本發(fā)明涉及工程機械，具體而言，涉及一種電動挖掘機工作裝置驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、在工程機械領(lǐng)域中，工程機械的要求不斷提高，電動化、智能化、無人化、信息化等技術(shù)不斷被應(yīng)用于起重機械、挖掘機、裝載機、農(nóng)業(yè)機械等。在這些工程機械中，挖掘機作為工程機械領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的重要設(shè)備之一，是未來研究發(fā)展的熱點方向。

2、傳統(tǒng)的挖掘機工作裝置通常使用液壓驅(qū)動，液壓驅(qū)動器作為核心元件，具有高功率密度、高頻響應(yīng)等優(yōu)勢。然而，液壓驅(qū)動器能量效率偏低、控制精度低、成為制約其發(fā)展的重要因素。因此，電驅(qū)動的研究逐漸越來越受到歡迎。電驅(qū)動器結(jié)構(gòu)極為緊湊，控制性能更好，最重要的是其能效遠高于液壓驅(qū)動器，其次，針對一些特殊工況，驅(qū)動設(shè)備需要具備自動化的功能，以方便控制工作。

3、目前在挖掘機領(lǐng)域的創(chuàng)新主要有通過改進液壓系統(tǒng)，如優(yōu)化閥門控制或增加節(jié)能裝置，以提高挖掘機工作裝置的響應(yīng)速度和效率，同時減少能耗。改進挖掘機工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計，如使用輕量化材料或優(yōu)化動臂的機械傳動系統(tǒng)，以提升整體性能和耐久性?；蛞腚姎怛?qū)動技術(shù)，如直線驅(qū)動器替代傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)部分，以實現(xiàn)更精確的控制和更高的能效。

4、目前對于挖掘機工作裝置電驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)難題是一、如何實現(xiàn)多個直線驅(qū)動器的協(xié)調(diào)控制，二、是否具有更方便快捷的挖掘機工作裝置軌跡設(shè)計方法，三、控制方法是否能夠緩解挖掘操作對專業(yè)性人才依賴的限制，如專利號為cn?103213142a公開了多個直線驅(qū)動器驅(qū)動的機械臂，通過四根電動直線驅(qū)動器推拉力臂將直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。所設(shè)計的機械臂基本符合人的手臂結(jié)構(gòu)，通過改變電動直線驅(qū)動器的安裝位置改造成了省力杠桿結(jié)構(gòu)，增大了支撐力，但是該發(fā)明沒有提出多直線驅(qū)動器的控制方法，也沒有提出機械臂工作軌跡設(shè)計方法，專利號為cn?113589809?b公開了可避障的挖掘機工作裝置作業(yè)軌跡規(guī)劃方法及裝置，其控制方法基于最優(yōu)路徑,控制挖掘機工作裝置的運動，緩解了挖掘操作對專業(yè)性人才依賴的限制，但是對于挖掘機工作裝置軌跡設(shè)計過于復(fù)雜，不夠快捷。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：為解決在使用電驅(qū)動挖掘機工作裝置時如何更簡單有效的進行動作控制的問題，同時為滿足一些特殊工況或環(huán)境下的工作要求，本發(fā)明提出了一種電動挖掘機工作裝置驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，旨在實現(xiàn)電動挖掘機工作裝置在各種場景下的自動挖掘動作，以更精確地滿足設(shè)計需求，同時提供更便捷和精準的挖掘操作。

2、為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、1.一種電動挖掘機工作裝置驅(qū)動系統(tǒng)，包括：工作裝置和驅(qū)動系統(tǒng)；

4、所述工作裝置包括：基座、動臂、斗桿、鏟斗、動臂直線驅(qū)動器、斗桿直線驅(qū)動器以及鏟斗直線驅(qū)動器；

5、所述基座用于支撐和固定整個挖掘機工作裝置；

6、所述動臂與基座通過銷軸連接，利用動臂直線驅(qū)動器進行支撐；

7、所述斗桿與動臂通過雙頭螺栓連接，采用斗桿直線驅(qū)動器推拉；

8、所述鏟斗與斗桿之間通過雙頭螺栓和搖桿連接，使用鏟斗直線驅(qū)動器進行鏟斗開合；

9、所述動臂直線驅(qū)動器、斗桿直線驅(qū)動器以及鏟斗直線驅(qū)動器是一種用于線性運動的電動工作裝置；

10、所述動臂直線驅(qū)動器，采用負載能力最大的直線驅(qū)動器用于動臂和基座支撐，此處所受負載最大；

11、所述雙頭螺栓兩邊裝有橡膠彈簧墊圈，呈對稱布置，實現(xiàn)壓力緩沖以及減震；

12、所述搖桿為弧形桿，防止工作過程中產(chǎn)生干涉；

13、所述驅(qū)動系統(tǒng)，包括：matlab上位機、動臂控制器、斗桿控制器、鏟斗控制器、動臂直線驅(qū)動器傳感器、斗桿直線驅(qū)動器傳感器、鏟斗直線驅(qū)動器傳感器、總線轉(zhuǎn)換模塊pcan以及動力源；

14、所述動臂控制器控制動臂直線驅(qū)動器工作，動臂直線驅(qū)動器傳感器檢測動臂直線驅(qū)動器位移，斗桿控制器控制斗桿直線驅(qū)動器工作，斗桿直線驅(qū)動器傳感器檢測斗桿直線驅(qū)動器位移，鏟斗控制器控制鏟斗直線驅(qū)動器工作，鏟斗直線驅(qū)動器傳感器檢測鏟斗直線驅(qū)動器位移；

15、所述matlab上位機通過總線轉(zhuǎn)換模塊pcan將位移數(shù)據(jù)傳輸?shù)絚an總線，下位機動臂控制器、斗桿控制器以及鏟斗控制器接收指定報文，通過控制動臂直線驅(qū)動器、斗桿直線驅(qū)動器以及鏟斗直線驅(qū)動器控制挖掘機工作裝置運動；

16、所述動力源為直流電源，為動臂直線驅(qū)動器、斗桿直線驅(qū)動器以及鏟斗直線驅(qū)動器提供24v電壓，確保動臂直線驅(qū)動器、斗桿直線驅(qū)動器以及鏟斗直線驅(qū)動器正常運行；

17、2.一種電動挖掘機工作裝置驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法，包括所述電動挖掘機工作裝置驅(qū)動系統(tǒng)；

18、所述控制方法的控制過程具體包括以下步驟：

19、(1)建立挖掘機工作裝置挖掘動作工作坐標系，鏟斗末端的運動范圍為二維平面(xoy)；

20、(2)選擇所需要的控制精度m按照從上到下的動作依次構(gòu)建條鏟斗末端規(guī)劃直線軌跡，所規(guī)劃直線軌跡長度由挖掘機工作裝置從上至下最大行程z決定，每條規(guī)劃直線軌跡共由個點組成，將所有點坐標組成矩形點陣表；

21、(3)鏟斗齒尖到坐標原點o1的距離由齒尖世界坐標系坐標計算：

22、

23、px為鏟斗末端到x軸投影，py為鏟斗末端到y(tǒng)軸投影，動臂工作坐標原點o1到鏟斗工作坐標原點o3的直線距離r13：

24、

25、動臂關(guān)節(jié)角α1為r13與x軸的夾角加上∠○2○1○3：

26、

27、斗桿關(guān)節(jié)角度α2為角∠○1○2○3的補角:

28、

29、由a1、a2、a3、r13構(gòu)成的四邊形內(nèi)角和結(jié)合鏟斗的絕對角度計算鏟斗的關(guān)節(jié)角度：

30、α3＝α*-α2-α1+π

31、利用上述公式反解出每一條鏟斗末端規(guī)劃直線軌跡上動臂、斗桿以及鏟斗的關(guān)節(jié)角度α1、α2、α3、α*數(shù)據(jù)，通過幾何法將關(guān)節(jié)角度α1、α2、α3、α*數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為動臂直線驅(qū)動器、斗桿直線驅(qū)動器以及鏟斗直線驅(qū)動器位移數(shù)據(jù)；

32、(4)統(tǒng)計出矩形點陣表上每一個坐標點對應(yīng)的動臂直線驅(qū)動器、斗桿直線驅(qū)動器以及鏟斗直線驅(qū)動器位移并將點陣表以及動臂直線驅(qū)動器位移數(shù)據(jù)、斗桿直線驅(qū)動器位移數(shù)據(jù)以及鏟斗直線驅(qū)動器位移數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)庫；

33、(5)選擇所需要任意鏟斗末端軌跡，利用查表法以及最近鄰點法從數(shù)據(jù)庫中得到動臂直線驅(qū)動器、斗桿直線驅(qū)動器以及鏟斗直線驅(qū)動器位移數(shù)據(jù)點；

34、(6)利用上位機發(fā)送鏟斗末端軌跡位移數(shù)據(jù)工作信號完成自動控制過程；

35、采用上述設(shè)計方案的一種電動挖掘機工作裝置驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出了一種電動挖掘機工作裝置驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動化控制，解決了多個直線驅(qū)動器的協(xié)調(diào)控制問題，構(gòu)建了挖掘機工作裝置挖掘動作工作坐標系和位移數(shù)據(jù)矩形點陣表數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計挖掘機工作裝置挖掘工作軌跡提供了便利。本發(fā)明提供了一種電動挖掘機工作裝置驅(qū)動系統(tǒng)控制方法的詳細流程，將結(jié)合位移數(shù)據(jù)矩形點陣表數(shù)據(jù)庫的查表法應(yīng)用于挖掘機工作裝置軌跡控制方法，操作簡單，緩解了挖掘操作對專業(yè)性人才依賴的限制。