一种基于循迹模式的挖掘机及其自动控制方法技术领域
本发明涉及挖掘机技术领域，尤其涉及一种基于循迹模式的挖掘
机及其自动控制方法。
背景技术
现有挖掘机控制结构如图1所示，发动机100驱动柱塞泵200和先
导泵300，柱塞泵200出油口与液控多路阀500进油口相连，液控多路
阀500控制油由先导泵300提供，由先导手柄400控制，液控多路阀500
出油口与油缸600相连，驱动油缸600伸缩。控制方面，仅有发动机100
与柱塞泵200之间有功率控制，由控制器700实现。
该挖掘机在地面平整和斜面修整作业时，都是靠机手不停调整手
柄，做好动臂和斗杆的配合。其工作重复性高，工作量大，操作费时
费力，且机手易疲劳。挖掘机每个工作循环衔接不畅，造成工作效率
不高，耗油量居高不下。
进一步地，现有技术挖掘机存在的缺点可以分为以下几点：首先，
没有针对不同工况下的自动控制；其次，机手在重复性高的工况作业
时，例如地面平整或者坡面修整等情况下，都是按照自己的经验调整
斗杆、动臂等执行器先导手柄400，达到平地要求，其操作对机手操
作能力要求高，重复劳动量大；最后，各个工作循环由于操作不一致，
平地效果不一致。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题就是提供一种基于循迹模式的挖掘机
及其自动控制方法，降低驾驶员工作量，提高挖掘机工作质量和效
率。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于循迹模式的挖掘
机，包括发动机、电控柱塞泵、电控多路阀、先导泵、油缸和主控制
器；所述发动机连接并驱动所述电控柱塞泵；所述电控柱塞泵的出油
口连接所述电控多路阀的进油口；所述电控多路阀与所述先导泵连
接，并通过所述先导泵为所述电控多路阀提供控制油；所述电控多路
阀的出油口连接所述油缸并驱动所述油缸伸缩；所述发动机、电控柱
塞泵和电控多路阀均与所述主控制器信号连接，并分别将自身的工作
参数发送给所述主控制器；所述主控制器根据接收到的所述工作参数
自动复现机手示范性操作。
优选地，所述先导泵通过电比例先导阀连接所述电控多路阀；所
述电比例先导阀连接压力传感器，并通过所述压力传感器将示范性操
作时的第一先导压力值和复现示范性操作时的第二先导压力值发送
给所述主控制器。
优选地，还包括连接所述电比例先导阀和电控多路阀的第一PID
控制器，所述第一PID控制器对所述第一先导压力值和第二先导压力
值进行运算，并根据运算结果对所述主控制器中所述电控多路阀的电
流/电压参数值进行第一次校正。
优选地，所述油缸连接位移传感器，所述位移传感器将油缸在示
范性操作时的第一位移值和在复现示范性操作时的第二位移值发送
给所述主控制器。
优选地，还包括连接所述位移传感器的第二PID控制器，所述第
二PID控制器对所述第一位移值和第二位移值进行运算，并根据运算
结果对所述电控多路阀的电流/电压参数值进行第二次校正。
本发明还提供一种基于循迹模式的挖掘机的自动控制方法，包括
以下步骤：
S1：在不同工况下分别进行机手示范性操作，并通过主控制器记
录一次工作循环中发动机、电控柱塞泵和电控多路阀的工作参数；
S2、停止机手示范性操作，所述主控制器根据记录的所述工作参
数向挖掘机的所述发动机、电控柱塞泵和电控多路阀发送指令；
S3、所述发动机根据所述主控制器的指令实现特定转速的转动，
所述电控柱塞泵和电控多路阀分别根据所述主控制器的指令调节流
量，从而驱动所述油缸伸缩并复现所述机手示范性操作。
优选地，还包括S4：通过压力传感器采集示范性操作时电比例先
导阀的第一先导压力值，以及复现示范性操作时电比例先导阀的第二
先导压力值；采用第一PID控制器对所述第一先导压力值和第二先导
压力值进行运算，并根据运算结果对所述电控多路阀的电流/电压参
数值进行第一次校正。
优选地，还包括S5：通过位移传感器采集示范性操作时油缸的第
一位移值，以及复现示范性操作时油缸的第二位移值；采用第二PID
控制器对所述第一位移值和第二位移值进行运算，并根据运算结果对
所述电控多路阀的电流/电压参数值进行第二次校正。
优选地，所述主控制器根据校正后的所述电控多路阀的电流/电
压参数值发出指令。
(三)有益效果
本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明的一种基于循迹模
式的挖掘机，记录机手在某种工况下的示范性操作循环，具体采用主
控制器采集整个操作循环中发动机、电控柱塞泵和电控多路阀工作参
数，并基于这些工作参数自动复现机手示范性操作。该方案通过采集
到的数据输出指令，没有大量提前设定，控制方案易实现。此外，该
方案自动控制设定基于机手示范性操作数据，面对不同工况针对性
强，灵活可靠；最后，该方案在面对重复性高的特定工况如地面平整
和斜面修整时，其自动控制方法面对不同工况既能充分利用驾驶员的
主观判断能力，又能发挥自动控制方法的便捷，可以显著减少机手重
复操作，降低机手工作量，提高劳动效率，减少工作循环间隙。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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，下面描述中的附图仅仅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。
图1是现有技术的挖掘机的结构示意图；
图2是本实施例的基于循迹模式的挖掘机的结构示意图；
图3本实施例的基于循迹模式的挖掘机的工作原理和逻辑校正示
意图；
图中：100、发动机；200、柱塞泵；300、先导泵；400、先导手
柄；500、液控多路阀；600、油缸；700、控制器；
1、发动机；2、电控柱塞泵；3、先导泵；4、先导手柄；5、电
控多路阀；6、油缸；7、位移传感器；8、主控制器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描
述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横
向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、
“底”、“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，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”、
“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实施例的基于循迹模式的挖掘机，请参见图2，包括发动机1、
电控柱塞泵2、电控多路阀5、先导泵3、油缸6和主控制器8。其中，
发动机1连接并驱动所述电控柱塞泵2，在电控柱塞泵2的作用下将机
械能转化成液压能。此处的电控柱塞泵2一般指的是通过比例电磁阀
控制泵排量的柱塞泵。电控柱塞泵2的出油口与电控多路阀5的进油口
相连，从而通过电控柱塞泵2获得一定能量的液压油进入电控多路阀5
中。其中，电控多路阀5的控制油一般是由先导泵3提供的。此处的先
导泵3可以采用发动机1驱动，并由先导手柄4控制。电控多路阀5的出
油口连接所述油缸6并驱动所述油缸6伸缩。通过所述油缸6的伸缩带
动铲斗实现特定的作业。
此处，发动机1、电控柱塞泵2和电控多路阀5均与挖掘机的主控
制器8信号连接，并分别将自身的工作参数发送给所述主控制器8。此
处的信号连接优选为电信号连接，当然还可以是任何可以实现数据传
递的连接方式。此处的工作参数，至少包括发动机1的功率(或者可
以计算出发动机1功率的其它参数，例如发动机1的转速)、电控柱塞
泵2的电流/电压参数值、电控多路阀5的电流/电压参数值。所述主控
制器8根据接收到的所述工作参数自动复现机手示范性操作。
具体地，本实施例的基于循迹模式的挖掘机工作原理请参见图3，
主控制器8记录机手示范性操作过程中挖掘机的工作参数，并在至少
一个工作循环之后，停止人工操作，并通过控制器输出指令，将记录
下的工作参数发送给各个相关结构，从而实现特定的油缸6伸缩，最
终控制挖掘机自动复现机手示范性操作。
此外，先导泵3通过电比例先导阀连接所述电控多路阀5，电比例
先导阀连接压力传感器，并通过所述压力传感器将先导压力值发送给
所述主控制器8。
具体地，该压力传感器采集电比例先导阀在示范性操作时的第一
先导压力值和电比例先导阀在复现示范性操作时的第二先导压力值，
并将第一先导压力值和第二先导压力值发送给第一PID控制器。该第
一PID控制器连接电比例先导阀和电控多路阀5，并对所述第一先导
压力值和第二先导压力值进行运算，并根据运算结果对所述主控制器
中所述电控多路阀5的电流/电压参数值进行第一次校正，并将校正
后的结果发送给主控制器8。此处的“电控多路阀5的电流/电压参数
值”显然指的是示范性操作时电控多路阀5的电流/电压参数值。在
此基础上，主控制器8根据校正后的电流/电压参数值输出指令，从
而控制电控多路阀5进行相对应的运动。
此外，为了进一步保证本实施例基于循迹模式的挖掘机可自动准
确的重复实现机手操作循环，油缸6和位移传感器7连接，所述位移传
感器7可实时将测得的所述油缸6的位移发送给所述主控制器8。通过
测量油缸6的位移可以对电控多路阀5的电流/电压参数值进行二次校
正。
具体地，油缸6连接位移传感器7，所述位移传感器7将油缸6
在示范性操作时的第一位移值和在复现示范性操作时的第二位移值
发送给所述主控制器8。在此基础上，位移传感器7连接第二PID控
制器，并且将油缸6的位移数据发送给第二PID控制器。该第二PID
控制器对所述第一位移值和第二位移值进行运算，并根据运算结果对
所述电控多路阀5的电流/电压参数值进行第二次校正，并将校正后
的结果发送给主控制器8。在此基础上，主控制器8根据校正后的电
流/电压参数值输出指令，从而控制电控多路阀5进行相对应的运动。
需要说明的是，除了油缸6之外，本实施例的基于循迹模式的挖
掘机的其它执行机构也可以安装位移传感器7，从而实时监控所有执
行机构的运动情况，并最终通过循迹模式复现机手的示范性操作。
除了采用第一PID控制器和第二PID控制器对电流/电压参数值进
行校正以外，还可以采用现有技术中成熟的技术对发动机1转速/功
率，以及电控柱塞泵2的电流/电压参数值进行校正，由于发动机1和
电控柱塞泵2参数的校正方法为本领域技术人员所熟悉，因此此处不
再进行赘述。
本实施例的主控制器8，在记录机手示范性作业中挖掘机的工作
参数的基础上，可以根据反馈对工作参数进行校正。根据校正后的数
据向发动机1、电控柱塞泵2和电控多路阀5发出指令，进而对发动机1
和电控柱塞泵2做功率匹配，并调节电控柱塞泵2和电控多路阀5的电
流/电压值，从而实现油缸6的伸缩控制，最终准确的复现机手示范性
作业。
本实施例中的“循迹模式”指的是记录挖掘机一次工作循环的详
细数据，利用主控制器8将数据自动输送给被控制结构，实现工作循
环再现。
本实施例的基于循迹模式的挖掘机，通过采集到的数据输出指
令，没有大量提前设定，控制方案易实现。此外，其自动控制设定基
于机手示范性操作数据，面对不同工况针对性强，灵活可靠；最后，
其在面对重复性高的特定工况如地面平整和斜面修整时，其自动控制
方法面对不同工况既能充分利用驾驶员的主观判断能力，又能发挥自
动控制方法的便捷，可以显著减少机手重复操作，降低机手工作量，
提高劳动效率，减少工作循环间隙。
本实施例的基于循迹模式的挖掘机的自动控制方法，包括以下步
骤：
S1：在不同工况下分别进行机手示范性操作，并通过主控制器8
记录一次工作循环中发动机1、电控柱塞泵2和电控多路阀5的工作参
数；
S2、停止机手示范性操作，所述主控制器8根据记录的所述工作
参数向挖掘机的所述发动机1、电控柱塞泵2和电控多路阀5发送指令；
S3、所述发动机1根据所述主控制器8的指令实现特定转速的转
动，所述电控柱塞泵2和电控多路阀5分别根据所述主控制器8的指令
调节流量，从而驱动所述油缸6伸缩并复现所述机手示范性操作。
其中，S1中工况主要包括地面平整和斜面修整。
此外，在主控制器8发送指令驱动发动机1、电控柱塞泵2和电
控多路阀5复现机手示范性操作之前，可以对主控制器8中的参数值
进行校正。
具体地，发动机1和电控柱塞泵2的参数值的校正方法可以采用
现有技术中较为成熟的方法。此外，对电控多路阀5的电流/电压参
数值进行校正的方法具体如下：
S4：通过压力传感器采集示范性操作时电比例先导阀的第一先导
压力值，以及复现示范性操作时电比例先导阀的第二先导压力值；采
用第一PID控制器对所述第一先导压力值和第二先导压力值进行运
算，并根据运算结果对所述电控多路阀5的电流/电压参数值进行第
一次校正。
在此基础上还可以包括S5：
通过位移传感器7采集示范性操作时油缸6的第一位移值，以及
复现示范性操作时油缸6的第二位移值；采用第二PID控制器对所述
第一位移值和第二位移值进行运算，并根据运算结果对所述电控多路
阀5的电流/电压参数值进行第二次校正。
主控制器8根据校正后的所述电控多路阀5的电流/电压参数值
发出指令。
本实施例的基于循迹模式的挖掘机的自动控制方法，利用电控系
统的自动控制功能降低机手的工作量，提高机器生产效率。在此基础
上，充分利用机手在不同工况如地面平整、坡面修整下的示范性操作，
解决电控系统“傻瓜式”的控制策略不能应对所有工况的问题，完成
电控与人的优势互补。此外，通过发动机1的转速，电控柱塞泵2和电
控多路阀5的电流/电压参数值来控制整个工作循环，同时利用作为执
行器的油缸6的位移来对执行效果进行校正，从而精确实现示范性操
作的复现。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管
参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当
理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都
不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要
求范围当中。