[发明专利]一种无人挖掘机回转平台的运动控制方法、装置及介质

说明书

本发明公开了一种无人挖掘机回转平台的运动控制方法、装置及介质，包括：步骤1：构建挖掘机回转平台的运动控制系统模型；步骤2：利用递推最小二乘法对挖掘机回转平台的运动控制系统模型中K_p和T进行在线辨识；步骤3：基于挖掘机回转平台的运动特征，将挖掘机回转平台的运动过程进行阶段划分，获得各阶段输入的最大控制指令；步骤4：通过离线标定各阶段的最大控制指令持续时间，结合各阶段的最大控制指令，输入挖掘机回转平台的运动控制系统模型，获得各阶段的回转平台的回转速度。通过对运动过程分阶段的划分，对回转平台进行精细化的运动控制，确保实际回转角度与目标角度吻合，在自动挖掘时，回转平台可以准确快速地到达期望位置。

技术领域

本发明属于无人挖掘机控制领域，特别涉及一种无人挖掘机回转平台的运动控制方法、装置及介质。

背景技术

在挖掘机自动控制中，通常获取当前目标挖掘点的位置信息、挖掘面与挖掘机基坐标系的夹角信息及挖斗切面与挖掘面的夹角信息，通过预设的逆运动学模型解算得到挖掘机臂的期望位姿状态，确定挖掘机臂当前位姿状态与期望位姿状态的位姿差值，并生成位姿差值信号，将位姿差值信号发送给控制器，以使控制器控制挖掘机臂运动到期望位姿状态，但是通常速度较慢，而且准确度不高。

在图1所述的自动挖掘机的运动控制系统中，挖掘机的操纵手柄由两个六轴机械手驱动，控制指令由无人挖掘主控制器到机械手控制器，由伺服电机驱动机械手推动手柄，主泵输出的压力油经回转换向阀进入回转马达的工作油路，驱动回转马达旋转，使工作装置及上部转台向左或向右回转。由于挖掘机控制系统结构的复杂性，整个控制系统的传递函数太过于复杂，难以用一个准确的数学模型描述出来。

在无人挖掘机的回转控制过程中，由于挖掘机工作装置惯量大、液压驱动装置具有较强的非线性特性，且存在明显的通讯时延，常常很难控制回转平台安全且快速地到达目标位置。控制指令过小，会导致回转速度慢、作业效率低；控制指令过大，则容易出现实际回转角度超出目标角度的现象，导致作业过程中回转平台无法到达指定位置，偏离挖掘点或卸土点。

发明内容

本发明的目的是提出一种无人挖掘机回转平台的运动控制方法、装置及介质，其目的在于，通过对回转平台运动过程的划分，对回转平台进行精细化的运动控制，确保实际回转角度与目标角度吻合，使得挖掘机能准确的到达挖掘点或卸土点。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，一种无人挖掘机回转平台的运动控制方法，包括：

步骤1：构建挖掘机回转平台的运动控制系统模型；

其中，K_p为表示回转角速度变化快慢的增益系数，T为时间常数，τ为时间延迟；

计算控制指令开始的时刻至回转角速度发生变化的时间即为时间延迟。

输入控制指令u_max，监测回转角度变化，记录输入控制指令到回转角度变化的时间，记为τ。

挖掘机回转平台的运动控制系统模型本质上是挖掘机回转速度与控制指令变量之间的传递函数；

步骤2：利用递推最小二乘法对挖掘机回转平台的运动控制系统模型中K_p和T进行在线辨识；

步骤3：基于挖掘机回转平台的运动特征，将挖掘机回转平台的运动过程进行阶段划分，获得各阶段输入的最大控制指令；

步骤4：通过离线标定各阶段的最大控制指令持续时间，结合各阶段的最大控制指令，输入挖掘机回转平台的运动控制系统模型，获得各阶段的回转平台的回转速度，从而实现无人挖掘机回转平台的运动控制。

挖掘机将控制指令至0，进入自由回转阶段，角度编码器检测实际角度，通过实际角度与计算的理论角度的偏差进行微调来实现反馈控制，此时输入反馈控制指令u’，计算如下：