外文翻譯--輪式挖掘裝載機(jī)自動(dòng)控制-資料下載頁(yè)
2025-05-12 05:49本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】1. Summary. Introduction. 2. theiro
【正文】 則 自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 需要 符合以下重要標(biāo)準(zhǔn)。 使用的傳感器和 執(zhí)行 器應(yīng)限于那些目前 可用的 現(xiàn)代裝載機(jī)。輪式裝載機(jī)鏟斗運(yùn)動(dòng)包括電液驅(qū)動(dòng)，斗式位置傳感器和傳動(dòng)有限數(shù)目的參數(shù)測(cè)量。復(fù)雜的傳感和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 很 容易在惡劣環(huán)境下 出 故障。其次，系統(tǒng) 不應(yīng)該 從 操作員獲得 挖掘困難相關(guān)的特征。這就需要經(jīng)營(yíng)者作出關(guān)于挖 掘 難度判斷。在一般情況下，材料的表面特性被加載和其 滿斗 挖 掘過(guò)程中潛在的相互作用 是 開(kāi)挖難度最大的影響。操作者不能看到表面的下面。因此，沒(méi)有操作員輸入的自動(dòng)化系統(tǒng)必須能夠通過(guò) 對(duì) 開(kāi)挖條件的變化反應(yīng)調(diào)整其挖 掘軌跡。 由于裝載機(jī) 工作在動(dòng)態(tài)的、非結(jié)構(gòu)化的 環(huán)境，并且環(huán)境條件未知，變化無(wú)常的，難以檢測(cè)，所以 裝載機(jī)的自動(dòng)挖掘控制是特別困難的 。 另一方面，人類 操作者 可以在這些艱難的環(huán)境中 對(duì) 裝載機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。重復(fù) 挖掘 經(jīng)驗(yàn)幫助 操作者 學(xué)習(xí)機(jī) 器的 操作技能和如何 使 其操作模式適應(yīng)動(dòng)態(tài)條件。挖掘機(jī)和其環(huán)境之間相互作用的復(fù)雜性，使得發(fā)展 7 通常用在傳統(tǒng)的控制模式的數(shù)學(xué)模型不切實(shí)際或不可行。因此，亞利桑那大學(xué)的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng) 是采用了集合眾多技術(shù)熟練操作者的挖掘知識(shí) 。機(jī)械 挖掘 控制結(jié)構(gòu) (CARE)是一種混合的體系結(jié)構(gòu)，采用了基于行為 的控制結(jié)構(gòu)。在最低水平 時(shí)， 它具有反應(yīng)控制，以產(chǎn)生原始的 鏟斗 行 為 ， 和 使用有限狀態(tài)機(jī)（ FSM）的任務(wù)規(guī)劃 （獲取 行為仲裁要求的挖掘知識(shí) ） 。模糊邏輯 與 基于行為的控制 的結(jié)合 提供 了能對(duì)在 動(dòng)態(tài) 的， 不確定 的 環(huán)境中 的 挖掘任務(wù)執(zhí)行必要的實(shí)時(shí)響應(yīng)的 挖掘控制。 幾年前，亞利桑那大學(xué)的研究人員開(kāi)始 了一個(gè)由 卡特彼勒公司資助的項(xiàng)目 ，該項(xiàng)目以 CARE 為 基礎(chǔ)上 ， 開(kāi)發(fā) 、實(shí)施和測(cè)試基于 輪式裝載機(jī) 的 自動(dòng)挖掘控制系統(tǒng)（ ADCS） 。作 為原型的 ADC 的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)是 980G 卡特彼勒輪式裝載機(jī)（見(jiàn)圖 1）。該輪式裝載機(jī)重29497 公斤，長(zhǎng) 米，高 米 ， 米179。斗。以上所列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 ADCS 的設(shè)計(jì)。 圖 1 卡特彼勒 980G 輪式裝載機(jī)測(cè)試平臺(tái) 在本文中，我們展示了 CARE 的方法已如何被用于開(kāi)發(fā) 基于 卡特彼勒 980G 的 原型自動(dòng)挖掘控制系統(tǒng)。 ADCS 利用現(xiàn)有生產(chǎn)的傳感器和執(zhí)行器，只需要適度的計(jì)算。論文的上半部分 詳細(xì) 介紹了 ADC 的控制結(jié)構(gòu)，而其余部分的數(shù)據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。這些結(jié)果表明，自動(dòng)化系統(tǒng)的性能 在挖掘地址變化廣泛方面能與 專 業(yè) 操作者 相媲美。 概述相關(guān)的自動(dòng)挖掘控制工作 地表 自動(dòng)移動(dòng)系統(tǒng) 的 許多潛在的應(yīng)用這個(gè) 領(lǐng)域 已經(jīng)吸引了大 量的研究。通常情況 8 下，研究了兩個(gè)主要領(lǐng)域：挖掘過(guò)程的建模和規(guī)劃， 自動(dòng)挖掘。在 Singh 對(duì) 該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了全面總結(jié)。這部分主要 是 自動(dòng)挖掘方向相關(guān)的工作。 在一般情況下，軌跡規(guī)劃和控制簡(jiǎn)單的方法是 無(wú) 效的，因此一些研究者 在 挖掘過(guò)程中測(cè)量力，用于調(diào)整挖掘軌跡。 當(dāng) 固定力滿足 上 限 時(shí)， 布洛克和黃使用這些力量 研究 挖掘軌跡的行 為 。這些技術(shù)不是 高興 效的， 而且在很多挖掘情況下， 往往不 能裝滿鏟斗 。另外，其他研究人員已經(jīng)選擇 了 使用一套控制規(guī)則 的 挖 掘 控制行 為 。 來(lái)自 蘭卡斯特大學(xué)的 自動(dòng)挖掘機(jī) (LUCIE)就 是這種方法的一個(gè)例子。 該 挖 掘機(jī)計(jì)劃試圖 遵循 初始挖掘軌跡，然后利用 設(shè)定的軌跡 對(duì)開(kāi)挖條件 做出 反應(yīng)。 模糊邏輯控制器已經(jīng)通過(guò) Sameshima 等人開(kāi)發(fā)。驅(qū)動(dòng)挖 掘 過(guò)程中 ，它 控制每個(gè)相對(duì)斗運(yùn)動(dòng) 的 自由度 。因此，用于 每個(gè)控制周期和關(guān)節(jié)速度命令 的模糊規(guī)則 進(jìn)行 的是 規(guī)則的加權(quán)輸出。洛克的 Autodig 方法使用從液壓缸測(cè)量 的 實(shí)際的 力 。這些力 與 從 鏟斗的速度推出的力相關(guān) 。 鏟斗 每個(gè)自由度的命令是從一個(gè)基于人類 操作者 在各種土壤條件 下如何控制單個(gè)節(jié)點(diǎn) 的 查找表生成 的 。 這種情況下， 土壤條件必須 早 挖掘 前提供給系統(tǒng)，而且為了 有效的挖掘 ， 材料必須保持相對(duì)均勻。土壤中的意外夾 雜物 是 本系統(tǒng) 需要 處理的一個(gè)問(wèn)題 。 Cannon 實(shí)現(xiàn)增強(qiáng) 了 自主挖掘執(zhí)行加載系統(tǒng)（ ALS） 中 Autodig 的 算法 ， 實(shí)現(xiàn)大型挖掘機(jī) 裝載卡車的任務(wù)完全自動(dòng)化 。 另一 種 Shull 的 Autodig 方法也使用實(shí)際從液壓缸測(cè)量 的力 。這些力被用來(lái)確定一個(gè) 過(guò)一點(diǎn)的 力向量， 它 代表 了 合成材料 抵 抗斗運(yùn)動(dòng) 的力 。目標(biāo)角 是在 積累的能量的基礎(chǔ)上產(chǎn)生 的，鏟斗 的運(yùn)動(dòng)指令是 為 響應(yīng)目標(biāo)角度 與 力矢量 間的 差 異 產(chǎn)生的。遇到 復(fù)雜的 斗 、巖相互作用過(guò)程中的高阻力情況 時(shí)， 這種方法 會(huì) 使 鏟斗停止轉(zhuǎn)動(dòng) 的時(shí)候。 Dasys（ 數(shù)據(jù)系統(tǒng)環(huán)境模擬器 ） 描述了一個(gè) 基于 負(fù)載牽引轉(zhuǎn)儲(chǔ)（ LHD）機(jī)器 的 自動(dòng)化的 鏟 斗裝載系統(tǒng)，也使用 從 鏟斗液壓缸的壓力傳感器 獲得的反饋 。該系統(tǒng)不使用廢石堆模型控制鏟斗運(yùn)動(dòng)，但 會(huì) “感覺(jué)”被加載的材料 而 傾斜或使鏟斗 擺動(dòng) 。這種方法的性能特點(diǎn)是 未知的 。 Salcudean 等人開(kāi)發(fā) 了 一個(gè)基于位置的阻抗控制方法 ，為 操作員 在用 中小型遙 控 挖掘機(jī) 挖掘時(shí)提供幫助 。在英屬哥倫比亞大學(xué)。該系統(tǒng) 會(huì) 遵循 操作員 指定的挖掘軌跡直到物料阻力 阻礙其進(jìn)步， 但是 阻抗控制器 會(huì) 試圖遵循盡可能 相近 的路徑。另外， Bernold提出了一種阻抗控制器 ，鏟斗的 最優(yōu)軌跡是使用基于土壤的特性和 挖掘 工具交互 的 規(guī)劃算法生成 。 Singh 提出使用一種軌跡規(guī)劃， 它 采用挖 掘 過(guò)程 中 控制系統(tǒng)的一個(gè)純粹的位置。，在挖 掘過(guò)程 遇到 力的預(yù)測(cè)， 是用來(lái) 限制 超過(guò)液壓執(zhí)行器 限度 的的軌跡。預(yù)測(cè)在土壤與未知的夾雜物 間 或爆破的巖石 間的力即使能夠預(yù)測(cè)也是 是非常困難的 。
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