掘进机智能行走控制系统的设计与实现

【摘要】：伴随着时代的发展和科学技术的进步,技术的革新成为矿山机械面临的巨大挑战。依靠传统的掘进机虽然可以实现机械化施工,但是只能在一定程度上满足上述要求,机械仍然要靠司机的手工操作,这样就造成了司机劳动程度大、舒适性差而且劳动生产率低。巷道掘进机的一大发展趋势是向智能化方向发展,开发研制自动掘进机是解决该问题的必然方向。实现智能化掘进的前提是必须实现行走的智能控制。 本文结合设计要求,设计实现了基于AT91SAM9G20与C8051F040为核心的掘进机智能行走控制系统,该智能控制系统能根据掘进机当前位姿与预定轨迹上关键点位姿间的误差来自动的调整,保证掘进机始终能在允许的误差范围内行走,从而达到智能行走的效果。 首先,给出了基于AT91SAM9G20和C8051F040为核心的掘进机智能行走控制系统的总体设计方案。 其次,采用模块化的设计思想设计了掘进机智能行走控制系统的的各个模块,主要包括了数据采集模块、通信模块、控制模块。对各个模块的设计进行了说明。 然后,建立了履带式掘进机的运动学模型,推导出了掘进机位姿与左右履带速度间的关系,研究了基于位姿误差和速度的控制策略,并对控制律的稳定性进行了证明,设计了相应的控制策略。并通过仿真实验验证了所设计控制策略的有效性。 最后对系统的软件实现和系统环境的搭建进行说明,通过实验测试对算法的不足进行改进,采用多级阈值结合、并加入异常处理的方式,对掘进机的行走进行控制,并进一步验证了改进后控制算法的有效性。