1.本發(fā)明涉及一種挖掘機技術，更具體地說，涉及一種挖掘機電子圍欄設置裝置、設置方法和挖掘機。

背景技術：

2.電子圍墻(或稱電子圍欄)是一種虛擬的圍欄裝置，應用在挖掘機作業(yè)場景下，電子圍欄用于限定挖掘機工作裝置的運動位置，當工作裝置任意位置靠近電子圍欄的邊界時，挖掘機控制器鎖定挖掘機的操作桿，以避免由于操作員的失誤而造成的安全事故。

3.挖掘機2d電子圍欄包括挖掘機工作裝置中心平面內(nèi)上下前后四個方向上邊界，分別是電子上圍欄、電子下圍欄、電子前圍欄和電子后圍欄，分別用于限定挖掘機工作裝置在前后上下方向上的移動范圍?，F(xiàn)有挖掘機的2d電子圍欄邊界通常呈水平線(上下電子圍欄)或者豎直線(前后電子圍欄)，例如電子后圍欄通常是平行于挖掘機的回轉中心且位于駕駛室前方，是一個豎直的邊界(挖掘機處于水平地面)。但挖掘機是一種多功能的作業(yè)機械，其可以通過更換不同的屬具實現(xiàn)不同的功能。在更換一些屬具后，在電子后圍墻(豎墻)的保護下，屬具不會碰到駕駛室，但是屬具有可能與動臂、動臂油缸以及管路等發(fā)生干涉，存在屬具觸碰動臂等部件的風險。若利用電子后圍墻保護動臂、動臂油缸及管路等部件不被屬具觸碰，則需要將電子后圍墻的位置向前移(相對駕駛室)。電子后圍墻的位置向前移動，則會過度地限制屬具的移動范圍，影響挖掘機的作業(yè)效率。

技術實現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明要解決的技術問題是針對現(xiàn)有挖掘機2d電子圍欄為豎直圍欄或水平圍欄的問題，而提供一種挖掘機電子圍欄設置裝置、設置方法和挖掘機，用于設置電子圍欄，挖掘機在作業(yè)時可根據(jù)實際情況設置2d電子圍欄，在電子圍欄充分發(fā)揮保護功能的前提下盡可能減少電子圍欄對屬具移動范圍的限制。

5.本發(fā)明為實現(xiàn)其目的的技術方案是這樣的：提供一種挖掘機電子圍欄設置裝置，包括控制器、與控制器連接的儀表、用于獲取工作裝置運動部件位姿的位姿傳感器、用于操控工作裝置移動動作的操控裝置；其特征在于，所述儀表包括用于設定屬具參數(shù)的屬具設定模塊和用于標定至少兩個電子圍欄分界點的分界點標定模塊；分界點標定模塊觸發(fā)時所述控制器通過位姿傳感器確定工作裝置中屬具預定點當前位置在挖掘機坐標系中的坐標位置值，并將屬具預定點的當前坐標位置標定為與電子圍欄分界點，控制器將各個電子圍欄分界點中相鄰兩點之間的連線作為挖掘機電子圍欄。通過操作移動工作裝置選取挖掘機電子圍欄的分界點，進而設定電子圍欄。其電子圍欄設置簡單，且可以根據(jù)被保護的部件或障礙物的形狀設定電子圍欄，例如可將電子圍欄設置成斜線或者折線。降低電子圍欄對挖掘機屬具移動范圍的限制，減小因設置電子圍欄對挖掘機作業(yè)效率的影響。

6.上述挖掘機電子圍欄設置裝置中，所述儀表還包括用于顯示電子圍欄分界點在挖掘機坐標系中坐標位置的顯示模塊。通過顯示模塊直觀地顯示電子圍欄分界點，方便操作

人員設置電子圍欄分界點。

7.上述挖掘機電子圍欄設置裝置中，所述分界點標定模塊還包括坐標調(diào)整子模塊，所述坐標調(diào)整子模塊的輸入初始坐標值為屬具預定點當前位置在挖掘機坐標系中的坐標位置值；坐標調(diào)整子模塊的輸入坐標坐標值標定為電子圍欄分界點在挖掘機坐標系中坐標位置值。通過操控裝置控制工作裝置，將屬具移動到預定位置，能夠使操作者直觀真實地觀察電子圍欄的所在位置。通過操控裝置控制工作裝置，使快速粗略地確定電子圍欄分界點的大致位置，通過坐標調(diào)整子模塊調(diào)整電子圍欄分界點的坐標位置值，則是精確地調(diào)節(jié)。

8.上述挖掘機電子圍欄設置裝置中，所述電子圍欄位于挖掘機工作裝置的中心平面內(nèi)且是電子上圍欄、電子下圍欄、電子前圍欄和電子后圍欄中的一種2d電子圍欄。

9.上述挖掘機電子圍欄設置裝置中，所述位姿傳感器包括測量轉動部件角度的鏟斗位姿傳感器，動臂位姿傳感器，斗桿位姿傳感器。

10.本發(fā)明為實現(xiàn)其目的的技術方案是這樣的：提供一種挖掘機，其特征在于具有前述的挖掘機電子圍欄設置裝置。

11.本發(fā)明為實現(xiàn)其目的的技術方案是這樣的：提供一種挖掘機電子圍欄設置方法，其特征在于，所述挖掘機包括控制器、與控制器連接的儀表、用于獲取工作裝置運動部件位姿的位姿傳感器、用于操控工作裝置動作的操控裝置；電子圍欄設置方法包括：

12.儀表中的屬具設定模塊選擇工裝置中屬具類型并確定該屬具的尺寸參數(shù)，選擇確定需要設置的電子圍欄；

13.操控裝置控制工作裝置先后使屬具以預定姿態(tài)移動至至少兩個預定位置，控制器在每個預定位置依據(jù)位姿傳感器的檢測值確定屬具預定點實際位置在挖掘機坐標系中的坐標位置值，儀表中的分界點標定模塊將屬具在各個預定位置時屬具預定點實際位置在挖掘機坐標系中的坐標位置標定電子圍欄分界點，控制器將各個電子圍欄分界點中相鄰兩點之間的連線作為挖掘機電子圍欄。在本發(fā)明中，通過設置至少兩個電子圍欄分界點，確定挖掘機電子圍欄，避免挖掘機屬具碰撞動臂、動臂油缸及管路和駕駛室的危險，同時設定的電子圍欄可以是呈傾斜狀，與動臂后部、動臂油缸等平行，可使電子圍欄與被保護物體的距離盡可能地小，從而降低對挖掘機屬具移動范圍的限制，減少因設置電子圍欄對屬具移動范圍的影響。相鄰的兩電子圍欄分界點是指該兩電子圍欄分界點之間的區(qū)域中不具有其他的電子圍欄分界點。

14.上述挖掘機電子圍欄設置方法中，所述設置方法還包括電子圍欄分界點坐標位置值調(diào)整步驟，所述電子圍欄分界點坐標值調(diào)整步驟包括由分界點標定模塊輸入調(diào)整電子圍欄分界點在挖掘機坐標系中坐標位置值，所述分界點標定模塊輸入的初始坐標值為屬具預定點實際位置在挖掘機坐標系中的坐標位置值，分界點標定模塊的輸入坐標位置值標定為電子圍欄分界點在挖掘機坐標系中坐標位置值。通過輸入電子圍欄分界點的坐標值，可實現(xiàn)電子圍欄分界點的精確調(diào)整，從而精確設置電子圍欄的位置。

15.上述挖掘機電子圍欄設置方法中，所述電子圍欄位于挖掘機工作裝置的中心平面內(nèi)且是電子上圍欄、電子下圍欄、電子前圍欄和電子后圍欄中的一種2d電子圍欄。

16.上述挖掘機電子圍欄設置方法中，所述預定位置包括第一預定位置和第二預定位置，所述屬具位于第一預定位置時所述屬具預定點實際位置位于動臂與回轉平臺的鉸接點的斜前上方，所述屬具位于第二預定位置時所述屬具預定點的實際位置位于第一預定位置

時所述屬具預定點實際位置的斜后下方。將工作裝置中的屬具先后移動到兩個預定位置，可標定兩個電子圍欄分界點，形成的電子圍欄可以是呈傾斜狀，例如于動臂后部段基本平行，減少電子圍欄對屬具移動范圍的限制。

17.上述挖掘機電子圍欄設置方法中，所述預定位置還包括第三預定位置，所述屬具位于第三預定位置時所述屬具預定點實際位置位于第二預定位置時所述屬具預定點實際位置的斜后下方或正下方。將工作裝置中的屬具移動到第三預定位置，可標定第三個電子圍欄分界點，使電子圍欄呈現(xiàn)為折線，進一步地兼顧保護可能被碰撞部件和減小屬具移動位置限制范圍。

18.上述挖掘機電子圍欄設置方法中，所述挖掘機坐標系位于挖掘機工作裝置的中心平面內(nèi)，其y軸平行于挖掘機回轉中心軸線且穿過動臂與回轉平臺的鉸接軸中點，x軸位于挖掘機的履帶著地平面內(nèi)。挖掘機的屬具與斗桿的鉸接銷軸、斗桿與動臂的鉸接線軸和動臂與挖掘機回轉平臺的鉸接銷軸，三根銷軸相互平行，因此屬具的移動實際上是沿工作裝置中心平面中運動，設定的電子圍欄也是在平面內(nèi)直線或折線。

19.本發(fā)明為實現(xiàn)其目的的技術方案是這樣的：提供一種挖掘機，其特征在于挖掘機的控制器包括存儲器和處理器，所述存儲器用于存儲程序指令，所述程序指令用于所述處理器進行操作以執(zhí)行前述挖掘機電子圍欄設置方法。

20.本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明挖掘機電子圍欄設置裝置、設置方法和挖掘機中的電子圍欄的設定簡單，并且可依據(jù)實際情況設定電子圍欄的形狀，在實現(xiàn)相應部件保護的同時，可盡可能地減小電子圍欄對屬具移動范圍的限制。

附圖說明

21.圖1是本發(fā)明挖掘機電子圍欄設置裝置的結構框圖。

22.圖2時本發(fā)明挖掘機電子圍欄的挖掘機坐標系示意圖。

23.圖中零部件名稱及序號：

24.控制器1、操控裝置2、位姿傳感器3、儀表4、顯示模塊41、分界點標定模塊42、坐標調(diào)整子模塊43、回轉平臺51、動臂52、斗桿53、鏟斗54。

具體實施方式

25.下面結合附圖說明具體實施方案。

26.本發(fā)明中的挖掘機電子圍欄設置裝置，用于設置電子圍欄。

27.本發(fā)明中挖掘機的電子圍欄設置裝置如圖1所示，電子圍欄設置裝置包括控制器1、與控制器1連接的儀表4、用于獲取工作裝置運動部件位姿的位姿傳感器3、用于操控工作裝置移動動作的操控裝置2。挖掘機通過更換屬具實現(xiàn)不同的功能，例如可以采用破碎錘、鏟斗、夾鉗等屬具。本實施例中以屬具為鏟斗為例說明挖掘機電子圍欄的設置。

28.位姿傳感器3包括動臂位姿傳感器、斗桿位姿傳感器、鏟斗位姿傳感器，分別用于測量動臂與回轉平臺之間的轉動角度、斗桿與動臂之間的轉動角度、鏟斗與斗桿之間的角度。

29.在挖掘機的電子圍欄中，利用到的坐標系為平面坐標系，該坐標系位于工作裝置的中心平面中，其y軸是與回轉平臺51中心軸線平行，并且y軸經(jīng)過動臂52與回轉平臺51的

鉸接銷軸的中心點。x軸位于挖掘機的履帶著地平面內(nèi)。

30.如圖2所示，挖掘機的工作裝置包括動臂52、斗桿53、鏟斗54以及相應的液壓油缸構成。儀表具有屬具設定模塊，用于向控制器輸入屬具類型以及尺寸參數(shù)等?？刂破?通過位姿傳感器3檢測動臂52與回轉平臺51之間的角度、斗桿53與動臂52之間的角度、鏟斗54與斗桿53之間的角度以及各部件的尺寸參數(shù)而計算出工作裝置在當前姿態(tài)下各關鍵點的坐標位置值。關鍵點是指工作裝置作業(yè)過程中，容易與其他部位發(fā)生碰撞的位置，例如斗桿53的前端和后端、鏟斗54的斗齒尖、斗底(圓弧部位)等。

31.在本實施例中，儀表4還包括分界點標定模塊42、顯示模塊41。

32.顯示模塊41顯示挖掘機工作裝置、電子圍欄在挖掘機坐標系中的坐標位置，包括電子圍欄中電子圍欄分界點在挖掘機坐標系中的位置，以便操作人員直觀地知悉電子圍欄的位置。

33.分界點標定模塊42用于標定電子圍欄分界點。分界點標定模塊42至少可以標定兩個電子圍欄分界點，在本實施例中可以標定三個電子圍欄分界點，分別是a點、b點、c點。

34.分界點標定模塊42還包括坐標調(diào)整子模塊43，用于在標定電子圍欄分界點時微調(diào)電子圍欄分界點在挖掘機坐標系中的坐標位置值。

35.利用本實施例中的挖掘機電子圍欄設置裝置可設置挖掘機的電子上圍欄、電子下圍欄、電子前圍欄、電子后圍欄。以下以設置電子后圍欄屬具為鏟斗為例說明上述挖掘機電子圍欄設置裝置設置電子后圍欄的方法布置。電子后圍欄的設置方法如下：

36.操作人員通過儀表4中觸發(fā)電子后圍欄設置程序，選擇所要設置的電子圍欄，例如在顯示模塊上點擊電子后圍欄的標示區(qū)域，然后點擊儀表4的分界點標定模塊42中的電子圍欄分界點a的a點標定按鈕，進入電子圍欄分界點a的標定步驟。進入電子圍欄分界點a的標定步驟后，操作員通過控制操控裝置2，使工作裝置的鏟斗以預定的姿態(tài)移動至預定位置。鏟斗的預定姿態(tài)通常是鏟斗與被保護部件碰撞時的姿態(tài)，預定位置通常是靠近被保護部件的邊界位置。挖掘機可以根據(jù)機器尺寸參數(shù)通過顯示模塊41給出相應的鏟斗的預定姿態(tài)和預定位置以便參考。鏟斗移動至預定位置后，鏟斗繞斗桿作任意的轉動動作，也即鏟斗在預定位置處于任何姿態(tài)時鏟斗任何部位都不會與被保護部件接觸碰撞，在預定位置鏟斗處于預定姿態(tài)時，鏟斗的預定點與被保護部件的距離最小，例如第一預定位置處(標定電子圍欄分界點a時所處的位置)鏟斗的齒尖與動臂距離最近，鏟斗的齒尖即為鏟斗的預定點。鏟斗以預定姿態(tài)移動至預定位置時，控制器1通過位姿傳感器3檢測動臂與回轉平臺之間的角度、斗桿與動臂之間的角度、鏟斗與斗桿之間的角度以及各部件的尺寸參數(shù)，而計算出齒尖在當前姿態(tài)下在挖掘機坐標系中的坐標位置值，并且將該坐標位置值作為坐標調(diào)整子模塊43輸入的默認坐標值。之后操作者可點擊電子圍欄分界點a的坐標標定確認按鈕以標定電子圍欄分界點a，從而將此時鏟斗齒尖的實際位置在挖掘機坐標系中坐標位置作為擊電子圍欄分界點a。操作者也可以在鏟斗以預定姿態(tài)移動到預定位置后，通過坐標調(diào)整子模塊43，在此時鏟斗齒尖的實際位置在挖掘機坐標系中坐標位置值的基礎上調(diào)整電子圍欄分界點a的坐標位置值，待調(diào)整到操作員認為合適的坐標位置值之后可點擊電子圍欄分界點a的坐標標定確認按鈕以標定電子圍欄分界點a，此時電子圍欄分界點a在挖掘機坐標系中的坐標位置值是坐標調(diào)整子模塊的輸入值。

37.依照電子圍欄分界點a的標定的相同方法，依次標定電子圍欄分界點b和電子圍欄

分界點c,其中電子圍欄分界點b位于電子圍欄分界點a的斜后下方，電子圍欄分界點c位于電子圍欄分界點b的正下方。在三個電子圍欄分界點都標定完成后，控制器將三個電子圍欄分界點a、b、c三點的連線ab和連線bc作為挖掘機的電子后圍欄，b點位于a點和c點之間的區(qū)域，因此連線ac不作為電子后圍欄。若完成a點的設置，不進行b點和c點的設置，控制器將設置成過a點平行于回轉中心線的豎直圍墻，若只進行a點和b點的設置，控制器將ab的連線作為圍墻邊界。

38.在顯示模塊上點擊電子前圍欄、電子上圍欄、電子下圍欄等圍欄的電子圍欄標示區(qū)域411后，可以使用前述電子后圍欄的設置方法，設置電子前圍欄、電子上圍欄、電子下圍欄。每個電子圍欄可以是直線(由一個或兩個電子圍欄分界點確定)，也可以是由三個以上的電子圍欄分界點確定的折線。電子圍欄為直線時，可以是豎直線，例如電子前圍欄或后圍欄為豎直的直線，也可以根據(jù)障礙物的行走而設置成斜線。

39.挖掘機的電子圍欄保護控制系統(tǒng)啟動后，控制器在工作裝置移動作業(yè)的過程中，實時計算鏟斗齒尖以及其他關鍵位置點在挖掘機坐標系中的位置，若鏟斗關鍵位置點與電子后圍欄之間的距離小于預定值時，則控制主泵和主閥降低鏟斗或斗桿向電子后圍欄方向移動動作的速度，當鏟斗關鍵位置點到達電子后圍欄所在位置時則控制工作裝置使鏟斗不能向越過電子后圍欄的方向移動。

40.在本實施例中，也可以只標定兩個電子圍欄分界點，既設置邊界點a和邊界點b，第一個電子圍欄分界點位于位于動臂與回轉平臺的鉸接點的斜前上方，第二電子圍欄分界點位于位于第一個電子圍欄分界點的斜后下方，兩點形成傾斜的電子后圍欄，該電子后圍欄與動臂油缸基本平行，以便在對動臂、動臂油缸及管路進行保護的同時，減小對鏟斗移動范圍的限制。

41.本實施例中的挖掘機控制器包括存儲器和處理器，存儲器用于存儲程序指令，程序指令用于處理器進行操作以執(zhí)行前述挖掘機電子后圍欄設置方法。

42.本發(fā)明挖掘機電子后圍欄設置裝置、設置方法和挖掘機中的電子后圍欄的設定簡單，并且可依據(jù)實際情況而設定，在實現(xiàn)相應部件保護的同時，可盡可能地減小電子后圍欄對屬具移動范圍的限制。技術特征：

1.一種挖掘機電子圍欄設置裝置，包括控制器、與控制器連接的儀表、用于獲取工作裝置運動部件位姿的位姿傳感器、用于操控工作裝置移動動作的操控裝置；其特征在于，所述儀表包括用于設定屬具參數(shù)的屬具設定模塊和用于標定至少兩個電子圍欄分界點的分界點標定模塊；分界點標定模塊觸發(fā)時所述控制器通過位姿傳感器確定工作裝置中屬具預定點當前位置在挖掘機坐標系中的坐標位置值，并將屬具預定點的當前坐標位置標定為與電子圍欄分界點，控制器將各個電子圍欄分界點中相鄰兩點之間的連線作為挖掘機電子圍欄。2.根據(jù)權利要求1所述的挖掘機電子圍欄設置裝置，其特征在于所述儀表還包括用于顯示電子圍欄分界點在挖掘機坐標系中坐標位置的顯示模塊。3.根據(jù)權利要求2所述的挖掘機電子圍欄設置裝置，其特征在于所述分界點標定模塊還包括坐標調(diào)整子模塊，所述坐標調(diào)整子模塊的輸入初始坐標值為屬具預定點當前位置在挖掘機坐標系中的坐標位置值；坐標調(diào)整子模塊的輸入坐標坐標值標定為電子圍欄分界點在挖掘機坐標系中坐標位置值。4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的挖掘機電子圍欄設置裝置，其特征在于所述電子圍欄位于挖掘機工作裝置的中心平面內(nèi)且是電子上圍欄、電子下圍欄、電子前圍欄和電子后圍欄中的一種2d電子圍欄。5.一種挖掘機，其特征在于具有權利要求1至4中任一項所述的挖掘機電子圍欄設置裝置。6.一種挖掘機電子圍欄設置方法，其特征在于，所述挖掘機包括控制器、與控制器連接的儀表、用于獲取工作裝置運動部件位姿的位姿傳感器、用于操控工作裝置動作的操控裝置；電子圍欄設置方法包括：通過儀表中的屬具設定模塊選擇工裝置中屬具類型并確定該屬具的尺寸參數(shù)，選擇確定需要設置的電子圍欄；操控裝置控制工作裝置先后使屬具以預定姿態(tài)移動至至少兩個預定位置，控制器在每個預定位置依據(jù)位姿傳感器的檢測值確定屬具預定點實際位置在挖掘機坐標系中的坐標位置值，儀表中的分界點標定模塊將屬具在各個預定位置時屬具預定點實際位置在挖掘機坐標系中的坐標位置標定電子圍欄分界點，控制器將各個電子圍欄分界點中相鄰兩點之間的連線作為挖掘機電子圍欄。7.根據(jù)權利要求6所述的挖掘機電子圍欄設置方法，其特征在于所述設置方法還包括電子圍欄分界點坐標位置值調(diào)整步驟，所述電子圍欄分界點坐標值調(diào)整步驟包括由分界點標定模塊輸入調(diào)整電子圍欄分界點在挖掘機坐標系中坐標位置值，所述分界點標定模塊輸入的初始坐標值為屬具預定點實際位置在挖掘機坐標系中的坐標位置值，分界點標定模塊的輸入坐標位置值標定為電子圍欄分界點在挖掘機坐標系中坐標位置值。8.根據(jù)權利要求6或7所述的挖掘機電子圍欄設置方法，其特征在于所述電子圍欄位于挖掘機工作裝置的中心平面內(nèi)且是電子上圍欄、電子下圍欄、電子前圍欄和電子后圍欄中的一種2d電子圍欄。9.根據(jù)權利要求5所述的挖掘機電子圍欄設置方法，其特征在于所述挖掘機坐標系位于挖掘機工作裝置的中心平面內(nèi)，其y軸平行于挖掘機回轉中心軸線且穿過動臂與回轉平臺的鉸接軸中點，x軸位于挖掘機的履帶著地平面內(nèi)。

10.一種挖掘機，挖掘機的控制器包括存儲器和處理器，其特征在于所述存儲器用于存儲程序指令，所述程序指令用于所述處理器進行操作以執(zhí)行根據(jù)權利要求5

?

9中任一項挖掘機電子圍欄設置方法。

技術總結

本發(fā)明涉及挖掘機技術，為解決現(xiàn)有挖掘機電子圍欄為豎直圍欄或水平圍欄的問題；提供一種挖掘機電子圍欄設置裝置、設置方法和挖掘機，其中設置裝置包括控制器、儀表、位姿傳感器、操控裝置；儀表包括用于設定屬具參數(shù)的屬具設定模塊和用于標定至少兩個電子圍欄分界點的分界點標定模塊；分界點標定模塊觸發(fā)時控制器通過位姿傳感器確定工作裝置中屬具預定點當前位置在挖掘機坐標系中的坐標位置值，并將屬具預定點的當前坐標位置標定為與電子圍欄分界點，控制器將各個電子圍欄分界點中相鄰兩點之間的連線作為挖掘機電子圍欄。本發(fā)明可依據(jù)實際情況設定電子圍欄的形狀，實現(xiàn)相應部件保護同時盡可能地減小電子圍欄對屬具移動范圍的限制。范圍的限制。范圍的限制。

技術研發(fā)人員：劉建 李文新 姜旭東 王茄任 董必成 劉劍 鐘家怡

受保護的技術使用者：柳工常州機械有限公司 廣西柳工機械股份有限公司

技術研發(fā)日：2021.04.21

技術公布日：2021/6/28