一種井下鏟運機無人駕駛控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及礦冶技術領域，尤其涉及一種井下鏟運機無人駕駛控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 近年來，礦產(chǎn)資源的開采逐步轉入地下，并向深部延伸，隨著深度的不斷增加，井 下的工作環(huán)境越來越惡劣，同時還有不確定的冒頂?shù)任ｋU因素，不可避免的給從事采礦運 輸裝備工作的人員帶來了一定的安全和風險，作為井下無軌采礦技術中最關鍵的運輸裝 備一鏟運機的無人駕駛技術成為研宄趨勢。
[0003] 由于井下特殊的工作環(huán)境使得目前現(xiàn)有車輛的一些通用無人駕駛技術，如基于 GPS和慣性導航結合的技術無法在井下使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種井下鏟運機無人駕駛控制方法及系統(tǒng)，可以方便、準確 的實現(xiàn)鏟運機在其工作范圍內(nèi)的無人駕駛。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0006] 一種井下鏟運機無人駕駛控制方法，該方法包括：
[0007] 周期性的掃描預設角度范圍內(nèi)巷道信息，獲得若干與巷道間的距離測量數(shù)據(jù)；
[0008] 根據(jù)每一周期獲得的距離測量數(shù)據(jù)計算綜合偏差W ;
[0009] 獲取外部輸入的包含前進或后退的行駛方向，將計算到的第k個周期的綜合偏 差W作為控制偏差e(k)，來計算轉向控制電壓u(k);其中，設初始周期k = 2時，e(k)= e (k-1) = e (k-2) = 0, u (k) = u (k_l) = 0 ；
[0010] 根據(jù)行駛方向以及轉向控制電壓u(k)控制鏟運機進行前進或后退以及對應的轉 向行駛。
[0011] 進一步的，所述周期性的掃描預設角度范圍內(nèi)巷道信息，獲得若干與巷道間的距 離測量數(shù)據(jù)包括：
[0012] 在一次掃描周期中，掃描光束每隔Γ進行一次激光測距掃描，若預設角度范圍為 n°，則獲得n+1個距離測量數(shù)據(jù)；其中，η為180或360。
[0013] 進一步的，所述根據(jù)每一周期獲得的距離測量數(shù)據(jù)計算綜合偏差W包括：
[0014] 在每一周期中，計算每對左右對稱掃描光束測距的差值與左右對稱掃描光束測距 之和的比值，然后求和，構成綜合偏差W，其公式為：
【主權項】
1. 一種井下鏟運機無人駕駛控制方法，其特征在于，該方法包括： 周期性的掃描預設角度范圍內(nèi)巷道信息，獲得若干與巷道間的距離測量數(shù)據(jù)； 根據(jù)每一周期獲得的距離測量數(shù)據(jù)計算綜合偏差W; 獲取外部輸入的包含前進或后退的行駛方向，將計算到的第k個周期的綜合偏差W作 為控制偏差e(k)，來計算轉向控制電壓u(k);其中，設初始周期k = 2時，e(k) = e(k-l) =e(k_2) = 0, u(k) = u(k_l) = O ; 根據(jù)行駛方向以及轉向控制電壓u (k)控制鏟運機進行前進或后退以及對應的轉向行 駛。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述周期性的掃描預設角度范圍內(nèi)巷道 信息，獲得若干與巷道間的距離測量數(shù)據(jù)包括： 在一次掃描周期中，掃描光束每隔1°進行一次激光測距掃描，若預設角度范圍為 n°，則獲得n+1個距離測量數(shù)據(jù)；其中，η為180或360。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)每一周期獲得的距離測量數(shù)據(jù) 計算綜合偏差W包括： 在每一周期中，計算每對左右對稱掃描光束測距的差值與左右對稱掃描光束測距之和 的比值，然后求和，構成綜合偏差W，其公式為：
具中，^與匕"分別農(nóng)不弟iu與弟n-iu時的距離測量值。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，計算轉向控制電壓u (k)的公式為： u(k) = u (k-1) + Δ u (k)； 其中，AuGO表示第k個周期的轉向控制電壓的增量，其計算公式為： Δ u (k) = Kp [e (k) _e (k_l) ] +Kp (k) +Kd [e (k) _2e (k_l) +e (k_2)]; 上式中，Kp、&與K ,分別為預設的比例系數(shù)、積分系數(shù)及微分系數(shù)。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)行駛方向以及轉向控制電壓 u(k)控制|產(chǎn)運機進行前進或后退以及對應的轉向行駛包括： 根據(jù)外部輸入的行駛方向控制鏟運機向前或后退行駛； 比較轉向控制電壓u(k)與預設值的大小關系，若轉向控制電壓u(k)大于預設值則控 制鏟運機向右轉；否則，控制鏟運機向左轉；然后，對轉向控制電壓u(k)進行限幅處理，根 據(jù)限幅后的轉向控制電壓u (k)的數(shù)值確定轉向的速度。
6. -種井下鏟運機無人駕駛控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 掃描式距離檢測模塊，用于周期性的掃描預設角度范圍內(nèi)巷道信息，獲得若干與巷道 間的距離測量數(shù)據(jù)； 信息處理模塊，用于根據(jù)每一周期獲得的距離測量數(shù)據(jù)計算綜合偏差W ; 主控制單元模塊，用于獲取外部輸入的包含前進或后退的行駛方向，將計算到的第k 個周期的綜合偏差W作為控制偏差e (k)，來計算轉向控制電壓u (k);其中，設初始周期k = 2 時，e (k) = e (k_l) = e (k_2) = 0, u (k) = u (k_l) = 0 ; 電磁閥模塊，用于根據(jù)行駛方向以及轉向控制電壓u(k)控制鏟運機進行前進或后退 以及對應的轉向行駛。
7. 根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述周期性的掃描預設角度范圍內(nèi)巷道 信息，獲得若干與巷道間的距離測量數(shù)據(jù)包括： 在一次掃描周期中，掃描光束每隔1°進行一次激光測距掃描，若預設角度范圍為 n°，則獲得n+1個距離測量數(shù)據(jù)；其中，η為180或360。
8. 根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述根據(jù)每一周期獲得的距離測量數(shù)據(jù) 計算綜合偏差W包括： 在每一周期中，計算每對左右對稱掃描光束測距的差值與左右對稱掃描光束測距之和 的比值，然后求和，構成綜合偏差W，其公式為：
其中，分別表不第i°與第n_i°時的距咼測量值。
9. 根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，計算轉向控制電壓u (k)的公式為： u(k) = u (k-1) + Δ u (k)； 其中，AuGO表示第k個周期的轉向控制電壓的增量，其計算公式為： Δ u (k) = Kp [e (k) _e (k_l) ] +Kp (k) +Kd [e (k) _2e (k_l) +e (k_2)]; 上式中，Kp、&與K ,分別為預設的比例系數(shù)、積分系數(shù)及微分系數(shù)。
10. 根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述根據(jù)行駛方向以及轉向控制電壓 u(k)控制|產(chǎn)運機進行前進或后退以及對應的轉向行駛包括： 根據(jù)外部輸入的行駛方向控制鏟運機向前或后退行駛； 比較轉向控制電壓u(k)與預設值的大小關系，若轉向控制電壓u(k)大于預設值則控 制鏟運機向右轉；否則，控制鏟運機向左轉；然后，對轉向控制電壓u(k)進行限幅處理，根 據(jù)限幅后的轉向控制電壓u (k)的數(shù)值確定轉向的速度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種井下鏟運機無人駕駛控制方法及系統(tǒng)，相關方法包括：周期性的掃描預設角度范圍內(nèi)巷道信息，獲得若干與巷道間的距離測量數(shù)據(jù)；根據(jù)每一周期獲得的距離測量數(shù)據(jù)計算綜合偏差；獲取外部輸入的包含前進或后退的行駛方向，利用計算到的綜合偏差W計算融合反饋e(k)，并對融合反饋e(k)進行校正后，計算轉向控制電壓u(k)；其中，k表示周期，當初始周期k＝1時，e(k)＝e(k-1)＝e(k-2)＝0，u(k)＝u(k-1)＝0；根據(jù)行駛方向以及轉向控制電壓u(k)控制鏟運機進行前進或后退以及對應的轉向行駛。通過采用本發(fā)明公開的方法及系統(tǒng)，可以方便、準確的實現(xiàn)鏟運機在其工作范圍內(nèi)的無人駕駛。
【IPC分類】G05D1-02
【公開號】CN104731100
【申請?zhí)枴緾N201510148850
【發(fā)明人】李建國, 石峰, 李恒通, 楊文旺, 李強, 劉立敏, 連曉圓, 武濤, 范凌霄
【申請人】北京礦冶研究總院, 北礦機電科技有限責任公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月31日