[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

本發明適用于智能挖掘機控制技術領域，提供了一種大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統和方法，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。定向天線和定位天線接收衛星的電磁波信號并轉成電流，之后對電流信號進行放大和變頻處理，RTK接收機對經過放大和變頻處理的信號進行跟蹤、處理和測量，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，基站接收衛星信號，并將觀測的數據實時發送給接收機。

技術領域

本發明屬于智能挖掘機控制技術領域，尤其涉及一種大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統和方法。

背景技術

大型礦用機械正鏟式挖掘機是指在露天固體資源開采中使用，單斗容量大于12立方米，集“挖掘”和“裝載”兩大職能的機械正鏟式挖掘機，其綜合性能決定著整個礦山的開采效率。由于全球露天固體資源年采量達幾十億噸，大型電鏟需求量巨大，未來十年約150臺，價值約200億，將拉動相關投入3000億元。

目前我國大型電鏟的自主化設計制造成績掩蓋不了大型電鏟“缺核少智”的窘境。據了解，我國大型電鏟在智能化方面落后嚴重，較卡特彼勒等國際先進水平相差10年以上。為了打破“引進一代、消化一代、落后一代、再引進”的窠臼，無人操作的大型電鏟的研究迫在眉睫。

在實現電鏟的自動化挖掘過程中需要考慮到復雜機電系統動力學特性的重型履帶軌跡跟蹤。電鏟重型履帶行走裝置具有復雜的機電耦合特性和獨特的轉向行駛機理，在履帶行駛路徑規劃過程中忽略軌跡偏移必然會導致實際軌跡與規劃路徑的偏差。因此，如何提供一種大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統和方法是本領域技術人員急需解決的關鍵問題。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統和方法，旨在解決在履帶行駛路徑規劃過程中因為軌跡偏移導致實際軌跡與規劃路徑有偏差的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種大型智能電鏟的無人控制自適應行走系統，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。

進一步的技術方案，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。

進一步的技術方案，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。