[发明专利]一种面向无人挖掘的自动装载控制方法

权利要求书

1.一种面向无人挖掘的自动装载控制方法，其特征在于，所述方法的实现过程为：

步骤一：数据接收与处理

接收由北斗定位系统提供的运输车辆的位姿信息与挖掘机械位姿信息，解算运输车辆与挖掘机械的相对位姿关系；接收挖掘机械各关节编码器角度、速度以及变频调速的电流、电压等数据，作为实时控制的反馈信息；接收挖掘机械各电机工作状态与操作人员的应急控制指令，并进行逻辑判断，保证无人挖掘的安全工作；

步骤二：铲斗对准装载目标

由步骤一解算得到的运输车辆与挖掘机械的相对位姿关系，基于预先设定的装载策略计算装载位置，进而基于挖掘机械工作装置的几何模型求解期望关节角度，作为关节角度控制的参考输入；基于步骤一接收的反馈信息，采用设计的扩张状态观测器估计回转控制系统总扰动，并通过设计的自抗扰控制器补偿干扰，使工作装置各关节的实际角度趋近并稳定在期望角度，从而达到将铲斗对准装载目标的控制目标；

步骤三：铲斗卸料

当铲斗对准装载目标后，将铲斗中装载的物料卸载到运载车辆中；对于有开斗机构的正铲式挖掘机械，通过开斗机构打开铲斗卸料；同时，控制工作装置关节角度使铲斗姿态变化为预设的倾倒物料位姿并维持数秒；完成倾倒后，恢复铲斗位姿、关闭铲斗；

步骤四：铲斗复位与状态更新

卸料完成后，挖掘机械即完成一个采挖-装载的作业循环，此时需恢复挖掘机械的工作状态、使其处于等待下一个作业循环的指令；采取预先设定的复位状态、采用与步骤二相同的自抗扰控制器驱动挖掘机械各关节达到预设的初始角度，实现铲斗复位；复位后上报系统运行状态、重置上一作业循环中的相关数据，进入等待状态；

通过时间中断、实时反馈状态判断自动判断每一步骤的结束，完成作业步骤的自动跳转，从而实现装载作业过程的自动运行。

2.根据权利要求1所述的一种面向无人挖掘的自动装载控制方法，其特征在于，在步骤一中，

采取循环通信方式读取电机信息，设计自由报文并完成数据互联；循环通信的PLC程序实现包括数据存储，数据转换，数据传输三部分，并将其整合在一个函数块中供主函数调用。

3.根据权利要求1或2所述的一种面向无人挖掘的自动装载控制方法，其特征在于，在步骤一中，

将循环通信的数据存储分为发送数据区、接收数据区、控制数据区和状态数据区，分类存储自动装载控制的各项数据；自动装载控制程序运行时，不同功能的程序块依照流程向指定区域读写数据，实现数据交换；

数据转换部分包括控制或反馈数据的转换以及控制指令的转换；在下发控制数据或接收反馈数据时，需进行数据类型转换或单位转换解算步骤，解算电机输出轴转动角度时，将编码器值右移11位获得脉冲计数，再将脉冲数除以1024获得转动角度；对于控制指令数据中输入输出的启动、故障确认命令，向发送数据区控制字中写入输出控制字，从接收数据区状态字解读输入指令并存储运行状态与故障状态等信息，以供流程控制程序判断作业状态与保证作业安全；

数据传输部分采用PLC提供的一致性数据读写指令实现，将发送数据区的控制数据传送到变频器等执行机构驱动控制单元中，同时将驱动控制单元中的反馈数据读取到接收数据区中。