反铲液压挖掘机 第10章 液压挖掘机自动控制技术及智能化.ppt

挖掘机工作位姿检测系统挖掘机智能化、无人化作业的先决条件是能精确识别和控制工作装置的姿态，通过定位和定姿确定挖掘机回转平台和工作装置在全局坐标系下的坐标及与各坐标轴之间的夹角，采用合适的控制算法，精确控制挖掘机的动作，实现挖掘机智能行走、挖掘和卸料。挖掘机智能3D姿态引导系统3.环境感知技术10.3挖掘机智能作业技术10.3.2挖掘机定位导航与环境感知技术基于倾角传感器的挖掘机位姿检测系统，是接触式检测方案，是目前各大厂商和研究机构采用的主流的位姿检测方案。第十章液压挖掘机自动控制技术及智能化反铲液压挖掘机10.3挖掘机智能作业技术10.3.3挖掘机作业规划与控制技术挖掘机作业环境较为恶劣、危险，此外人力成本也在不断上升，为提高作业效率和安全性，利用信息感知和控制技术，挖掘机智能化辅助作业和自动作业逐渐成为行业发展的重点，其核心技术之一就是挖掘机作业规划与控制技术，得益于新一代信息技术、自动控制技术特别是人工智能技术的进步，挖掘机作业规划及控制技术得到了快速发展。挖掘机作业规划主要包括作业任务规划和挖掘动作规划，作业任务规划的目的是制定适当的任务规划策略，在给定的施工现场创建移动路径和挖掘区域，并避免与已知障碍物碰撞。动作规划的目的是通过对挖掘机工作装置的运动轨迹进行规划，得到最优的轨迹和效率，完成挖掘、回转、卸料等作业动作。第十章液压挖掘机自动控制技术及智能化反铲液压挖掘机10.3挖掘机智能作业技术10.3.3挖掘机作业规划与控制技术（1）挖掘机任务规划概述目前施工现场常用的挖掘机任务规范方法主要还是依靠工程师现场测量和规划，利用基于GNSS系统的辅助施工定位规划系统，辅助挖掘机驾驶员进行施工任务规划，该系统通过GNSS定位建图，并利用人机交互系统显示与工程设计相关的土方工程设备的位置以及相关配置的实时信息，提供给设备操作人员提供指导，以高效和协作的方式管理施工设备，提高作业效率。Trimble公司的辅助施工定位规划系统如图所示。1.挖掘机任务规划TrimbleSiteworks辅助定位施工规划系统第十章液压挖掘机自动控制技术及智能化反铲液压挖掘机10.3挖掘机智能作业技术10.3.3挖掘机作业规划与控制技术(2) 任务规划方法目前挖掘机作业任务规划算法主要有两种规划方法，点对点规划法（Point-to-Point，PTP）和完全覆盖路径规划法（CompleteCoveragePathPlanning，CCPP）。PTP算法被用来生成点与点之间的路径，而CCPP被用来生成一个可以覆盖整个区域的移动路径。目前工程机械作业路径规划中多使用PTP算法，主要对于一个特定的场地条件，面对多个障碍物，从一个点移动到另一个点而不引起碰撞，并实现路径最优。CCPP全覆盖路径规划，指的是在一定区域或空间范围内获取一条走遍除障碍物外所有地方的最短路径。牛耕式单元分解法(Boustrophedoncellulardecomposition，BCD)是典型的全覆盖路径规划的行走方式，如右图所示。1.挖掘机任务规划基于牛耕式单元法的全覆盖路径规划图第十章液压挖掘机自动控制技术及智能化反铲液压挖掘机10.3挖掘机智能作业技术10.3.3挖掘机作业规划与控制技术要实现挖掘机的智能作业，除了实现自主的任务规划外，还需要对挖掘动作进行规划和控制，即对挖掘机工作装置的运动轨迹进行规划和控制。轨迹规划是实现智能挖掘机姿态控制的重要组成部分。轨迹规划是指构建一条从起点到终点，无碰、高效、节能的运动序列。不经过轨迹规划，直接通过目标点对挖掘机姿态进行控制，会使挖掘机工作装置出现抖动震荡、动作不够平顺等问题，进而影响挖掘机的工作效率和使用寿命。因此，需要对挖掘机工作装置的运动轨迹进行合理规划，提升挖掘机动作的平顺性，保证挖掘机的工作效率和使用寿命。2.动作规划第十章液压挖掘机自动控制技术及智能化反铲液压挖掘机10.3挖掘机智能作业技术10.3.3挖掘机作业规划与控制技术3.轨迹控制轨迹控制在挖掘机自主作业中起着至关重要的作用。轨迹控制需要不断地监测系统状态，并对系统进行调整，以实现预期的运行目标，通常包括图中的步骤。第十章液压挖掘机自动控制技术及智能化反铲液压挖掘机第十章液压挖掘机自动控制技术及智能化反铲液压挖掘机10.4挖掘机智能运维技术10.4.