[發明專利]一種面向無人挖掘的自動裝載控制方法

在審

• 申請號: 202111393634.4
• 申請日: 2021-11-23
• 公開（公告）號: CN114137837A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 張立憲;吳桐;翁睿;蔡博;李昆鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;中國航天科工集團第二研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 黑龍江立超同創知識產權代理有限責任公司 23217
• 代理人: 楊立超

1.一種面向無人挖掘的自動裝載控制方法，其特征在于，所述方法的實現過程為：

步驟一：數據接收與處理

接收由北斗定位系統提供的運輸車輛的位姿信息與挖掘機械位姿信息，解算運輸車輛與挖掘機械的相對位姿關系；接收挖掘機械各關節編碼器角度、速度以及變頻調速的電流、電壓等數據，作為實時控制的反饋信息；接收挖掘機械各電機工作狀態與操作人員的應急控制指令，并進行邏輯判斷，保證無人挖掘的安全工作；

步驟二：鏟斗對準裝載目標

由步驟一解算得到的運輸車輛與挖掘機械的相對位姿關系，基于預先設定的裝載策略計算裝載位置，進而基于挖掘機械工作裝置的幾何模型求解期望關節角度，作為關節角度控制的參考輸入；基于步驟一接收的反饋信息，采用設計的擴張狀態觀測器估計回轉控制系統總擾動，并通過設計的自抗擾控制器補償干擾，使工作裝置各關節的實際角度趨近并穩定在期望角度，從而達到將鏟斗對準裝載目標的控制目標；

步驟三：鏟斗卸料

當鏟斗對準裝載目標后，將鏟斗中裝載的物料卸載到運載車輛中；對于有開斗機構的正鏟式挖掘機械，通過開斗機構打開鏟斗卸料；同時，控制工作裝置關節角度使鏟斗姿態變化為預設的傾倒物料位姿并維持數秒；完成傾倒后，恢復鏟斗位姿、關閉鏟斗；

步驟四：鏟斗復位與狀態更新

卸料完成后，挖掘機械即完成一個采挖-裝載的作業循環，此時需恢復挖掘機械的工作狀態、使其處于等待下一個作業循環的指令；采取預先設定的復位狀態、采用與步驟二相同的自抗擾控制器驅動挖掘機械各關節達到預設的初始角度，實現鏟斗復位；復位后上報系統運行狀態、重置上一作業循環中的相關數據，進入等待狀態；

通過時間中斷、實時反饋狀態判斷自動判斷每一步驟的結束，完成作業步驟的自動跳轉，從而實現裝載作業過程的自動運行。

2.根據權利要求1所述的一種面向無人挖掘的自動裝載控制方法，其特征在于，在步驟一中，

采取循環通信方式讀取電機信息，設計自由報文并完成數據互聯；循環通信的PLC程序實現包括數據存儲，數據轉換，數據傳輸三部分，并將其整合在一個函數塊中供主函數調用。

3.根據權利要求1或2所述的一種面向無人挖掘的自動裝載控制方法，其特征在于，在步驟一中，

將循環通信的數據存儲分為發送數據區、接收數據區、控制數據區和狀態數據區，分類存儲自動裝載控制的各項數據；自動裝載控制程序運行時，不同功能的程序塊依照流程向指定區域讀寫數據，實現數據交換；

數據轉換部分包括控制或反饋數據的轉換以及控制指令的轉換；在下發控制數據或接收反饋數據時，需進行數據類型轉換或單位轉換解算步驟，解算電機輸出軸轉動角度時，將編碼器值右移11位獲得脈沖計數，再將脈沖數除以1024獲得轉動角度；對于控制指令數據中輸入輸出的啟動、故障確認命令，向發送數據區控制字中寫入輸出控制字，從接收數據區狀態字解讀輸入指令并存儲運行狀態與故障狀態等信息，以供流程控制程序判斷作業狀態與保證作業安全；

數據傳輸部分采用PLC提供的一致性數據讀寫指令實現，將發送數據區的控制數據傳送到變頻器等執行機構驅動控制單元中，同時將驅動控制單元中的反饋數據讀取到接收數據區中。