Способ управления мобильным агророботом

(19) 9 4 А 01 В 69 04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМУ СВИДЕТЕЛЬС АВТ ур адов(088,8)свидетельство СССР А 01 В 69/04 1983 РАВЛКНИЯ МОБИЛЬНЫМе относится к сельс ель иэо ти упр ретения -вления. Иза и базовойт вождение ие от кур существля гата по гналу о базово изводят ворот моСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(5) Изобретеникому хозяйству.повышение надежимеряют отклоненлинии в гоне. Омобильного агреотклонении егонии в гоне. Про бильного агрегата в конце гона. Одновременно измеряют скорость движения,ведущие .моменты и опорные реакциидвижителей. Затем производят регулирование скорости, ведущих моментови опорных реакций движителей по результатам полученной информации. Приэтом процессы вождения в гоне, поворота в конце гона, регулирование скорости движения, ведущих моментов иопорных реакций согласовывают. Очередность возникновения информациии величину накопленной ошибки фиксируют, Определяют упреждающую информацию, Осуществляют управление с учетом этой упреждающей информации ивеличины сигнала о накопленной ошибке. 9 ил.393334 ставитель С.Заруцкийхред И,Дидык Редактор Л.Ланга ректор С. Шекма аказ 1895 писное комитета СССРоткрытийкая наб., д, 4/5 оизводственно-полиграфическое предприяти ВНИИ по 035, Тираж б 61Государственногелам изобретенийосква, Ж, Рау Ю 8йа город, ул. Проектная, 41 13933Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам уп" равления мобильными агророботами.Цель изобретения - повышение надежности управления.5На фиг.1 дана графическая интер". претация многоуровневой модели для реализации способа Формирования режима работы агроробота при повороте 1 О 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. 2 О 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 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 опорных 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 оче 50 редность возникновения информации и Величину накопленной ошибки, опреде,пяют упреждающую информацию и осущестВляют управление с учетом упреждающей информации и величины сигнала о55 .накопленной ошибке.Устройство для реализации способа содержит схему многоуровневой модели 34 2формирования режима при повороте пу" тем использования интегрированной и упреждающей информации об изменении внешних условий (фиг.1), которая имеет блокслежения за изменением опорных реакций, блок 2 определения разницы ведущих моментов, блок 3 измерения 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 9 - Формирователь сигнала о радиусе поворота, блок 1 О - формирователь сигнала об изменениии скорости посравнению с целевым ее значением.Если р азница между целевым и текущим значениями положительна, формируется сигнал на выходе пДа. 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 ввода 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, 24- эа 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 агро- роботом (Фиг.2) содержит направляющие колеса 36 полноповоротного типа с гидромоторами 37 объемного рулевого 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 493 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 5715 связи с гидромотором 58 управления дифференциалом 59 скоростей движителей 60 ведущего моста, в середине ко" торого расположен полозок 61, на ко торый опирается конец упругого рыча 20 га 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 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 скло" на 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 Ми 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 1, блок 101 сравнения отрицательного крутящего момента с моментами от сил сопротивления М 1, блок 102 сравнения крутящего момента М с моментом М от толткающей силы рабочих органов путем утилизации, блок 103 повышения угла склона В=В+1, блок 104 сравнения и проверки пределов угла склона, блок 105 проверки условий сцелления путем сравнения касательных сил Р со сцепсньии 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 сцепленияРОсргде С - сила тяжести;- коэФфициент бокового сцепленияблок 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 Р торможения, скорости 7, 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 (1 ).Вариант способа управления мобильным агророботом (фиг.5) дополнительно содержит блок 117 вычисления мощности с учетом угла склона, блок 118 сравнения толкающей силы с нулемЭ блок 119 вычисления мощности с учетом 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 (Р = сь ) и в конце его.34 Ч/дч:= Н/В,5 13933Они снабжены регистраторами 126 - 129 соответственно сигналов о отабилиэацни, деления потока, ошибок траектории в гоне и в конце его.Мощности в блоках 117 - 120 соот 5 нетственно вычисляются по равенствам Б "ф я Н(Р+Р +Она.п 1 в 1 п)Б = Я Н(Р 4 Р - Оып 3 зьпм),;10 Б = ОН(Р-Р -Ов 3.пВз 3.пью)3 . р агде я - скорость поворота;Н радиус поворота;Р - касательная сила; 15Р - реактивная: сила;О " сила тяжести;- угол склона;0 - угол поворота.Алгоритм дейстния системы и эако номерная основа способа регулирования скорости с учетам ее связи с углом крутизны склона, кривизны и радиуса поворота, нагрузки, ускорений в графической интерпретации представ 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 2 - ускорений, 132 и ,133 - ускорений вращающихся деталей, 25 и 30 - момента нагрузки, 5 и 10- 83 и 134 - боковой силы, 135 и 136 - угла поворота, 137 и 138- радиу. са повррота.35Закономерность регулирования скорости в период поворота характеризуется уравнением где Ч - средняя скорость;дЧ - разность скоростей бортов,"Н .- радиус поворота;В - ширина колеи.45Двоякое влияние буксования и скольжения движителей на радиус поворота характеризуется равенством 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: дР = дМ/Уг ., дМ = (дч-О/КВ)/Ст = ЧВ/Н = Ц/я - дМ/С; Н =щ ЧВ/ЬЧ,где У - площадь поршня гидромашины;г - плечо силы давления;- объем рабочих полостей гидромашины;С - жесткость принода.Принцип и закономерность формирования сигналов в формирователях имеет аналитическую основу 0: Ы, + д ц У = 1(Ы+д 0),где Ы - текущее значение курсовогоугла 1. Ы, - целевое значение курсовогоугла;д М,- разница между целевым и текущим значениями;У - текущее значение линейногоотклонения от траектории;1 - смещение датчика от кинематического центра.Угловое и линейное значения параметров связаныравенством У = БзжЫ+ Ч з 5.пЫ Ж = Ч,(1+С)огде Б - пройденный путь;0 - уголповорота рамы;С - время движения.Двоякое влияние внешних условий на формирование режима работы характеризуется равенством аР = Р + Оз 3.пффф+ зхп й совыс- ВЭдЧ = Ч(1-.Р,) - Ч,(1-., ), где Ч Ч - теоретические скорости50движителей одной оси;коэффициенты буксования са знаком минус искольжения со знакомплюс.55Поворачивающий моментМ= В(Р, + Р ) где Р - сопротивление днижению,инерции нагрузки;О - сила тяжести;Ы - угол поворота;а - продольная координатацентра масс.Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.Датчики 1-5 разности опорных реак ций (фиг.1) ат крена, ведущих моментов, курса, угла поворота в концегона и скорости выдают интегрирован"ную информацию об изменении внешнихусловий. 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 вконце его и регулирования скорости. 10На выходах "Нет" формируются команды для слежения за условиями на следующем уровне и получения информацииоб изменении крутизны склонаблок 11, ускорений бортов - блок 12,курса - блок 13, радиуса поворота -блок 4, ускорения - блок 15. Эта инФормация вводится в формирователи16 - 20 соответствующих сигналов,с выходов Да, которых сигнал о разнице между целевым и текущим значениямииспользуется для управления в сторону устранения сигналовС выходов"Нет" подается команда датчиком 2125 для слежения за условиями на более высоком уровне: угловым ускорением, различием скоростей, линейнымотклонением, боковой силой, моментомнагрузки. Информация датчиков 21 - 25вводится с выходов "Нет" во входыформирователей 26 - 30 сигналов, даю,щих соответственно с выходов Да"сигнал о разнице между целевым и текущим значениями: ускорений, скорос"тей, отклонения, боковой силы и мо-"35мента нагрузки для устранения этихсигналов после компенсации погрешностей путем ввода выходного сигналаобратным знаком на вход, Стабилизатор 31, делитель 32 потока энергии,автоводитель 33 в гоне и при повороте, регулятор 34 скорости объекта управления, На выходах "Да" блоков6 - 10 сигналы можно суммировать ссигналами на выходах "Да" блоков4516,17,18,19,20,26,27,28,29,30. 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 - 30подается сигнал о неуправляемом устойчивом режиме работы агроробота,когда погрешности, вносимые внешнимиусловиями, находятся в пределах нечувствительности датчиков,55Вариант 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 инаправляющими 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 регулируинформации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с. целью повышения надежности управления, процессы вождения в гоне, поворота в конце гона, регули 5 рования скорости движения, ведущих моментов и опорных реакций согласовывают, фиксируют очередность возникно"вения информации и величину накопленной ошибки, определяют упреждающуюинформацию и осуществляют управлениес учетом упреждающей информации и ве.личины сигнала а накопленной ошибке.