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原文传递一种基于ROS的智能矿用挖掘机系统

专利名称：	一种基于ROS的智能矿用挖掘机系统
摘要：	本发明公开了一种基于ROS的智能矿用挖掘机系统，包括遥控器、激光雷达、惯性测量单元、上位机、工控机和单片机控制板，所述的单片机控制板包括电机控制模块、传感器采集模块和电源管理模块。所述的激光雷达和传感器采集模块构成感知系统，所述的遥控器和电机控制模块构成操控系统。本发明完成了感知系统和操控系统在ROS上的融合，而且融合多传感器易实现挖掘机的智能化控制。本发明建立了多节点数据流的实时通讯机制，实现了挖掘机各节点信息的实时传输与交换。本发明实现了整个挖掘机系统的多机器多节点启动的形式，能实时启动不同的节点并进行监测，也能直接通过主节点来启动所有节点完成挖掘动作。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	大连理工大学
发明人：	宋学官;范中磊;张天赐;赵永刚;王鑫;李建飞;孙伟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910041691.2
公开号：	CN109826272A
代理机构：	大连东方专利代理有限责任公司
代理人：	李洪福
分类号：	E02F9/20(2006.01);E;E02;E02F;E02F9
申请人地址：	116024 辽宁省大连市高新园区凌工路2号
主权项：	1.一种基于ROS的智能矿用挖掘机系统，其特征在于：包括遥控器、激光雷达、惯性测量单元、上位机、工控机和单片机控制板，所述的单片机控制板包括电机控制模块、传感器采集模块和电源管理模块；所述的激光雷达和传感器采集模块构成感知系统，所述的遥控器和电机控制模块构成操控系统；所述的遥控器通过蓝牙接收器与工控机无线连接，工控机控制挖掘机进行自动挖掘和手动挖掘切换、完成挖掘机旋转、卸料动作；所述的激光雷达与工控机通过网线连接，激光雷达扫描后的物料坐标传输给工控机进行处理；所述的惯性测量单元与工控机通过USB串口连接，惯性测量单元记录并保存挖掘机在挖掘过程中前端工作机构的振动数据；所述的工控机负责整个系统的通讯，包括上位机和工控机之间、工控机和激光雷达之间以及工控机和单片机控制板之间的通讯，工控机还负责激光雷达数据的接收和处理以及数据的保存；工控机通过接收上位机的控制指令，解析指令后控制单片机控制板执行动作，感知系统将实时测量每次挖掘过程中得到的数据发送到工控机上保存并在上位机上作图显示；所述的上位机与工控机通过路由器无线网络连接，上位机与工控机通过ROS的不同节点进行通信并由上位机远程控制工控机下发执行指令，在上位机上实现挖掘机多节点间数据流的实时通讯机制保证数据间的实时传输与交换，所述的节点包括主节点、传感器节点、手柄节点、惯性测量单元节点和激光雷达节点；所述的数据流包括传感器数据、电机编码器数据以及挖掘状态显示数据；所述的挖掘机多节点间数据流的实时通讯机制，包括主节点提供整个系统的数据关系，发布话题并订阅其他节点发布的话题，方便各节点信息彼此调用与交换；传感器节点通过将传感器采集模块所有的传感器融合在一个节点上、然后启动节点发布传感器数据话题便于其他节点订阅；手柄节点通过发布手柄不同按钮的话题消息并由主节点订阅进行不同的挖掘动作；惯性测量单元节点通过发布惯性测量话题并由主节点订阅完成保存惯性测量单元数据的工作；主节点发布点云数据的话题并保存，然后由激光雷达节点订阅主节点发布的点云数据的话题，激光雷达节点控制激光雷达进行点云数据保存并且发布点云数据的话题，再由主节点订阅该话题完成信息交换、将获得的数据传入工控机进行计算；所述的单片机控制板包括电机控制模块、传感器采集模块和电源管理模块，单片机控制板通过接收工控机下发的指令控制电机执行动作并将传感器采集模块采集的数据通过ROS与单片机控制板的接口实时传输到上位机屏幕上显示并在工控机上进行保存，实现在整个系统上融合多个传感器进行工作并实时监测挖掘状态，完成感知系统和操控系统在ROS上的融合；所述的电机控制模块包括底盘左电机、平台电机、提升电机、推压电机和底盘右电机，底盘左电机和底盘右电机驱动挖掘机底盘进行行走，提升电机和推压电机共同驱动挖掘机提拉绳和推压杆完成挖掘动作，旋转电机驱动挖掘机平台进行旋转，各电机与电机控制模块通过串口进行通信，电机控制模块通过接收单片机控制板的指令执行动作实现挖掘工作；所述的传感器采集模块包括扭矩传感器、压力传感器、拉力传感器、铲斗编码器、倾角传感器、电磁铁和LED指示灯，各传感器与传感器采集模块通过串口进行通信；所述的传感器采集模块采集的数据由工控机通过单片机控制板调用并在上位机上实时作图显示，传感器采集模块通过扭矩传感器实时记录挖掘过程推压杆的推压力，通过拉力传感器实时记录提拉绳的拉力，通过铲斗编码器实时记录提拉绳实时的长度，压力传感器实时记录料堆质量的变化，通过倾角传感器保证挖掘机在倾斜过程中自动断电保护，通过电磁铁完成挖掘过程中的卸料动作，通过LED指示灯指示挖掘机的实时状态；所述的挖掘机的实时状态包括：黄灯闪烁表示电压过低；红灯闪烁表示有严重故障发生，包括电机故障或机器发生倾倒；蓝灯常亮表示挖掘机正处于手动模式下；绿灯常亮表示挖掘机正处于自动模式下；所述的电源管理模块包括电源检测装置，为挖掘机提供电能并负责检测电源电量强弱；所述的工控机和上位机均安装ubuntu16.04系统和ROS的Kinetic版本。
所属类别：	发明专利