一种井下铲运机无人驾驶控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及矿冶技术领域，尤其涉及一种井下铲运机无人驾驶控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，矿产资源的开采逐步转入地下，并向深部延伸，随着深度的不断增加，井 下的工作环境越来越恶劣，同时还有不确定的冒顶等危险因素，不可避免的给从事采矿运 输装备工作的人员带来了一定的安全和风险，作为井下无轨采矿技术中最关键的运输装 备一铲运机的无人驾驶技术成为研宄趋势。
[0003] 由于井下特殊的工作环境使得目前现有车辆的一些通用无人驾驶技术，如基于 GPS和惯性导航结合的技术无法在井下使用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种井下铲运机无人驾驶控制方法及系统，可以方便、准确 的实现铲运机在其工作范围内的无人驾驶。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] 一种井下铲运机无人驾驶控制方法，该方法包括：
[0007] 周期性的扫描预设角度范围内巷道信息，获得若干与巷道间的距离测量数据；
[0008] 根据每一周期获得的距离测量数据计算综合偏差W ;
[0009] 获取外部输入的包含前进或后退的行驶方向，将计算到的第k个周期的综合偏 差W作为控制偏差e(k)，来计算转向控制电压u(k);其中，设初始周期k = 2时，e(k)= e (k-1) = e (k-2) = 0, u (k) = u (k_l) = 0 ；
[0010] 根据行驶方向以及转向控制电压u(k)控制铲运机进行前进或后退以及对应的转 向行驶。
[0011] 进一步的，所述周期性的扫描预设角度范围内巷道信息，获得若干与巷道间的距 离测量数据包括：
[0012] 在一次扫描周期中，扫描光束每隔Γ进行一次激光测距扫描，若预设角度范围为 n°，则获得n+1个距离测量数据；其中，η为180或360。
[0013] 进一步的，所述根据每一周期获得的距离测量数据计算综合偏差W包括：
[0014] 在每一周期中，计算每对左右对称扫描光束测距的差值与左右对称扫描光束测距 之和的比值，然后求和，构成综合偏差W，其公式为：
【主权项】
1. 一种井下铲运机无人驾驶控制方法，其特征在于，该方法包括： 周期性的扫描预设角度范围内巷道信息，获得若干与巷道间的距离测量数据； 根据每一周期获得的距离测量数据计算综合偏差W; 获取外部输入的包含前进或后退的行驶方向，将计算到的第k个周期的综合偏差W作 为控制偏差e(k)，来计算转向控制电压u(k);其中，设初始周期k = 2时，e(k) = e(k-l) =e(k_2) = 0, u(k) = u(k_l) = O ; 根据行驶方向以及转向控制电压u (k)控制铲运机进行前进或后退以及对应的转向行 驶。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述周期性的扫描预设角度范围内巷道 信息，获得若干与巷道间的距离测量数据包括： 在一次扫描周期中，扫描光束每隔1°进行一次激光测距扫描，若预设角度范围为 n°，则获得n+1个距离测量数据；其中，η为180或360。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据每一周期获得的距离测量数据 计算综合偏差W包括： 在每一周期中，计算每对左右对称扫描光束测距的差值与左右对称扫描光束测距之和 的比值，然后求和，构成综合偏差W，其公式为：
具中，^与匕"分别农不弟iu与弟n-iu时的距离测量值。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算转向控制电压u (k)的公式为： u(k) = u (k-1) + Δ u (k)； 其中，AuGO表示第k个周期的转向控制电压的增量，其计算公式为： Δ u (k) = Kp [e (k) _e (k_l) ] +Kp (k) +Kd [e (k) _2e (k_l) +e (k_2)]; 上式中，Kp、&与K ,分别为预设的比例系数、积分系数及微分系数。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据行驶方向以及转向控制电压 u(k)控制|产运机进行前进或后退以及对应的转向行驶包括： 根据外部输入的行驶方向控制铲运机向前或后退行驶； 比较转向控制电压u(k)与预设值的大小关系，若转向控制电压u(k)大于预设值则控 制铲运机向右转；否则，控制铲运机向左转；然后，对转向控制电压u(k)进行限幅处理，根 据限幅后的转向控制电压u (k)的数值确定转向的速度。
6. -种井下铲运机无人驾驶控制系统，其特征在于，该系统包括： 扫描式距离检测模块，用于周期性的扫描预设角度范围内巷道信息，获得若干与巷道 间的距离测量数据； 信息处理模块，用于根据每一周期获得的距离测量数据计算综合偏差W ; 主控制单元模块，用于获取外部输入的包含前进或后退的行驶方向，将计算到的第k 个周期的综合偏差W作为控制偏差e (k)，来计算转向控制电压u (k);其中，设初始周期k = 2 时，e (k) = e (k_l) = e (k_2) = 0, u (k) = u (k_l) = 0 ; 电磁阀模块，用于根据行驶方向以及转向控制电压u(k)控制铲运机进行前进或后退 以及对应的转向行驶。
7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述周期性的扫描预设角度范围内巷道 信息，获得若干与巷道间的距离测量数据包括： 在一次扫描周期中，扫描光束每隔1°进行一次激光测距扫描，若预设角度范围为 n°，则获得n+1个距离测量数据；其中，η为180或360。
8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述根据每一周期获得的距离测量数据 计算综合偏差W包括： 在每一周期中，计算每对左右对称扫描光束测距的差值与左右对称扫描光束测距之和 的比值，然后求和，构成综合偏差W，其公式为：
其中，分别表不第i°与第n_i°时的距呙测量值。
9. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，计算转向控制电压u (k)的公式为： u(k) = u (k-1) + Δ u (k)； 其中，AuGO表示第k个周期的转向控制电压的增量，其计算公式为： Δ u (k) = Kp [e (k) _e (k_l) ] +Kp (k) +Kd [e (k) _2e (k_l) +e (k_2)]; 上式中，Kp、&与K ,分别为预设的比例系数、积分系数及微分系数。
10. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述根据行驶方向以及转向控制电压 u(k)控制|产运机进行前进或后退以及对应的转向行驶包括： 根据外部输入的行驶方向控制铲运机向前或后退行驶； 比较转向控制电压u(k)与预设值的大小关系，若转向控制电压u(k)大于预设值则控 制铲运机向右转；否则，控制铲运机向左转；然后，对转向控制电压u(k)进行限幅处理，根 据限幅后的转向控制电压u (k)的数值确定转向的速度。
【专利摘要】本发明公开了一种井下铲运机无人驾驶控制方法及系统，相关方法包括：周期性的扫描预设角度范围内巷道信息，获得若干与巷道间的距离测量数据；根据每一周期获得的距离测量数据计算综合偏差；获取外部输入的包含前进或后退的行驶方向，利用计算到的综合偏差W计算融合反馈e(k)，并对融合反馈e(k)进行校正后，计算转向控制电压u(k)；其中，k表示周期，当初始周期k＝1时，e(k)＝e(k-1)＝e(k-2)＝0，u(k)＝u(k-1)＝0；根据行驶方向以及转向控制电压u(k)控制铲运机进行前进或后退以及对应的转向行驶。通过采用本发明公开的方法及系统，可以方便、准确的实现铲运机在其工作范围内的无人驾驶。
【IPC分类】G05D1-02
【公开号】CN104731100
【申请号】CN201510148850
【发明人】李建国, 石峰, 李恒通, 杨文旺, 李强, 刘立敏, 连晓圆, 武涛, 范凌霄
【申请人】北京矿冶研究总院, 北矿机电科技有限责任公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月31日