CN107938735B - 铲运机铲装控制系统及方法、铲运机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铲运机铲装控制系统及方法、铲运机，其中，控制系统包括：料堆位置检测模块(10)，用于检测铲运机相对于物料堆(3)的位置；工作状态检测模块，用于在铲运机进行铲装作业的过程中检测执行机构的工作状态；控制部件(60)，能够根据料堆位置检测模块(10)的反馈信号判断出铲斗(2)到达物料堆(3)后，根据工作状态检测模块的反馈信号，控制大臂(1)和铲斗(2)中的至少一个运动以实现自主铲装物料。此种铲装控制通过自主铲装物料，能够提高铲装物料的效率，简化人工操作，节省时间，优化铲运机的运动，工作稳定且可靠性高；尤其是在铲运机工作环境较恶劣时，可避免危险有害因素危害驾驶员的生命健康和人身安全。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种铲运机铲装控制系统及方法、铲运机。
背景技术
地下铲运机是地下金属矿山中矿石的重要运输设备，其工作环境中粉尘浓度大，噪声强，机械振动剧烈，岩石应力分布复杂。随着金属矿山深部开采的推进，高地热，高岩石应力和高岩溶水压等问题逐渐凸显，铲运机工作环境进一步恶化。上述危险有害因素直接危害着地下铲运机司机的生命健康与人身安全。而且，通过驾驶员控制铲装过程对操作者的经验要求较高，而且铲装物料的效率较低。
发明内容
本发明的目的是提出一种铲运机铲装控制系统及方法、铲运机，能够提高铲运机铲装物料的效率。
根据本发明的一方面，提出一种铲运机铲装控制系统，包括：
料堆位置检测模块，用于检测铲运机相对于物料堆的位置；
工作状态检测模块，用于在铲运机进行铲装作业的过程中检测执行机构的工作状态；
控制部件，能够根据料堆位置检测模块的反馈信号判断出铲斗到达物料堆后，根据工作状态检测模块的反馈信号，控制大臂和铲斗中的至少一个运动以实现自主铲装物料。
进一步地，控制系统还包括速度检测模块，能够检测铲运机在空载或带载工况下的行驶速度；控制部件能够根据速度检测模块的反馈信号控制铲运机以需要的速度运动，实现整机驶向物料堆、驶离物料堆或使铲斗插入物料堆。
进一步地，料堆位置检测模块包括测距传感器，测距传感器能够检测铲斗与物料堆之间的距离；
控制部件能够根据铲斗与物料堆的距离判断铲运机是否到达物料堆。
进一步地，料堆位置检测模块包括车载定位导航系统，车载定位导航系统能够检测铲运机所处的位置；
控制部件能够根据预存的物料堆位置和铲运机当前的位置判断铲运机是否到达物料堆。
进一步地，工作状态检测模块包括大臂位置检测模块，能够通过检测大臂相对于整机的旋转角度获得大臂相对于整机的位置；
控制部件能够根据大臂位置检测模块的反馈信号控制大臂运动至铲装位置对应的大臂角度，并在铲装物料之后控制大臂举升至运输位置对应的大臂角度。
进一步地，大臂位置检测模块包括安装支架、随动支架和角度传感器，安装支架设在铲运机的前车架上，随动支架与大臂连接且能与大臂随动，角度传感器设在大臂的侧面且输出轴垂直于大臂的旋转平面，角度传感器的主体部设在安装支架上，输出轴与随动支架连接。
进一步地，工作状态检测模块包括铲斗位置检测模块，能够通过检测铲斗相对于大臂的旋转角度获得铲斗相对于大臂的位置；
控制部件能够根据铲斗位置检测模块的反馈信号控制铲斗运动至铲装位置对应的铲斗角度，并在铲装物料之后控制铲斗收回至运输位置对应的铲斗角度。
进一步地，铲斗位置检测模块包括安装支架、随动支架和角度传感器，安装支架设在大臂上，随动支架与铲斗连接且能与铲斗随动，角度传感器设在铲斗的侧面且输出轴垂直于铲斗的旋转平面，角度传感器的主体部设在安装支架上，输出轴与随动支架连接。
进一步地，控制部件能够在铲斗达到铲装位置后，控制铲运机驶向物料堆以使铲斗逐渐插入物料堆，并在铲运机的速度减小至零的情况下，控制铲斗执行收斗动作同时使整车向前行驶，在铲斗收回至预设位置时停止收斗动作。
进一步地，控制系统还包括称重模块，能够检测铲斗装载物料的重量；
控制部件能够将称重模块的反馈信号与目标装载重量进行比较，并在当前装载重量未达到目标装载重量时控制铲运机驶离物料堆预设距离重新装载，在当前装载重量达到目标装载重量时控制大臂执行举升动作。
进一步地，称重模块包括设在大臂油缸上的压力传感器，能够检测大臂油缸的工作压力；
工作状态检测模块包括大臂位置检测模块，能够通过检测大臂相对于整机的旋转角度获得大臂相对于整机的位置；
控制部件能够根据大臂油缸的工作压力以及大臂相对于整机的位置获得铲斗装载物料的重量。
进一步地，在当前装载重量达到目标装载重量的情况下，控制部件能够在控制大臂举升至运输位置后停止举升动作，并使铲运机反向驶离物料堆。
根据本发明的另一方面，提出一种铲运机，包括上述实施例的铲运机铲装控制系统。
进一步地，铲运机为地下铲运机。
根据本发明的再一方面，提出一种铲运机铲装控制方法，包括：
料堆位置检测模块检测铲运机相对于物料堆的位置；
工作状态检测模块在铲运机进行铲装作业的过程中检测执行机构的工作状态；
控制部件根据料堆位置检测模块的反馈信号判断出铲斗是否到达物料堆，如果已经到达物料堆，则根据工作状态检测模块的反馈信号，控制大臂和铲斗中的至少一个运动以实现自主铲装物料。
进一步地，控制部件根据料堆位置检测模块的反馈信号判断出铲斗是否到达物料堆的步骤具体包括：
测距传感器检测铲斗与物料堆之间的距离；
控制部件根据铲斗与物料堆的距离判断铲运机是否到达物料堆。
进一步地，控制部件根据料堆位置检测模块的反馈信号判断出铲斗是否到达物料堆的步骤具体包括：
车载定位导航系统检测铲运机所处的位置；
控制部件根据预存的物料堆位置和铲运机当前的位置判断铲运机是否到达物料堆。
进一步地，在判断出铲运机到达物料堆之后，根据工作状态检测模块的反馈信号，控制大臂运动以实现自主铲装物料的步骤包括：
大臂位置检测模块通过检测大臂相对于整机的旋转角度获得大臂相对于整机的位置；
控制部件根据大臂位置检测模块的反馈信号判断大臂是否处于铲装位置对应的大臂角度，如果是则使大臂不动，否则控制大臂下降至铲装位置对应的大臂角度。
进一步地，在判断出大臂到达与铲装位置对应的大臂角度之后，根据工作状态检测模块的反馈信号，控制铲斗运动以实现自主铲装物料的步骤还包括：
铲斗位置检测模块通过检测铲斗相对于大臂的旋转角度获得铲斗相对于大臂的位置；
控制部件根据铲斗位置检测模块的反馈信号判断铲斗是否处于铲装位置对应的铲斗角度，如果是则使铲斗不动以开始铲装物料，否则控制铲斗放斗至铲装位置。
进一步地，铲斗到达铲装位置后，铲装物料的步骤具体包括：
控制部件控制铲运机驶向物料堆以使铲斗逐渐插入物料堆；
速度检测模块检测铲运机的行驶速度；
控制部件根据速度检测模块的反馈信号判断铲运机的运行速度是否为零，如果是则控制铲斗执行收斗动作，否则控制整车继续朝向物料堆行驶。
进一步地，在控制铲斗执行收斗动作的过程中，控制方法还包括：
控制部件使整车继续向前行驶；
控制部件根据铲斗位置检测模块的反馈信号判断铲斗是否收回至运输位置对应的铲斗角度，如果是则使铲斗停止运动，否则持续收回。
进一步地，在判断出铲斗已经收回至运输位置对应的铲斗角度之后，控制方法还包括：
称重模块检测铲斗装载物料的重量；
控制部件根据称重模块的反馈信号判断当前装载重量是否达到目标装载重量，如果达到则控制大臂执行举升动作，否则控制铲运机驶离物料堆预设距离重新装载。
进一步地，在判断出铲斗已经收回至运输位置对应的铲斗角度之后，控制方法还包括：
控制部件控制大臂执行举升动作；
控制部件根据大臂位置检测模块的反馈信号判断大臂是否举升至运输位置对应的大臂角度，如果是则控制铲运机换向并驶向卸料点，否则持续举升。
基于上述技术方案，本发明实施例的铲运机铲装控制系统，通过设置料堆位置检测模块和工作状态检测模块，控制部件能够根据料堆位置检测模块的反馈信号判断出铲斗到达物料堆后，根据工作状态检测模块的反馈信号，控制大臂和铲斗中的至少一个运动以实现自主铲装物料。此种铲装控制通过自主铲装物料，能够提高铲装物料的效率，简化人工操作，节省时间，优化铲运机的运动，工作稳定且可靠性高；尤其是在铲运机的工作环境较为恶劣时，可避免危险有害因素直接危害驾驶员的生命健康和人身安全。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明铲运机处于巷道内铲装物料的状态示意图；
图2为本发明铲运机铲装控制系统的一个实施例的模块组成示意图；
图3为本发明铲运机铲装控制系统中大臂位置检测模块的一个实施例的结构示意图；
图4为本发明铲运机铲装控制系统中铲斗位置检测模块的一个实施例的结构示意图；
图5为本发明铲运机铲装控制方法的一个实施例的流程示意图；
图6为本发明铲运机铲装控制方法的另一个实施例的流程示意图；
图7为本发明铲运机铲装控制方法的再一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”和“右”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，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置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保护范围的限制。
本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。
铲运机工作主要包含五种工况：插入工况、铲装工况、重载运输工况、卸载工况、空载运输工况。目前铲运机的自主导航可以实现重载运输与空载运输时在巷道内自主行走。插入工况与铲装工况包括铲运机大臂下降、放平铲斗、收斗、举升大臂、后退行驶等一系列动作。铲运机装载主要依靠自身的行走使铲斗插入料堆进行装载。
参考图1至图4所示，本发明第一方面提供了一种铲运机铲装控制系统，后续简称铲装控制系统。在一个示意性的实施例中，铲装控制系统包括：
料堆位置检测模块10，用于检测铲运机相对于物料堆3的位置，以便判断铲斗2是否到达物料堆3；
工作状态检测模块，能够在铲运机进行铲装作业的过程中检测执行机构的工作状态，主要包括大臂1相对于整机的角度位置以及铲斗2相对于大臂1的角度位置；
控制部件60，设置在铲运机上且与料堆位置检测模块10和工作状态检测模块连接，能够在根据料堆位置检测模块10的反馈信号判断出铲斗2到达物料堆3后，根据工作状态检测模块的反馈信号，控制大臂1和铲斗2中的至少一个运动以实现自主铲装物料。控制部件60可以是控制器，也可以是PLC、集成电路、相关部件等组成的具体的硬件装置。
该实施例中的铲装控制能够依据料堆位置检测模块10反馈的信号判断出铲装的时机，并依据工作状态检测模块对执行机构的状态反馈自动控制铲装过程，以实现整个物料铲装过程的自动化控制。通过自主铲装物料，能够提高铲装物料的效率，简化人工操作，节省时间，优化铲运机的运动，工作稳定且可靠性高；尤其是在铲运机的工作环境较为恶劣时，可避免危险有害因素直接危害驾驶员的生命健康和人身安全。
例如，参考图1，该铲装控制系统用于地下铲运机时，由于地下铲运机在地下的巷道4中作业时，巷道4工作环境中粉尘浓度大，噪声强，机械振动剧烈，岩石应力分布复杂。通过自主铲装物料，可省去驾驶员控制铲装过程，可避免地下环境中的粉尘、噪声或地形条件对驾驶员的生命健康和人身安全带来伤害，提高作业的安全性和可靠性。由于地下巷道4中光线微弱，驾驶员操作时视野较差，对物料堆位置的判断缺乏准确性，而且粉尘浓度较大能见度低，进一步增加了驾驶员的操作难度，在工作环境中噪声较大时，也会影响驾驶员对地下铲运机工作状态的判断，因而本发明的铲装控制系统能够提高铲装效率，并提高铲装作业过程中的可靠性和安全性。
进一步地，如图2所示，本发明的铲装控制系统还包括速度检测模块40，能够实时检测铲运机在空载或带载工况下的行驶速度；控制部件60与速度检测模块40连接，能够根据速度检测模块40的反馈信号控制铲运机以需要的速度运动，实现整机驶向物料堆3、驶离物料堆3或使所铲斗2插入物料堆3。
铲运机在距离物料堆较远和装载物料后驶向卸料点的过程中，可以加快行驶速度，以提高铲运机的工作效率。铲运机在接近物料堆3、在铲斗2插入物料堆3进行装载时、未达到装载要求驶离物料堆3进行重新装载时，可以降低行驶速度，以使铲装物料的过程易于控制，提高工作的安全性和可靠性。通过设置速度检测模块40，能够根据动作执行阶段的不同选择合理的行驶速度，在保证安全性和可靠性的前提下，尽量提高工作效率。
在一个实施例中，料堆位置检测模块10包括测距传感器，测距传感器可安装在铲运机车体上正前方的位置，能够检测铲斗2与物料堆3之间的距离；控制部件60能够根据铲斗2与物料堆3的距离判断铲运机是否到达物料堆3。采用测距传感器的优点是安装方便，简单实用，可操作性高。
例如，测距传感器可以采用激光测距或超声波测距传感器。以采用激光激光测距传感器为例，在铲运机正前方安装激光测距仪，测定物料堆3与铲运机之间的距离。如图1所示，地下矿山物料堆3位于巷道4的尽头，呈斜坡分布，地下铲运机通过巷道4正向驶向料堆3。当地下铲运机距离物料堆3的距离达到预设值时就判定地下铲运机接近物料堆3，说明可以开始铲装操作。
在另一个实施例中，料堆位置检测模块10包括车载定位导航系统，车载定位导航系统能够检测铲运机所处的位置；控制部件60能够根据预存的物料堆3位置和铲运机当前的位置判断铲运机是否到达物料堆3。
该实施例适用于地下矿山巷道中已经安装了导航定位系统的情况，可以直接在铲运机上也安装车载导航定位系统配合使用，通过车载定位导航系统可以实时地给出铲运机当前的位置，物料堆3或者卸料点的位置已经预存到控制部件60中，当行驶到需要的位置就可以开始铲装操作。可替代地，物料堆3或者卸料点的位置也可输入到车载定位导航系统中，当行驶到需要的位置就可以开始铲装操作。该实施例的优点在于定位准确度较高。
对于上述各实施例，工作状态检测模块包括大臂位置检测模块20，能够通过检测大臂1相对于整机的旋转角度获得大臂1相对于整机的位置；控制部件60与大臂位置检测模块20连接，能够根据大臂位置检测模块20的反馈信号控制大臂1运动至铲装位置对应的大臂角度，并在铲装物料之后控制大臂1举升至运输位置对应的大臂角度。
该实施例能够实时地获得大臂1举升或下降过程中的位置，不仅可以确定铲运机的当前工作状态，也能准确地控制大臂1运动至需要的角度位置，以方便地到达最佳姿态进行铲装作业。
其中，铲装位置是指铲运机执行机构能够铲装物料的位置，要求大臂1相对于整机下降至预设的位置，且铲斗2转动至铲斗底面水平的状态。运输位置是指铲运机装载物料完毕后，在运输物料过程中执行机构所处的位置，要求大臂1举升至方便运输的位置，且铲斗2转动至物料不易掉出的状态。
如图3所示，大臂1通过销轴9可转动地安装在前车架5上。大臂位置检测模块20包括安装支架6、随动支架8和角度传感器7，安装支架6设在铲运机的前车架5上，随动支架8与大臂1连接且能与大臂1随动，角度传感器7设在大臂1的侧面且输出轴垂直于大臂1的旋转平面。其中，角度传感器7包括主体部和输出轴，输出轴相对于主体部可转动地设置，主体部通过螺钉等紧固件设在安装支架6上，输出轴与随动支架8连接。
具体地，角度传感器7位于销轴9端部的外侧，且角度传感器7的输出轴与大臂1的转动中心同轴设置，安装支架6为折弯的板状结构，包括第一板和第二板，为了安装方便，第一板和第二板的夹角可呈钝角，第一板与前车架5连接，第二板平行于大臂1的转动平面，角度传感器7的主体部安装在第二板上。随动支架8为L形板状结构，一端与大臂1连接，另一端与角度传感器7的输出轴连接。
大臂1相对于整机转动时，会通过随动支架8带动角度传感器7的输出轴转动，从而准确地检测出大臂1的转动角度。此种安装方式能够使角度传感器7的安装稳固可靠，防止由于铲运机在作业过程中碰触到障碍物而导致传感器掉落或变形，提高大臂1角度位置检测的可靠性和准确性。而且，通过两个支架配合安装，可以解决在大臂1与整机的铰接位置难于直接安装角度传感器的问题。
进一步地，工作状态检测模块还可以包括铲斗位置检测模块30，能够通过检测铲斗2相对于大臂1的旋转角度获得铲斗2相对于大臂1的位置；控制部件60与铲斗位置检测模块30连接，能够根据铲斗位置检测模块30的反馈信号控制铲斗2运动至铲装位置对应的铲斗角度，并在铲装物料之后控制铲斗2收回至运输位置对应的铲斗角度。
该实施例能够实时地获得铲斗2相对于大臂1的转动位置，不仅可以确定铲运机的当前工作状态，也能准确地控制铲斗2运动至需要的角度位置，以方便地到达最佳姿态进行铲装作业。
如图4所示，铲斗2的左右两端分别通过销轴9可转动地安装在大臂1的前端。铲斗位置检测模块30包括安装支架6、随动支架8和角度传感器7，安装支架6设在大臂1上，随动支架8与铲斗2连接且能与铲斗2随动，角度传感器7设在铲斗2的侧面且输出轴垂直于铲斗2的旋转平面，角度传感器7的主体部设在安装支架6上，输出轴与随动支架8连接。
具体地，角度传感器7位于销轴9端部的外侧，且角度传感器7的输出轴与铲斗2的转动中心同轴设置。优选地，角度传感器7位于铲斗2在大臂1上铰接位置的内侧，以降低角度传感器7在铲斗2工作过程中受到外物碰撞和冲击的风险。安装支架6为折弯的板状结构，包括第一板和第二板，为了安装方便，第一板和第二板的夹角可呈钝角，第一板与大臂1连接，第二板平行于铲斗2的转动平面，角度传感器7的主体部安装在第二板上。随动支架8为L形板状结构，一端与铲斗2连接，另一端与角度传感器7的输出轴连接。
进一步地，控制部件60能够在铲斗2达到铲装位置后，控制铲运机驶向物料堆3以使铲斗2逐渐插入物料堆3，并在铲运机的速度随着阻力增大减小至零的情况下，控制铲斗2执行收斗动作同时使整车向前行驶，在铲斗2收回至预设位置时停止收斗动作。
在铲运机执行铲装作业的过程中，一般会设定铲斗2的目标装载重量，最好在铲斗2装载的物料重量达到目标装载重量之后，才会运输到卸料点，以提高物料铲装运输的效率。目标装载重量可以是满载重量，也可以是小于满载重量的数值。
为此，本发明的铲装控制系统还可包括称重模块50，能够实时检测铲斗2装载物料的重量；控制部件60与称重模块50连接，能够在铲斗2铲装物料并收回至预设位置之后，将称重模块50的反馈信号与目标装载重量进行比较，并在当前装载重量未达到目标装载重量时控制铲运机驶离物料堆3预设距离重新装载，直至达到装载要求，在当前装载重量达到目标装载重量时控制大臂1执行举升动作，以便将物料运输到卸料点。
在一个优选的实施例中，称重模块50包括设在大臂油缸上的压力传感器，能够检测大臂油缸的工作压力；工作状态检测模块包括大臂位置检测模块20，能够通过检测大臂1相对于整机的旋转角度获得大臂1相对于整机的位置；控制部件60能够根据大臂油缸的工作压力以及大臂1相对于整机的位置获得铲斗2装载物料的重量。
铲运机物料装载在铲斗2中，并通过大臂油缸进行举升，铲斗2的装载重量与大臂油缸内的工作压力和大臂1相对于整车的角度有关。因此通过检测大臂油缸内的压力结合大臂位置检测模块20检测的大臂角度，可计算得出装载重量。物料重量G可分解为沿大臂1的力F和垂直于大臂1的力F＇，沿大臂1的力F通过大臂油缸的压力变化测出，再根据沿大臂1的力F和大臂1的角度α计算装载物料的重量。
此种方式在计算装载重量时，通过检测大臂油缸工作压力以及大臂1角度计算的方式，由于考虑了大臂1的角度，能够提高物料重量测量的准确性。而且，即使在称量的过程中大臂1处于运动状态，也能实时准确地测出装载重量。可替代地，也可以采用液压式称重传感器进行测量，该传感器是将测量的液压油缸压力直接转化成重量，一般适用于对静止不动的物体进行称量。
在当前装载重量达到目标装载重量的情况下，控制部件60能够在控制大臂1举升至运输位置后停止举升动作，并使铲运机反向驶离物料堆3，将物料运输至卸料点。
其次，本发明还提供了一种铲运机，包括上述实施例所述的铲装控制系统。优选地，铲运机为地下铲运机。
由于本发明的铲装控制系统能够接收料堆位置检测模块10、铲斗位置检测模块30、大臂位置检测模块20及称重模块50反馈的检测信号，并通过一系列运算控制铲运机加速、减速、换向、停止、启动，控制铲运机大臂1的举升和下降，并控制铲斗2的收斗和放斗，从而实现自主铲装物料。
因此本发明的铲运机具备较高的自动化程度，无需驾驶员控制铲装和行走过程，能够提高铲装物料的效率，节省时间，优化铲运机的运动，工作稳定且可靠性高；尤其是在铲运机的工作环境较为恶劣时，可避免危险有害因素直接危害驾驶员的生命健康和人身安全。
最后，本发明还提供了一种基于上述各铲装控制系统的控制方法，在一个示意性的实施例中，如图5所示的流程示意图，该控制方法包括：
步骤101、料堆位置检测模块10检测铲运机相对于物料堆3的位置；
步骤102、工作状态检测模块在铲运机进行铲装作业的过程中检测执行机构的工作状态；
步骤103、控制部件60根据料堆位置检测模块10的反馈信号判断铲斗2是否到达物料堆3，如果已经到达物料堆3，则执行步骤104，否则继续向物料堆3行驶；
步骤104、控制部件60根据工作状态检测模块的反馈信号，控制大臂1和铲斗2中的至少一个运动以实现自主铲装物料。
本发明该实施例的铲装控制方法通过自主铲装物料，能够提高铲装物料的效率，简化人工操作，节省时间，优化铲运机的运动，工作稳定且可靠性高；尤其是在铲运机的工作环境较为恶劣时，可避免危险有害因素直接危害驾驶员的生命健康和人身安全。
在一个实施例中，步骤101控制部件60根据料堆位置检测模块10的反馈信号判断出铲斗2是否到达物料堆3具体包括：
步骤101A、测距传感器检测铲斗2与物料堆3之间的距离；
步骤101B、控制部件60根据铲斗2与物料堆3的距离判断铲运机是否到达物料堆3。
该实施例采用测距传感器的优点是安装方便，简单实用，可操作性高。例如，测距传感器可以采用激光测距或超声波测距传感器。
在另一个实施例中，步骤101控制部件60根据料堆位置检测模块10的反馈信号判断出铲斗2是否到达物料堆3具体包括：
步骤101C、车载定位导航系统检测铲运机所处的位置；
步骤101D、控制部件60根据预存的物料堆3位置和铲运机当前的位置判断铲运机是否到达物料堆3。
该实施例适用于地下矿山巷道中已经安装了导航定位系统，就可以直接在铲运机上也安装车载导航定位系统配合使用，通过车载定位导航系统可以实时地给出铲运机当前的位置，物料堆3或者卸料点的位置已经预存到控制部件60中，当行驶到需要的位置就通过控制部件60控制铲运机停车。该实施例的优点在于定位准确度较高。步骤101A～101D在图中未示出。
如图6所示的流程示意图，在通过步骤103判断出铲运机到达物料堆3之后，步骤104具体包括：
步骤201、大臂位置检测模块20通过检测大臂1相对于整机的旋转角度获得大臂1相对于整机的位置；
步骤202、控制部件60根据大臂位置检测模块20的反馈信号判断大臂1是否处于铲装位置对应的大臂角度，如果是则使大臂1不动，否则执行步骤203；在大臂1未到达铲装位置对应的大臂角度时，大臂1当前位置高于铲装位置。
步骤203、控制部件60控制大臂1下降至铲装位置对应的大臂角度。
进一步地，如图6所示的流程示意图，在判断出大臂1到达与铲装位置对应的大臂角度之后，步骤104还包括：
步骤204、铲斗位置检测模块30通过检测铲斗2相对于大臂1的旋转角度获得铲斗2相对于大臂1的位置；
步骤205、控制部件60根据铲斗位置检测模块30的反馈信号判断铲斗2是否处于铲装位置对应的铲斗角度，如果是则使铲斗2不动，并开始铲装物料，否则执行步骤206；在铲斗2未到达铲装位置对应的铲斗角度时，铲斗2当前位置高于铲装位置，在铲装位置下，铲斗2处于放平状态。
步骤206、控制铲斗2放斗至铲装位置。
进一步地，仍参考图6，在通过步骤205判断出铲斗2到达铲装位置后，开始铲装物料的步骤具体包括：
步骤301、控制部件60控制铲运机驶向物料堆3以使铲斗2逐渐插入物料堆3；
步骤302、速度检测模块40检测铲运机的行驶速度；
步骤303、控制部件60根据速度检测模块40的反馈信号判断铲运机的运行速度是否为零，如果是则执行步骤304，否则执行步骤305；
步骤304、控制铲斗2执行收斗动作；
步骤305、控制整车继续朝向物料堆3行驶。
仍参考图6，在步骤304控制铲斗2执行收斗动作的过程中，该控制方法还可包括：
步骤304A、控制部件60使整车继续向前行驶；
步骤304B、控制部件60根据铲斗位置检测模块30的反馈信号判断铲斗2是否收回至运输位置对应的铲斗角度，如果是则使铲斗2停止运动，否则持续收回；运输位置对应的铲斗角度优选地为铲斗2收回的极限位置，以防止物料从铲斗2中掉出。
进一步地，仍参考图6，在通过步骤304B判断出铲斗2已经收回至运输位置对应的铲斗角度之后，该控制方法还包括：
步骤401、控制部件60控制大臂1执行举升动作；
步骤402、控制部件60根据大臂位置检测模块20的反馈信号判断大臂1是否举升至运输位置对应的大臂角度，如果是则执行步骤403，否则持续举升；
步骤403、控制铲运机换向并驶向卸料点。
在铲运机执行铲装作业的过程中，一般会设定铲斗2的目标装载重量，最好在铲斗2装载的物料重量达到目标装载重量之后，才会运输到卸料点，以提高物料铲装运输的效率。
为此，如图7所示的流程示意图，在通过步骤304B判断出铲斗2已经收回至运输位置对应的铲斗角度之后，在步骤401之前，该控制方法还可包括：
步骤501、称重模块50检测铲斗2装载物料的重量；
步骤502、控制部件60根据称重模块50的反馈信号判断当前装载重量是否达到目标装载重量，如果达到则执行步骤401控制大臂1执行举升动作，否则执行步骤503；
步骤503、控制铲运机驶离物料堆3预设距离重新装载。
在步骤503需要重新装载时，需要先将铲斗2中之前的物料卸掉，再驶离物料堆3预设距离，接着在铲斗2放平的状态下，使铲运机向前行走使铲斗2插入物料堆。在重新装载时将之前的物料卸掉，可防止在铲运机后退时铲斗2放平的过程中物料到处掉落。
以上对本发明所提供的一种铲运机铲装控制系统及方法、铲运机进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (14)
1.一种铲运机铲装控制系统，其特征在于，包括：
料堆位置检测模块(10)，用于检测铲运机相对于物料堆(3)的位置；
工作状态检测模块，用于在所述铲运机进行铲装作业的过程中检测执行机构的工作状态；
称重模块(50)，能够检测铲斗(2)装载物料的重量；和
控制部件(60)，能够在根据所述料堆位置检测模块(10)的反馈信号判断出铲斗(2)到达物料堆(3)后，根据所述工作状态检测模块的反馈信号，控制大臂(1)和铲斗(2)中的至少一个运动以实现自主铲装物料；能够将所述称重模块(50)的反馈信号与目标装载重量进行比较，并在当前装载重量未达到所述目标装载重量时控制所述铲运机驶离物料堆(3)预设距离重新装载，在当前装载重量达到所述目标装载重量时控制大臂(1)执行举升动作；
所述工作状态检测模块包括大臂位置检测模块(20)，能够通过检测大臂(1)相对于整机的旋转角度获得大臂(1)相对于整机的位置；所述控制部件(60)能够根据所述大臂位置检测模块(20)的反馈信号控制大臂(1)运动至铲装位置对应的大臂角度，并在铲装物料之后控制所述大臂(1)举升至运输位置对应的大臂角度；所述大臂位置检测模块(20)包括安装支架(6)、随动支架(8)和角度传感器(7)，所述安装支架(6)设在所述铲运机的前车架(5)上，所述随动支架(8)与所述大臂(1)连接且能与大臂(1)随动，所述角度传感器(7)设在所述大臂(1)的侧面且输出轴垂直于所述大臂(1)的旋转平面，所述角度传感器(7)的主体部设在所述安装支架(6)上，输出轴与所述随动支架(8)连接；
所述工作状态检测模块包括铲斗位置检测模块(30)，能够通过检测所述铲斗(2)相对于大臂(1)的旋转角度获得铲斗(2)相对于大臂(1)的位置；所述控制部件(60)能够根据所述铲斗位置检测模块(30)的反馈信号控制铲斗(2)运动至铲装位置对应的铲斗角度，并在铲装物料之后控制所述铲斗(2)收回至运输位置对应的铲斗角度；所述铲斗位置检测模块(30)包括安装支架(6)、随动支架(8)和角度传感器(7)，所述安装支架(6)设在所述大臂(1)上，所述随动支架(8)与所述铲斗(2)连接且能与铲斗(2)随动，所述角度传感器(7)设在所述铲斗(2)的侧面且输出轴垂直于所述铲斗(2)的旋转平面，所述角度传感器(7)的主体部设在所述安装支架(6)上，输出轴与所述随动支架(8)连接，所述角度传感器(7)位于所述铲斗(2)在所述大臂(1)上铰接位置的内侧；
所述称重模块(50)包括设在大臂油缸上的压力传感器，能够检测所述大臂油缸的工作压力；所述工作状态检测模块包括大臂位置检测模块(20)，能够通过检测大臂(1)相对于整机的旋转角度获得大臂(1)相对于整机的位置；所述控制部件(60)能够根据所述大臂油缸的工作压力以及所述大臂(1)相对于整机的位置获得所述铲斗(2)装载物料的重量。
2.根据权利要求1所述的铲运机铲装控制系统，其特征在于，还包括速度检测模块(40)，能够检测铲运机在空载或带载工况下的行驶速度；所述控制部件(60)能够根据所述速度检测模块(40)的反馈信号控制所述铲运机以需要的速度运动，实现整机驶向物料堆(3)、驶离物料堆(3)或使所述铲斗(2)插入物料堆(3)。
3.根据权利要求1所述的铲运机铲装控制系统，其特征在于，所述料堆位置检测模块(10)包括测距传感器，所述测距传感器能够检测所述铲斗(2)与物料堆(3)之间的距离；
所述控制部件(60)能够根据所述铲斗(2)与物料堆(3)的距离判断所述铲运机是否到达物料堆(3)。
4.根据权利要求1所述的铲运机铲装控制系统，其特征在于，所述料堆位置检测模块(10)包括车载定位导航系统，所述车载定位导航系统能够检测所述铲运机所处的位置；
所述控制部件(60)能够根据预存的物料堆(3)位置和所述铲运机当前的位置判断所述铲运机是否到达物料堆(3)。
5.根据权利要求1所述的铲运机铲装控制系统，其特征在于，所述控制部件(60)能够在所述铲斗(2)达到铲装位置后，控制所述铲运机驶向物料堆(3)以使铲斗(2)逐渐插入物料堆(3)，并在所述铲运机的速度减小至零的情况下，控制所述铲斗(2)执行收斗动作同时使整车向前行驶，在所述铲斗(2)收回至预设位置时停止收斗动作。
6.根据权利要求1所述的铲运机铲装控制系统，其特征在于，在当前装载重量达到所述目标装载重量的情况下，所述控制部件(60)能够在控制所述大臂(1)举升至运输位置后停止举升动作，并使所述铲运机反向驶离物料堆(3)。
7.一种铲运机，其特征在于，包括权利要求1～6任一所述的铲运机铲装控制系统。
8.根据权利要求7所述的铲运机，其特征在于，所述铲运机为地下铲运机。
9.一种基于权利要求1～6任一所述的铲运机铲装控制系统或者权利要求7或8所述的铲运机的控制方法，其特征在于，包括：
料堆位置检测模块(10)检测铲运机相对于物料堆(3)的位置；
工作状态检测模块在所述铲运机进行铲装作业的过程中检测执行机构的工作状态；
控制部件(60)根据所述料堆位置检测模块(10)的反馈信号判断出铲斗(2)是否到达物料堆(3)，如果已经到达物料堆(3)，则根据所述工作状态检测模块的反馈信号，控制大臂(1)和铲斗(2)中的至少一个运动以实现自主铲装物料；
其中，所述控制部件(60)根据所述料堆位置检测模块(10)的反馈信号判断出铲斗(2)是否到达物料堆(3)的步骤具体包括：测距传感器检测所述铲斗(2)与物料堆(3)之间的距离；所述控制部件(60)根据所述铲斗(2)与物料堆(3)的距离判断所述铲运机是否到达物料堆(3)；
在判断出所述铲运机到达物料堆(3)之后，根据所述工作状态检测模块的反馈信号，控制大臂(1)运动以实现自主铲装物料的步骤包括：大臂位置检测模块(20)通过检测大臂(1)相对于整机的旋转角度获得大臂(1)相对于整机的位置；所述控制部件(60)根据所述大臂位置检测模块(20)的反馈信号判断所述大臂(1)是否处于铲装位置对应的大臂角度，如果是则使所述大臂(1)不动，否则控制所述大臂(1)下降至铲装位置对应的大臂角度；
在判断出所述大臂(1)到达与铲装位置对应的大臂角度之后，根据所述工作状态检测模块的反馈信号，控制铲斗(2)运动以实现自主铲装物料的步骤还包括：铲斗位置检测模块(30)通过检测所述铲斗(2)相对于大臂(1)的旋转角度获得铲斗(2)相对于大臂(1)的位置；所述控制部件(60)根据所述铲斗位置检测模块(30)的反馈信号判断所述铲斗(2)是否处于铲装位置对应的铲斗角度，如果是则使所述铲斗(2)不动以开始铲装物料，否则控制所述铲斗(2)放斗至铲装位置。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述控制部件(60)根据所述料堆位置检测模块(10)的反馈信号判断出铲斗(2)是否到达物料堆(3)的步骤具体包括：
车载定位导航系统检测所述铲运机所处的位置；
所述控制部件(60)根据预存的物料堆(3)位置和所述铲运机当前的位置判断所述铲运机是否到达物料堆(3)。
11.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述铲斗(2)到达铲装位置后，铲装物料的步骤具体包括：
所述控制部件(60)控制所述铲运机驶向物料堆(3)以使铲斗(2)逐渐插入物料堆(3)；
速度检测模块(40)检测铲运机的行驶速度；
所述控制部件(60)根据所述速度检测模块(40)的反馈信号判断所述铲运机的运行速度是否为零，如果是则控制所述铲斗(2)执行收斗动作，否则控制整车继续朝向所述物料堆(3)行驶。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，在控制所述铲斗(2)执行收斗动作的过程中，还包括：
所述控制部件(60)使整车继续向前行驶；
所述控制部件(60)根据所述铲斗位置检测模块(30)的反馈信号判断所述铲斗(2)是否收回至运输位置对应的铲斗角度，如果是则使所述铲斗(2)停止运动，否则持续收回。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，在判断出所述铲斗(2)已经收回至运输位置对应的铲斗角度之后，还包括：
称重模块(50)检测所述铲斗(2)装载物料的重量；
所述控制部件(60)根据所述称重模块(50)的反馈信号判断当前装载重量是否达到目标装载重量，如果达到则控制大臂(1)执行举升动作，否则控制所述铲运机驶离物料堆(3)预设距离重新装载。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，在判断出所述铲斗(2)已经收回至运输位置对应的铲斗角度之后，还包括：
所述控制部件(60)控制大臂(1)执行举升动作；
所述控制部件(60)根据所述大臂位置检测模块(20)的反馈信号判断所述大臂(1)是否举升至运输位置对应的大臂角度，如果是则控制所述铲运机换向并驶向卸料点，否则持续举升。
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