[發明專利]一種挖掘機器人自主作業控制系統及方法

有效

• 申請號: 201410570531.4
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104476548A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 駱云志;張春華;王鈐;呂衛強;雷巍;高潔;李鈺穎;羅凌江;歐陽長青
• 申請（專利權）人: 四川省綿陽西南自動化研究所
• 主分類號: B25J13/06
• 分類號: B25J13/06;B25J13/08;B25J9/18;E02F9/20
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明

1.一種挖掘機器人自主作業控制系統，其特征在于：所述的控制系統包含主控計算機（101）、立體激光雷達（102）、操控盒（103）、下位機控制器（104）、位置傳感器（105）、壓力傳感器（106）和驅動裝置（107）；主控計算機（101）分別與立體激光雷達（102）、操控盒（103）、位置傳感器（105）和下位機控制器（104）相連接，下位機控制器（104）分別與驅動裝置（107）、位置傳感器（105）和壓力傳感器（106）相連接。

2.根據權利要求1所述的挖掘機器人自主作業控制系統，其特征在于：所述位置傳感器（105）包含回轉編碼器和拉線編碼器，通過回轉編碼器檢測回轉平臺（201）的旋轉角度，通過拉線編碼器檢測動臂（202）、斗桿（203）、伸縮臂（204）和鏟斗（205）的液壓油缸活塞伸縮距離，經轉換后得到動臂（202）、斗桿（203）、鏟斗（205）的旋轉角度和伸縮臂（204）伸縮距離。

3.根據權利要求1所述的挖掘機器人自主作業控制系統，其特征在于：所述的壓力傳感器（106）通過對挖掘機器人工作裝置的控制閥中的主閥芯（401）的A口和B口壓力及壓差進行檢測，判斷工作裝置負載的變化。

4.根據權利要求1所述的挖掘機器人自主作業控制系統，其特征在于：所述驅動裝置（107）由手控閥（404）、電液比例閥（403）、梭閥（402）和主閥芯（401）組成，梭閥（402）分別與電液比例閥（403）、手控閥（404）和主閥芯（401）連接。

5.一種用于權利要求1的挖掘機器人自主作業控制方法，包括以下步驟：

a）開機后進行系統初始化和自診斷，各部分功能正常情況下，操控盒（103）進入主界面；若存在工作異常的部件，系統報警并通過操控盒（103）顯示故障信息；

b）通過操控盒（103）選擇系統參數并設置挖掘機器人各工作裝置的原點、運動范圍和最大運動速度，將設置的信息傳輸到主控計算機（101）進行保存和處理；

c）通過操控盒（103）選擇工作模式，根據選擇進入步驟d或步驟e或步驟f；?

d）進入示教操作工作模式，通過示教功能鍵進行示教操作，或者通過界面編輯示教程序，或者調用存儲的程序執行再現功能；

e）進入自主作業工作模式，通過操控盒（103）設置挖掘任務和初始信息，輸入啟動指令，立體激光雷達（102）開始工作，識別挖掘作業面的位置和狀態，主控計算機（101）根據挖掘任務和作業面狀態進行挖掘軌跡規劃，形成鏟斗軌跡序列，按控制周期將鏟斗軌跡序列轉換成各關節位置控制指令發送給下位機控制器（104）；下位機控制器（104）根據各關節位置控制指令和位置傳感器（105）反饋的各關節位置信息，采用模糊自適應PID控制策略進行控制解算，將解算得到的控制信號發送到驅動裝置（107），通過驅動裝置（107）實現對挖掘機器人工作裝置的位置和速度控制；在此過程中，主控計算機（101）全程監控自主挖掘過程，通過壓力傳感器（106）采集各工作裝置油缸壓力信息，判斷負載變化情況，隨時可以發送控制信號修正或中斷不當的挖掘動作；

f）進入遙控操作工作模式，通過操控盒（103）發出遙控操作指令，經主控計算機（101）處理得到控制指令發送至下位機控制器（104），下位機控制器（104）對指令進行解析后發送控制信號，通過驅動裝置（107）實現對工作裝置的遠程遙控；

g）主控計算機（101）和下位機控制器（104）同時接收位置傳感器（105）檢測數據，作為軌跡規劃和軌跡跟蹤控制的依據；

h）下位機控制器（104）實時采集壓力傳感器信息，經處理后傳輸至主控計算機（101）；

i）主控計算機（101）根據軌跡規劃的需要發送啟動命令給立體激光雷達（102），立體激光雷達（102）收到啟動指令后，對挖掘面進行掃描，基于掃描的數據建立挖掘面的三維物理模型；

j）根據所建挖掘面三維物理模型，求取挖掘作業面尺寸、已挖掘的深度、底部平整度和待挖掘面形狀，將信息發送至主控計算機（101）；

k）完成一次挖掘面掃描后，立體激光雷達（102）停止工作，等待主控計算機（101）下一次發送啟動命令；

l）操控盒（103）實時接收主控計算機（101）反饋的各類信息，并在界面上進行顯示；

m）主控計算機（101）具有系統自診斷功能，如果發現與立體激光雷達（102）、下位機控制器（104）的數據交互出現異常，或者接收到立體激光雷達（102）、下位機控制器（104）發送的異常信息，則通過操控盒（103）進行報警和故障顯示，并及時進行異常處理；

n）立體激光雷達（102）、下位機控制器（104）分別具有系統自診斷功能，如果發現工作異常，則向主控計算機（101）發送異常信息。