工程機(jī)械機(jī)器人化關(guān)鍵技術(shù)探討

張偉 蔣宗來 徐曉偉

摘 要 建設(shè)機(jī)械機(jī)器人化所包含的內(nèi)容有很多。以工程機(jī)械專用控制裝置為基礎(chǔ)，建構(gòu)系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行電液伺服控制的改造。為了識(shí)別啟動(dòng)物體，將安裝視覺檢查系統(tǒng)，并設(shè)置衛(wèi)星位置確認(rèn)系統(tǒng)。上部電腦通過有限狀態(tài)機(jī)器進(jìn)行操作目標(biāo)分解，下邊的伺服控制器則為實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的智能控制而執(zhí)行特定動(dòng)作。文章針對(duì)工程機(jī)械機(jī)器人化核心技術(shù)進(jìn)行了分析，提出具體的實(shí)現(xiàn)方法，整理了工程機(jī)械機(jī)器人化的途徑和研究焦點(diǎn)，提供了相應(yīng)的理論和適用標(biāo)準(zhǔn)值。

關(guān)鍵詞 工程機(jī)械;智能化;機(jī)器人化;核心技術(shù)

引言

機(jī)器人工程技術(shù)的廣泛應(yīng)用，能夠使相關(guān)的電腦技術(shù)、信息感應(yīng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和人工智能更好的適用于建筑機(jī)械，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性、移動(dòng)性和安全性的提高，從而提高機(jī)械的性能和可靠性，降低燃油消耗量，提高運(yùn)行效率和質(zhì)量。

1電液伺服控制技術(shù)的應(yīng)用

為了提高工程機(jī)械的操作性能，對(duì)機(jī)械或油壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)。第一，手動(dòng)控制系統(tǒng)由手動(dòng)操縱系統(tǒng)改進(jìn)為計(jì)算機(jī)編程的電液伺服控制，為了更好地保證工作裝置的自動(dòng)控制，一般直接使用電液比例控制或電液多比例控制多方向閥門。機(jī)械的電液伺服控制系統(tǒng)整合了手動(dòng)先到控制和先導(dǎo)比例減壓閥，從而能夠在手動(dòng)和電子控制中對(duì)切換閥進(jìn)行選擇[1]。

2遙控與自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用

提升工程機(jī)械的電液伺服器控制后，在工作設(shè)備及驅(qū)動(dòng)裝置上安裝相應(yīng)的位置及壓力傳感器，并將感應(yīng)信息反饋給控制器，形成完整的工程機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)。遠(yuǎn)程啟動(dòng)可實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的自動(dòng)啟動(dòng)。如果工程機(jī)械工作環(huán)境惡劣，一般PLC控制器都難以滿足嚴(yán)格的環(huán)境要求，這時(shí)需要一個(gè)保護(hù)水平更高的特殊動(dòng)作控制器，這不僅可以實(shí)現(xiàn)程序化邏輯控制，還可以進(jìn)行特定規(guī)劃、敘事、快速收集和并列計(jì)算等能力[2]。

3智能監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的應(yīng)用

工程機(jī)器在復(fù)雜而惡劣的環(huán)境中工作的情況較多，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)、故障診斷及警報(bào)是提高安全和信賴性的重點(diǎn)。在建筑機(jī)械的主要部件上安裝傳感器，對(duì)系統(tǒng)中每個(gè)變量進(jìn)行定量監(jiān)測(cè)，使用最新信號(hào)處理技術(shù)提取信息功能，再由專家進(jìn)行推論，然后對(duì)危險(xiǎn)作業(yè)進(jìn)行預(yù)知和預(yù)測(cè)，并且提供上述相關(guān)的維護(hù)策略。過去工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)中，嵌入式微控制器一般用于直接收集信息，或者系統(tǒng)控制中只使用總線控制系統(tǒng)。最近，移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)引入了CAN總線基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過CAN/TCP之門相互連接，在以TCP/IP為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)和實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)之間建立了靈活的連接。與原來的分點(diǎn)間控制系統(tǒng)相比，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是高配置、資源共享、輕松擴(kuò)展和維護(hù)、遠(yuǎn)程操作等[3]。

4識(shí)別與智能控制技術(shù)

4.1 對(duì)象識(shí)別

工程機(jī)械在無人工作中要充分認(rèn)識(shí)外部環(huán)境，有效識(shí)別啟動(dòng)物體，必須確定工作范圍和視覺干擾，識(shí)別工作物體和路徑干擾。雙筒望遠(yuǎn)鏡立體視覺設(shè)置在回轉(zhuǎn)路徑上，能夠很好地識(shí)別步行路徑和工作物體，eyeon-in-hand手眼系統(tǒng)安裝在挖掘部位上使用。在進(jìn)入工作目標(biāo)時(shí)，能更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定地執(zhí)行視覺伺服控制。

4.2 智能控制

雖然每個(gè)工程機(jī)械的控制戰(zhàn)略都不一樣，但基本控制結(jié)構(gòu)是由高級(jí)作業(yè)計(jì)劃、中層路徑和軌跡規(guī)劃及伺服控制構(gòu)成的。伺服器采用的是工程機(jī)械專用的特殊控制器，上面及中間等級(jí)別的決策都由主機(jī)完成，并具備衛(wèi)星確定位置及自動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)模塊。選定一個(gè)任務(wù)目標(biāo)后，使用有限的操作系統(tǒng)，對(duì)通過智能控制比較復(fù)雜的進(jìn)行采掘機(jī)器的操作系統(tǒng)進(jìn)行分析，將采掘?qū)ο蠓纸獬啥鄠€(gè)動(dòng)作，然后將每個(gè)動(dòng)作再分解，最后將任務(wù)分解成多個(gè)動(dòng)作。狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換由感知條件和動(dòng)作判斷決定。目標(biāo)到特定動(dòng)作的決策計(jì)劃完成后，下方的伺服器控制特定動(dòng)作。

使用GPS或北斗等定位系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲得工程機(jī)械準(zhǔn)確的位置信息，從而有效的選擇工作位置。鉆井工作中使用衛(wèi)星定位能夠準(zhǔn)確地配置鉆孔，并自動(dòng)修改和控制鉆孔深度。在工地上有很多的工程機(jī)械，如果把它們定位，就體現(xiàn)了智能型建設(shè)機(jī)械的工程控制，通過集中式布局和分散控制，能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化，從而保證工作質(zhì)量，讓工程質(zhì)量穩(wěn)定準(zhǔn)確。這也是適應(yīng)未來現(xiàn)代化建設(shè)的機(jī)器。同時(shí)，GPS技術(shù)在使用的過程中還可以實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)工作，對(duì)工程建設(shè)中各結(jié)構(gòu)的變形及位移情況進(jìn)行檢測(cè)，以保證工程推進(jìn)的安全性[4]。

5結(jié)束語

為了實(shí)現(xiàn)建設(shè)機(jī)械的機(jī)器人化，首先必須將建設(shè)機(jī)械轉(zhuǎn)換成電液伺服控制，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)控制系統(tǒng)，構(gòu)建以工程機(jī)械用特殊控制器為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，工程機(jī)械的工作狀態(tài)可以進(jìn)行綜合的監(jiān)測(cè)和診斷。視覺檢測(cè)系統(tǒng)的安裝能夠有效識(shí)別運(yùn)營(yíng)目標(biāo)，為任務(wù)計(jì)劃和軌道計(jì)劃奠定基礎(chǔ)。衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)的安裝能夠準(zhǔn)確地為智能型機(jī)械群落的施工控制過程，安裝基礎(chǔ)的配置。工程機(jī)械的智能型控制系統(tǒng)可分為高級(jí)行為決策計(jì)劃和低層伺服控制，高級(jí)行為決策通過有限狀態(tài)的機(jī)器進(jìn)行分解工作，然后由底層伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行動(dòng)作控制。該文章詳細(xì)介紹了建設(shè)機(jī)械機(jī)器人化的核心技術(shù)，提出了具體的實(shí)現(xiàn)方法，并將工程機(jī)械機(jī)器人化的實(shí)現(xiàn)途徑和研究焦點(diǎn)明確起來，具有很高的應(yīng)用和參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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