挖掘機控制系統(tǒng)及作業(yè)對象物的識別.pdf

1、挖掘機代替了大量的人力勞動，大大提高了工作效率。但在有毒氣、高溫、易崩塌等惡劣環(huán)境中，操作人員的安全和健康受到嚴重威脅，無法駕駛挖掘機進入其中作業(yè)，使挖掘機的應用受到了很大的限制。為實現(xiàn)在無人操作情況下，實施挖掘作業(yè)，設計挖掘機的無人化控制系統(tǒng)。本課題研究了適合挖掘作業(yè)對象物特征的雙目視覺識別系統(tǒng)，計算對象物體積、相對位置。根據計算結果自行規(guī)劃作業(yè)，由單片機驅動執(zhí)行機構，并檢測運動狀況。該系統(tǒng)由視覺識別、行走驅動、運動檢測三部分組成，可

2、以協(xié)調工作，完成作業(yè)計劃。 通常，操作人員觀察對象物的位置和大小，拉動左、右操縱桿控制挖掘機履帶接近對象物，到達對象物位置后，控制鏟斗挖起并倒入自卸車。在挖掘機智能化系統(tǒng)的設計中，操作人員的判斷、控制全由智能化的軟硬件代替。系統(tǒng)的硬件由一臺PC(上位機)、雙目視覺系統(tǒng)和單片機系統(tǒng)(下位機)組成。 挖掘機作業(yè)的對象物，一般為礦石或巖石，相對于制造加工業(yè)的對象物，其外形具有隨機性強的特點，針對此特點設計了相應計算方法。傳感器

3、選用CCD攝像機，通過視頻采集卡A/D轉換將圖像數據輸入計算機進行處理。利用人類雙眼立體成像的原理，挖掘機機身兩側安裝的兩個CCD攝像機同時拍攝得到兩個圖像，經過邊緣檢測，提取特殊點，選取一般點，計算二維坐標，分割錐體這幾個步驟對圖像進行識別處理，然后將同一點在兩圖像中所成像匹配，根據兩攝像機投影面中的坐標，計算在空間中該點相對于挖掘機的三維坐標。根據最高點的三維坐標可得到對象物的相對距離及方位角，把對象物整體分割，計算各分割部分體積、

4、相加可得到整體近似的體積。 對象物的識別完成后，計算結果通過串行異步通訊被輸送給單片機。用單片機驅動履帶輪的行走，并由霍爾傳感器與磁鋼組成的位移傳感器檢測行走狀態(tài)?；魻栭_關元件所發(fā)脈沖輸入到單片機計數器引腳，計數挖掘機前進及轉向的步數。最后針對此種位移傳感器的固有誤差設計補償誤差的計算方法。論文還進行了挖掘時計算各關節(jié)角度的運動學和解析逆運動學解析。本研究的特點及意義如下所述： 針對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)規(guī)模龐大，使“挖掘機器人”

5、自由的移動受到嚴重限制的問題，應用UART數據傳輸技術，將PC數據處理能力強大與單片機小型輕量的優(yōu)點結合，互補短長，提出一套全新的控制方案，令移動機器人可以自由行走并實時處理大量數據。 本研究的主要特色是將雙目視覺系統(tǒng)及圖像識別算法應用于挖掘機特有的，形狀無規(guī)則的對象物，針對它提出有效的圖像識別及計算三維坐標的方法。 為在完全無人控制的情況下進入未知的復雜環(huán)境中實施挖掘作業(yè)，研究出了整套的軟硬件系統(tǒng)和控制算法。不論是對于