[發(fā)明專利]挖掘機臂運動控制方法、系統(tǒng)及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811328944.6
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109296019A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設計）人: 盧興陽;隋少龍;張越
• 申請（專利權）人: 北京拓疆者智能科技有限公司
• 主分類號: E02F9/14
• 分類號: E02F9/14;E02F9/20
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 范彥揚

本發(fā)明提供了一種機臂運動控制方法、系統(tǒng)及裝置，涉及自動控制的技術領域，包括獲取當前目標挖掘點的位置信息、挖掘面與挖掘機基坐標系的夾角信息及挖斗切面與挖掘面的夾角信息；通過預設的逆運動學模型解算得到挖掘機臂的期望位姿狀態(tài)；確定挖掘機臂當前位姿狀態(tài)與期望位姿狀態(tài)的位姿差值，并生成位姿差值信號；將位姿差值信號發(fā)送給控制器，以使控制器控制挖掘機臂運動到期望位姿狀態(tài)。本發(fā)明可以實現對挖掘機臂的運動控制，以實現挖掘機臂的穩(wěn)定、高效作業(yè)，降低人力成本。

技術領域

本發(fā)明涉及自動控制技術領域，尤其是涉及一種挖掘機臂運動控制方法、系統(tǒng)及裝置。

背景技術

挖掘機是用挖斗挖掘高于或低于承機面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的土方機械。挖掘機挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及經過預松后的土壤和巖石。挖掘機已廣泛應用于礦山、建筑拆除、隧道挖掘等場景，由于大多數挖掘機臂都處于手動控制階段，在一些高危作業(yè)場景，存在人員傷亡隱患，而目前，尚未提出更好的挖掘機臂的自主運動控制方案。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種挖掘機臂運動控制方法、系統(tǒng)及裝置，以控制挖掘機臂自主運動，減少人員成本。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種挖掘機臂運動控制方法，該方法包括：獲取當前目標挖掘點的位置信息、挖掘面與挖掘機基坐標系的夾角信息及挖斗切面與挖掘面的夾角信息；通過預設的逆運動學模型解算得到挖掘機臂的期望位姿狀態(tài)；確定挖掘機臂當前位姿狀態(tài)與期望位姿狀態(tài)的位姿差值，并生成位姿差值信號；將位姿差值信號發(fā)送給控制器，以使控制器控制挖掘機臂運動到期望位姿狀態(tài)。

結合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，該方法還包括：通過傳感器模塊監(jiān)測挖掘機臂是否運動至期望位姿狀態(tài)；如果是，向控制器發(fā)送停止運動指令；如果否，重新確定當前位姿狀態(tài)與期望位姿狀態(tài)的位姿差值，生成位姿差值信號，并將位姿差值信號作為控制器輸入信號發(fā)送給所述控制器。

結合第一方面或其第一種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，通過預設的逆運動學模型解算得到挖掘機臂的期望位姿狀態(tài)的步驟，包括：根據當前目標挖掘點的位置信息、挖掘面與挖掘機基坐標系的夾角信息及挖斗切面與挖掘面的夾角信息建立運動學模型；該運動學模型為：其中，θ₁表示動臂與基座標系橫軸方向的夾角，θ₂表示動臂與小臂的夾角，θ₃表示小臂與挖斗的夾角，α表示挖斗齒尖處的角度值，β表示挖斗切面與挖掘面的夾角，γ表示挖掘面與挖掘機基座標系的夾角，l₁表示挖掘機的動臂長度，l₂表示挖掘機的小臂長度，l₃表示挖掘機的挖斗長度，(x，y，z)為挖斗的齒尖在挖掘機基坐標系下的位置坐標；根據運動學模型確定逆運動學模型；通過逆運動學模型解算得到挖掘機臂的期望位姿狀態(tài)；逆運動學模型為：

結合第一方面或其第一種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，將位姿差值信號發(fā)送給控制器，以使控制器控制挖掘機臂運動到期望位姿狀態(tài)的步驟，包括：將位姿差值信號發(fā)送給控制器，以使控制器生成挖掘機臂的控制輸入信號；通過控制輸入信號控制比例電磁閥以使挖掘機臂運動到期望位姿狀態(tài)；比例電磁閥設置在挖掘機臂的各個關節(jié)。

結合第一方面或其第一種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，獲取當前目標挖掘點的位置信息、挖掘面與挖掘機基坐標系的夾角信息及挖斗切面與挖掘面的夾角信息的步驟，包括：建立基座標系，基坐標系的橫軸與挖掘機的履帶共面，基坐標系的縱軸垂直于挖掘機的履帶所在平面；根據基座標系確定當前目標挖掘點的位置信息、挖掘面與挖掘機基坐標系的夾角信息及挖斗切面與挖掘面的夾角信息。