智能挖掘机器人控制系统的硬件设计文献综述
2020-06-14 16:17:07
挖掘机的出现代替了大量的人力劳动,使人类从繁重的体力劳动中解放出来,大大的提高了工作效率,然而挖掘机的工作环境比较恶劣,操作费劲,驾驶室的舒适性也毫无保证。在有毒气、高温、易崩塌等恶劣环境中,操作者的安全和健康受到了严重的威胁,使得挖掘机的应用受到了很大的限制。因此,长期以来人们一直在谋求更高效、更省力的挖掘作业模式。
由刘静等[1]对挖掘机机器人复杂的液压系统进行定性与定量的仿真,考虑到Matlab语言的Simulink模块功能,对挖掘机器人液压控制系统进行了建模,并对系统的节能控制特性进行仿真分析;验证了挖掘机器人液压控制系统的分析与建模技术研究,可以为分析挖掘机的性能和为国产挖掘机器人的改造提供了有效的手段。
张鑫等[2]通过设计实验验证自主挖掘机器人具备自动识别对象,自行规划并控制执行单元完成作业任务的能力。得出采用所设计的控制系统可实现挖掘机的更好的智能作业和挖掘运动轨迹的精准控制的结论,且对挖掘阻力,最优规划控制,执行机构方式等方向的研究提出了更多的要求。
2014年,谭寿干在科学中国人上论述到[3]控制系统相当于人类的大脑,起着绝对性的支配作用,所以要提高对挖掘机控制系统的重视程度;通过对模块化设计的需求以及功能分析以及组合设计等一系列描述,充分说明了模块化设计给挖掘机控制系统带来的技术领先优势。
2004年,张海涛等[4]对于液压挖掘机器人的力与位置混合控制系统的研究表明机器人的控制与位置控制具有同样的意义,必须把二者结合起来,通过利用模糊滑模控制理论和混合控制理论设计了力与位置混合控制器,在对液压缸的驱动力进行控制的同时,又对液压活塞杆的位置进行跟踪控制。对SWE85液压挖掘机器人的动臂液压缸进行力与位置混合控制仿真实验表明模糊滑模控制器能够很好的满足机器人运动系统的要求。
张大庆等[5]通过对国内外液压挖掘机工作装置运动系统的研究,重点叙述了基于知识和基于模型的两种运动控制的研究。并提出了今后挖掘机工作装置运动系统的研究趋势和关键技术。
同时何清华等[6]提出了基于CAN总线技术的液压挖掘电子控制系统设计,采用了两个控制器分别命名为仪表控制器和发动机-液压控制器,分析并将挖掘机的电控系统集中在两个微控制器中,通过CAN总线通讯,分别处理在驾驶室和发动机部位的控制信号,提高了传统液压挖掘机的电子控制系统的可维护性和可扩展性,大大的优化了系统结构。
与其类似的是付兴飞等[7]基于AMBA总线设计并实现了一款通用的存储控制器访问接口,高效地实现了异步传输、协议转换等基本功能,并对地址非对齐数据读写、数据拥塞等问题提出了有效的解决方案.经模拟验证,该接口成功完成了AMBA总线与存储控制器之间的协议转换与数据传输,从而实现了对存储控制器的系统整合。该文献的设计无论从功能结构还是实现方法上都有较强的通用性。
谢雅等[8]提出以液压泵扭矩、液压泵转速和蓄电池SOC为输入参数,柴油机油门开度为输出参数,设计了挖掘机混合动力系统控制器,对挖掘工况和平整工况下的控制器性能进行了仿真分析。建立了基于Matlab的混合动力系统控制器性能仿真模型,实现了控制器能根据载荷变换实时调整电动机的工作状态且在整个工作过程中,柴油机的工作转速基本不变。
王成龙等[9]提出了一种12杆3自由度的多环耦合机构,同时对该挖掘机动力学进行建模,基于Matlab平台对推导的动力学模型进行仿真分析,利用PID控制器进行控制,仿真显示该控制器可实现挖掘机姿准确定位和具有良好的控制效果,为工程实践提供了参考。