挖掘机控制方法、系统及挖掘机与流程

1.本发明涉及作业机械技术领域，尤其涉及一种挖掘机控制方法、系统及挖掘机。


背景技术：

2.挖掘机中底盘的重量基本是固定的，但是，挖掘机的上车的重心位置变化很大，因为在挖掘机作业的过程中，工作装置的位置经常变化，满载、空载以及挖掘时土壤的反作用力等都会使挖掘机上车的重心的位置时刻发生变化。现有技术中，可以通过配重方式让挖掘机的重心始终保持在回转中心附近，保持整体的平衡，但是，目前的配重方式仅限于停机时适当地拆卸和安装，工作时挖掘机的配重并不能调节，满足不了挖掘机负载多变的需求，导致挖掘机的重心调节效果不佳。


技术实现要素：

3.本发明提供一种挖掘机控制方法、系统及挖掘机，用以解决现有技术中挖掘机的重心调节效果不佳的问题，实现挖掘机的重心调节效果的提升。
4.本发明提供一种挖掘机控制方法，包括：
5.基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及所述工作装置的几何参数，获得所述挖掘机的姿态信息；
6.基于所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定所述挖掘机的工况；
7.基于所述挖掘机的工况，控制配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节所述挖掘机的重心的位置。
8.根据本发明提供的一种挖掘机控制方法，所述基于所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定所述挖掘机的工况，包括：
9.将所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、所述发动机的工作参数以及所述电磁阀的电流输入至工况识别模型，获得所述工况识别模型输出的所述挖掘机的工况；
10.其中，所述工况识别模型是基于挖掘机的姿态信息样本、油缸的有杆腔的压力样本和无杆腔的压力样本、挖掘机的主泵的工作参数样本、发动机的工作参数样本、电磁阀的电流样本以及对应的挖掘机的工况样本进行训练得到的。
11.根据本发明提供的一种挖掘机控制方法，所述基于所述挖掘机的工况，控制配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节所述挖掘机的重心的位置，包括：
12.当所述挖掘机的工况为挖掘工况时，控制所述配重系统中所述第一子配重块的位置靠近所述挖掘机的前端；
13.当所述挖掘机的工况为吊装工况时，控制所述配重系统中所述第一子配重块的位置靠近所述挖掘机的后端。
14.根据本发明提供的一种挖掘机控制方法，还包括：
15.接收驾驶员输入的操作信号；
16.根据所述操作信号，控制所述配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节所述挖掘机的重心。
17.根据本发明提供的一种挖掘机控制方法，所述工作装置包括动臂、斗杆和铲斗；所述动臂包括第一连杆以及动臂油缸；所述斗杆包括第二连杆以及斗杆油缸；所述铲斗包括第三连杆以及铲斗油缸；
18.所述基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及所述工作装置的几何参数，获得所述挖掘机的姿态信息，包括：
19.基于所述动臂油缸的位移、所述斗杆油缸的位移、所述铲斗油缸的位移、所述动臂的几何参数、所述斗杆的几何参数和所述铲斗的几何参数，获得所述第一连杆的旋转角度、所述第二连杆与所述第一连杆的夹角以及所述第三连杆与所述第二连杆的夹角，基于测量的所述挖掘机的回转角度、所述第一连杆的旋转角度、所述第二连杆与所述第一连杆的夹角以及所述第三连杆与所述第二连杆的夹角，获得所述挖掘机的姿态信息。
20.根据本发明提供的一种挖掘机控制方法，所述第一连杆位于动臂旋转中心和斗杆旋转中心之间；所述动臂油缸位于第一动臂油缸铰点与第二动臂油缸铰点之间；所述第二连杆位于所述斗杆旋转中心和铲斗旋转中心之间；所述斗杆油缸位于第一斗杆油缸铰点与第二斗杆油缸铰点之间；所述第三连杆位于所述铲斗旋转中心和铲斗齿尖之间；所述铲斗油缸位于第一铲斗油缸铰点与第二铲斗油缸铰点之间；
21.所述铲斗连接有四连杆机构；所述四连杆机构包括第四连杆、第五连杆、第六连杆和第七连杆；所述第四连杆位于所述斗杆上的第一铰点与所述铲斗旋转中心之间，所述第五连杆位于所述第一铰点与所述第一铲斗油缸铰点之间，所述第六连杆位于第二铰点与所述铲斗旋转中心之间，所述第七连杆位于所述第二铰点与所述第一铲斗油缸铰点之间；
22.所述基于所述动臂油缸的位移、所述斗杆油缸的位移、所述铲斗油缸的位移、所述动臂的几何参数、所述斗杆的几何参数和所述铲斗的几何参数，获得所述第一连杆相对所述挖掘机的前进方向的旋转角度、所述第二连杆与所述第一连杆的夹角以及所述第三连杆与所述第二连杆的夹角，包括：
23.基于所述动臂油缸的位移、所述斗杆油缸的位移以及所述铲斗油缸的位移，确定所述动臂油缸的长度、所述斗杆油缸的长度以及所述铲斗油缸的长度；
24.基于所述动臂油缸的长度、所述动臂旋转中心与所述第一动臂油缸铰点之间的第一线段的长度、所述动臂旋转中心与所述第二动臂油缸铰点之间的第二线段的长度、所述第一线段与所述挖掘机的前进方向的夹角、所述第二线段与所述第一连杆的夹角，获得所述第一连杆相对所述挖掘机的前进方向的旋转角度；
25.基于所述斗杆油缸的长度、所述第一斗杆油缸铰点与所述斗杆旋转中心之间的第三线段的长度、所述第二斗杆油缸铰点与所述斗杆旋转中心之间的第四线段的长度、所述第四线段与所述第一连杆的夹角、所述第三线段与所述第二连杆的夹角，获得所述第二连杆与所述第一连杆的夹角；
26.基于所述第四连杆的长度、所述第五连杆的长度、所述第六连杆的长度、所述第七连杆的长度、所述铲斗油缸的长度、所述第二铲斗油缸铰点与所述第一铰点之间的第五线
段的长度、所述斗杆旋转中心与所述第一铰点之间的第六线段与所述第五线段的夹角、所述第六线段与所述第四连杆的夹角、所述第四连杆与所述第二连杆的夹角、所述第六连杆与所述第三连杆的夹角，获得所述第三连杆与所述第二连杆的夹角。
27.本发明还提供一种挖掘机控制系统，包括：
28.控制器和配重系统；
29.所述控制器用于基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及所述工作装置的几何参数，获得所述挖掘机的姿态信息；基于所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定所述挖掘机的工况；基于所述挖掘机的工况，控制配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节所述挖掘机的重心的位置。
30.根据本发明提供的一种挖掘机控制系统，所述配重系统还包括位置固定的第二子配重块。
31.根据本发明提供的一种挖掘机控制系统，所述配重系统还包括位于所述挖掘机的上车的滑槽；所述第一子配重块可在所述滑槽内移动；
32.所述第一子配重块的第一端通过弹簧连接于所述上车；
33.所述第一子配重块的第二端连接有执行机构；
34.所述控制器具体用于向所述执行机构发送控制指令；
35.所述执行机构用于根据所述控制指令调节所述第一子配重块在所述滑槽内的位置。
36.本发明还提供一种挖掘机，包括如上述任一种所述的挖掘机控制系统。
37.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控制方法。
38.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控制方法。
39.本发明提供的挖掘机控制方法，结合挖掘机的工作装置中油缸的位移以及所述工作装置的几何参数，获得所述挖掘机的姿态信息，并基于所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定所述挖掘机的工况，根据挖掘机的工况控制配重系统中可移动的第一子配重块的位置，从而可以在挖掘机作业过程中实时调节挖掘机的重心的位置，满足挖掘机的不同工况的需求，重心调节更加准确，进而提高了挖掘机的重心调节的效果。
附图说明
40.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。
41.图1是本发明提供的挖掘机控制方法的流程示意图之一；
42.图2是本发明提供的挖掘机的结构示意图；
43.图3是本发明提供的挖掘机的配重系统的结构示意图之一；
44.图4是本发明提供的挖掘机的配重系统的结构示意图之二；
45.图5是本发明提供的挖掘机中工作装置的几何关系示意图；
46.图6是本发明提供的挖掘机控制系统的模块示意图之一；
47.图7是本发明提供的电子设备的模块示意图。
具体实施方式
48.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作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。
49.下面结合图1至图5描述本发明的挖掘机控制方法。
50.本实施例提供的一种挖掘机控制方法，可以由挖掘机中的控制器执行，例如整车控制器或者额外设置的控制器等等，如图1所示，该方法至少包括如下步骤：
51.步骤110、基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及工作装置的几何参数，获得挖掘机的姿态信息。
52.步骤120、基于挖掘机的姿态信息、油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定挖掘机的工况。
53.步骤130、基于挖掘机的工况，控制配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节挖掘机的重心。
54.挖掘机的工作装置可以包括动臂、斗杆、铲斗。如图2所示，挖掘机包括动臂油缸201，斗杆油缸202和铲斗油缸203。工作装置的油缸可以是装有位移传感器和压力传感器的油缸，位移传感器用于检测油缸的位移，有杆腔(即小腔)的压力传感器用于检测有杆腔的压力，无杆腔(即大腔)的压力传感器用于检测无杆腔的压力。或者，工作装置的油缸可以是数字油缸。数字油缸可以输出油缸的位移、有杆腔的压力和无杆腔的压力。数字油缸可以通过第一can线和控制器进行通信，将油缸的位移、有杆腔的压力和无杆腔的压力传到控制器，控制器即可获取到油缸的位移、有杆腔的压力和无杆腔的压力。
55.挖掘机中还包括主泵、电磁阀和发动机。这里的电磁阀可以包括动臂提升电磁阀、动臂下降电磁阀、斗杆挖掘电磁阀、斗杆卸载电磁阀、铲斗挖掘电磁阀、铲斗卸载电磁阀、左回转电磁阀、右回转电磁阀、动臂合流电磁阀、动臂再生电磁阀、斗杆再生电磁阀、斗杆再生切断电磁阀，等等。主泵的工作参数包括主泵的流量和压力，等等。发动机的工作参数可以包括发动机的档位和转速，等等。主泵的工作参数和电磁阀的电流等信息也可以通过第一can线传到控制器。发动机的工作参数可以通过第二can线传到控制器。控制器即可获取到挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流。
56.在挖掘机的不同工况下，挖掘机的负载发生变化，动臂油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力，斗杆油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力，铲斗油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力，主泵的压力和流量，电磁阀的电流，发动机的档位和转速都有所不同，因此，可以结合这些数据来准确识别挖掘机的工况。
57.如图3所示，挖掘机的配重系统可以包括可移动的第一子配重块301和位置固定的
第二子配重块302。挖掘机的配重系统还可以包括位于挖掘机的上车的滑槽303；第一子配重块301可在滑槽303内移动；第一子配重块301的第一端通过弹簧304连接于上车；第一子配重块301的第二端连接有执行机构305；控制器可以向执行机构305发送控制指令；执行机构305用于根据控制指令调节第一子配重块301在滑槽303内的位置，以调节挖掘机的重心的位置。
58.这里的执行机构305可以包括液压油缸及相应的比例阀和液压管路，如此，可以通过液压方式驱动第一子配重块301。图3中仅示意执行机构305中的液压油缸。当然，也可以通过电驱方式驱动第一子配重块301，执行机构305可以包括驱动电机，等等。
59.由于挖掘机的配重一般比较重，20吨(t)机型的配重约为2-4t，为了减小需要移动的配重块的质量，本实施例中，将配重块分为两部分，即第一子配重块301和第二子配重块302，第二子配重块302可以设置于挖掘机的尾部，其位置固定，不可前后移动，第一子配重块301则为可移动部分，可以前后移动。这里的前后移动是指沿挖掘机的前进和后退方向移动。第一子配重块301置于滑槽303中。参见图4所示的挖掘机的后视图，第一子配重块301下部安装有轮子306；滑槽303中可以包括与轮子306匹配的导轨307，第一子配重块301通过轮子306沿导轨307移动，如此，第一子配重块301移动更加顺畅。滑槽303的前后两侧均设置有限位装置，包括靠近挖掘机的前端的第一限位部308和靠近挖掘机的后端的第二限位部309，限位装置用于将第一子配重块301限制在合理的位置，避免第一子配重块301超出合理的位置而影响到其他部件。
60.第一子配重块301的前后两端中，一端设置弹簧304，另一端设置执行机构305，例如，在第一子配重块301的前端设置弹簧304，在未驱动第一子配重块301向挖掘机的前端移动时，第一子配重块301可以在弹簧304的作用力下处于靠近挖掘机的后端的位置，使得挖掘机的车身平衡性和稳定性更好。控制配重系统中可移动的第一子配重块301的位置时，控制器可以向执行机构305发送控制指令。当执行机构305接收到控制器的控制指令时，可以克服弹簧304的弹力，驱动第一子配重块301向挖掘机的前端移动，以改变挖掘机的重心的位置，使得挖掘机具有较大的挖掘力。
61.如此，将配重块分为两部分，通过移动部分配重块就可以实现挖掘机的重心的调节，减小了所移动的配重块，调整更加方便，操作简单。
62.本实施例中，结合挖掘机的工作装置中油缸的位移以及工作装置的几何参数，获得挖掘机的姿态信息，并基于挖掘机的姿态信息、油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定挖掘机的工况，根据挖掘机的工况控制配重系统中可移动的第一子配重块301的位置，从而可以在挖掘机作业过程中实时调节挖掘机的重心的位置，满足挖掘机的不同工况的需求，重心调节更加准确，进而提高了挖掘机的重心调节的效果。
63.在示例性实施例中，挖掘机控制方法还可以包括：接收驾驶员输入的操作信号；根据操作信号，控制配重系统中可移动的第一子配重块301的位置以调节挖掘机的重心。
64.实际应用中，除了根据识别出的挖掘机的工况自动调节挖掘机的重心之外，还可以提供手动模式，即，接收驾驶员手动输入的操作信号，根据操作信号生成控制命令，将控制命令发送给执行机构305，由执行机构305根据控制指令调节第一子配重块301在滑槽303内的位置。如此，可以通过手动方式线性地调节第一子配重块301的位置，以改变挖掘机的
重心的位置，满足工况的实际需求。
65.在示例性实施例中，基于挖掘机的姿态信息、油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定挖掘机的工况，包括：
66.将挖掘机的姿态信息、油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流输入至工况识别模型，获得工况识别模型输出的挖掘机的工况；
67.其中，工况识别模型是基于挖掘机的姿态信息样本、油缸的有杆腔的压力样本和无杆腔的压力样本、挖掘机的主泵的工作参数样本、发动机的工作参数样本、电磁阀的电流样本以及对应的挖掘机的工况样本进行训练得到的。
68.工况识别模型用于根据挖掘机的姿态信息、油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，识别挖掘机的工况。
69.在实际应用中，可以从历史数据中获得挖掘机的姿态信息样本、油缸的有杆腔的压力样本和无杆腔的压力样本、挖掘机的主泵的工作参数样本、发动机的工作参数样本、电磁阀的电流样本以及对应的挖掘机的工况样本，得到数据集，利用数据集对预设的神经网络模型进行训练，得到工况识别模型。
70.如此，以历史数据为基础，基于大数据挖掘深度学习方法，分析得到挖掘机的姿态信息样本、油缸的有杆腔的压力样本和无杆腔的压力样本、挖掘机的主泵的工作参数样本、发动机的工作参数样本、电磁阀的电流样本与挖掘机的工况样本的隐含关系，以得到工况识别模型，可以快速准确识别出挖掘机的工况。
71.当然，也可以采用其它的方式识别挖掘机的工况，例如可以直接分析挖掘机的姿态信息、油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流是属于哪种挖掘机的工况的范围，等等。
72.在示例性实施例中，基于挖掘机的工况，控制配重系统中可移动的第一子配重块301的位置以调节挖掘机的重心，包括：
73.当挖掘机的工况为挖掘工况时，控制配重系统中第一子配重块301的位置靠近挖掘机的前端；
74.当挖掘机的工况为吊装工况时，控制配重系统中第一子配重块301的位置靠近挖掘机的后端。
75.对于挖掘机来说，主要的工况包括挖掘工况和吊装工况。当挖掘机在做挖掘动作时，如果需要比较大的挖掘力，这时挖掘机的重心应该偏前，挖掘机完成挖掘动作，动臂提升、回转卸料时，这时挖掘机属于吊装工况，挖掘机的重心要靠后些。
76.基于此，本实施例中，当挖掘机的工况为挖掘工况时，可以控制配重系统中第一子配重块301的位置靠近挖掘机的前端，从而使得挖掘机的重心偏前，当挖掘机的工况为吊装工况时，控制配重系统中第一子配重块301的位置靠近挖掘机的后端，从而使得挖掘机的重心相对靠后些，进而增加了车身的稳定性，可以适应上下坡等各种情况。
77.作为一种可选的实施方式，可以将一子配重块301的可移动范围两个端点分别作为第一端点和第二端点，第一端点靠近挖掘机的前端，第二端点靠近挖掘机的后端，并在第一端点与第二端点之间设置参考点(例如，第一端点与第二端点的中点)，可以将参考点与
第一端点之间(包括第一端点)的任一位置作为靠近挖掘机的前端的位置，以及，将参考点与第二端点之间(包括第二端点)的任一位置作为靠近挖掘机的后端的位置。可以理解的是，还可以将参考点作为靠近挖掘机的前端的位置或作为靠近挖掘机的后端的位置。
78.另外，还可以在参考点与第一端点之间(包括第一端点)设置一个或多个第一点位，以及，在参考点与第二端点之间(包括第二端点)设置一个或多个第二点位。
79.当挖掘机的工况为挖掘工况时，若第一点位的数量为一个，可以控制第一子配重块301的位置为该第一点位；若第一点位的数量为多个，可以基于当前挖掘力来确定多个第一点位中的第一目标点位，并控制第一子配重块301的位置为该第一目标点位，例如，可以根据当前挖掘力以及挖掘力与第一点位之间的预设对应关系，确定第一目标点位，从而进一步保证了挖掘工况下的挖掘力。
80.当挖掘机的工况为吊装工况时，若第二点位的数量为一个，可以控制第一子配重块301的位置为该第二点位；若第二点位的数量为多个，可以基于当前吊装重量来确定多个第二点位中的第二目标点位，并控制第一子配重块301的位置为该第二目标点位，例如，可以根据当前吊装重量以及吊装重量与第二点位之间的预设对应关系，确定第二目标点位，从而进一步提高了吊装工况下车身的稳定性。
81.在示例性实施例中，在工作装置包括动臂、斗杆和铲斗的情况下，动臂包括第一连杆以及动臂油缸；斗杆包括第二连杆以及斗杆油缸；铲斗包括第三连杆以及铲斗油缸。相应地，基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及工作装置的几何参数，获得挖掘机的姿态信息，具体可以包括：
82.基于动臂油缸的位移、斗杆油缸的位移、铲斗油缸的位移、动臂的几何参数、斗杆的几何参数和铲斗的几何参数，获得第一连杆的旋转角度、第二连杆与第一连杆的夹角以及第三连杆与第二连杆的夹角，基于测量的挖掘机的回转角度、第一连杆的旋转角度、第二连杆与第一连杆的夹角以及第三连杆与第二连杆的夹角，获得挖掘机的姿态信息。
83.这里，挖掘机的姿态信息可以包括挖掘机的回转角度第一连杆的旋转角度第二连杆与第一连杆的夹角以及第三连杆与第二连杆的夹角挖掘机的回转角度即挖掘机车身回转的角度，可以通过角度传感器测量获得。
84.挖掘机工作过程中，可以通过动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸为挖掘机提供动力以及控制挖掘机运动，动臂油缸的位移、斗杆油缸的位移和铲斗油缸的位移不同，使得挖掘机的姿态也不同，基于此，本实施例中，可以结合动臂油缸的位移、斗杆油缸的位移和铲斗油缸的位移，以及动臂、斗杆和铲斗的几何参数，准确分析出挖掘机的姿态信息。
85.参见图5所示的挖掘机中工作装置的几何关系示意图，其中，以底盘中心o为原点建立挖掘机的底盘坐标系oxdydzd，xd位于挖掘机的前进方向，yd位于挖掘机的左右方向，zd位于挖掘机的竖直方向，o0是相对底盘中心o的挖掘机的上车的回转中心，zd的取值l为l0时，表示回转中心到底盘中心的距离。图5中基于oxdzd平面进行示意，以o0为原点建立挖掘机的上车的坐标系o0x0y0z0，x0位于挖掘机的前进方向，y0位于挖掘机的左右方向，z0位于挖掘机的竖直方向。动臂旋转中心c位移挖掘机的上车，其位置为(l
0x
,l
0y
)。以动臂旋转中心c为原点，建立动臂坐标系x1y1，其中，x1位于第一连杆l1的方向上，y1垂直于x1。以斗杆旋转中心f为原点，建立动臂坐标系x2y2，其中，x2位于第二连杆l2的方向上，y2垂直于x2。以铲斗旋转中心q为原点，建立铲斗坐标系x3y3，其中，x3位于第三连杆l3的方向上，y3垂直于x3。另外，
图5中θ为铲斗角，
86.基于此，第一连杆位于动臂旋转中心c和斗杆旋转中心f之间；动臂油缸位于第一动臂油缸铰点a与第二动臂油缸铰点b之间；第二连杆位于斗杆旋转中心f和铲斗旋转中心q之间；斗杆油缸位于第一斗杆油缸铰点e与第二斗杆油缸铰点d之间；第三连杆位于铲斗旋转中心q和铲斗齿尖v之间；铲斗油缸位于第一铲斗油缸铰点m与第二铲斗油缸铰点g之间。
87.铲斗连接有四连杆机构；四连杆机构包括第四连杆、第五连杆、第六连杆和第七连杆；第四连杆位于斗杆上的第一铰点n与铲斗旋转中心q之间，第五连杆位于第一铰点n与第一铲斗油缸铰点m之间，第六连杆位于第二铰点k与铲斗旋转中心q之间，第七连杆位于第二铰点k与第一铲斗油缸铰点m之间。四连杆机构用于控制铲斗动作。
88.相应地，基于动臂油缸的位移、斗杆油缸的位移、铲斗油缸的位移、动臂的几何参数、斗杆的几何参数和铲斗的几何参数，获得第一连杆相对挖掘机的前进方向的旋转角度、第二连杆与第一连杆的夹角以及第三连杆与第二连杆的夹角，具体可以包括：
89.步骤一、基于动臂油缸的位移、斗杆油缸的位移以及铲斗油缸的位移，确定动臂油缸的长度l1、斗杆油缸的长度l2以及铲斗油缸的长度l3。
90.当动臂油缸的位移发生变化时，动臂油缸的整体长度也会发生变化，斗杆油缸和铲斗油缸同理，因此可以基于当前动臂油缸的位移、斗杆油缸的位移以及铲斗油缸的位移，确定当前动臂油缸的长度l1、斗杆油缸的长度l2以及铲斗油缸的长度l3。
91.步骤二、基于动臂油缸的长度l1、动臂旋转中心c与第一动臂油缸铰点a之间的第一线段的长度ca、动臂旋转中心c与第二动臂油缸铰点b之间的第二线段的长度cb、第一线段与挖掘机的前进方向的夹角∠acx0、第二线段与第一连杆的夹角∠bcf，获得第一连杆相对挖掘机的前进方向的旋转角度
92.示例性地，可以通过三角函数获得第一连杆相对挖掘机的前进方向的旋转角度。具体地，可以通过如下公式获得第一连杆相对挖掘机的前进方向的旋转角度
[0093][0094]
步骤三、基于斗杆油缸的长度l2、第一斗杆油缸铰点e与斗杆旋转中心f之间的第三线段的长度ef、第二斗杆油缸铰点d与斗杆旋转中心f之间的第四线段的长度df、第四线段与第一连杆的夹角∠dfc、第三线段与第二连杆的夹角∠efq，获得第二连杆与第一连杆的夹角
[0095]
具体地，可以通过如下公式获得第二连杆与第一连杆的夹角
[0096][0097]
步骤四、基于第四连杆的长度nq、第五连杆的长度mn、第六连杆的长度kq、第七连杆的长度mk、铲斗油缸的长度l3、第二铲斗油缸铰点g与第一铰点n之间的第五线段的长度gn、斗杆旋转中心f与第一铰点n之间的第六线段与第五线段的夹角∠gnf、第六线段与第四连杆的夹角∠fnq、第四连杆与第二连杆的夹角∠fqn、第六连杆与第三连杆的夹角∠kqv，获得第三连杆与第二连杆的夹角第六连杆与第三连杆的夹角∠kqv是已知的固定夹角。
[0098]
示例性地，基于第五连杆的长度mn、第二铲斗油缸铰点g与第一铰点n之间的第五
线段的长度gn以及铲斗油缸的长度l3，确定第五连杆与第五线段的夹角∠mng,具体可以按照如下公式获得第五连杆与第五线段的夹角∠mng：
[0099][0100]
基于第五连杆与第五线段的夹角∠mng、斗杆旋转中心f与第一铰点n之间的第六线段与第五线段的夹角∠gnf、第六线段与第四连杆的夹角∠fnq，获得第五连杆与第四连杆的夹角∠mnq，具体可以按照如下公式获得第五连杆与第四连杆的夹角∠mnq：
[0101]
∠mnq＝2π-∠mng-∠gnf-∠fnq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0102]
基于第四连杆的长度nq、第五连杆的长度mn以及第五连杆与第四连杆的夹角∠mnq，获得铲斗旋转中心q与第一铲斗油缸铰点m之间的第七线段的长度qm，具体可以按照如下公式获得第七线段的长度qm：
[0103][0104]
基于第六连杆的长度kq、第七线段的长度qm以及第七连杆的长度mk，获得第六连杆与第七线段的夹角∠mqk，具体可以按照如下公式获得第六连杆与第七线段的夹角∠mqk：
[0105][0106]
基于第四连杆的长度nq、第七线段的长度qm以及第五连杆的长度mn，获得第四连杆与第七线段的夹角∠nqm，具体可以按照如下公式获得第四连杆与第七线段的夹角∠nqm：
[0107][0108]
基于第四连杆与第七线段的夹角∠nqm以及第六连杆与第七线段的夹角∠mqk，获得第四连杆与第六连杆的夹角∠nqk，具体可以按照如下公式获得第四连杆与第六连杆的夹角∠nqk：
[0109]
∠nqk＝∠nqm+∠nqk
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0110]
基于第四连杆与第二连杆的夹角∠fqn、第六连杆与第三连杆的夹角∠kqv、第四连杆与第六连杆的夹角∠nqk，获得第三连杆与第二连杆的夹角具体可以按照如下公式获得第三连杆与第二连杆的夹角
[0111][0112]
如此，通过以上公式(3)-(9)即可获得第三连杆与第二连杆的夹角
[0113]
本实施例中，结合动臂、斗杆和铲斗的几何参数，分析动臂、斗杆和铲斗之间的几何关系，可以准确计算出第一连杆相对挖掘机的前进方向的旋转角度、第二连杆与第一连杆的夹角以及第三连杆与第二连杆的夹角，从而准确获得挖掘机的姿态信息。
[0114]
需要说明的是，也可以结合挖掘机的工作装置的具体结构，采用其它的方式获得挖掘机的姿态信息，此处不再一一列举。
[0115]
下面对本发明提供的挖掘机控制系统进行描述，下文描述的挖掘机控制系统与上
文描述的挖掘机控制方法可相互对应参照。
[0116]
本实施例提供的一种挖掘机控制系统，如图6所示，包括：
[0117]
控制器601和配重系统602；
[0118]
所述控制器601用于基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及所述工作装置的几何参数，获得所述挖掘机的姿态信息；基于所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定所述挖掘机的工况；基于所述挖掘机的工况，控制配重系统602中可移动的第一子配重块的位置以调节所述挖掘机的重心。
[0119]
控制器的具体实现方式可以参考以上挖掘机控制方法的相关实施例。
[0120]
在示例性实施例中，所述配重系统还包括位置固定的第二子配重块。
[0121]
在示例性实施例中，所述配重系统还包括位于所述挖掘机的上车的滑槽；所述第一子配重块可在所述滑槽内移动；
[0122]
所述第一子配重块的第一端通过弹簧连接于所述上车；
[0123]
所述第一子配重块的第二端连接有执行机构；
[0124]
所述控制器具体用于向所述执行机构发送控制指令；
[0125]
所述执行机构用于根据所述控制指令调节所述第一子配重块在所述滑槽内的位置。
[0126]
本发明还提供一种挖掘机，包括如上述任一实施例所提供的挖掘机控制系统。该挖掘机的具体实现方式可以参考以上挖掘机控制系统的实施例，此处不做赘述。
[0127]
图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)710、通信接口(communications interface)720、存储器(memory)730和通信总线740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行挖掘机控制方法，该方法包括：
[0128]
基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及所述工作装置的几何参数，获得所述挖掘机的姿态信息；
[0129]
基于所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定所述挖掘机的工况；
[0130]
基于所述挖掘机的工况，控制配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节所述挖掘机的重心的位置。
[0131]
此外，上述的存储器730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。
[0132]
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方法所提供的挖掘机控制方法，该方法包括：
[0133]
基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及所述工作装置的几何参数，获得所述挖掘机的姿态信息；
[0134]
基于所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定所述挖掘机的工况；
[0135]
基于所述挖掘机的工况，控制配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节所述挖掘机的重心的位置。
[0136]
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提供的挖掘机控制方法，该方法包括：
[0137]
基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及所述工作装置的几何参数，获得所述挖掘机的姿态信息；
[0138]
基于所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定所述挖掘机的工况；
[0139]
基于所述挖掘机的工况，控制配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节所述挖掘机的重心的位置。
[0140]
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。
[0141]
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。
[0142]
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。

技术特征：
1.一种挖掘机控制方法，其特征在于，包括：基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及所述工作装置的几何参数，获得所述挖掘机的姿态信息；基于所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定所述挖掘机的工况；基于所述挖掘机的工况，控制配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节所述挖掘机的重心的位置。2.根据权利要求1所述的挖掘机控制方法，其特征在于，所述基于所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定所述挖掘机的工况，包括：将所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、所述发动机的工作参数以及所述电磁阀的电流输入至工况识别模型，获得所述工况识别模型输出的所述挖掘机的工况；其中，所述工况识别模型是基于挖掘机的姿态信息样本、油缸的有杆腔的压力样本和无杆腔的压力样本、挖掘机的主泵的工作参数样本、发动机的工作参数样本、电磁阀的电流样本以及对应的挖掘机的工况样本进行训练得到的。3.根据权利要求1所述的挖掘机控制方法，其特征在于，所述基于所述挖掘机的工况，控制配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节所述挖掘机的重心的位置，包括：当所述挖掘机的工况为挖掘工况时，控制所述配重系统中所述第一子配重块的位置靠近所述挖掘机的前端；当所述挖掘机的工况为吊装工况时，控制所述配重系统中所述第一子配重块的位置靠近所述挖掘机的后端。4.根据权利要求1至3任一项所述的挖掘机控制方法，其特征在于，还包括：接收驾驶员输入的操作信号；根据所述操作信号，控制所述配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节所述挖掘机的重心。5.根据权利要求1至3任一项所述的挖掘机控制方法，其特征在于，所述工作装置包括动臂、斗杆和铲斗；所述动臂包括第一连杆以及动臂油缸；所述斗杆包括第二连杆以及斗杆油缸；所述铲斗包括第三连杆以及铲斗油缸；所述基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及所述工作装置的几何参数，获得所述挖掘机的姿态信息，包括：基于所述动臂油缸的位移、所述斗杆油缸的位移、所述铲斗油缸的位移、所述动臂的几何参数、所述斗杆的几何参数和所述铲斗的几何参数，获得所述第一连杆的旋转角度、所述第二连杆与所述第一连杆的夹角以及所述第三连杆与所述第二连杆的夹角，基于测量的所述挖掘机的回转角度、所述第一连杆的旋转角度、所述第二连杆与所述第一连杆的夹角以及所述第三连杆与所述第二连杆的夹角，获得所述挖掘机的姿态信息。6.根据权利要求5所述的挖掘机控制方法，其特征在于，所述第一连杆位于动臂旋转中心和斗杆旋转中心之间；所述动臂油缸位于第一动臂油缸铰点与第二动臂油缸铰点之间；所述第二连杆位于所述斗杆旋转中心和铲斗旋转中心之间；所述斗杆油缸位于第一斗杆油
缸铰点与第二斗杆油缸铰点之间；所述第三连杆位于所述铲斗旋转中心和铲斗齿尖之间；所述铲斗油缸位于第一铲斗油缸铰点与第二铲斗油缸铰点之间；所述铲斗连接有四连杆机构；所述四连杆机构包括第四连杆、第五连杆、第六连杆和第七连杆；所述第四连杆位于所述斗杆上的第一铰点与所述铲斗旋转中心之间，所述第五连杆位于所述第一铰点与所述第一铲斗油缸铰点之间，所述第六连杆位于第二铰点与所述铲斗旋转中心之间，所述第七连杆位于所述第二铰点与所述第一铲斗油缸铰点之间；所述基于所述动臂油缸的位移、所述斗杆油缸的位移、所述铲斗油缸的位移、所述动臂的几何参数、所述斗杆的几何参数和所述铲斗的几何参数，获得所述第一连杆相对所述挖掘机的前进方向的旋转角度、所述第二连杆与所述第一连杆的夹角以及所述第三连杆与所述第二连杆的夹角，包括：基于所述动臂油缸的位移、所述斗杆油缸的位移以及所述铲斗油缸的位移，确定所述动臂油缸的长度、所述斗杆油缸的长度以及所述铲斗油缸的长度；基于所述动臂油缸的长度、所述动臂旋转中心与所述第一动臂油缸铰点之间的第一线段的长度、所述动臂旋转中心与所述第二动臂油缸铰点之间的第二线段的长度、所述第一线段与所述挖掘机的前进方向的夹角、所述第二线段与所述第一连杆的夹角，获得所述第一连杆相对所述挖掘机的前进方向的旋转角度；基于所述斗杆油缸的长度、所述第一斗杆油缸铰点与所述斗杆旋转中心之间的第三线段的长度、所述第二斗杆油缸铰点与所述斗杆旋转中心之间的第四线段的长度、所述第四线段与所述第一连杆的夹角、所述第三线段与所述第二连杆的夹角，获得所述第二连杆与所述第一连杆的夹角；基于所述第四连杆的长度、所述第五连杆的长度、所述第六连杆的长度、所述第七连杆的长度、所述铲斗油缸的长度、所述第二铲斗油缸铰点与所述第一铰点之间的第五线段的长度、所述斗杆旋转中心与所述第一铰点之间的第六线段与所述第五线段的夹角、所述第六线段与所述第四连杆的夹角、所述第四连杆与所述第二连杆的夹角、所述第六连杆与所述第三连杆的夹角，获得所述第三连杆与所述第二连杆的夹角。7.一种挖掘机控制系统，其特征在于，包括：控制器和配重系统；所述控制器用于基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及所述工作装置的几何参数，获得所述挖掘机的姿态信息；基于所述挖掘机的姿态信息、所述油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、所述挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定所述挖掘机的工况；基于所述挖掘机的工况，控制配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节所述挖掘机的重心的位置。8.根据权利要求7所述的挖掘机控制系统，其特征在于，所述配重系统还包括位置固定的第二子配重块。9.根据权利要求7或8所述的挖掘机控制系统，其特征在于，所述配重系统还包括位于所述挖掘机的上车的滑槽；所述第一子配重块可在所述滑槽内移动；所述第一子配重块的第一端通过弹簧连接于所述上车；所述第一子配重块的第二端连接有执行机构；所述控制器具体用于向所述执行机构发送控制指令；
所述执行机构用于根据所述控制指令调节所述第一子配重块在所述滑槽内的位置。10.一种挖掘机，其特征在于，包括如权利要求7至9任一项所述的挖掘机控制系统。

技术总结
本发明涉及作业机械领域，提供一种挖掘机控制方法、系统及挖掘机，其中方法包括：基于挖掘机的工作装置中油缸的位移以及工作装置的几何参数，获得挖掘机的姿态信息；基于挖掘机的姿态信息、油缸的有杆腔的压力和无杆腔的压力、挖掘机的主泵的工作参数、发动机的工作参数以及电磁阀的电流，确定挖掘机的工况；基于挖掘机的工况，控制配重系统中可移动的第一子配重块的位置以调节挖掘机的重心的位置。如此，可以解决现有技术中挖掘机的重心调节效果不佳的问题，提升了挖掘机的重心调节效果。提升了挖掘机的重心调节效果。提升了挖掘机的重心调节效果。


技术研发人员：谢必鲜
受保护的技术使用者：上海三一重机股份有限公司
技术研发日：2023.08.23
技术公布日：2023/10/19