[发明专利]一种土石方工程无人碾压机机群协同智能作业控制方法

权利要求书

1.一种土石方工程无人碾压机机群协同智能作业控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，协同碾压作业队形设计

采用领导-跟随协同碾压作业队形；

步骤2，协同碾压作业路径规划

构建碾压机整体运动学模型，根据所述协同碾压作业队形，规划碾压施工作业路径；

步骤3，协同碾压作业控制策略设计

根据所述碾压机整体运动学模型、所述协同碾压作业队形以及所述碾压施工作业路径，构建无人碾压机机群协同智能碾压作业控制策略，包括基于领导-跟随结构的协同碾压编队队形控制策略和协同碾压作业路径跟随控制策略；

步骤4，根据所述无人碾压机机群协同碾压作业控制策略，提出由初始化、控制信号和运动状态更新三步构成的无人碾压机机群协同智能作业策略，驱动无人碾压机机群在目标碾压区域内协作完成碾压施工作业任务；

在步骤2中：

若施工目标碾压区域内无障碍物，则在领导-跟随协同碾压作业队形中构建碾压机整体运动学模型；若施工目标区域内有障碍物，则在领导-跟随协同碾压作业队形中构建领导碾压机整体运动学模型构建并进行碾压作业路径规划；

其中所述碾压机整体运动学模型的构建方法是：在现有压路机运动学模型基础上，首先通过忽略铰接转角动态，将其简化为标准的轮式移动机器人运动学模型，然后再设计相应的虚拟控制输入产生期望的协同碾压作业路径；

所述碾压作业路径规划包括作业面分解、子作业面规划和子作业面连通；

作业面分解：依据施工目标区域实际情况，基于无人碾压机在子作业面间转场路径长短，选择使用全覆盖路径规划算法实现作业面分解；

子作业面规划：子作业面是无人碾压机机群最小的作业单元，基于碾压工艺构建碾压运动模型对子作业面进行路径规划；

子作业面连通：基于货郎担问题求解方法，求解各个子作业面间的转场路径，用于优化出绕开静态障碍物的多个子作业面之间的转场路径；

所述全覆盖路径规划算法流程为：首先利用精确单元分解算法梯形算法将作业面拆分成子作业面；然后基于碾压工艺构建碾压运动模型对子作业面进行路径规划；其次采用货郎担问题求解方法进行转场路径优化求解；最后对于任务分配问题，建立无人碾压机群作业时间成本函数，以最小化时间成本为准则将作业路径分配至各无人碾压机。

2.根据权利要求1所述土石方工程无人碾压机机群协同智能作业控制方法，其特征在于，所述步骤1，在领导-跟随框架下，根据无人碾压机机群规模，考虑单台无人碾压机机械性能参数、碾压施工工艺、碾压作业区域特点和碾压安全车距因素，结合几何学和优化理论知识，在领导-跟随框架下，确定领导-跟随队形。

3.根据权利要求2所述土石方工程无人碾压机机群协同智能作业控制方法，其特征在于，在由n+1辆无人碾压机构成的无人碾压机群中，确定0号碾压机为领导碾压机，1～n号碾压机为跟随碾压机，采用进退错距法或搭接法压实方案，确定由σ_di,i∈{1,2,…,n}刻画的领导-跟随队形，其中σ_di,i∈{1,2,…,n}是领导碾压机和跟随碾压机i之间期望距离。

4.根据权利要求1所述土石方工程无人碾压机机群协同智能作业控制方法，其特征在于，所述碾压机整体运动学模型表示如下：

其中，表示x(t)的更新，表示y(t)的更新，表示θ(t)的更新，表示的更新，(x(t),y(t))^T表示碾压机振动钢轮中心点在作业平面内的位置坐标，θ(t)表示碾压机振动钢轮中心点在作业平面内的航向，为碾压机振动钢轮与碾压机驱动车体之间的转角，v(t)和分别为碾压机振动钢轮的速度和航向速度，l是碾压机振动钢轮质心与碾压机铰接机构中心的距离。