[发明专利]一种考虑挖掘突变载荷的矿用电铲自动作业控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑挖掘突变载荷的矿用电铲自动作业控制方法，首先通过双目相机对所要挖掘的料堆形貌特征进行三维重现；选取函数ysubgt;w/subgt;＝fsubgt;w/subgt;(x,t)作为矿用电铲的一次挖掘轨迹；借助计算公式监测铲斗内挖掘物料的实时体积；当监测到铲斗前方存在大块煤岩时，记录当前铲斗齿尖位置和挖掘物料体积Vsubgt;1/subgt;，并结合相机所获挖掘作业实际情况，选取相应的路径规划方案来规避铲斗挖掘前方大块煤岩；再次通过双目相机获取当前料堆面函数ysubgt;L2/subgt;＝fsubgt;L2/subgt;(x,t)；计算矿用电铲铲斗剩余可挖掘物料体积Vsubgt;2/subgt;，并作为二次挖掘的目标函数；将规避路径的结束点作为二次挖掘的起始点，重新规划挖掘轨迹继续挖掘从而完成整个挖掘作业。本发明可有效保证铲斗的满斗率和矿用电铲的能量利用效率。

技术领域

本发明涉及矿山机械技术领域，具体涉及一种考虑挖掘突变载荷的矿用电铲自动作业控制方法。

背景技术

为推进露天电铲作业智能化与无人化，保证单个挖掘作业过程中铲斗的挖掘物料满斗率和矿用电铲的能量利用效率是不可或缺的。在实际生产中，因为挖掘料堆中存在大块物料如煤岩等，在挖掘过程中铲斗可能会遇到这些大块煤岩，这致使铲斗在规避煤岩后的再挖掘轨迹会偏离原有规划的挖掘轨迹，出现“浅挖”或“深挖”等现象，出现无法保证铲斗的满斗率和矿用电铲的能量利用效率的问题。因此亟待发明一种考虑挖掘突变载荷的矿用电铲自动作业控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑挖掘突变载荷的矿用电铲自动作业控制方法，以解决现有技术中出现的挖掘轨迹偏离问题。

为实现上述目的，本发明的一种考虑挖掘突变载荷的矿用电铲自动作业控制方法，包括如下步骤：

步骤S1、在矿用电铲的关节处和双目相机的中心处分别以O₀、O₁、O₂、O₃为原点建立空间坐标系，通过D-H法得到矿用电铲工作装置运动学正解；

步骤S2、通过安装在矿用电铲上的双目相机，对所要挖掘的料堆形貌特征进行三维重现；

步骤S3、通过Matlab中料堆的立体模型，选取合适的挖掘始末位置以及获得挖掘过程所经过的料堆面函数y_L＝f_L(x,t)；

步骤S4、选取函数y_w＝f_w(x,t)作为矿用电铲的一次挖掘轨迹，借助电铲运动学正解和几何关系得到斗杆伸长量d与倾角θ的期望轨迹；

步骤S5、令d_t为矿用电铲铲斗动态挖掘深度，则d_t＝y_L-y_w＝f_L(x,t)-f_w(x,t)，故铲斗内挖掘物料的实时体积其中，t_f是铲斗离开料堆的时刻，ω取决于矿用电铲铲斗宽度；

步骤S6、当通过在传动部安装的力传感器监测到铲斗前方存在大块煤岩时，记录当前铲斗齿尖位置(x₀,y₀)和铲斗内挖掘物料体积V₁并停止挖掘工作；

步骤S7、结合相机所获挖掘作业实际情况，选取相应的路径规划方案来规避铲斗挖掘前方大块煤岩；

步骤S8、再次通过双目相机获取当前料堆面函数y_L2＝f_L2(x,t)；

步骤S9、计算矿用电铲铲斗剩余可挖掘物料体积V₂，并作为二次挖掘的目标函数；

步骤S10、将规避路径的结束点作为二次挖掘的起始点，重新规划挖掘轨迹继续挖掘从而完成整个挖掘作业。