一种无人自主装载车控制系统及方法与流程

1.本发明涉及一种无人自主装载车控制系统及方法，属于控制系统技术领域。


背景技术：

2.在现阶段的工业应用中，大部分工业机器人都是采用示教编程的工作模式，这种工作模式需要技术人员前期做大量的调试工作，而且一旦作业平台情况发生了变化，就需要重新调试，工作效率不高，不够智能化。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提供了一种无人自主装载车控制系统，该无人自主装载车控制系统
4.本发明通过以下技术方案得以实现。
5.本发明提供的一种无人自主装载车控制系统，包括电气控制组合、伺服驱动系统、液压控制系统和传感器组，所述电气控制组合连接控制伺服驱动系统、液压控制系统和传感器组，液压控制系统通过比例阀模块控制动作油缸，伺服驱动系统通过驱动器控制电机，传感器组通过can总线连接电气控制组合。
6.所述液压控制系统和伺服驱动系统均通过can总线连接电气控制组合。
7.所述动作油缸包括上装支臂和支腿的动作油缸，其中液压控制系统通过上装支臂比例阀模块控制上装支臂的动作油缸，通过下装比例阀模块控制支腿的动作油缸；所述液压控制系统还连接控制有起重机比例阀模块和锁紧比例阀模块。
8.所述上装支臂的动作油缸包括俯仰油缸、摆转油缸、滚转油缸、一级变幅油缸、二级变幅油缸、支臂伸缩油缸、起重机油缸；所述支腿的动作油缸包括左前支腿油缸、支腿油缸、支腿油缸、支腿油缸、左右横梁油缸。
9.所述伺服驱动系统分别通过支臂驱动器和吊具驱动器控制支臂电机和夹爪电机；所述伺服驱动系统还连接有支臂六维力传感器和支臂销轴力传感器。
10.所述支臂电机包括锁紧电机、腕关节电机、滚转电机和肘关节电机；所述夹爪电机包括剪刀手电机和夹角电机。
11.所述电气控制组合还通过ad线路连接有压力传感器。
12.所述电气控制组合还通过udp总线连接有定位定向系统和视觉感知系统；所述电气控制组合还通过udp总线连接有车载服务器；车载服务器通过移动通信的方式与手持遥控器、云端服务器通信。
13.本发明还提供一种无人自主装载车控制方法，采用如上所述的无人自主装载车控制系统，包括如下步骤：
14.s1.通过定位定向系统定位车身大地坐标，获取货物箱坐标后通过对比货物箱与车身当前坐标位置进行路径规划，根据规划路径移动到货物箱附近；
15.s2.驻车展开，通过车辆支腿以及车载水平传感器进行整车调平，展开完成后通过
车身摄像头进行目标货物箱捕捉，捕捉完成后计算出目标货物箱位置坐标，根据位置坐标规划上装支臂运动路径，上装支臂根据运动路径运动到目标货物箱上方定位对准；
16.s3.根据摄像头定位的目标孔位控制机械手抓取货物箱，货物箱抓取完成后上装起重机工作将目标货物箱吊起，完成后进行车辆撤收，电气控制组合上报服务器抓取完成。
17.还包括以下步骤：
18.s4.对比当前车辆坐标与被装载车辆坐标位置进行路径规划，装载车根据路径移动到被装载特种车辆位置附近，装载车开始驻车展开，通过车辆支腿以及车载水平传感器进行整车调平；
19.s5.通过摄像机捕捉被装载目标点位，目标点定位后根据坐标对比规划上装支臂运动路径，上装支臂运动到指定位置上方后机械手进行装载工作，装载过程中通过摄像机实时进行比对并调整机械手角度，当装载完成后电气控制组合上报服务器装载完成。
20.本发明的有益效果在于：能实时监控系统运行状态，可通过机械臂与机械手结合进行伸缩、抓取、下放动作实现目标的抓取与装载；通过引入高速总线易于实现整车装载动作同步进而实现无人自主装载。
附图说明
21.图1是本发明至少一种实施例的模块连接示意图。
具体实施方式
22.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
23.实施例1
24.如图1所示的一种无人自主装载车控制系统，包括电气控制组合、伺服驱动系统、液压控制系统和传感器组，所述电气控制组合连接控制伺服驱动系统、液压控制系统和传感器组，液压控制系统通过比例阀模块控制动作油缸，伺服驱动系统通过驱动器控制电机，传感器组通过can总线连接电气控制组合。
25.一般的，在液压系统中，控制阀和控制油缸本质上是一样的，控制油缸就是控制油缸中的阀，因此图中部分油缸称为阀。
26.实施例2
27.基于实施例1，所述液压控制系统和伺服驱动系统均通过can总线连接电气控制组合。
28.所述动作油缸包括上装支臂和支腿的动作油缸，其中液压控制系统通过上装支臂比例阀模块控制上装支臂的动作油缸，通过下装比例阀模块控制支腿的动作油缸；所述液压控制系统还连接控制有起重机比例阀模块和锁紧比例阀模块。
29.所述上装支臂的动作油缸包括俯仰油缸、摆转油缸、滚转油缸、一级变幅油缸、二级变幅油缸、支臂伸缩油缸、起重机油缸；所述支腿的动作油缸包括左前支腿油缸、支腿油缸、支腿油缸、支腿油缸、左右横梁油缸。
30.实施例3
31.基于实施例1，所述伺服驱动系统分别通过支臂驱动器和吊具驱动器控制支臂电机和夹爪电机；所述伺服驱动系统还连接有支臂六维力传感器和支臂销轴力传感器。
32.所述支臂电机包括锁紧电机、腕关节电机、滚转电机和肘关节电机；所述夹爪电机包括剪刀手电机和夹角电机。
33.实施例4
34.基于实施例1，所述电气控制组合还通过ad线路连接有压力传感器。
35.所述电气控制组合还通过udp总线连接有定位定向系统和视觉感知系统。
36.所述电气控制组合还通过udp总线连接有车载服务器。
37.所述车载服务器通过移动通信的方式与手持遥控器、云端服务器通信。
38.由于机器视觉能够准确、稳定地采集外界信息，并且能够处理整合采集到的信息，能够使机器人准确实时的感知外界信息。友好的人机交互界面，可以完成对系统的操作控制以及测量系统的状态信息。在系统运行过程中可以实时地了解系统当前状态，存储历史运行状态信息，当出现故障时给出警报信息等。
39.随着智能技术的不断发展,应用环境越来越复杂,需要完成的任务越来越智能,对控制系统的要求在不断增加。视觉定位跟踪技术凭借非接触、精度高、测速快等优势,在医疗、装备制造、航空航天等领域得到了普遍关注,具有很高的研究价值和发展前景。所以近些年来，将机器视觉技术和工业机器人技术进行融合已经成为一种势不可挡的趋势。
40.由此，上述实施例中：
41.调平比例阀用于控制下装支腿的伸出动作，锁紧比例阀用于锁紧油缸动作，起重机比例阀用于控制上装支臂的起竖以及回转动作，伸缩臂比例阀用于控制上装支臂的伸缩动作，机械手比例阀用于控制机械手的俯仰、摆转、滚转动作。
42.机械手包含四个分支臂，每个分支臂包含有肘关节电机、滚转电机、腕关节电机、锁紧电机；机械手还包含伞电机、剪刀手电机。
43.机械手通过伞电机控制机械手的开合动作，通过剪刀手电机控制各支臂的夹角大小，通过肘关节电机、腕关节电机、滚转电机、锁紧电机控制机械手分支臂的曲度、弧度以及角度以实现抓取，锁紧动作。
44.位移传感器包含伸缩臂位移传感器、俯仰油缸位移传感器、摆转油缸位移传感器、滚转油缸位移传感器、一级变幅油缸位移传感器、二级油缸位移传感器。
45.伸缩臂位移传感器、一级变幅位移传感器、二级变幅位移传感器用于测量上装支臂油缸伸出长度。
46.俯仰油缸位移传感器、摆转油缸位移传感器、滚转油缸位移传感器用于测量机械手滚转、摆转、俯仰动作的油缸伸出长度。
47.角编码器包含回转编码器、俯仰角度编码器、摆转角编码器、滚转角编码器。
48.回转编码器用于测量上装支臂回转角度。
49.俯仰、摆转、滚转角编码器用于测量机械手俯仰、摆转、滚转角度。
50.倾角传感器包括水平倾角传感器，上装支臂倾角传感器、机械手倾角传感器。
51.水平倾角传感器用于控制车辆调平状态检测。
52.上装支臂倾角传感器用于支臂倾斜角度检测。
53.机械手倾角传感器用于机械手倾斜角度检测。
54.力传感器包括六维力传感器，销轴力传感器、力矩限制器。
55.六维力传感器与销轴力传感器用于机械手锁紧状态监控。
56.压力传感器包括支腿压力传感器，锁紧压力传感器、上装支臂油缸压力传感器、起重机油缸压力传感器、液压系统压力传感器。
57.压力传感器用于检测各液压油缸，以及液压系统压力大小。
58.网络通信模块包括与车载服务器、视觉系统、定位定向系统通信。
59.服务器用于存储以及中转遥控器指令、云端服务器数据、装载车上报数据。
60.摄像头模块用于识别目标点并锁定目标点坐标。
61.定位定向系统用于定位当前车辆所处坐标位置。
62.综上，结合上述实施例则能够通过视觉系统获取目标点的位置信息并进行运动学的正解和逆解运算，可以快速的完成无人自主装载的目标定位及轨迹规划；通过触摸屏向控制组合发送控制指令，从而实现无人自主装载的动作，同时触摸屏测量运动过程中各执行机构的状态，控制组合实时地将系统状态上传到触摸屏显示。
63.实施例5
64.基于上述实施例，本发明还提供一种无人自主装载车控制方法，包括如下步骤：
65.s1.通过定位定向系统定位车身大地坐标，获取货物箱坐标后通过对比货物箱与车身当前坐标位置进行路径规划，根据规划路径移动到货物箱附近；
66.s2.驻车展开，通过车辆支腿以及车载水平传感器进行整车调平，展开完成后通过车身摄像头进行目标货物箱捕捉，捕捉完成后计算出目标货物箱位置坐标，根据位置坐标规划上装支臂运动路径，上装支臂根据运动路径运动到目标货物箱上方定位对准；
67.s3.根据摄像头定位的目标孔位控制机械手抓取货物箱，货物箱抓取完成后上装起重机工作将目标货物箱吊起，完成后进行车辆撤收，电气控制组合上报服务器抓取完成；
68.s4.对比当前车辆坐标与被装载车辆坐标位置进行路径规划，装载车根据路径移动到被装载特种车辆位置附近，装载车开始驻车展开，通过车辆支腿以及车载水平传感器进行整车调平；
69.s5.通过摄像机捕捉被装载目标点位，目标点定位后根据坐标对比规划上装支臂运动路径，上装支臂运动到指定位置上方后机械手进行装载工作，装载过程中通过摄像机实时进行比对并调整机械手角度，当装载完成后电气控制组合上报服务器装载完成。

技术特征：
1.一种无人自主装载车控制系统，其特征在于：包括电气控制组合、伺服驱动系统、液压控制系统和传感器组，所述电气控制组合连接控制伺服驱动系统、液压控制系统和传感器组，液压控制系统通过比例阀模块控制动作油缸，伺服驱动系统通过驱动器控制电机，传感器组通过can总线连接电气控制组合。2.如权利要求1所述的无人自主装载车控制系统，其特征在于：所述液压控制系统和伺服驱动系统均通过can总线连接电气控制组合。3.如权利要求1所述的无人自主装载车控制系统，其特征在于：所述动作油缸包括上装支臂和支腿的动作油缸，其中液压控制系统通过上装支臂比例阀模块控制上装支臂的动作油缸，通过下装比例阀模块控制支腿的动作油缸；所述液压控制系统还连接控制有起重机比例阀模块和锁紧比例阀模块。4.如权利要求3所述的无人自主装载车控制系统，其特征在于：所述上装支臂的动作油缸包括俯仰油缸、摆转油缸、滚转油缸、一级变幅油缸、二级变幅油缸、支臂伸缩油缸、起重机油缸；所述支腿的动作油缸包括左前支腿油缸、支腿油缸、支腿油缸、支腿油缸、左右横梁油缸。5.如权利要求1所述的无人自主装载车控制系统，其特征在于：所述伺服驱动系统分别通过支臂驱动器和吊具驱动器控制支臂电机和夹爪电机；所述伺服驱动系统还连接有支臂六维力传感器和支臂销轴力传感器。6.如权利要求5所述的无人自主装载车控制系统，其特征在于：所述支臂电机包括锁紧电机、腕关节电机、滚转电机和肘关节电机；所述夹爪电机包括剪刀手电机和夹角电机。7.如权利要求1所述的无人自主装载车控制系统，其特征在于：所述电气控制组合还通过ad线路连接有压力传感器。8.如权利要求1所述的无人自主装载车控制系统，其特征在于：所述电气控制组合还通过udp总线连接有定位定向系统和视觉感知系统；所述电气控制组合还通过udp总线连接有车载服务器；车载服务器通过移动通信的方式与手持遥控器、云端服务器通信。9.一种无人自主装载车控制方法，其特征在于：采用如权利要求1～8中任一项所述的无人自主装载车控制系统，包括如下步骤：s1.通过定位定向系统定位车身大地坐标，获取货物箱坐标后通过对比货物箱与车身当前坐标位置进行路径规划，根据规划路径移动到货物箱附近；s2.驻车展开，通过车辆支腿以及车载水平传感器进行整车调平，展开完成后通过车身摄像头进行目标货物箱捕捉，捕捉完成后计算出目标货物箱位置坐标，根据位置坐标规划上装支臂运动路径，上装支臂根据运动路径运动到目标货物箱上方定位对准；s3.根据摄像头定位的目标孔位控制机械手抓取货物箱，货物箱抓取完成后上装起重机工作将目标货物箱吊起，完成后进行车辆撤收，电气控制组合上报服务器抓取完成。10.如权利要求9所述的无人自主装载车控制系统，其特征在于：还包括以下步骤：s4.对比当前车辆坐标与被装载车辆坐标位置进行路径规划，装载车根据路径移动到被装载特种车辆位置附近，装载车开始驻车展开，通过车辆支腿以及车载水平传感器进行整车调平；s5.通过摄像机捕捉被装载目标点位，目标点定位后根据坐标对比规划上装支臂运动路径，上装支臂运动到指定位置上方后机械手进行装载工作，装载过程中通过摄像机实时
进行比对并调整机械手角度，当装载完成后电气控制组合上报服务器装载完成。

技术总结
本发明提供了一种无人自主装载车控制系统，包括电气控制组合、伺服驱动系统、液压控制系统和传感器组，所述电气控制组合连接控制伺服驱动系统、液压控制系统和传感器组，液压控制系统通过比例阀模块控制动作油缸，伺服驱动系统通过驱动器控制电机，传感器组通过CAN总线连接电气控制组合。本发明还提供一种无人自主装载车控制方法。本发明能实时监控系统运行状态，可通过机械臂与机械手结合进行伸缩、抓取、下放动作实现目标的抓取与装载；通过引入高速总线易于实现整车装载动作同步进而实现无人自主装载。无人自主装载。无人自主装载。


技术研发人员：周永康 王海龙 陈双良 熊云 向振文 邹龑 冯洪熙 于兴超 桂占先
受保护的技术使用者：贵州航天天马机电科技有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/8