速度。
根据预设平地高度信息，计算动臂的目标角度。预设平地高度信息是指挖掘机为实现自动平地功能，在初始状态时挖掘机的铲斗齿尖与水平面之间的距离，可以根据需要进行设置，此处不作具体限定。可以预先确定平地高度信息与动臂的角度之间的对应关系，然后通过查找对应关系，确定出动臂的目标角度。然后计算动臂的目标角度与实际角度的差值，根据该差值确定出动臂的目标角速度。可以预先确定动臂的目标角度与实际角度之间的差值与动臂的角速度的对应关系，然后通过查找对应关系，确定出动臂的目标角速度。
最后，根据斗杆的实际角度与铲斗的实际角度之间的实际角度差值以及铲斗的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定铲斗对应的手柄控制信号。将铲斗的目标角速度与实际角速度之间的差值作为第一差值，将实际角度差值以及第一差值均输入至闭环控制器，通过闭环控制器输出铲斗对应的手柄控制信号。在闭环控制器中，第一差值用于对实际角度差值与手柄控制信号之间的对应关系进行修正。通过铲斗对应的手柄控制信号，可以控制铲斗运动。
本发明实施例中，通过在斗杆初始状态下确定的铲斗对应的手柄控制信号，可以使铲斗齿尖在斗杆的延长线上。通过在斗杆初始状态下确定的动臂对应的手柄控制信号，可以使铲斗齿尖与水平面之间的实际平地高度等于预设平地高度。而且，通过各部件的实际轨迹与目标轨迹的偏差大小及速度偏差等动态特性，进行各部件路径的闭环控制，从而获得良好的动态平地精度。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的挖掘机平地控制方法，所述斗杆控制状态包括斗杆挖掘状态，所述各部件还包括动臂以及铲斗；相应地，在所述斗杆控制状态下，基于各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，还具体包括：
在所述斗杆挖掘状态下，基于所述斗杆与所述动臂之间的实际角度差值以及预设斗杆挖掘角速度，确定所述斗杆的目标角度，并基于所述预设斗杆挖掘角速度以及所述斗杆的目标角度与实际角度之间的差值，确定所述斗杆的目标角速度；
基于所述斗杆的实际角度、目标角速度以及预设平地高度，计算所述动臂的目标角度以及目标角速度，并基于所述斗杆与所述铲斗之间的实际角度差值，确定所述铲斗的目标角速度；
基于所述斗杆的目标角度以及目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述斗杆对应的手柄控制信号，基于所述动臂的目标角度以及目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述动臂对应的手柄控制信号，并基于所述实际角度差值以及所述铲斗的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述铲斗对应的手柄控制信号。
具体地，本发明实施例中，在斗杆挖掘状态下，首先根据斗杆与动臂之间的实际角度差值计算两者的实际夹角，本发明实施例中实际角度差值等于实际夹角。然后根据两者的实际夹角以及预设斗杆挖掘角速度，确定斗杆的目标角度。斗杆的目标角度可以是实际角度与目标夹角之和，目标夹角为实际夹角与预设斗杆挖掘角速度的时间积分之和。预设斗杆挖掘角速度是指预先确定的斗杆挖掘状态下的斗杆运动角速度。
然后计算斗杆的目标角度与实际角度之间的差值，通过该差值可以确定出斗杆挖掘角速度补偿量，根据预设斗杆挖掘角速度以及斗杆挖掘角速度补偿量，即可确定斗杆的目标角速度。其中，可以预先确定斗杆的目标角度与实际角度之间的差值与斗杆挖掘角速度补偿量的对应关系，根据该对应关系可以直接确定出斗杆挖掘角速度补偿量。
根据斗杆的实际角度、目标角速度以及预设平地高度，可以计算出动臂的目标角度以及目标角速度。由于斗杆挖掘状态下，实际平地高度等于预设平地高度。则可以根据斗杆的实际角度θ2以及预设平地高度，结合上述实际平地高度h的计算公式，确定出动臂的目标角度θ1。然后通过对实际平地高度h的计算公式进行求导，再结合斗杆的实际角度、目标角速度，确定出动臂的目标角速度。
然后根据斗杆与铲斗之间的实际角度差值，确定出铲斗的目标角速度。本发明实施例中，可以根据预先确定的实际角度差值与铲斗的目标角速度之间的对应关系，确定出铲斗的目标角速度。
最后，可以通过闭环控制器中确定各部件对应的手柄控制信号。例如，将斗杆的目标角度以及目标角速度与实际角速度之间的差值输入至闭环控制器中，通过斗杆的目标角度对差值与手柄控制信号之间的对应关系进行修正，由闭环控制器输出斗杆对应的手柄控制信号。
将动臂的目标角度以及目标角速度与实际角速度之间的差值输入至闭环控制器中，通过动臂的目标角度对差值与手柄控制信号之间的对应关系进行修正，由闭环控制器输出动臂对应的手柄控制信号。
将铲斗的目标角速度与实际角速度之间的差值作为第一差值，将实际角度差值以及第一差值均输入至闭环控制器，通过闭环控制器输出铲斗对应的手柄控制信号。在闭环控制器中，第一差值用于对实际角度差值与手柄控制信号之间的对应关系进行修正。
在斗杆挖掘状态下，斗杆目标角度逐渐减小，目标角速度为负，表征斗杆挖掘。
本发明实施例中，通过在斗杆挖掘状态下确定的各部件对应的手柄控制信号，可以自动实现挖掘效果。而且，通过各部件的实际轨迹与目标轨迹的偏差大小及速度偏差等动态特性，进行各部件路径的闭环控制，从而获得良好的动态平地精度。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的挖掘机平地控制方法，所述斗杆控制状态包括斗杆卸载状态，所述各部件还包括动臂以及铲斗；相应地，所述在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，还具体包括：
在所述斗杆卸载状态下，基于所述斗杆与所述动臂之间的实际角度差值以及预设斗杆卸载角速度，确定所述斗杆的目标角度，并基于所述预设斗杆卸载角速度以及所述斗杆的目标角度与实际角度之间的差值，确定所述斗杆的目标角速度；
基于所述斗杆的实际角度、目标角速度以及预设平地高度，计算所述动臂的目标角度以及目标角速度，并基于所述斗杆与所述铲斗之间的实际角度差值，确定所述铲斗的目标角速度；
基于所述斗杆的目标角度、目标角速度以及实际角速度，确定所述斗杆对应的手柄控制信号，基于所述动臂的目标角度、目标角速度以及实际角速度，确定所述动臂对应的手柄控制信号，并基于所述斗杆的实际角度、所述铲斗的目标角速度、实际角度以及实际角速度，确定所述铲斗对应的手柄控制信号。
具体地，本发明实施例中，在斗杆卸载状态下的计算过程与斗杆挖掘状态下的计算过程一致，不同点仅在于采用了预设斗杆卸载角速度替换预设斗杆挖掘角速度，此处不再赘述。
本发明实施例中，通过在斗杆卸载状态下确定的各部件对应的手柄控制信号，可以自动实现卸载效果。而且，通过各部件的实际轨迹与目标轨迹的偏差大小及速度偏差等动态特性，进行各部件路径的闭环控制，从而获得良好的动态平地精度。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的挖掘机平地控制方法，所述各部件还包括机身、动臂以及铲斗；
相应地，所述机身坐标系基于如下方式构建：
以所述动臂与所述机身之间的目标铰接点为坐标原点，以所述动臂、所述斗杆以及所述铲斗所在平面的延伸方向为横轴，以机身平面的垂直方向为纵轴构建所述机身坐标系。
具体地，本发明实施例中，在构建机身坐标系时，可以选用动臂与机身之间的目标铰接点为坐标原点，选用过坐标原点且动臂、斗杆以及铲斗所在平面与机身平面的交线方向为横轴，选用过坐标原点且机身平面的垂直方向为纵轴即可得到机身坐标系。
本发明实施例中构建的机身坐标系，可以简化挖掘机的平地控制过程的计算量。
图5为本发明实施例中提供的一种挖掘机平地控制***的结构示意图，如图5所示，该***包括：
信息获取模块51，用于获取挖掘机在机身坐标系下的实时姿态信息，所述实时姿态信息包括各部件的实际角度以及实际角速度，所述各部件包括斗杆；
状态确定模块52，用于基于所述斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态；
作业控制模块53，用于在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，并基于所述各部件对应的手柄控制信号，控制所述挖掘机进行平地作业。
具体地，本发明实施例中提供的挖掘机平地控制***中各模块的作用与上述方法类实施例中各步骤的操作流程是一一对应的，实现的效果也是一致的，具体参见上述实施例，本发明实施例中对此不再赘述。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种挖掘机，包括上述实施例中提供的挖掘机平地控制***，如此可以使挖掘机具有自动平地功能。
图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行上述各实施例提供的室内定位方法，该方法包括：获取挖掘机在机身坐标系下的实时姿态信息，所述实时姿态信息包括各部件的实际角度以及实际角速度，所述各部件包括斗杆；基于所述斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态；在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，并基于所述各部件对应的手柄控制信号，控制所述挖掘机进行平地作业。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各实施例提供的室内定位方法，该方法包括：获取挖掘机在机身坐标系下的实时姿态信息，所述实时姿态信息包括各部件的实际角度以及实际角速度，所述各部件包括斗杆；基于所述斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态；在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，并基于所述各部件对应的手柄控制信号，控制所述挖掘机进行平地作业。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的室内定位方法，该方法包括：获取挖掘机在机身坐标系下的实时姿态信息，所述实时姿态信息包括各部件的实际角度以及实际角速度，所述各部件包括斗杆；基于所述斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态；在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，并基于所述各部件对应的手柄控制信号，控制所述挖掘机进行平地作业。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种挖掘机平地控制方法，其特征在于，包括：
获取挖掘机在机身坐标系下的实时姿态信息，所述实时姿态信息包括各部件的实际角度以及实际角速度，所述各部件包括斗杆；
基于所述斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态；
在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，并基于所述各部件对应的手柄控制信号，控制所述挖掘机进行平地作业。
2.根据权利要求1所述的挖掘机平地控制方法，其特征在于，所述斗杆控制状态包括斗杆初始状态、斗杆挖掘状态以及斗杆卸载状态；相应地，所述基于所述斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态，具体包括：
在所述斗杆初始状态下，若所述斗杆的实际角度大于等于预设角度阈值，则将所述斗杆控制状态转换为所述斗杆挖掘状态；
在所述斗杆初始状态下，若所述斗杆的实际角度小于所述预设角度阈值，则将所述斗杆控制状态转换为所述斗杆卸载状态；
在所述斗杆挖掘状态下，若所述斗杆的实际角度小于等于斗杆最小角度，则将所述斗杆控制状态转换为所述斗杆卸载状态；
在所述斗杆卸载状态下，若所述斗杆的实际角度大于等于斗杆最大角度，则将所述斗杆控制状态转换为所述斗杆挖掘状态。
3.根据权利要求1所述的挖掘机平地控制方法，其特征在于，所述斗杆控制状态包括斗杆初始状态，所述各部件还包括动臂以及铲斗；相应地，所述在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，具体包括：
在所述斗杆初始状态下，基于所述斗杆与所述铲斗之间的实际角度差值，确定所述铲斗的目标角速度，并基于预设平地高度，计算所述动臂的目标角度，基于所述动臂的目标角度与实际角度的差值，确定所述动臂的目标角速度；
基于所述实际角度差值以及所述铲斗的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述铲斗对应的手柄控制信号，并基于所述动臂的目标角度以及所述动臂的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述动臂对应的手柄控制信号。
4.根据权利要求1所述的挖掘机平地控制方法，其特征在于，所述斗杆控制状态包括斗杆挖掘状态，所述各部件还包括动臂以及铲斗；相应地，所述在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，还具体包括：
在所述斗杆挖掘状态下，基于所述斗杆与所述动臂之间的实际角度差值以及预设斗杆挖掘角速度，确定所述斗杆的目标角度，并基于所述预设斗杆挖掘角速度以及所述斗杆的目标角度与实际角度之间的差值，确定所述斗杆的目标角速度；
基于所述斗杆的实际角度、目标角速度以及预设平地高度，计算所述动臂的目标角度以及目标角速度，并基于所述斗杆与所述铲斗之间的实际角度差值，确定所述铲斗的目标角速度；
基于所述斗杆的目标角度以及目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述斗杆对应的手柄控制信号，基于所述动臂的目标角度以及目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述动臂对应的手柄控制信号，并基于所述实际角度差值以及所述铲斗的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述铲斗对应的手柄控制信号。
5.根据权利要求1所述的挖掘机平地控制方法，其特征在于，所述斗杆控制状态包括斗杆卸载状态，所述各部件还包括动臂以及铲斗；相应地，所述在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，还具体包括：
在所述斗杆卸载状态下，基于所述斗杆与所述动臂之间的实际角度差值以及预设斗杆卸载角速度，确定所述斗杆的目标角度，并基于所述预设斗杆卸载角速度以及所述斗杆的目标角度与实际角度之间的差值，确定所述斗杆的目标角速度；
基于所述斗杆的实际角度、目标角速度以及预设平地高度，计算所述动臂的目标角度以及目标角速度，并基于所述斗杆与所述铲斗之间的实际角度差值，确定所述铲斗的目标角速度；
基于所述斗杆的目标角度以及目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述斗杆对应的手柄控制信号，基于所述动臂的目标角度以及目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述动臂对应的手柄控制信号，并基于所述实际角度差值以及所述铲斗的目标角速度与实际角速度之间的差值，确定所述铲斗对应的手柄控制信号。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的挖掘机平地控制方法，其特征在于，所述各部件还包括机身、动臂以及铲斗；
相应地，所述机身坐标系基于如下方式构建：
以所述动臂与所述机身之间的目标铰接点为坐标原点，以所述动臂、所述斗杆以及所述铲斗所在平面与机身平面的交线方向为横轴，以所述机身平面的垂直方向为纵轴构建所述机身坐标系。
7.一种挖掘机平地控制***，其特征在于，包括：
信息获取模块，用于获取挖掘机在机身坐标系下的实时姿态信息，所述实时姿态信息包括各部件的实际角度以及实际角速度，所述各部件包括斗杆；
状态确定模块，用于基于所述斗杆的实际角度，确定平地过程中的斗杆控制状态；
作业控制模块，用于在所述斗杆控制状态下，基于所述各部件的实际角度以及实际角速度，确定所述各部件对应的手柄控制信号，并基于所述各部件对应的手柄控制信号，控制所述挖掘机进行平地作业。
8.一种挖掘机，其特征在于，包括如权利要求7所述的挖掘机平地控制***。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述挖掘机平地控制方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述挖掘机平地控制方法的步骤。
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