挖掘机及其控制方法与流程

本发明涉及机械设备技术领域，尤其是涉及一种挖掘机及其控制方法。

背景技术：

挖掘机是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并将物料装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械，是工程建设中最主要的工程机械之一。

挖掘机经常会在狭小空间内作业，在实际施工作业中，挖机手一般坐在驾驶室中进行操作，受驾驶室视窗的限制，当动臂行程较大时，挖机手无法观察到动臂的提升情况，只能够靠经验操作，动臂很容易与其顶部的障碍物发生碰撞；或，挖机手对动臂误操作时，动臂提升也会与障碍物碰撞，对障碍物、挖掘机甚至驾驶室内的挖机手造成伤害。

即，挖机手受视窗限制或误操作时，动臂容易与其顶部的障碍物发生碰撞，对障碍物、挖掘机甚至驾驶室内的挖机手造成伤害。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种挖掘机及其控制方法，以缓解现有技术中存在的挖机手受视窗限制或误操作时，动臂容易与其顶部的障碍物发生碰撞，对障碍物、挖掘机甚至驾驶室内的挖机手造成伤害的技术问题。

第一方面，实施例提供一种挖掘机，包括平台、动臂和驱动组件，所述动臂的一端为铰接端，另一端为升降端，所述铰接端铰接于所述平台，所述升降端设有防碰撞组件，所述防碰撞组件用于检测自身与顶部障碍物的间距；所述驱动组件的驱动端与所述动臂连接，用于驱动所述动臂绕铰接处转动；

所述挖掘机还包括处理器，所述防碰撞组件和所述驱动组件均与所述处理器连接，所述防碰撞组件将检测到的间距信号传递至处理器，当间距信号表征的间距数值d不大于处理器设定的安全间距l时，处理器控制关闭驱动组件。

在可选的实施方式中，所述防碰撞组件安装于所述动臂的背部区域。

在可选的实施方式中，所述驱动组件包括提升模式和下降模式，当间距数值d不大于安全间距l时，处理器关闭驱动组件的提升模式。

在可选的实施方式中，所述防碰撞组件包括超声波发射器和超声波接收器，所述超声波发射器安装于所述动臂的升降端，所述超声波接收器与所述处理器连接。

在可选的实施方式中，所述挖掘机还包括报警组件，所述报警组件与所述处理器连接，当间距数值d不大于安全间距l时，所述处理器控制开启报警组件；当间距数值d大于安全间距l时，所述处理器控制关闭所述报警组件。

在可选的实施方式中，所述报警组件包括声光报警器。

在可选的实施方式中，所述报警组件安装于挖掘机的驾驶室内，且所述报警组件连接有第一手动控制开关。

在可选的实施方式中，所述挖掘机的驾驶室内设有第二手动控制开关，所述第二手动控制开关与所述防碰撞组件连接，用于控制所述防碰撞组件的开关状态。

在可选的实施方式中，所述驱动组件包括液压缸，所述处理器与所述液压缸的电控主阀连接。

第二方面，实施例提供一种控制方法，用于前述实施方式中任一项所述的挖掘机，包括以下步骤：

开启驱动组件，驱动组件驱动动臂绕铰接处向上转动，动臂的升降端上升；

防碰撞组件将检测到的自身与顶部障碍物的间距信号传递至处理器，当间距信号表征的间距数值d大于处理器中设定的安全间距l时，驱动组件正常运行；当间距数值d不大于处理器中设定的安全间距l时，处理器控制关闭驱动组件，动臂的升降端停止上升。

在可选的实施方式中，驱动组件包括提升模式和下降模式，当间距数值d不大于安全间距l时，处理器控制关闭驱动组件的提升模式，并开启报警组件；

控制驱动组件驱动动臂绕铰接处向下转动，动臂的升降端下降，当间距数值d大于安全间距l时，处理器控制开启驱动组件的上升模式，并关闭报警组件。

本发明挖掘机及其控制方法的有益效果包括：

本发明提供的挖掘机及其控制方法，其中，挖掘机包括作为基座的平台、用于带动铲斗升降运动的动臂，用于驱动动臂升降的驱动组件、用于对动臂的升降端位置进行检测的防碰撞组件和用于接收检测信号并控制驱动组件开关状态的处理器；其中，控制方法应用于上述挖掘机。

使用挖掘机时，开启驱动组件，驱动组件驱动动臂绕铰接处转动，相应地，动臂的升降端带动铲斗升降；同时，驱动组件将开启电信号传递至处理器，处理器相应开启防碰撞组件，防碰撞组件对动臂的升降端与其顶部障碍物的间距进行实时检测，并将检测到的间距信号传递至处理器，处理器将接收的间距信号表征的间距数值与处理器内设定的安全间距l作比较，当间距数值大于或等于安全间距l时，处理器判定动臂处于安全行程范围，驱动组件能够正常运行；当间距数值小于安全间距l时，处理器判定动臂处于容易与障碍物发生碰撞的行程范围，处理器相应控制关闭驱动组件，驱动组件停止对动臂的驱动，从而有效减少动臂与其顶部障碍物碰撞情况的发生，相应减少碰撞对障碍物、动臂以及挖机手造成的伤害；此外，防碰撞组件和处理器的设置能够实现智能控制，控制精度及灵敏度均较高，挖掘机的操作不再受视窗限制，且能够对挖机手的误操作进行防护，从而提高挖掘机的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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为本发明实施例提供的挖掘机的示意图；

图2为本发明实施例提供的挖掘机使用时的控制框图。

图标：100-平台；200-动臂；300-驱动组件；400-防碰撞组件；500-铲斗；600-斗杆；700-驾驶室。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供一种挖掘机，包括平台100、动臂200和驱动组件300，动臂200的一端为铰接端，另一端为升降端，铰接端铰接于平台100，升降端设有防碰撞组件400，防碰撞组件400用于检测自身与顶部障碍物的间距；驱动组件300的驱动端与动臂200连接，用于驱动动臂200绕铰接处转动；挖掘机还包括处理器，防碰撞组件400和驱动组件300均与处理器连接，防碰撞组件400将检测到的间距信号传递至处理器，当间距信号表征的间距数值d不大于处理器设定的安全间距l时，处理器控制关闭驱动组件300。

本实施例还提供一种控制方法，应用于上述挖掘机，如图2所示，包括以下步骤：开启驱动组件300，驱动组件300驱动动臂200绕铰接处向上转动，动臂200的升降端上升；防碰撞组件400将检测到的自身与顶部障碍物的间距信号传递至处理器，当间距信号表征的间距数值d大于处理器中设定的安全间距l时，驱动组件300正常运行；当间距数值d不大于处理器中设定的安全间距l时，处理器控制关闭驱动组件300，动臂200的升降端停止上升。

本实施例提供的挖掘机及其控制方法，其中，挖掘机包括作为基座的平台100、用于带动铲斗500升降运动的动臂200，用于驱动动臂200升降的驱动组件300、用于对动臂200的升降端位置进行检测的防碰撞组件400和用于接收检测信号并控制驱动组件300开关状态的处理器；其中，控制方法应用于上述挖掘机。

使用挖掘机时，开启驱动组件300，驱动组件300驱动动臂200绕铰接处转动，相应地，动臂200的升降端带动铲斗500升降；同时，驱动组件300将开启电信号传递至处理器，处理器相应开启防碰撞组件400，防碰撞组件400对动臂200的升降端与其顶部障碍物的间距进行实时检测，并将检测到的间距信号传递至处理器，处理器将接收的间距信号表征的间距数值与处理器内设定的安全间距l作比较，当间距数值大于或等于安全间距l时，处理器判定动臂200处于安全行程范围，驱动组件300能够正常运行；当间距数值小于安全间距l时，处理器判定动臂200处于容易与障碍物发生碰撞的行程范围，处理器相应控制关闭驱动组件300，驱动组件300停止对动臂200的驱动，从而有效减少动臂200与其顶部障碍物碰撞情况的发生，相应减少碰撞对障碍物、动臂200以及挖机手造成的伤害；此外，防碰撞组件400和处理器的设置能够实现智能控制，控制精度及灵敏度均较高，挖掘机的操作不再受视窗限制，且能够对挖机手的误操作进行防护，从而提高挖掘机的适用性。

可选地，本实施例中，驱动组件300可以包括提升模式和下降模式，当间距数值d不大于安全间距l时，处理器关闭驱动组件300的提升模式。挖掘机运行过程中，驱动组件300驱动动臂200提升，当防碰撞组件400传递至处理器的间距数值d≤安全间距l时，处理器仅控制关闭驱动组件300的提升模式，驱动组件300不能再驱动动臂200提升；此时，驱动组件300的下降模式仍处于开启状态，挖机手可以控制驱动组件300驱动动臂200下降，使得动臂200绕铰接处向下转动，动臂200的升降端下降，防碰撞组件400传递至处理器的间距数值d变大，当间距数值d＞安全间距l时，处理器控制开启驱动组件300的上升模式，驱动组件300处于正常运行状态。

具体地，动臂200与铲斗500之间通过斗杆600连接，处理器中安全间距l的设置可以根据斗杆600的转动角度计算其转动过程中能够向上凸出动臂200升降端的高度，安全间距l不小于该高度，则挖掘机工作时，只要防碰撞组件400(设定防碰撞组件400的安装位置即为动臂200的最高点)与障碍物的间距d≥安全间距l，则挖掘机的动臂200和斗杆600等不会与障碍物发生碰撞。

可选地，当驱动组件300未设置提升模式和下降模式时，当处理器控制关闭驱动组件300时，可以在驾驶室700设置重启按钮，挖机手可以手动按下重启按钮再次打开驱动组件300；随后，挖机手控制驱动组件300驱动动臂200下降即可。

具体地，本实施例中，驱动组件300可以包括液压缸，处理器与液压缸的电控主阀连接。这里是驱动组件300的一种具体形式，处理器根据接收的间距信号相应控制电控主阀的状态，进而对液压缸的油路进行控制，实现对提升模式的锁定或开启。此外，驱动组件300也可以为别的形式，如气缸、齿轮机构等能够驱动动臂200转动的组件均可以。

可选地，本实施例中，如图1所示，防碰撞组件400可以安装于动臂200的背部区域。首先需要说明的是，上述“背部区域”是指动臂200提升的过程中，动臂200的铰接端朝上的侧壁部分，动臂200提升过程中，其背部区域(也可以理解为动臂200的最高点)与其顶部的障碍物的间距最小，相应地，背部区域会首先与障碍物发生碰撞，因此，在背部区域设置防碰撞组件400，一方面，设置处理器中的安全间距l时，可以无需考虑防碰撞组件400的安装位置与动臂200实际最高点之间存在的间距误差，从而提高安全距离设定的便捷性，并提高安全距离l的精确度；另一方面，将防碰撞组件400设置在动臂200的背部区域，动臂200提升或下降的过程中，防碰撞组件400直接朝向顶部的障碍物，从而减少动臂200对防碰撞组件400遮挡于防碰撞组件400与顶部障碍物之间，影响防碰撞组件400的检测精确情况的发生。

具体地，本实施例中，防碰撞组件400可以包括超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器安装于动臂200的升降端，超声波接收器与处理器连接。这里是防碰撞组件400的一种具体形式，启动防碰撞组件400时，超声波发射器朝向障碍物发出超声波，超声波经过障碍物的反射后形成反射信号，超声波接收器接收反射信号，并将该反射信号传递至处理器，处理器将该反射信号表征的间距数值d与设定的安全间距l作比较，若d≥l，则表示动臂200处于安全行程范围，驱动组件300能够正常运行；若d＜l，则表示动臂200处于容易与障碍物碰撞的范围，处理器控制关闭驱动组件300，驱动组件300停止驱动动臂200提升。

本实施例中，挖掘机还可以包括报警组件，报警组件与处理器连接，当间距数值d不大于安全间距l时，处理器控制开启报警组件；当间距数值d大于安全间距l时，处理器控制关闭报警组件。报警组件用于警示挖机手，提示挖机手动臂200此时处于容易碰撞的区域，且驱动组件300处于锁定状态，以便挖机手进行后续操作。具体地，当驱动组件300包括提升模式和下降模式时，当防碰撞组件400传递至处理器的间距数值d≤安全间距l时，处理器控制关闭驱动组件300的提升模式，并开启报警组件，报警组件向挖机手发出警报；挖机手听到警报声控制驱动组件300驱动动臂200绕铰接处向下转动，动臂200的升降端下降，当间距数值d＞安全间距l时，处理器控制开启驱动组件300的上升模式，并关闭报警组件，此时，驱动组件300回复运行，且报警组件停止报警，挖掘机正常运行即可。

具体地，报警组件可以包括声光报警器、蜂鸣报警器、光报警器中的一者或多者。

本实施例中，报警组件可以安装于挖掘机的驾驶室700内，且报警组件连接有第一手动控制开关。首先，报警组件安装在驾驶室700内，当报警组件发出警报时，警报信号能够直接传递至同样位于驾驶室700内进行操作的挖机手，从而确保警报信号对挖机手的警示作用，减少报警组件位于驾驶室700外对挖机手的警示作用较小而被挖机手忽略情况的发生；其次，在驾驶室700内设置能够手动开关报警组件的第一手动控制开关，当挖掘机处于特殊环境(如工作环境对噪声进行限制，或动臂200必须在容易碰撞的范围内工作)时，挖机手可以对第一手动控制开关操作关闭报警组件，以减少甚至避免报警组件持续报警对周围环境及挖机手的影响。需要使用报警组件时，挖机手可以对第一手动控制开关操作开启报警组件，此时，报警组件的开关受到防碰撞组件400检测信号的影响以及处理器的控制。

类似地，可以在挖掘机的驾驶室700内设有第二手动控制开关，第二手动控制开关与防碰撞组件连接，用于控制防碰撞组件的开关状态。当挖掘机处于较大工作空间，动臂200不存在碰撞情况时，挖机手可以对第二手动控制开关操作关闭防碰撞组件400，以减少防碰撞组件400的无用工作，减少其能耗并延长其使用寿命；或者，当挖掘机处于特殊环境，动臂200必须在容易碰撞的范围内工作时，挖机手可以手动关闭防碰撞组件400，以减少挖掘机工作过程防碰撞组件400和处理器关联总是关闭驱动组件300，导致挖掘机无法正常运行情况的发生。

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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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实施例技术方案的范围。