基于堆料面预测模型的电铲三维挖掘轨迹规划

作     者：黎柿汪 张天赐 付涛 李光 孙刚 宋学官 LI Shiwang;ZHANG Tianci;FU Tao;LI Guang;SUN Gang;SONG Xueguan

作者机构：大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 太原重工股份有限公司矿山采掘装备及智能制造国家重点实验室山西太原030024 

出 版 物：《大连理工大学学报》 (Journal of Dalian University of Technology)

年 卷 期：2022年第62卷第6期

页      面：582-591页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52075068) 

主　　题：智能电铲 多项式响应面(PRS)法 堆料面预测模型 能耗最优 轨迹规划 

摘      要：为实现智能化电铲在露天矿山实时节能的挖掘,提出了一种基于堆料面预测模型的能耗最优挖掘轨迹规划方法.该方法通过激光雷达获取实际堆料面点云感知外部环境,并基于点云数据,采用多项式响应面(PRS)法对堆料面形貌进行建模,实现轨迹规划中动态挖掘体积计算;然后,采用拉格朗日方程建立电铲工作装置动力学模型计算挖掘能耗,采用高次多项式对挖掘轨迹进行插值,将挖掘时间和能耗分别作为优化变量和优化目标,以挖掘过程中几何条件与电机性能等为约束,实现真实料场环境中高效的三维挖掘轨迹规划.实验结果表明,基于多项式响应面法的堆料面模型精度能达到95%以上且建模时间在0.05 s内;挖掘轨迹规划可满足实时性要求,计算结果可靠且所得轨迹能有效应用于电铲自主挖掘.