工程機械機器人化關鍵技術探討

張偉 蔣宗來 徐曉偉

摘 要 建設機械機器人化所包含的內容有很多。以工程機械專用控制裝置為基礎，建構系統自動控制系統和網絡監測系統，從而實現對工程機械進行電液伺服控制的改造。為了識別啟動物體，將安裝視覺檢查系統，并設置衛星位置確認系統。上部電腦通過有限狀態機器進行操作目標分解，下邊的伺服控制器則為實現工程機械的智能控制而執行特定動作。文章針對工程機械機器人化核心技術進行了分析，提出具體的實現方法，整理了工程機械機器人化的途徑和研究焦點，提供了相應的理論和適用標準值。

關鍵詞 工程機械;智能化;機器人化;核心技術

引言

機器人工程技術的廣泛應用，能夠使相關的電腦技術、信息感應技術、自動控制技術和人工智能更好的適用于建筑機械，實現系統的機動性、移動性和安全性的提高，從而提高機械的性能和可靠性，降低燃油消耗量，提高運行效率和質量。

1電液伺服控制技術的應用

為了提高工程機械的操作性能，對機械或油壓控制系統進行了升級。第一，手動控制系統由手動操縱系統改進為計算機編程的電液伺服控制，為了更好地保證工作裝置的自動控制，一般直接使用電液比例控制或電液多比例控制多方向閥門。機械的電液伺服控制系統整合了手動先到控制和先導比例減壓閥，從而能夠在手動和電子控制中對切換閥進行選擇[1]。

2遙控與自動控制技術的應用

提升工程機械的電液伺服器控制后，在工作設備及驅動裝置上安裝相應的位置及壓力傳感器，并將感應信息反饋給控制器，形成完整的工程機械自動控制系統。遠程啟動可實現工程機械的自動啟動。如果工程機械工作環境惡劣，一般PLC控制器都難以滿足嚴格的環境要求，這時需要一個保護水平更高的特殊動作控制器，這不僅可以實現程序化邏輯控制，還可以進行特定規劃、敘事、快速收集和并列計算等能力[2]。

3智能監測與診斷技術的應用

工程機器在復雜而惡劣的環境中工作的情況較多，實時監測系統狀態、故障診斷及警報是提高安全和信賴性的重點。在建筑機械的主要部件上安裝傳感器，對系統中每個變量進行定量監測，使用最新信號處理技術提取信息功能，再由專家進行推論，然后對危險作業進行預知和預測，并且提供上述相關的維護策略。過去工程機械監控系統中，嵌入式微控制器一般用于直接收集信息，或者系統控制中只使用總線控制系統。最近，移動自組網絡引入了CAN總線基礎的監控系統，并且通過CAN/TCP之門相互連接，在以TCP/IP為基礎的遠程通信網絡和實時控制網絡之間建立了靈活的連接。與原來的分點間控制系統相比，網絡監測系統的優點是高配置、資源共享、輕松擴展和維護、遠程操作等[3]。

4識別與智能控制技術

4.1 對象識別

工程機械在無人工作中要充分認識外部環境，有效識別啟動物體，必須確定工作范圍和視覺干擾，識別工作物體和路徑干擾。雙筒望遠鏡立體視覺設置在回轉路徑上，能夠很好地識別步行路徑和工作物體，eyeon-in-hand手眼系統安裝在挖掘部位上使用。在進入工作目標時，能更加準確、穩定地執行視覺伺服控制。

4.2 智能控制

雖然每個工程機械的控制戰略都不一樣，但基本控制結構是由高級作業計劃、中層路徑和軌跡規劃及伺服控制構成的。伺服器采用的是工程機械專用的特殊控制器，上面及中間等級別的決策都由主機完成，并具備衛星確定位置及自動警報系統模塊。選定一個任務目標后，使用有限的操作系統，對通過智能控制比較復雜的進行采掘機器的操作系統進行分析，將采掘對象分解成多個動作，然后將每個動作再分解，最后將任務分解成多個動作。狀態間的轉換由感知條件和動作判斷決定。目標到特定動作的決策計劃完成后，下方的伺服器控制特定動作。

使用GPS或北斗等定位系統可以實時獲得工程機械準確的位置信息，從而有效的選擇工作位置。鉆井工作中使用衛星定位能夠準確地配置鉆孔，并自動修改和控制鉆孔深度。在工地上有很多的工程機械，如果把它們定位，就體現了智能型建設機械的工程控制，通過集中式布局和分散控制，能夠進行動態優化，從而保證工作質量，讓工程質量穩定準確。這也是適應未來現代化建設的機器。同時，GPS技術在使用的過程中還可以實現工程結構位移監測工作，對工程建設中各結構的變形及位移情況進行檢測，以保證工程推進的安全性[4]。

5結束語

為了實現建設機械的機器人化，首先必須將建設機械轉換成電液伺服控制，并在此基礎上構建遠程控制或自動控制系統，構建以工程機械用特殊控制器為基礎的網絡監測系統，工程機械的工作狀態可以進行綜合的監測和診斷。視覺檢測系統的安裝能夠有效識別運營目標，為任務計劃和軌道計劃奠定基礎。衛星測繪系統的安裝能夠準確地為智能型機械群落的施工控制過程，安裝基礎的配置。工程機械的智能型控制系統可分為高級行為決策計劃和低層伺服控制，高級行為決策通過有限狀態的機器進行分解工作，然后由底層伺服控制系統執行動作控制。該文章詳細介紹了建設機械機器人化的核心技術，提出了具體的實現方法，并將工程機械機器人化的實現途徑和研究焦點明確起來，具有很高的應用和參考價值。

參考文獻

[1] 黎波，陳雁，袁家安，等.工程機械機器人化關鍵技術[J].建筑機械，2015（9）：61-64.

[2] 盧浩飛.工程機械機電一體化、機器人化研究[J].現代制造技術與裝備，2017（6）：22-23.

[3] 張自立.工程機械機電一體化、機器人化的研究[J].新商務周刊，2017（12）：177.

[4] 髙翊，康世斌.論工程機械機電一體化及機器人化[J].中國科技縱橫，2015（14）：56-56，59.