Способ управления мобильным агророботом

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Цель изобретения - повьшение надежности управления. Измеряют отклонение от курса и базовой линии в гоне. Осуществляют вождение мобильного агрегата по сигналу об отклонении его от курса и базовой линии в гоне. Производят поворот мобильного агрегата в конце гона. Одновременно измеряют скорость движения, ведущие моменты и опорные реакции движителей. Затем производят регули - рование скорости, ведущих моментов и опорных реакций движителей по результатам полученной информации. При этом процессы вождения в гоне, поворота в конце гона, регулирование скорости движения, ведущих моментов и опорных реакций согласовывают. Очередность возникновения информации и величину накопленной ошибки фиксируют . Определяют упреждающую информацию . Осуществляют управление с учетом этой упреждающей информации и величины сигнала о накопленной ощибке. 9 ил. с SS (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 А 01 В 69 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4043518/30-15 (22) 19.02.86

:(46) 07.05.88. Бюл. 1(17 (75) И.М.Гаджимурадов ,(53) 631.352.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ,1(1033033, кл. А 01 В 69/04, 1983. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МОБИЛЬНЫМ

АГРОРОВОТОМ (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству. Цель иэобретения— повышение надежности управления. Измеряют отклонение от курса и базовой линии в гоне. Осуществляют вождение мобильного агрегата по сигналу об отклонении его от курса и базовой линии в гоне. Производят поворот мобильного агрегата в конце гона. Одновременно измеряют скорость движения, ведущие моменты и опорные реакции движителей. Затем производят регулирование скорости, ведущих моментов и опорных реакций движителей по результатам полученной информации. При этом процессы вождения в гоне, поворота в конце гона, регулирование скорости движения, ведущих моментов и опорных реакций согласовывают. Очередность возникновения информации и величину накопленной ошибки фиксируют, Определяют упреждающую информацию. Осуществляют управление с учетом этой упреждающей информации и с величины сигнала о накопленной ошибке. 9 ил.

1 13933

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам уп" равления мобильными агророботами.

Цель изобретения — повышение надежности управления.

На фиг.1 дана графическая интер". претация многоуровневой модели для реализации способа формирования режима работы агроробота при повороте 10 по интегрированной информации о внешних условиях;,.на фиг. 2 — схема варианта системы управления агророботом; на фиг. 3 - алгоритм управления моторно-трансмиссионной и тормозной 15 системами формирования режима работы при одновременном изменении углов поворота и крутизны склона; на фиг.4 вариант выполнения связи элементов управления полуроботом с учетом цент- 20 робежной силы; на фиг. 5 — алгоритм управления в режимах утилизации энергии толкающей силы и торможения в период поворота; на фиг. 6 — схема возникновения закономерной погреш- 25 ности траектории агроробота-склонохода пропорционально наклону колес к опорной поверхности и возникновения поворачивающих моментов колес за счет изменения радиуса качения; на ЗО фиг. 7 — связи сигналов формирования траектории; на фиг. 8 — связи сигналов регулирования скорости, на фиг. 9 — то же, что на фиг.3„ но беэ буквенного обозначения параметров.

Сущность способа заключается в том, что измеряют отклонение агроробота от курса и базовой линии в гоне осуществляют вождение агроробота по сигналу об отклонении от курса и базовой линии, поворот его в конце го" на, измерение скорости движения, ведущих моментов и опорных реакций движителей, регулирование скорости, ведущих моментов и стабилизацию опор- 45 ных реакций движителей по результатам получаемой информации. При этом процессы вождения в гоне, поворота в конце гона, регулирования скорости движения, ведущих моментов и опорных реакций согласовывают, фиксируют оче50 редность возникновения информации и

Величину накопленной ошибки, определяют упреждающую информацию и осущестВляют управление с учетом упреждающей информации и величины сигнала о

55 .накопленной ошибке.

Устройство для реализации способа

:одержит схему многоуровневой модели

34 2 формирования режима при повороте пу" тем использования интегрированной и упреждающей информации об изменении внешних условий (фиг.1), которая имеет блок слежения за изменением опорных реакций, блок 2 определения разницы ведущих моментов, блок 3 изме рения линейного отклонения от целевой траектории при работе в гоне, блок 4 измерения радиуса поворота, блок 5 измерения скорости движения, блоки

6 - 10 сравнения измеряемых параметров с целевыми их значениями для формирования сигнала. Блок 6 — формирователь сигнала о разнице между целевым и текущим значениями опорных реакций, блок 7 — формирователь сигнала о разнице ведущих моментов, блок 8 — формирователь сигнала о линейном отклонении от целевой траектории, блок 9формирователь сигнала о радиусе поворота, блок 10 — формирователь сигнала об изменениии скорости no .. сравнению с целевым ее значением.

Если р азница между целевым и текущим значениями положительна, формируется сигнал на выходе нДа . На выходе "Нет" сигнал указывает на переход для слежения за параметрами на следующем уровне. Датчики 11 - 15 выдачи информации — преобразователи сигнала соответственно: 11 - угла крутизны склона, 12 — ускорений бортой, 13 — курса, 14 " радиуса поворс та, 15 — ускорения, служат для ввоpа информации в формирователи сигна" лов соответственно в 16 - об изменении крутизны склона, в 17 — ускоре.ний бортов, в 18 — курса, в 19 — радиуса поворота, в 20 — ускорения.

Датчики, предназначенные для слежения: 21 — за угловым ускорением, 22 — за различием скоростей бортов, 23 — эа линейным отклонением, 24эа изменением боковой силы, 25 — за моментом нагрузки. Имеются формирователи 26 — 30 сигналов соответственно. углового ускорения, скоростей бортов, линейного отклонения, боковой силы, момента нагрузки, стабилизатор 31, делитель 32 потока энергии, автоводитель 33 при повороте в конце гона, блок 34 регулирования скорости объекта 35 управления.

Система управления мобильным агророботом (фиг.2) содержит направляющие колеса 36 полноповоротного типа с гидромоторами 37 объемного рулево1393334

ro управления на балансире 38, связанные трубопроводами 39, шарнир 40 с датчиком 41 угла относительного поворота осей на концах звеньев 42 параллелограммного механизма относительного перемещения осей, датчик

43 поворота колеса 44 с приводом 45 связи, органы 46 управления с пружиной 47 коробки 48 скоростей тягу 49

3 10 связи с тормозным приводом 50 с пе." далью 51 управления, рулевое колесо

52 с датчиком угла 53, регулируемый гидронасос 54, с тягой 55 связи с распределителем 56, трубопроводом 57

15 связи с гидромотором 58 управления дифференциалом 59 скоростей движителей 60 ведущего моста, в середине которого расположен полозок 61, на ко торый опирается конец упругого рыча 20

ra 62, закрепленный на оси 63 и связанный с движком датчика 64 угла поворота, Датчик 64 связан проводами

65 с блоком 66 управления. Трос 67 пропущен через ролики 68 и натянут пружинами 69 для слежения за разностью деформаций упругих подвесок

70 рамы 71. Рычаг 72, блок 73, распре.делитель 74 и гидроцилиндр 75 служат

,для измерения относительного переме- 30 щения осей, датчик 76 вертикали, преобразователь 77 сигнала о крене и боковой силе. Рычаг 78 имеет фиксатор

79 и соединен с пружиной 80 тормоза

81. Рычаг 82 тормоза 81 связан с датчиком 76 вертикали, подвешенным к ролику 83 на тросовой тяге 84, пропущенной через ролик 85, установленный на рычаге 86 ручной настройки.

Этот механизм имеет тягу 87 и фиксатор 88. Рычаг 89 соединен с регулятором 90 топливного насоса 91 двигателя.

Схема блока расчета скорости движения и силы торможения агроробота (фиг.3) включает блоки 92 — 94 ввода внешних данных в виде углов склона В и поворота А, блок 95 определения знака и вида поворота, блоки 96 и 97 вычисления крутящих моментов с учетом знака моментов от внешних сил

М „ и моментов от сил инерции М„, блок 98 измерения угла поворота °, блок 99 сравнения крутящего момента с нулем для определения работы в тяговом режиме и регулирования расхода топлива, блок 100 проверки пределов измерения угла поворота I блок 101 сравнения отрицательного крутящего момента с моментами от сил сопротивления М1, блок 102 сравнения крутя щего момента M с моментом М от тол т кающей силы рабочих органов путем утилизации, блок 103 повышения угла склона В-B+I блок 104 сравнения и проверки пределов угла склона, блок

105 проверки условий сцелления путем сравнения касательных сил Р со сцепи ньяи возможностями ходовой части, блок 106 определения времени упреждения торможения, блок 107 вычисления ускорения (УСК), блок 108 определения знака ускорения, блок 109 вычисления скорости движения, блок 110 вычисления критической скорости, блок

111 сравнения текущей скорости с критической, блок 112 вычисления центробежной силы Р„, блок 113 сравнения боковой силы с силой бокового сцепления

Р а. 6( где G — сила тяжести; — коэффициент бокового сцепления р блок 114 торможения, блок 115 выдачи сигнала "Авария" и табло 116 "Останов", Вариант выполнения связи элементов управления с учетом центробежной силы (фиг.4) содержит сравнительные органы (СО) силы P торможения, скорости V, крутящего момента М, центробежной силы Р, воспринимающей орган (ВО), двигатель (Д), исполнительные органы (ИО) 1 и 2 объекта управления (ОУ) при работе под влиянием внешних условий, характеризуемых М (t ).

Вариант способа управления мобильным агророботом (фиг.5) дополнительно содержит блок 117 вычисления мощности с учетом угла склона, блок 118 сравнения толкающей силы с нулем

Э блок 119 вычисления мощности с уче том толкающей силы знака плюс и блок !

20 вычисления мощности толкающей силы с. знаком минус, блок 121 формирования сигнала торможения.

Способ формирования сигналов дпя получения целевой траектории (фиг.1) и система для ее осуществления в соответствии с закономерной очередностью возникновения возмущений приведены на фиг.7, где имеются сумматоры 122

125 сигналов для стабилизации, деления потока вождения в гоне при бесконечном радиусе (R = < ) и в конце его.

34 6 где Р,, Р - движущие силы первого и второго бортов. Здесь знак плюс берется при повороте радиусом, равным нулю, а минус при других значе" ниях радиуса поворота.

Разности давления, ведущих моментов, скоростей бортов и радиус понорота взаимосвязаны равенствами:

N,, = Я R(PtP<+GainPsinaC);

Б = сд R(P 4 Р - 0ззл (Зэк.пм).;

О R(P -Gaintlsina) ° где QI, - скорость поворота;

R — радиус поворота, P - касательная сила; 15

Р - реактивная: сила, G " сила тяжести; — угол склона; ь - угол поворота.

Алгоритм дейстния системы и эако- 20 номерная основа способа регулирования скорости с учетам ее связи с углом крутизны склона, кривизны и радиуса поворота, нагрузки, ускорений в графической интерпретации представ- 25 лен на фиг.8, где блоками 130 и 131 соответственно осуществляется слежение эа нагрузкой и формирование сиг-. нала путем сравнения целевого и текущего значений и вычисления их разницы, 15 и 29 — ускорений, 132 и ,133 - ускорений вращающихся деталей, 25 и 30 — момента нагрузки, 5 и 1083 и 134 — боковой силы, 135 и

136 - угла поворота, 137 и 138- радиу. са повррота.

Закономерность регулирования скорости в период поворота характеризуется уравнением

V/h,Ч:= R/Â, 5 13933

Они снабжены регистраторами 126—

l29 соответственно сигналов о отабилиэацни, деления потока, ошибок траектории в гоне и в конце его.

Мощности в блоках 117 — 120 соот5 ветственно вычисляются по равенствам где Ч - средняя скорость;

АЧ - разность скоростей бортов;

R .- радиус поворота;

В - ширина колеи.

Двоякое: влияние буксования и скольжения движителей на радиус поворота характеризуется равенством

dР = 6M/Уг„у;. дМ = (дV-Q/t8)/С

ЪЧ = ЧВ/R = q/ - M/С; В =

= VB/ÜV, где F - площадь поршня гидромашины; г - плечо силы давления;

- КПД гидромашины;

Q — подача (расход) гидромашины;

- объем рабочих полостей гидромашины;

С вЂ” жесткость принода.

Принцип и закономерность формирования сигналов в формирователях имеет аналитическую основу

a=ы, +ьц Y = 1(Ы+ь ), где Ы - текущее значение курсового угла; . Ы, — целевое значение курсового угла;

b a6- разница между целевым и текущим значениями, Y - -текущее значение линейного отклонения от траектории, 1 — смещение датчика от кинематического центра.

Угловое и линейное значения параметров связаны равенством

Y = Saint+ V J sinaL Ж = V<(l+t) о где S — пройденный путь; о - угол поворота рамы;

Ь вЂ” время движения.

Двоякое влияние внешних условий на формирование режима работы характеризуется равенством а

P = P + Gains+»- sing cosa с- В

Э дЧ=V„(1 Р,) - V,(1+8 ), 50 где V Ч - теоретические скорости движителей одной оси; коэффициенты буксования са знаком минус и скольжения со знаком плюс.

Поворачивающий момент

M„B(j + j ),, где P - сопротивление днижению, инерции нагрузки;

G - сила тяжести;

Ы вЂ” угол поворота; а — продольная координата центра масс.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Датчики 1-5 разности опорных реак ций (фиг.l) ат крена, ведущих момен» тав, курса, угла поворота в конце

1393334 гона и скорости выдают интегрирован" ную информацию об изменении внешних условий. Сигналы датчиков 1-5 сравниваются с целевыми значениями в формирователях 6- 10,и на выходах "Да" формируются сигналы для выравнивания реакций, деления потока энергии, регулирования курса при движении в гоне и в конце его и регулирования скорости.

На выходах "Нет" формируются команды для слежения sa условиями на следующем уровне и получения информации об изменении крутизны склона блок 11, ускорений бортов - блок 12, курса — блок 13, радиуса поворота— блок 14, ускорения — блок 15. Эта информация вводится в формирователи

16 - 20 соответствующих сигналов, с выходов Да, которых сигнал о раз- 20 нице между целевым и текущим значениями используется для управления в сторону .устранения сигналов ° С выходов

"Нет" подается команда датчиком 21

25 для слежения за условиями на бо- 25 лее высоком уровне: угловым ускорением, различием скоростей, линейным отклонением, боковой силой, моментом нагрузки. Информация датчиков 21 — 25 вводится с выходов "Нет" во входы формирователей 26 — 30 сигналов, даю.щих соответственно с выходов "ga" сигнал о разнице между целевым и текущим значениями: ускорений, скорос" тей, отклонения, боковой силы и мо--.

35 мента нагрузки для устранения этих сигналов после компенсации погрешностей путем ввода выходного сигнала обратным знаком на вход. Стабилизатор 31, делитель 32 потока энергии, автоводитель 33 в гоне и при повороте, регулятор 34 скорости объекта управления. На выходах "Да" блоков 6 - 10 сигналы можно суммировать с сигналами на выходах "Да" блоков

16, 17, 18, 19,20,26,27,28, 29,30. На выходах "Нет" блоков 6,7,8,9,10,16,17, 18,19,20 формируются сигналы для слежения за параметрами следующего уровня, с выходов "Нет" блоков 26 — 30 подается сигнал о неуправляемом устойчивом режиме работы агроробота, когда погрешности, вносимые внешними условиями, находятся в пределах нечувствительности датчиков.

Вариант системы управления мобильным агророботом (фиг.2) работает следующим образом.

Направляющие колеса 36 и 44 управляются объемным рулевым управлением с гидромашинами 37 и реагируют на боковую реакцию почвы и выдают сигнал о нарушении целевой траектории. Сигнал в виде разности давлений или угла поворота от датчика 43 вводится в блок 66, куда поступает информация и от полозка 61, датчика 64 угла поворота и от датчика разности давлений через связь 65. Блок 66 управления формирует команду для управления распределителем 56 у гусеничного агроробота и у колесного, где возможно управление известным способом и направляющими колесами. При ручном управлении команды от руля 52 поступают в блок 66 и гидронасос 54, рабочие полости которого регулируются рулем.

Одновременно команда тягой 55 подается распределителю 56. Поворот осуще.— ствляется направляющими колесами и гидромашиной 58 дифференциала 59 взаимно противоположным вращением движителей 60 ведущей оси. Сигналы для стабилизации опорных реакций вырабатываются датчиком 41 в виде поворота передней оси относительно задней, датчиком 76 крена и от гибкой упругой тяги 67 а перераспределении опорных реакций от разности деформаций упругих подвесок 70 рамы 71. Всякое изменение положения передней оси

38 при копировании неровностей, положения рамы, относительно которой гибкая тяга 67 и маятник 76 поворачиваются, сопровождается сигналом в блок

73 управления распределителем 74 подачи жидкости в гидроцилиндр 75 перемещения звеньев 42 параллелограммного механизма передней оси относительно задней до устранения погрешности и сигнала. При движении поперек склона с правым наклоном передний мост перемещается вправо, а на левом склоне — влево. Передний мост перемещается в сторону догруженного борта до выравнивания опорных реакций бортов, Очередность использования сигналов определяется настройкой при эксплуатации. Сигналы можно фиксировать известной фиксирующей аппаратурой.

Нагрузочно-скоростной режим работы агроробота формируется по сигналам об изменении нагрузки датчиком

81 в виде тормоза, лента которого подпружинена пружиной 80, управляемой рычагом 78, а рычаг 82 регулиру.

1393334

10 ет натяжение гибкой тяги 84 управления коробкой 46 скорости. При увеличении нагрузки рычагом 82 снижается скорость. При снижении нагрузки скорость возрастает, как это происходит

5 в известной системе регулирования, с той лишь разницей,, что крен маятника 76 в любую сторону (вправо, влево) усиливает; натяжение тяги и сни- 10 жает скорость пропроционально боковой силе, крену, центробежной силе и радиусу поворота. Когда маятник

76 располагается в среднем положении снижения скорости не происходит. 15

Таким образом„ реагируя на боковую силу, радиус поворота, маятник

76 корректирует скорость движения до условия обеспечения безопасности.

Критическая скорость безопасности 20 характеризуется равенством

v„ = J9,8 BB/2h, где R — - радиус поворота;

В - ширина колеи:; 25

И вЂ” высота центра тяжести.

Алгоритм определения режима работы (тяговый, нейтральный, тормозной) осуществляется в соответствии с фиг.3. Блоки 92 — 94 вводят информацию на вход блока 95 для формирования знака и вычисления блоками 96 и 97 момента нагрузки, который сравнивается в блоках 99, 101 и 102 с моментами сопротивления и привода

35 утилизатора энергии толкающей силы, при переходе пределов которого вступает в действие тормоз. Принцип тор".можения определяется с учетом ускорений, вычисленных блоком 107, формирователем 108 сигнала, выход "Да" которого дает сигнал торможения с проверкой бокового сцепления в блоке

105 или вычисления скорости блоком

109 ° сравнения ее с критической в блоках 110 и 111. Блок 106 вычисления упреждения торможения включается для исследования.

Блок 112 сравнения центробежной силы с силой бокового сцепления движителей с почвой и блок ill сравне50 ния текущей скорости (блок 109) с критической (блок 110) формируют сигнал "Авария" блоком:I 15.

Закономерность возникновения воз. мущений, погрешностей и сигналов в графической интерпретации представлена на фиг.7, отличающаяся от фиг.l наличием переходов между блоками 6 и

22,7 и 23 для указания на причинноследственные связи факторов местности при формировании траектории и режима нагрузки. С выходов "Да" блоков

6,7,8,9,16,17,18,19 и сравнения информацию можно ввести в усилительноисполнительные элементы или в сумматоры 122 - 125 сигналов для фиксации регистрирующей аппаратурой 126."

129, С выхода "Нет" блоков 6,7,8,9, 16,17,18,19 сравнения сигналы посту" пают в сигнализатор неуправляемого (невоэмущенного) движения, характеризующий условия минимизации.погрешностей местности. При отсутствии необходимости в многоуровневом контроле условий целесообразно исключить несущественные возмущения и контролировать параметры, дающие интегрированную информацию и накопленную ошибку регулируемого параметра, что форми-," руется с запаздыванием и характерно для низкоскоростных режимов. Накопленной ошибкой и интегрированной информацией является изменение опорных реакций для стабилизатора, линейное отклонение от целевой траектории в гоне и изменение радиуса поворота в конце его, скорости движения при регулировании нагрузочного режима и скорости в тормозном режиме. Вычисление мощности в блоках 117,119 и 120 и сравнение мощности с нулем в блоке

121 для перехода в тормозной режим отличается от процессов определения моментов с той лишь разницей, что учет скорости повышает ценность информации. Работа переключателей, подъемников полозка и орудий, настройки средств.на целевую информацию в различных условиях осуществляется известными способами.

Формула изобретения

Способ управления мобильным агророботом, включающий измерение отклонений от курса и базовой линии в го" не, вождение мобильного агрегата по сигналу об отклонении его от курса и базовой линии в гоне, поворот мобиль" ного агрегата в конце гона, измерение скорости движения, ведущих моментов и опорных реакций движителей, регулирование скорости и ведущих моментов, а также стабилизацию опорных. реакций движителей по результатам полученной

11

12

1393334 информации, отличающийся тем, что, с. целью повышения надежности управления, процессы вождения в гоне, поворота в конце гона, регулиS рования скорости движения, ведущих моментов и опорных реакций согласовывают, фиксируют очередность возникно" вения информации и величину накопленной ошибки, определяют упреждающую информацию и осуществляют управление с учетом упреждающей информации и ве.личины сигнала а накопленной ошибке.

1393334

1393334

l 393334

1393334

1393334

1393334! 393334

Составитель С.Заруцкий

Редактор Л.Лангазо Техред М,Дидык Корректор С. Шекмар.

Тираж бб! Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1895/!

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4