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CN112081165B - 平地机及其刮坡控制方法、装置 - Google Patents

平地机及其刮坡控制方法、装置 Download PDF

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CN112081165B CN202011098061.8A CN202011098061A CN112081165B CN 112081165 B CN112081165 B CN 112081165B CN 202011098061 A CN202011098061 A CN 202011098061A CN 112081165 B CN112081165 B CN 112081165B
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Jiangsu Xugong Construction Machinery Research Institute Co ltd
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Abstract

本公开涉及平地机及其刮坡控制方法、装置，其中，平地机包括：前机架(1)；铲刀(2)，安装于前机架(1)上，且铲刀(2)相对于前机架(1)的姿态可调；执行机构(5)，用于调整铲刀(2)姿态；第一角度检测部件(90)，用于检测平地机的前后方向相对于水平面的第一倾斜角度(θ1)和左右方向相对于水平面的第二倾斜角度(θ2)；铲刀检测部件(10)，被用于检测铲刀(2)相对于前机架(1)的姿态信息；和控制器(11)，用于根据第一倾斜角度(θ1)、第二倾斜角度(θ2)和姿态信息得出铲刀(2)的实际坡角，并在实际坡角与预设目标坡角不一致时使执行机构(5)动作，以将铲刀(2)的姿态调整至预设目标坡角。

Description

平地机及其刮坡控制方法、装置
技术领域
本公开涉及平地机技术领域，尤其涉及一种平地机及其刮坡控制方法、装置。
背景技术
平地机是一种用于大面积平整场地、修路、刮坡、挖沟、修边渠、排水沟、除雪、松土、推土、开荒等工况的作业机械。在公路、农林作业中经常会使用平地机进行刮坡作业，以满足工程的设计要求。
目前，为了达到施工的刮坡角度要求，在作业过程中，机手通过观察铲刀位置，手动调节左直线驱动部件、右直线驱动部件、斜向直线驱动部件、测移油缸、回转马达等执行机构动作，以实现坡角的恒值控制。然而，施工路面不平整，导致整机不处于水平状态，需要靠机手的经验去控制和把握，误差较大，形成的坡角往往与目标值相差过大，需要多次重复作业进行修整，费时费力，自动化程度较低。
发明内容
本公开的实施例提供了一种平地机及其刮坡控制方法、装置，能够提高平地机刮坡的施工精度和工作效率。
根据本公开的第一方面，提供了一种平地机，包括：
前机架；
铲刀，安装于前机架上，且铲刀相对于前机架的姿态可调；
执行机构，被配置为调整铲刀的姿态；
第一角度检测部件，被配置为检测平地机的前后方向相对于水平面的第一倾斜角度和平地机的左右方向相对于水平面的第二倾斜角度；
铲刀检测部件，被配置为检测铲刀相对于前机架的姿态信息；和
控制器，被配置为根据第一倾斜角度、第二倾斜角度和姿态信息得出铲刀的实际坡角，并在实际坡角与预设目标坡角不一致时使执行机构动作，以将铲刀的姿态调整至预设目标坡角。
在一些实施例中，铲刀检测部件包括：
第二角度检测部件，被配置为检测铲刀相对于前机架的回转角度；和
第三角度检测部件，被配置为检测铲刀相对于前机架的摆动角度；
其中，控制器被配置为根据第一倾斜角度、第二倾斜角度、回转角度和摆动角度得出铲刀的实际坡角。
在一些实施例中，第一角度检测部件设在前机架上；和/或第二角度检测部件设在铲刀上，被配置为检测铲刀的下边缘与前机架上水平基准面的夹角。
在一些实施例中，平地机还包括牵引架、左直线驱动部件、右直线驱动部件、摆杆和两个摆架，两个摆架中的每个摆架均具有第一铰接部、第二铰接部和第三铰接部，两个摆架各自的第一铰接部分别与左直线驱动部件和右直线驱动部件各自的第一端铰接，两个摆架各自的第二铰接部均与前机架铰接，两个摆架各自的第三铰接部分别与摆杆的两端铰接，第三角度检测部件设在其中一个摆架的第二铰接部与前机架的铰接位置。
在一些实施例中，实际坡角为平地机的组合平面的法向量与地面水平时前后方向的夹角，平地机的前进方向向量和铲刀的下边缘方向向量位于组合平面内。
在一些实施例中，还包括牵引架和回转圈，牵引架位于前机架下方，且与前机架通过球铰连接，回转圈设在牵引架下方，铲刀连接在回转圈下方，执行机构包括：
左直线驱动部件，左直线驱动部件的第一端与前机架可转动地连接，左直线驱动部件的第二端与牵引架的左端可转动地连接，被配置为驱动牵引架的左端上下运动；
右直线驱动部件，右直线驱动部件的第一端与前机架可转动地连接，右直线驱动部件的第二端与牵引架的右端可转动地连接，被配置为驱动牵引架的右端上下移动；
斜向直线驱动部件，被配置为驱动牵引架相对于前机架倾斜摆动；和
旋转驱动部件，被配置为驱动回转圈转动。
在一些实施例中，控制器被配置为在实际坡角与预设目标坡角不一致时，使执行机构按照三组优先级顺序调整，并在通过一组优先级动作到达极限位置仍未调整至预设目标坡角时，再切换至下一组优先级调整；
其中，三组优先级包括：第一优先级，包括左直线驱动部件和右直线驱动部件中的至少一个动作；第二优先级，包括斜向直线驱动部件动作；和第三优先级，包括旋转驱动部件动作驱动回转圈转动。
在一些实施例中，控制器被配置为在按照三组优先级使执行机构动作后，实际坡角仍未达到预设目标坡角时，判定预设目标坡角无法达到。
在一些实施例中，控制器被配置为在实际坡角与预设目标坡角不一致的情况下，结合左右刮坡方向以及实际坡角与预设目标坡角的大小关系确定执行机构的动作方向。
在一些实施例中，控制器被配置为在实际坡角达到预设目标坡角时，使执行机构停止调整动作。
根据本公开的第二方面，提供了一种平地机刮坡控制方法，包括：
通过第一角度检测部件检测平地机在前后方向所在的竖直平面内相对于前后方向的第一倾斜角度和平地机在左右方向所在竖直平面内相对于左右方向的第二倾斜角度；
通过铲刀检测部件检测铲刀相对于前机架的姿态信息；
通过控制器根据第一倾斜角度和铲刀的姿态信息得出铲刀的实际坡角；
通过控制器在实际坡角与预设目标坡角不一致时使执行机构动作，以将铲刀的姿态调整至预设目标坡角。
在一些实施例中，通过控制器根据第一倾斜角度和铲刀的姿态信息得出铲刀的实际坡角包括：
通过第二角度检测部件检测铲刀相对于水平面的回转角度；
通过第三角度检测部件检测铲刀在水平面内的摆动角度；
通过控制器根据第一倾斜角度、第二倾斜角度、回转角度和摆动角度得出铲刀的实际坡角。
在一些实施例中，通过控制器根据第一倾斜角度、第二倾斜角度、回转角度和摆动角度得出铲刀的实际坡角包括：
根据第一倾斜角度和第二倾斜角度计算平地机的前进方向向量；
根据第一倾斜角度、第二倾斜角度、回转角度和摆动角度计算铲刀的下边缘方向向量；
计算前进方向向量和下边缘方向向量形成的组合平面的法向量；
计算组合平面的法向量与左右方向的夹角，作为实际坡角。
在一些实施例中，在实际坡角与预设目标坡角不一致时使执行机构动作包括：
在实际坡角与预设目标坡角不一致时，使执行机构按照第一优先级调整，第一优先级包括左直线驱动部件和右直线驱动部件中的至少一个动作；
在执行机构通过第一优先级动作到达极限位置仍未调整至预设目标坡角时，接着按照第二优先级调整，第二优先级包括斜向直线驱动部件动作；
在执行机构通过第二优先级动作到达极限位置仍未调整至预设目标坡角时，接着按照第三优先级调整，第三优先级包括旋转驱动部件动作驱动回转圈转动。
在一些实施例中，还包括：
在使执行机构按照三组优先级调整后，若实际坡角仍未达到预设目标坡角，判定预设目标坡角无法达到。
在一些实施例中，在实际坡角与预设目标坡角不一致时使执行机构动作包括：
确定平地机执行刮坡作业的左右方向；
确定实际坡角与预设目标坡角的大小关系；
确定调整执行机构的优先级顺序。
在一些实施例中，确定调整执行机构的优先级顺序包括：
在平地机执行左刮坡作业，且实际坡角小于预设目标坡角时，调整执行机构的优先级顺序包括：第一优先级，包括右直线驱动部件先伸长和左直线驱动部件后缩短；第二优先级，包括斜向直线驱动部件缩短；和第三优先级，包括旋转驱动部件驱动回转圈顺时针转动；和/或
在平地机执行左刮坡作业，且实际坡角大于预设目标坡角时，调整执行机构的优先级顺序包括：第一优先级，包括右直线驱动部件先缩短和左直线驱动部件后伸长；第二优先级，包括斜向直线驱动部件伸长；和第三优先级，包括旋转驱动部件驱动回转圈逆时针转动；和/或
在平地机执行右刮坡作业时，且实际坡角小于预设目标坡角时，调整执行机构的优先级顺序包括：第一优先级，包括左直线驱动部件先伸长和右直线驱动部件后缩短；第二优先级，包括斜向直线驱动部件伸长；和第三优先级，包括旋转驱动部件驱动回转圈逆时针转动；和/或
在平地机执行右刮坡作业时，且实际坡角大于预设目标坡角时，调整执行机构的优先级顺序包括：第一优先级，包括左直线驱动部件先缩短和右直线驱动部件后伸长；第二优先级，包括斜向直线驱动部件缩短；和第三优先级，包括旋转驱动部件驱动回转圈顺时针转动。
在一些实施例中，还包括：
在实际坡角与预设目标坡角不一致的情况下，结合左右刮坡方向和实际坡角与预设目标坡角的大小关系确定执行机构的动作方向。
在一些实施例中，还包括：
在实际坡角调整至达到预设目标坡角时，使执行机构停止调整动作。
根据本公开的第三方面，提供了一种平地机刮坡控制装置，包括：
存储器；以及
耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行在一些实施例中，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述实施例的平地机刮坡控制方法。
根据本公开的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述实施例的平地机刮坡控制方法。
本公开实施例的平地机，在计算实际坡角时，除了考虑铲刀相对于平地机的姿态，还充分考虑路面不平度对于实际刮坡角度的影响，可准确地获得实际坡角，并在平地机刮坡作业时对坡角实时控制，使实际坡角与预设目标坡角保持一致，由此能够提高刮坡施工作业精度，减小误差，避免多次重复的修整作业，从而提升施工效率和自动化程度，并适合于复杂的施工工况。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1为本公开平地机的一些实施例的侧视图；
图2为本公开平地机的一些实施例的辅视图；
图3为本公开平地机中铲刀的调整机构的后视图；
图4为本公开平地机运动方向及铲刀的空间位置示意图；
图5为本公开平地机的模块组成示意图；
图6为本公开平地机刮坡控制方法的一些实施例的流程示意图。
具体实施方式
以下详细说明本公开。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。
本公开中出现的“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。
此外，当元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在所述另一元件上，或者可以间接地在所述另一元件上并且在它们之间插入有一个或更多个中间元件。另外，当元件被称作“连接到”另一元件时，该元件可以直接连接到所述另一元件，或者可以间接地连接到所述另一元件并且在它们之间插入有一个或更多个中间元件。在下文中，同样的附图标记表示同样的元件。
例如图1和图2所示，对绝对坐标系进行了定义，当平地机处于水平地面上时，平地机的左右方向定义为x向，前后方向定义为y向，上下方向定义为z向。但是，平地机行驶时，地面难以保持绝对平坦的状态，因此平地机会发生倾斜，这样绝对坐标系下的方向就与平地机自身的方向发生偏差，下面的实施例中，“前后方向”、“左右方向”和“上下方向”均是相对于平地机自身的方向，并通过驾驶员坐在平地机内的方向进行定义。
基于上述定义，本公开中采用了“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系的描述，均是以平地机自身为基准定义的方向，这仅是为了便于描述本公开，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公开保护范围的限制。
在一些实施例中，如图1至图5，本公开提供了一种平地机，包括：前机架1、铲刀2、执行机构、第一角度检测部件90、铲刀检测部件10和控制器11。此外，平地机还包括前桥转向部分8、后桥车架总成和后置辅具9和驾驶室10等。
其中，铲刀2安装于前机架1上，且铲刀2相对于前机架1的姿态可调。执行机构5被配置为调整铲刀2相对于前机架1的姿态。
在平地机行驶的地面不平时，平地机可能会在前后方向和左右方向发生倾斜，第一角度检测部件90被配置为检测平地机的前后方向相对于水平面的第一倾斜角度θ1和平地机的左右方向相对于水平面的第二倾斜角度θ2。例如，第一角度检测部件90可以是陀螺角度传感器、电位计、旋转编码器以及其它能够实现角度检测的传感器等，第一角度检测部件90可采用双轴倾角传感器，以同时检测平地机的前后方向和左右方向相对于水平面的倾角。
铲刀检测部件10被配置为检测铲刀2相对于前机架1的姿态信息。
控制器11被配置为根据第一倾斜角度θ1、第二倾斜角度θ2和姿态信息得出铲刀2的实际坡角，并在实际坡角与预设目标坡角不一致时使执行机构5动作，以将铲刀2的姿态调整至预设目标坡角。控制器11可通过PWM口控制电比例阀12实现执行机构5的动作，以此实现铲刀2姿态的调整。预设目标坡角可根据作业工况需求预先存储在控制器11中，也可通过信号输入接口111输入。
例如，控制器11为加入一个或多个微控制器的计算装置，通过从计算机可读的介质读取、加载可执行指令或代码，实现执行流程。控制器11可以是PLC、DSP、单片机等控制器，也可以由集成电路组成。
该实施例能够在平地机施工路面存在不平整的情况下，在计算实际坡角时，除了考虑铲刀2相对于平地机的姿态，还充分考虑路面不平度对于实际刮坡角度的影响，可准确地获得实际坡角，并在平地机刮坡作业时对坡角实时控制，使实际坡角与预设目标坡角保持一致，由此能够提高刮坡施工作业精度，减小误差，避免多次重复的修整作业，从而提升施工效率和自动化程度，减轻操作者的劳动强度，且适合于复杂的施工工况。
在一些实施例中，如图2、3和5所示，铲刀检测部件10包括：第二角度检测部件101和第三角度检测部件102。其中，第二角度检测部件101与控制器11电连接，被配置为检测铲刀2相对于前机架1的回转角度θ3，回转角度θ3是指铲刀2相对于前机架1的水平参考面的转动角度；第三角度检测部件102，与控制器11电连接，被配置为检测铲刀2相对于前机架1的摆动角度θ4，摆动角度θ4是指铲刀2相对于前机架1的前后方向所在竖直参考面的转动角度。例如，第一角度检测部件90可以是陀螺角度传感器、电位计、旋转编码器以及其它能够实现角度检测的传感器等。控制器11被配置为根据第一倾斜角度θ1、第二倾斜角度θ2、回转角度θ3和摆动角度θ4得出铲刀2的实际坡角。
该实施例通过第二角度检测部件101和第三角度检测部件102，能够全面综合地反映铲刀2相对于前机架1的姿态，以便于第一倾斜角度θ1和第二倾斜角度θ2共同计算得到实际坡角，从而对实际坡角实时控制，使实际坡角自动地调整至与预设目标坡角一致。
铲刀2的实际坡角指铲刀2刮坡作业后，倾斜的边坡与水平面的夹角，当然，在本公开中，为方便理解，使用的是铲刀2下边缘和与平地机前进方向垂直的平面上的投影与水平面的夹角。
下面详细说明实际坡角的确定方法。
平地机在刮坡作业时，地面通常是不平整的，如图4和图5所示，平地机整机沿前进方向和左右方向的倾角分别为θ1和θ2，铲刀2相对于前机架1的回转角度θ3，铲刀2相对前机架1摆动角度θ4。由传感器模块6把信号传递至控制模块7。
图3示出了平地机运动方向及铲刀2的空间位置，其中，z轴为重力方向，x-y平面为水平面，z-x平面为与水平面垂直的竖直平面，设定平地机处于水平面上时，z-x平面与平地机前后方向垂直，当平地机处于不平路面时，为平地机实际前进方向，为在水平面x-y上的投影，为在原竖直平面z-x上的投影。设定平面ABFE与平面z-x重合，平面AKJE与垂直。很容易得到，∠JAK为实际铲刀2坡角，∠FAK为平地机处于水平面时的地面平整情况下的铲刀2坡角。
因此，平地机前进方向向量
铲刀2下边缘方向向量
为了方便计算，令其中：
由平地机前进方向与铲刀2边缘方向组合的平面的法向量为
令x＝1，可求得：
因此，铲刀2坡角>为平地机组合平面与与间的夹角，其中 可得：
如图5所示，控制模块7将上述求得的铲刀2的实际坡角α与预设目标坡角Ф进行对比，驱动执行机构5动作以调整铲刀2姿态，从而对实际坡角α进行调整，其中预设目标坡角根据施工实际要求进行定义，由操作者通过信号输入接口111传递至控制器11。
在一些实施例中，第一角度检测部件90设在前机架1上，例如，设在前机架1的顶部、底部、前部或后部，可位于前机架1沿左右方向的中心平面内。当平地机处于水平面上时，标定其测量值为零。
在一些实施例中，第二角度检测部件101设在铲刀2上，被配置为检测铲刀2的下边缘与前机架1上水平基准面的夹角。水平基准面是指平地机位于水平地面时位于前机架1上的水平面。由于铲刀2需要执行作业，为了防止第二角度检测部件101在铲刀2工作时发生磨损，第二角度检测部件101可设在铲刀2顶部沿铲刀2长度方向的中间区域。
在一些实施例中，如图3所示，平地机还包括：牵引架3、摆杆4’、两个摆架4、左直线驱动部件51和右直线驱动部件52。其中：
牵引架3通过球铰连接于前机架1下方，牵引架3可呈三角形结构，三角形结构的前端与前机架1的前端通过球铰连接，牵引架3可相对于前机架1从左侧或右侧整体向外摆出，以执行刮坡作业，或者也可以改变左右或前后倾角；
摆杆4’可呈杆状结构，摆杆4’上设有多个调节孔44，例如，可设置五个调节孔44，相应地，前机架1上设有定位孔，在将中间位置的调节孔44与定位孔固定时，铲刀2在位于左右方向的中间位置，在将其余位置的调节孔44与定位孔固定时，铲刀2在左右方向所在的竖直平面内摆动。在需要调节铲刀2在左右方向所在的竖直平面内的摆动角度时，可通过调节孔44与固定孔的配合关系进行初始调整，再通过执行机构5微调铲刀2的姿态。
两个摆架4，两个摆架4中的每个摆架4均具有第一铰接部41、第二铰接部42和第三铰接部43，第一铰接部41、第二铰接部42和第三铰接部43的一端连接且形成放射状结构。两个摆架4各自的第二铰接部42均与前机架1铰接，具体地，前机架1上设有安装架11，两个摆架4各自的第二铰接部42均与安装架11铰接。两个摆架4各自的第三铰接部43分别与摆杆4’的两端铰接。例如，在铲刀2处于中间位置时，两个摆架4可左右设置，两个第一铰接部41可位于上方，两个第二铰接部42可在左右方向相对设置，第三铰接部43可位于下方。
左直线驱动部件51和右直线驱动部件52，各自的第一端分别与两个摆架4各自的第一铰接部41铰接，各自的第二端分别与牵引架3的左右两端铰接；例如，左直线驱动部件51和右直线驱动部件52为油缸，第一铰接部41与油缸的缸筒连接，摆杆4’与油缸的活塞杆连接。可选地，左直线驱动部件51和右直线驱动部件52也可采用气缸或电动推杆等。
其中，第三角度检测部件102设在至少一个摆架4的第二铰接部42与前机架1的铰接位置。
该实施例能够在通过左直线驱动部件51和右直线驱动部件52驱动牵引架3左右摆动的同时，带动两个摆架4绕第二铰接部42与前机架1的铰接点摆动，由此通过第三角度检测部件102能够准确地检测出铲刀2的中心位置相对于前机架1的摆动角度θ4，从而准确地计算出实际坡角，有利于使实际坡角与预设目标坡角保持一致。
在一些实施例中，如图3和图4所示，实际坡角为平地机的组合平面的法向量与地面水平时前后方向的夹角，平地机的前进方向向量和铲刀2的下边缘方向向量位于组合平面内。
下面将详细说明计算实际坡角的方法。
图4示出了平地机运动方向及铲刀2的空间位置，其中，z轴为重力方向，x-y平面为水平面，z-x平面为与水平面垂直的竖直平面，设定平地机处于水平面上时，z-x平面与平地机前后方向垂直，当平地机处于不平路面时，为平地机实际前进方向，为在水平面x-y上的投影，为在原竖直平面z-x上的投影。设定平面ABFE与平面z-x重合，平面AKJE与垂直。很容易得到，∠JAK为实际铲刀2坡角，∠FAK为平地机处于水平面时的特定情况下的铲刀2坡角。
因此，平地机的前进方向向量
铲刀2的下边缘方向向量
为了方便计算，令其中：
由平地机前进方向与铲刀2的边缘方向组合的平面的法向量为
令x＝1，可求得：
因此，铲刀2的实际坡角>为平地机组合平面与与间的夹角，其中可得：
把上述求得的实际铲刀2的实际坡角α与预设目标坡角Ф进行对比，驱动执行机构5动作以对实际坡角α进行调整，其中预设目标坡角Ф根据施工实际要求进行定义，由操作者通过信号输入接口111传递至控制器11。
在一些实施例中，如图1至图3所示，平地机还包括牵引架3和回转圈9，牵引架3位于前机架1下方，且与前机架1通过球铰连接，回转圈9设在牵引架3下方，铲刀2连接在回转圈9下方，执行机构5包括：左直线驱动部件51、右直线驱动部件52、斜向直线驱动部件53和旋转驱动部件54。
其中，左直线驱动部件51的第一端与前机架1可转动地连接，左直线驱动部件51的第二端与牵引架3的左端可转动地连接，被配置为驱动牵引架3的左端上下运动；右直线驱动部件52的第一端与前机架1可转动地连接，右直线驱动部件52的第二端与牵引架3的右端可转动地连接，被配置为驱动牵引架3的右端上下移动；斜向直线驱动部件53的第一端与摆杆4的一端铰接，斜向直线驱动部件53的第二端与牵引架3的异侧端铰接，被配置为驱动牵引架3相对于前机架1倾斜摆动；旋转驱动部件54被配置为驱动回转圈9转动，例如，旋转驱动部件54可以是马达-蜗轮箱。
该实施例在平地机作业过程中，可通过左直线驱动部件51、右直线驱动部件52、斜向直线驱动部件53和旋转驱动部件54调整铲刀2的姿态，以实时调整实际坡角。
在一些实施例中，控制器11被配置为在实际坡角与预设目标坡角不一致时，使执行机构5按照三组优先级顺序调整，并在通过一组优先级动作到达极限位置仍未调整至预设目标坡角时，再切换至下一组优先级调整。其中，三组优先级包括：第一优先级，包括左直线驱动部件51和右直线驱动部件52中的至少一个动作；第二优先级，包括斜向直线驱动部件53动作；和第三优先级，包括旋转驱动部件54动作驱动回转圈9转动。
该实施例能够在实际坡角与预设目标坡角不一致时，按照预设的优先级顺序对执行机构进行调整，对执行机构5中优先级越高的驱动部件调整时对实际坡角的调节量影响越显著，由此可提高调节效率，实现坡角的实时调整。
在一些实施例中，控制器11被配置为在按照三组优先级使执行机构5动作后，实际坡角仍未达到预设目标坡角时，判定预设目标坡角无法达到。
该实施例能够判断出预设目标坡角是否合适，防止在实际坡角未调整至预设目标坡角时反复调整的情况。
在一些实施例中，控制器11被配置为在实际坡角与预设目标坡角不一致的情况下，结合左右刮坡方向以及实际坡角与预设目标坡角的大小关系确定执行机构5的动作方向，例如，左直线驱动部件51、右直线驱动部件52和斜向直线驱动部件53执行伸出或缩回动作，旋转驱动部件54使回转圈9顺时针或逆时针转动。
在一些实施例中，控制器11被配置为在实际坡角达到预设目标坡角时，使执行机构5停止调整动作。
在一些实施例中，左直线驱动部件51采用左提升油缸，右直线驱动部件52采用右提升油缸，斜向直线驱动部件53采用斜拉油缸，旋转驱动部件54采用马达蜗轮箱。如图6所示，在实际坡角与预设目标坡角不一致时，可通过如下方式使执行机构5动作调整实际坡角。
首先判断是左刮坡还是右刮坡，如果是右刮坡作业，再对实际坡角与预设目标坡角比较大小，其中：
如果实际坡角小于预设目标坡角，则先使左提升油缸伸长；在左提升油缸调整至极限位置仍未达到预设目标坡角时，使右提升油缸缩短；在右提升油缸调整至极限位置仍未达到预设目标坡角时，使斜拉油缸伸长；在斜拉油缸调整至极限位置仍未达到预设目标坡角时，使马达蜗轮箱驱动会转圈9逆时针转动。如果都调整完毕后仍未到达预设目标坡角，则说明预设目标坡角不可实现，结束调整过程。
如果实际坡角大于预设目标坡角，则先使左提升油缸缩短；在左提升油缸调整至极限位置仍未达到预设目标坡角时，使右提升油缸伸长；在右提升油缸调整至极限位置仍未达到预设目标坡角时，使斜拉油缸缩短；在斜拉油缸调整至极限位置仍未达到预设目标坡角时，使马达蜗轮箱驱动会转圈9顺时针转动。如果都调整完毕后仍未到达预设目标坡角，则说明预设目标坡角不可实现，结束调整过程。
如果是左刮坡作业，再对实际坡角与预设目标坡角比较大小，其中：
如果实际坡角小于预设目标坡角，则先使右提升油缸缩短；在右提升油缸调整至极限位置仍未达到预设目标坡角时，使左提升油缸伸长；在左提升油缸调整至极限位置仍未达到预设目标坡角时，使斜拉油缸缩短；在斜拉油缸调整至极限位置仍未达到预设目标坡角时，使马达蜗轮箱驱动会转圈9顺时针转动。如果都调整完毕后仍未到达预设目标坡角，则说明预设目标坡角不可实现，结束调整过程。
如果实际坡角大于预设目标坡角，则先使左提升油缸伸长；在左提升油缸调整至极限位置仍未达到预设目标坡角时，使右提升油缸缩短；在右提升油缸调整至极限位置仍未达到预设目标坡角时，使斜拉油缸伸长；在斜拉油缸油缸调整至极限位置仍未达到预设目标坡角时，使马达蜗轮箱驱动会转圈9逆时针转动。如果都调整完毕后仍未到达预设目标坡角，则说明预设目标坡角不可实现，结束调整过程。
在平地机执行左刮坡作业，且实际坡角小于预设目标坡角时，调整执行机构5的优先级顺序包括：第一优先级，包括右直线驱动部件52先伸长和左直线驱动部件51后缩短；第二优先级，包括斜向直线驱动部件53缩短；和第三优先级，包括旋转驱动部件54驱动回转圈9顺时针转动；和/或
在平地机执行左刮坡作业，且实际坡角大于预设目标坡角时，调整执行机构5的优先级顺序包括：第一优先级，包括右直线驱动部件52先缩短和左直线驱动部件51后伸长；第二优先级，包括斜向直线驱动部件53伸长；和第三优先级，包括旋转驱动部件54驱动回转圈9逆时针转动；和/或
在平地机执行右刮坡作业时，且实际坡角大于预设目标坡角时，调整执行机构5的优先级顺序包括：第一优先级，包括左直线驱动部件51先缩短和右直线驱动部件52后伸长；第二优先级，包括斜向直线驱动部件53缩短；和第三优先级，包括旋转驱动部件54驱动回转圈9顺时针转动。
其次，本公开还提供了一种平地机刮坡控制方法，在一些实施例中，包括：
步骤101、通过第一角度检测部件90检测平地机在前后方向所在的竖直平面内相对于前后方向的第一倾斜角度θ1和平地机在左右方向所在竖直平面内相对于左右方向的第二倾斜角度θ2；
步骤102、通过铲刀检测部件10检测铲刀2相对于前机架1的姿态信息；
步骤103、通过控制器11根据第一倾斜角度θ1和铲刀2的姿态信息得出铲刀2的实际坡角；
步骤104、通过控制器11在实际坡角与预设目标坡角不一致时使执行机构5动作，以将铲刀2的姿态调整至预设目标坡角。
其中，步骤101～104可在平地机作业过程中实时执行。该实施例能够在平地机施工路面存在不平整的情况下，在计算实际坡角时，除了考虑铲刀2相对于平地机的姿态，还充分考虑路面不平度对于实际刮坡角度的影响，可准确地获得实际坡角，并在平地机刮坡作业时对坡角实时控制，使实际坡角与预设目标坡角保持一致，由此能够提高刮坡施工作业精度，减小误差，避免多次重复的修整作业，从而提升施工效率和自动化程度，并适合于复杂的施工工况。
在一些实施例中，步骤103通过控制器11根据第一倾斜角度θ1和铲刀2的姿态信息得出铲刀2的实际坡角包括：
步骤201、通过第二角度检测部件101检测铲刀2相对于水平面的回转角度θ3；
步骤202、通过第三角度检测部件102检测铲刀2在水平面内的摆动角度θ4；
步骤203、通过控制器11根据第一倾斜角度θ1、第二倾斜角度θ2、回转角度θ3和摆动角度θ4得出铲刀2的实际坡角。
该实施例通过第二角度检测部件101和第三角度检测部件102，能够全面综合地反映铲刀2相对于前机架1的姿态，以便于第一倾斜角度θ1和第二倾斜角度θ2共同计算得到实际坡角，从而对实际坡角实时控制，使实际坡角自动地调整至与预设目标坡角一致。
在一些实施例中，步骤203通过控制器11根据第一倾斜角度θ1、第二倾斜角度θ2、回转角度θ3和摆动角度θ4得出铲刀2的实际坡角包括：
步骤203A、根据第一倾斜角度θ1和第二倾斜角度θ2计算平地机的前进方向向量
步骤203B、根据第一倾斜角度θ1、第二倾斜角度θ2、回转角度θ3和摆动角度θ4计算铲刀2的下边缘方向向量
步骤203C、计算前进方向向量和下边缘方向向量形成的组合平面的法向量
步骤203D、计算组合平面的法向量T与左右方向的夹角，作为实际坡角>。
其中，租后203A～203D顺序执行。该实施例能够在考虑路面不平度对于实际刮坡角度的影响时，准确地计算出铲刀2作业时的实际坡角>，以在平地机刮坡作业时对坡角实时控制，使实际坡角与预设目标坡角保持一致，由此能够提高刮坡施工作业精度，减小误差，避免多次重复的修整作业，从而提升施工效率和自动化程度，并适合于复杂的施工工况。
在一些实施例中，步骤104在实际坡角与预设目标坡角不一致时使执行机构5动作包括：
在实际坡角与预设目标坡角不一致时，使执行机构5按照第一优先级调整，第一优先级包括左直线驱动部件51和右直线驱动部件52中的至少一个动作；
在执行机构5通过第一优先级动作到达极限位置仍未调整至预设目标坡角时，接着按照第二优先级调整，第二优先级包括斜向直线驱动部件53动作；
在执行机构5通过第二优先级动作到达极限位置仍未调整至预设目标坡角时，接着按照第三优先级调整，第三优先级包括旋转驱动部件54动作驱动回转圈9转动。
该实施例能够在实际坡角与预设目标坡角不一致时，按照预设的优先级顺序对执行机构进行调整，对执行机构5中优先级越高的驱动部件调整时对实际坡角的调节量影响越显著，由此可提高调节效率，实现坡角的实时调整。
在一些实施例中，平地机刮坡控制方法还包括：
在使执行机构5按照三组优先级调整后，若实际坡角仍未达到预设目标坡角，判定预设目标坡角无法达到。
该实施例能够判断出预设目标坡角是否合适，防止在实际坡角未调整至预设目标坡角时反复调整的情况。
在一些实施例中，步骤104在实际坡角与预设目标坡角不一致时使执行机构5动作包括：
确定平地机执行刮坡作业的左右方向；
确定实际坡角与预设目标坡角的大小关系；
在实际坡角与预设目标坡角不一致的情况下，结合左右刮坡方向和实际坡角与预设目标坡角的大小关系确定执行机构5的动作方向。
该实施例能够在实际坡角与预设目标坡角不一致的情况下，结合左右刮坡方向以及实际坡角与预设目标坡角的大小关系确定执行机构5的动作方向，并按照预设的优先级顺序调整执行机构5中的各驱动部件，优先级顺序可采用上述的三组优先级顺序。此种方法能够准确高效地将实际坡角调整至与预设目标坡角一致。
在一些实施例中，步骤104在实际坡角与预设目标坡角不一致时使执行机构5动作包括：
在平地机执行左刮坡作业，且实际坡角小于预设目标坡角时，调整执行机构5的优先级顺序包括：第一优先级，包括右直线驱动部件52先伸长和左直线驱动部件51后缩短；第二优先级，包括斜向直线驱动部件53缩短；和第三优先级，包括旋转驱动部件54驱动回转圈9顺时针转动；和/或
在平地机执行左刮坡作业，且实际坡角大于预设目标坡角时，调整执行机构5的优先级顺序包括：第一优先级，包括右直线驱动部件52先缩短和左直线驱动部件51后伸长；第二优先级，包括斜向直线驱动部件53伸长；和第三优先级，包括旋转驱动部件54驱动回转圈9逆时针转动；和/或
在平地机执行右刮坡作业时，且实际坡角小于预设目标坡角时，调整执行机构5的优先级顺序包括：第一优先级，包括左直线驱动部件51先伸长和右直线驱动部件52后缩短；第二优先级，包括斜向直线驱动部件53伸长；和第三优先级，包括旋转驱动部件54驱动回转圈9逆时针转动；和/或
在平地机执行右刮坡作业时，且实际坡角大于预设目标坡角时，调整执行机构5的优先级顺序包括：第一优先级，包括左直线驱动部件51先缩短和右直线驱动部件52后伸长；第二优先级，包括斜向直线驱动部件53缩短；和第三优先级，包括旋转驱动部件54驱动回转圈9顺时针转动。
在一些实施例中，平地机刮坡控制方法还包括：
在实际坡角调整至达到预设目标坡角时，使执行机构5停止调整动作。
该实施例能够在实际坡角调整至达到预设目标坡角时，停止调整铲刀2姿态，并持续进行检测，在判断出实际坡角调整至与预设目标坡角不一致时再次调整。
此外，本公开提供了一种平地机刮坡控制装置，包括：存储器，可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行上述实施例的平地机刮坡控制方法，处理器可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。
处理器可通过BUS总线耦合至存储器。该平地机刮坡控制装置还可以通过存储接口连接至外部存储装置以便调用外部数据，还可以通过网络接口连接至网络或者另外一台计算机系统。
最后，本公开提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述实施例的平地机刮坡控制方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上对本公开所提供的一种平地机进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本公开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公开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，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。

Claims (16)

1.一种平地机，包括：
前机架(1)；
牵引架(3)，通过球铰连接于所述前机架(1)下方；
回转圈(9)，设在所述牵引架(3)下方；
铲刀(2)，安装于所述前机架(1)上，且所述铲刀(2)相对于所述前机架(1)的姿态可调，且所述铲刀(2)连接在所述回转圈(9)下方；
执行机构(5)，被配置为调整所述铲刀(2)的姿态，且包括：左直线驱动部件(51)，所述左直线驱动部件(51)的第一端与所述前机架(1)可转动地连接，左直线驱动部件(51)的第二端与所述牵引架(3)的左端可转动地连接，被配置为驱动所述牵引架(3)的左端上下运动；右直线驱动部件(52)，所述右直线驱动部件(52)的第一端与所述前机架(1)可转动地连接，所述右直线驱动部件(52)的第二端与所述牵引架(3)的右端可转动地连接，被配置为驱动所述牵引架(3)的右端上下移动；斜向直线驱动部件(53)，被配置为驱动所述牵引架(3)相对于所述前机架(1)倾斜摆动；和旋转驱动部件(54)，被配置为驱动回转圈(9)转动；
第一角度检测部件(90)，被配置为检测所述平地机的前后方向相对于水平面的第一倾斜角度(θ1)和所述平地机的左右方向相对于水平面的第二倾斜角度(θ2)；
铲刀检测部件(10)，被配置为检测所述铲刀(2)相对于所述前机架(1)的姿态信息；和
控制器(11)，被配置为根据所述第一倾斜角度(θ1)、所述第二倾斜角度(θ2)和所述姿态信息得出所述铲刀(2)的实际坡角，并在所述实际坡角与预设目标坡角不一致时使所述执行机构(5)按照三组优先级顺序调整，并在通过一组优先级动作到达极限位置仍未调整至所述预设目标坡角时，再切换至下一组优先级调整，以将所述铲刀(2)的姿态调整至所述目标坡角，并在按照三组优先级使所述执行机构(5)动作后，所述实际坡角仍未达到所述预设目标坡角时，判定所述预设目标坡角无法达到；其中，所述三组优先级包括：第一优先级，包括所述左直线驱动部件(51)和所述右直线驱动部件(52)中的至少一个动作；第二优先级，包括所述斜向直线驱动部件(53)动作；和第三优先级，包括所述旋转驱动部件(54)动作驱动回转圈(9)转动。
2.根据权利要求1所述的平地机，其中，所述铲刀检测部件(10)包括：
第二角度检测部件(101)，被配置为检测所述铲刀(2)相对于所述前机架(1)的回转角度(θ3)；和
第三角度检测部件(102)，被配置为检测所述铲刀(2)相对于所述前机架(1)的摆动角度(θ4)；
其中，所述控制器(11)被配置为根据所述第一倾斜角度(θ1)、所述第二倾斜角度(θ2)、回转角度(θ3)和所述摆动角度(θ4)得出所述铲刀(2)的实际坡角。
3.根据权利要求2所述的平地机，其中，
所述第一角度检测部件(90)设在所述前机架(1)上；和/或
所述第二角度检测部件(101)设在所述铲刀(2)上，被配置为检测所述铲刀(2)的下边缘与所述前机架(1)上水平基准面的夹角。
4.根据权利要求2所述的平地机，还包括：
牵引架(3)，通过球铰连接于所述前机架(1)下方；
摆杆(4’)；
两个摆架(4)，所述两个摆架(4)中的每个所述摆架(4)均具有第一铰接部(41)、第二铰接部(42)和第三铰接部(43)，所述两个摆架(4)各自的所述第二铰接部(42)均与所述前机架(1)铰接，所述两个摆架(4)各自的所述第三铰接部(43)分别与所述摆杆(4’)的两端铰接；和
左直线驱动部件(51)和右直线驱动部件(52)，各自的第一端分别与所述两个摆架(4)各自的所述第一铰接部(41)铰接，各自的第二端分别与所述牵引架(3)的左右两端铰接；
其中，所述第三角度检测部件(102)设在至少一个所述摆架(4)的所述第二铰接部(42)与所述前机架(1)的铰接位置。
5.根据权利要求1所述的平地机，其中，所述实际坡角为所述平地机的组合平面的法向量与地面水平时前后方向的夹角，所述平地机的前进方向向量和所述铲刀(2)的下边缘方向向量位于所述组合平面内。
6.根据权利要求1所述的平地机，其中，所述控制器(11)被配置为在所述实际坡角与所述预设目标坡角不一致的情况下，结合左右刮坡方向以及所述实际坡角与所述预设目标坡角的大小关系确定所述执行机构(5)的动作方向。
7.一种基于权利要求1～6任一项所述平地机的刮坡控制方法，包括：
通过第一角度检测部件(90)检测所述平地机在前后方向所在的竖直平面内相对于前后方向的第一倾斜角度(θ1)和所述平地机在左右方向所在竖直平面内相对于左右方向的第二倾斜角度(θ2)；
通过铲刀检测部件(10)检测所述铲刀(2)相对于所述前机架(1)的姿态信息；
通过控制器(11)根据所述第一倾斜角度(θ1)和所述铲刀(2)的姿态信息得出所述铲刀(2)的实际坡角；
通过控制器(11)在所述实际坡角与预设目标坡角不一致时使所述执行机构(5)动作，以将所述铲刀(2)的姿态调整至所述预设目标坡角。
8.根据权利要求7所述的刮坡控制方法，其中，通过控制器(11)根据所述第一倾斜角度(θ1)和所述铲刀(2)的姿态信息得出所述铲刀(2)的实际坡角包括：
通过第二角度检测部件(101)检测所述铲刀(2)相对于水平面的回转角度(θ3)；
通过第三角度检测部件(102)检测所述铲刀(2)在水平面内的摆动角度(θ4)；
通过所述控制器(11)根据所述第一倾斜角度(θ1)、所述第二倾斜角度(θ2)、回转角度(θ3)和所述摆动角度(θ4)得出所述铲刀(2)的实际坡角。
9.根据权利要求8所述的刮坡控制方法，其中，通过所述控制器(11)根据所述第一倾斜角度(θ1)、所述第二倾斜角度(θ
2)、回转角度(θ3)和所述摆动角度(θ4)得出所述铲刀(2)的实际坡角包括：
根据所述第一倾斜角度(θ1)和所述第二倾斜角度(θ2)计算所述平地机的前进方向向量；
根据所述第一倾斜角度(θ1)、所述第二倾斜角度(θ2)、所述回转角度(θ3)和所述摆动角度(θ4)计算所述铲刀(2)的下边缘方向向量；
计算所述前进方向向量和所述下边缘方向向量形成的组合平面的法向量；
计算所述组合平面的法向量与左右方向的夹角，作为所述实际坡角。
10.根据权利要求8所述的刮坡控制方法，其中，在所述实际坡角与预设目标坡角不一致时使所述执行机构(5)动作包括：
在所述实际坡角与预设目标坡角不一致时，使所述执行机构(5)按照第一优先级调整，所述第一优先级包括左直线驱动部件(51)和右直线驱动部件(52)中的至少一个动作；
在所述执行机构(5)通过第一优先级动作到达极限位置仍未调整至所述预设目标坡角时，接着按照第二优先级调整，所述第二优先级包括斜向直线驱动部件动作；
在所述执行机构(5)通过第二优先级动作到达极限位置仍未调整至所述预设目标坡角时，接着按照第三优先级调整，所述第三优先级包括旋转驱动部件(54)动作驱动回转圈(9)转动。
11.根据权利要求10所述的刮坡控制方法，还包括：
在使所述执行机构(5)按照三组优先级调整后，若所述实际坡角仍未达到所述预设目标坡角，判定所述预设目标坡角无法达到。
12.根据权利要求7所述的刮坡控制方法，其中，在所述实际坡角与预设目标坡角不一致时使所述执行机构(5)动作包括：
确定所述平地机执行刮坡作业的左右方向；
确定所述实际坡角与所述预设目标坡角的大小关系；
在所述实际坡角与所述预设目标坡角不一致的情况下，结合左右刮坡方向和所述实际坡角与所述预设目标坡角的大小关系确定所述执行机构(5)的动作方向。
13.根据权利要求12所述的刮坡控制方法，其中，在所述实际坡角与预设目标坡角不一致时使所述执行机构(5)动作包括：
在所述平地机执行左刮坡作业，且所述实际坡角小于所述预设目标坡角时，调整所述执行机构(5)的优先级顺序包括：第一优先级，包括右直线驱动部件(52)先伸长和左直线驱动部件(51)后缩短；第二优先级，包括斜向直线驱动部件(53)缩短；和第三优先级，包括旋转驱动部件(54)驱动回转圈(9)顺时针转动；和/或
在所述平地机执行左刮坡作业，且所述实际坡角大于所述预设目标坡角时，调整所述执行机构(5)的优先级顺序包括：第一优先级，包括右直线驱动部件(52)先缩短和左直线驱动部件(51)后伸长；第二优先级，包括斜向直线驱动部件(53)伸长；和第三优先级，包括旋转驱动部件(54)驱动回转圈(9)逆时针转动；和/或
在所述平地机执行右刮坡作业时，且所述实际坡角小于所述预设目标坡角时，调整所述执行机构(5)的优先级顺序包括：第一优先级，包括左直线驱动部件(51)先伸长和右直线驱动部件(52)后缩短；第二优先级，包括斜向直线驱动部件(53)伸长；和第三优先级，包括旋转驱动部件(54)驱动回转圈(9)逆时针转动；和/或
在所述平地机执行右刮坡作业时，且所述实际坡角大于所述预设目标坡角时，调整所述执行机构(5)的优先级顺序包括：第一优先级，包括左直线驱动部件(51)先缩短和右直线驱动部件(52)后伸长；第二优先级，包括所述斜向直线驱动部件(53)缩短；和第三优先级，包括旋转驱动部件(54)驱动回转圈(9)顺时针转动。
14.根据权利要求7所述的刮坡控制方法，还包括：
在所述实际坡角调整至达到所述预设目标坡角时，使所述执行机构(5)停止调整动作。
15.一种平地机刮坡控制装置，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如权利要求7至14任一项所述的刮坡控制方法。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现权利要求7至14任一项所述的刮坡控制方法。
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