[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

说明书

本发明提出了一种土石方工程无人碾压机机群协同智能作业控制方法，包括以下步骤：队形设计、路径规划、协同智能碾压控制策略设计。队形设计是考虑施工工艺、碾压区域约束、车辆参数、行车安全因素，确定基于领导‑跟随结构的协同碾压作业队形；路径规划是构建碾压机整体运动学模型，根据确定的领导‑跟随碾压作业队形，规划碾压作业路径；协同智能碾压控制策略设计是依据设计的作业队形和作业路径，提出包括基于领导‑跟随结构的协同碾压作业编队控制策略与协同碾压作业路径跟随控制策略的无人碾压机机群协同碾压作业控制策略。本发明可实现土石方工程无人碾压机机群协同智能碾压作业，改善压实质量与施工效率。

技术领域

本发明属于土石方工程技术领域，特别涉及一种土石方工程无人碾压机机群协同智能作业控制方法。

背景技术

土石方填筑过程中的压实质量控制是土石方工程建造的关键环节之一，它对基础设施能否安全、稳定运行有着决定性影响。按照现有的土石方施工规范，压实质量主要取决于施工过程中的压实参数的人工控制以及施工后的抽样点检测。就时效性而言，土石方压实质量主要受施工过程中压实参数的控制影响。然而，传统的土石方压实质量控制依靠人工控制压实参数实现，不仅易产生相邻作业面间漏碾、交叉、重复碾压的问题，也无法满足全天候或极限条件下碾压施工作业的工程需求。尤其是对高海拔、偏远地区的土石方工程，由于受施工人员降效、线路布置、工期、投资、恶劣环境和复杂地质等条件制约，使得无人碾压技术成为最佳选择甚至唯一途径。

此外，随着人工智能技术的飞速发展，智能化碾压已成为当前土石方工程碾压施工最先进技术之一。将人工智能技术与无人碾压技术融合不仅有助于消除人的因素对碾压施工的不利影响，进一步提升碾压施工精度，还可有效避免施工作业人员直接暴露于恶劣的自然条件，达到保护施工作业人员的生命安全的目的。无人碾压机机群协同控制是无人碾压技术与人工智能碾压技术融合研究中重要的内容。然而现有的土石方工程碾压机协同碾压作业集中在有人驾驶碾压机机群协同，在无人碾压机机群协同作业研究方面也仅仅开展了协同路径规划方面的探索研究，在无人碾压机机群协同碾压作业控制策略方面的研究较为匮乏。无人碾压机机群协同碾压作业控制策略研究属于无人系统群智协同范畴。尽管无人系统群智协同得到了广泛而深入研究并取得了丰硕的研究成果，但由于其复杂施工环境以及碾压机复杂动态特性，这些成果均难以直接应用于解决无人碾压机群协同碾压作业控制问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种土石方工程无人碾压机机群协同智能作业控制方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种土石方工程无人碾压机机群协同智能作业控制方法，包括以下步骤：

步骤1，协同碾压作业队形设计

考虑土石方压实施工工艺要求、作业区域约束、车辆参数、行车安全因素，确定领导-跟随结构的协同碾压作业队形，提升碾压施工效率。

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。

进一步地，在步骤1中：

在领导-跟随框架下设计领导-跟随协同碾压作业队形。