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原文传递基于RTK的六履带车辆自适应行走系统及行走方法

专利名称：	基于RTK的六履带车辆自适应行走系统及行走方法
摘要：	本发明公开了一种基于RTK的六履带车辆自适应行走方法及系统，该系统包括RTK测量仪器、下位机、数据采集卡、工控机、驱动电机控制单元和电源组成，所述的下位机AO板卡信号输出通道1与数据采集卡连接；RTK接收器和数据采集卡的输出端与工控机的输入端连接；工控机的输出端与下位机的输入端连接；下位机AO板卡信号输出通道2与驱动电机控制单元连接；整个系统由电源供电。本发明提供的方法和系统提高了六履带车辆在自适应行走时的控制精度，提高了大型露天矿山机械的安全性和工作效率；利用模糊PID控制技术，通过控制六履带车辆的履带驱动系统以及转向系统，六履带车辆的实际行驶路径与预设路径相吻合，实现高精度自适应行走。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	王国强;葛浩然;姜瑞华;陈春思;关威
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910283311.6
公开号：	CN109911044A
代理机构：	长春市四环专利事务所(普通合伙)
代理人：	张建成
分类号：	B62D55/065(2006.01);B;B62;B62D;B62D55
申请人地址：	130012 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.一种基于RTK的六履带车辆自适应行走系统，其特征在于：包括RTK接收器(1)、下位机(2)、数据采集卡(3)、工控机(4)、驱动电机控制单元(5)和电源(6)；所述的下位机(2)的AO板卡第一信号输出通道与数据采集卡(3)连接；RTK接收器(1)和数据采集卡(3)的输出端与工控机(4)的输入端连接；工控机(4)的输出端与下位机(2)的输入端连接；下位机(2)的AO板卡第二信号输出通道与驱动电机控制单元(5)连接；整个系统由电源(6)供电；所述的RTK接收器(1)安装在六履带车辆上，获取六履带车辆的位置信息和行驶轨迹；所述的下位机(2)安装在六履带车辆上，获取六履带车辆的距离偏差、航向角偏差、转向角和各履带驱动轮转速信息；距离偏差、航向角偏差通过下位机(2)的AO板卡第一信号输出通道传输到数据采集卡(3)再传输到工控机(4)进行处理，工控机(4)中的信息处理模块(41)根据六履带车辆行驶所需转角计算出转向系统驱动六履带车辆至所需转向角所需要的力和各履带驱动轮角速度，工控机(4)把信息处理模块(41)计算出的信息传输至下位机(2)，用来控制六履带车辆自适应行走；所述的工控机(4)固定在驾驶舱内，包括信息处理模块(41)和模糊PID控制模块(42)；工控机(4)中的信息处理模块(41)对RTK接收器(1)的位置信息处理和下位机(2)的距离偏差、航向角偏差、转向角和各履带驱动轮转速进行信息处理。 2.根据权利要求1所述的一种基于RTK的六履带车辆自适应行走系统，其特征在于：所述的模糊PID控制模块(42)包括模糊控制器和PID控制器；其中，模糊控制器控制PID控制器的三个控制参数的大小，根据不同工况，控制器输出不同的PID控制参数，使误差尽快调节至需要值；输入信号为距离偏差De和航向角偏差θe；模糊PID控制模块(42)包括输入模块、参数模糊化模块、模糊推理模块和去模糊化模块。 3.根据权利要求2所述的一种基于RTK的六履带车辆自适应行走系统，其特征在于：所述的模糊PID控制模块(42)的具体结构为：模糊PID控制器由模糊控制器和PID控制器组合构成，模糊PID控制原理是，模糊控制器根据输入误差来确定PID控制器的比例环节系数KP、积分环节系数KI和微分环节系数KD，PID控制器根据误差输入输出相应的控制量到被控对象，对执行机构进行控制；整个系统有两个输入参数：距离偏差和航向角偏差，两个输入参数首先传输至模糊控制器，模糊控制器跟据已经编译好的规则库，调整模糊控制器的输出，模糊控制器一共有三个输出：KP、KI和KD，模糊控制器的三个输出赋给PID控制器，同时将距离偏差和航向角偏差求和赋给PID控制器，PID控制器根据总偏差和三个控制参数的大小输出相应的控制信息，工控机(4)的信息处理模块(41)根据控制信息计算出转向系统驱动六履带车辆至所需转向角所需要的力和各履带驱动轮角速度，这些信息传输至下位机(2)，驱动电机控制单元(5)根据控制信息实时调节自身执行机构控制六履带车辆自适应行走；输入模块：2个输入为六履带车辆距离偏差和航向角偏差；参数模糊化模块：10个隶属度函数，完成隶属度函数值的求取；其中距离偏差采用5个模糊集合描述，航向角偏差也采用5个模糊集合表示；各个模糊集合隶属函数都采用高斯函数；模糊推理模块：25条模糊规则；模糊推理采用代数积-加法方法；去模糊化模块：三个输出为KP、KI和KD；去模糊采用加权平均法。 4.权利要求1所述一种基于RTK的六履带车辆自适应行走系统的行走方法，其特征在于：包括以下步骤： (1)设定预设轨迹，由RTK接收器(1)接收位置信息和行驶轨迹，将预设轨迹GPS和六履带车辆实时的RTK-GPS经坐标转换模型转换到同一平面坐标系，并由工控机(4)的信息处理模块(41)计算得到履带车辆实际轨迹与预设轨迹的距离偏差和航向角偏差； (2)将距离偏差和航向角偏差输入到模糊PID控制模块(42)，通过运算得到六履带车辆的转角； (3)信息处理模块(41)根据六履带车辆转角以及六履带车辆的行驶速度，计算转向系统驱动六履带车辆至所需转向角所需要的力和各履带驱动轮的角速度； (4)工控机(4)将信息处理模块(41)计算的信息传输至下位机(2)，下位机(2)通过AO板卡第二信号输出通道根据信息处理模块(41)传输的信息控制各变频器，进而控制各驱动电机，改变各六履带车辆转角和各驱动轮速度； (5)完成自适应行走。 5.跟据权利要求4所述的一种基于RTK的六履带车辆自适应行走系统的行走方法，其特征在于：所述步骤(1)中将预设轨迹GPS和六履带车辆实时的RTK-GPS经坐标转换模型转换到同一平面坐标系的具体方法如下：假设需转换的预设轨迹GPS为点是其纬度，λA是其经度；六履带车辆所在位置的GPS为点是六履带车辆的纬度，λB是六履带车辆的经度；在跟随过程中，二者之间的测地线距离相对于地球半径是很小的，六履带车辆和目标点所在的区域为一个平面；以B点为原点，正北方向为y轴，正东方向为x轴建立平面直角坐标系；确定在B点的相对位置和方位问题转化为确定A在平面直角坐标系内的坐标(xA，yA)的问题；xA、yA可由下式得到： 6.根据权利要求4所述的一种基于RTK的六履带车辆自适应行走系统的行走方法，其特征在于：所述的步骤(3)中计算实际各履带驱动轮所需角速度的具体方法为：根据六履带车辆转向角以及六履带车辆的行驶速度，计算实际各履带驱动轮所需角速度为：
所属类别：	发明专利