地下铲运机自主行驶与避障控制方法研究.pdf

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1、第67卷第5期有色金属(矿山部分)2O15年9月doi：lO．3969／J．issn．1671—4172．2015．05．014地下铲运机自主行驶与避障控制方法研究石峰，顾洪枢，战凯，李建国，冯孝华，郭鑫，李恒通，陈维，石金鹏。(1．北京矿冶研究总院，北京100160；2．德纳管理(上海)有限公司，上海200443；3．鞍钢集团公司，辽宁鞍山114007)摘要：由测量数据或轨迹推算模型，计算铲运机横向位置偏差、航向角偏差及航向角偏差变化率，三偏差通过非线性融合规则，形成融合偏差反馈信号并作为PID校正控制的输入量，设置横向位置偏差及

2、航向角偏差双门限值来改进PID算法。该自主行驶控制方法在轨迹偏差及行驶车速大范围变化时，仍能保持优良的稳定性和快速性。关键词：地下铲运机；自主行驶；避障；控制算法中图分类号：TD422．4文献标志码：A文章编号：1671—4172(2015)05—0068—08Studyonthecontrolmethodofunderground1oaderautonomousdrivingandobstacleavoidanceSHIFeng，GUHongshu，ZHANKai，LIJianguo，FENGXiaohua，GUOXin，LIHe

3、ngtong，CHENWei，SHIJinpeng。(1．BeijingGeneralResearchInstituteofMining&Metallurgy，Beijing100160，China；2．DanaManagement(Shanghai)Co．，Ltd．，Shanghai200443，China；3．AnshanIronandSteelGroupCorporation，AnshanLiaoning114007，China)Abstract：Basedonthemeasurementdataortrackpredicti

4、onmodel，thelateralpositiondeviation，courseangledeviationandthechangerateofcourseangledeviationarecalculated．Bynonlinearfusionrules，thefusiondeviationfeedbacksignalisformedastheinputsignalofPIDtuningcontro1．Thelateralpositiondeviationanddoublethresholdvalueofcourseangle

5、deviationaresettoimprovePIDalgorithm．Theautonomousdrivingcontrolmethodcanstillmaintainexcellentstabilityandrapiditywhenthetrackdeviationanddrivingspeedchangeinalargerange．Keywords：undergroundloader；autonomousdriving；obstacleavoidance；controlalgorithm随着地下矿开采深度的增加，采矿条件越来

6、越等距离地沿墙行走，避障运动控制是地下自主铲运恶劣，对人的安全威胁也越来越大，遥控采矿、自动机一项必不可少的功能。因此，在地下巷道环境下，化矿山开采技术应运而生l1。地下铲运机是地下有必要事先规划出目标路径，并采用相对定位与绝无轨采矿的关键设备，可以实现地下铲运机在井下对定位相结合的方法，来确定铲运机相对于目标路巷道内无人操纵、自主行驶，使操作工人远离井下恶径的偏差，通过自主避障行驶控制器的控制作用，使劣、危险的工作环境，保护铲运机司机人身安全，提地下铲运机自主跟踪目标路径并实现避障一。高采矿作业效率，降低采矿成本。1地下铲运机目标

7、路径及跟踪轨迹参由于井下巷道断面不规则，巷道壁凹凸不平，使数关系得沿墙行走导航方式受到一定程度的限制。另外，井下巷道内经常会沿巷道壁放置通风机、电气开关巷道内的地下铲运机主目标路径、局部避障目柜等设施，形成局部障碍，使得地下铲运机并不总是标路径、跟踪轨迹及相关参数说明示意图见图1。以巷道路面为坐标平面建立．z～Y坐标系，选基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2011AA060403)取铲运机前方驱动桥的中点为铲运机的定位参考作者简介：石峰(196l一)，男．教授级高级工程师，流体传动与控制专业，主要从事地下无轨采矿设

8、备研究开发。点，以该点在—Y坐标平面上的投影点P代表铲运机的位置。以P点的速度方向(轨迹切线方向)第5期石峰等：地下铲运机自主行驶与避障控制方法研究69点在局部避障目标路径曲线右侧的横向位置偏差为正，反之为负。该参数可反映出铲运机相对