[發明專利]一種大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統和方法

在審

• 申請號: 202111040247.2
• 申請日: 2021-09-06
• 公開（公告）號: CN113741462A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 方毅;王國強;郭廣勇;喬建強;劉曉星
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 深圳市洪荒之力專利代理有限公司 44541
• 代理人: 劉真

1.一種大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統，其特征在于，包括：

RTK接收機、定向天線、定位天線、基站、下位機PLC控制器和上位機計算機；

所述RTK接收機與下位機PLC控制器通信連接，所述RTK接收機和下位機PLC控制器均安裝在電鏟上，所述定向天線和定位天線均與RTK接收機連接，所述下位機PLC控制器和上位機計算機連接，所述定向天線和定位天線間隔安裝在電鏟上，所述基站與RTK接收機連接；

所述定向天線和定位天線用于接收衛星的電磁波信號并轉成電流，且所述定向天線和定位天線用于對電流信號進行放大和變頻處理，所述RTK接收機通過對放大和變頻處理的信號進行跟蹤、處理和測量，進而獲取電鏟的實時位置坐標信息、航向角信息、速度信息以及RTK的解狀態信息，所述基站用于接收衛星信號，且所述基站將接收的數據實時發送給RTK接收機；

所述上位機計算機通過RTK接收機和下位機PLC控制器實時讀取電鏟的實時位置坐標、航向角和速度，從而得到電鏟左右兩側的電機轉速，所述上位機計算機將電機轉速傳輸至下位機PLC控制器中，所述下位機PLC控制器用于控制電鏟自適應行走。

2.根據權利要求1所述的大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統，其特征在于，所述的下位機PLC控制器包括信息讀取模塊和電機控制模塊，所述信息讀取模塊通過RTK接收機讀取電鏟當前位置的實時坐標信息、航向角和速度信息，所述電機控制模塊通過控制電鏟左右兩側履帶的運動對電鏟的行駛速度進行調整。

3.根據權利要求1所述的大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統，其特征在于，所述上位機計算機包括信息處理模塊和自適應模糊PID控制模塊；所述信息處理模塊用于讀取下位機PLC控制器中實時存儲的信息并根據當前的路徑軌跡計算成信息，且所述信息處理模塊將信息輸入自適應模糊PID控制模塊中。

4.根據權利要求3所述的大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統，其特征在于，所述自適應模糊PID控制模塊包括模糊控制器和PID控制器。

5.根據權利要求3所述的大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統，其特征在于，所述信息處理模塊由參數模糊化、模糊推理、去模糊化以及PID控制模塊四部分組成。

6.根據權利要求4所述的大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統，其特征在于，所述自適應模糊PID控制模塊通過模糊邏輯并根據一定的模糊規則對PID的參數進行實時的優化，所述自適應模糊PID控制模塊通過實時采集到的信息計算得到預瞄偏差和質心距離偏差作為系統的輸入參數，所述模糊控制器通過確定好的隸屬度函數和模糊規則運算對輸入參數處理后得到Kp、Ki和Kd三個輸出值，所述自適應模糊PID控制模塊和模糊控制器的輸出端與PID控制器的輸入端連接，且所述PID控制器根據電鏟的動力學模型計算得到所需的控制信息，所述PID控制器將控制信息傳輸給下位機PLC控制器，下位機PLC控制器通過控制信息實時調整電鏟兩側電機轉速。

7.適用于權利要求1-6任一所述的大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統的一種大型智能電鏟的無人控制自適應行走方法，其特征在于，包括：

步驟1、在RTK所處的坐標系下規劃完成路徑之后，上位機計算機讀取預設軌跡的路徑點坐標信息，并經由信息處理模塊進行處理；

步驟2、下位機PLC控制器經由RTK接收機采集到坐標信息和航向角信息后搜尋預設軌跡上離電鏟預瞄距離最近的點計算預瞄距離偏差和質心距離偏差；

步驟3、將計算得到的預瞄偏差和質心距離偏差輸入到自適應模糊PID控制模塊中，通過PID控制器的運算得到電鏟左右兩側的電機轉速；

步驟4、上位機計算機將計算得到的電機轉速傳輸至下位機PLC控制器；

步驟5、電機控制模塊讀取下位機PLC控制器中的電機轉速信息，從而控制兩側履帶行走速度快慢實現無人控制的自適應軌跡跟蹤。