林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、車載嵌入式計(jì)算機(jī)、車載PLC控制器；車載嵌入式計(jì)算機(jī)連接有激光測量系統(tǒng)，車載PLC控制器連接有操控手柄、方向盤、剎車踏板、油門踏板；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用于完成林木聯(lián)合采育機(jī)的自主采伐作業(yè)任務(wù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)虛擬顯示；車載嵌入式計(jì)算機(jī)包括控制輸入采集模塊、輸出參數(shù)顯示模塊、立木激光測量算法模塊和軌跡規(guī)劃與控制算法模塊；車載PLC控制器用于采集處理操控手柄、方向盤、剎車踏板、油門踏板控制輸入量，同時(shí)輸出實(shí)體林木聯(lián)合采育機(jī)的液壓油缸控制信號(hào)。本發(fā)明能驗(yàn)證林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與智能控制方法、數(shù)據(jù)量處理能力大、交互能力高、成本低。
【專利說明】林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種林業(yè)采育裝備智能控制技術(shù)，尤其涉及一種林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè) 軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 林木聯(lián)合采育機(jī)是一種高性能現(xiàn)代林業(yè)裝備，可在人工干預(yù)下完成采伐、打枝、去 皮、造材等連續(xù)作業(yè)。在對林木聯(lián)合采育機(jī)這種大型和復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于存在 危險(xiǎn)性和花費(fèi)高等問題，在開發(fā)階段需要對關(guān)鍵控制技術(shù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。純粹的軟件仿真 很難真正模擬實(shí)際林木聯(lián)合采育機(jī)的特性。為保證林木聯(lián)合采育機(jī)在樣機(jī)實(shí)驗(yàn)初期的安全 性和經(jīng)濟(jì)性，需構(gòu)建半實(shí)物仿真的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中還沒有一種能驗(yàn)證林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與智能控制方法、數(shù) 據(jù)量處理能力大、交互能力高、成本低的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種能驗(yàn)證林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與智能控制方法、 數(shù)據(jù)量處理能力大、交互能力高、成本低的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿 真系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，包括工業(yè)控制計(jì) 算機(jī)、車載嵌入式計(jì)算機(jī)、車載PLC控制器，所述車載嵌入式計(jì)算機(jī)連接有激光測量系統(tǒng)， 所述車載PLC控制器連接有操控手柄、方向盤、剎車踏板、油門踏板；
[0007] 所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用于完成林木聯(lián)合采育機(jī)的自主采伐作業(yè)任務(wù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài) 虛擬顯示，包括虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)、虛擬立木和地面、虛擬動(dòng)態(tài)顯示模塊、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存 模塊、人機(jī)交互模塊；
[0008] 所述車載嵌入式計(jì)算機(jī)包括控制輸入采集模塊、輸出參數(shù)顯示模塊、立木激光測 量算法模塊和軌跡規(guī)劃與控制算法模塊；
[0009] 所述車載PLC控制器用于采集處理所述操控手柄、方向盤、剎車踏板、油門踏板控 制輸入量，同時(shí)輸出實(shí)體林木聯(lián)合米育機(jī)的液壓油缸控制信號(hào)。
[0010]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的林木聯(lián)合采育機(jī)作 業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，由于包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、車載嵌入式計(jì)算機(jī)、車載 PLC控制器，所述車載嵌入式計(jì)算機(jī)連接有激光測量系統(tǒng)，所述車載PLC控制器連接有操控 手柄、方向盤、剎車踏板、油門踏板，能驗(yàn)證林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與智能控制方法， 可完成林木聯(lián)合采育機(jī)自主作業(yè)的運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、軌跡規(guī)劃和通訊等復(fù)雜任務(wù)，同時(shí)可完成 林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)任務(wù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示和人機(jī)交互，具有大數(shù)據(jù)量處理能力、高交互能 力和較低成本的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】 toon]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制算法的流程框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面將對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0014] 本發(fā)明的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其較佳的具體實(shí) 施方式是：
[0015] 包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、車載嵌入式計(jì)算機(jī)、車載PLC控制器，所述車載嵌入式計(jì)算 機(jī)連接有激光測量系統(tǒng)，所述車載PLC控制器連接有操控手柄、方向盤、剎車踏板、油門踏 板；
[0016] 所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用于完成林木聯(lián)合采育機(jī)的自主采伐作業(yè)任務(wù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài) 虛擬顯示，包括虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)、虛擬立木和地面、虛擬動(dòng)態(tài)顯示模塊、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存 模塊、人機(jī)交互模塊；
[0017] 所述車載嵌入式計(jì)算機(jī)包括控制輸入采集模塊、輸出參數(shù)顯示模塊、立木激光測 量算法模塊和軌跡規(guī)劃與控制算法模塊；
[0018] 所述車載PLC控制器用于采集處理所述操控手柄、方向盤、剎車踏板、油門踏板控 制輸入量，同時(shí)輸出實(shí)體林木聯(lián)合米育機(jī)的液壓油缸控制信號(hào)。
[0019] 所述虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)包括虛擬采伐臂、虛擬伐木頭和虛擬車體，所述虛擬動(dòng) 態(tài)顯示模塊能將虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)的作業(yè)運(yùn)動(dòng)和立木三維模型信息實(shí)時(shí)顯示到液晶顯 示器上，所述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存模塊能實(shí)時(shí)保存虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)的采伐臂、車體和伐木頭 的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，所述人機(jī)交互模塊能完成自主作業(yè)任務(wù)的控制參數(shù)輸入。
[0020] 所述控制輸入采集模塊用于處理車載PLC控制器的輸入量，所述輸出參數(shù)顯示模 塊完成伐木頭的工作狀態(tài)參數(shù)和立木的胸徑、方位、間距參數(shù)的輸出顯示，所述立木激光測 量算法模塊用于采集激光掃描的數(shù)據(jù)，獲得立木的胸徑、方位和間距參數(shù)，所述軌跡規(guī)劃與 控制算法模塊能基于激光測量數(shù)據(jù)完成虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)的作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制算法。 [0021 ] 所述操控手柄用于完成虛擬采伐臂和虛擬伐木頭運(yùn)動(dòng)的人工控制量輸入。
[0022] 所述激光測量系統(tǒng)能獲得采伐目標(biāo)立木的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)車載嵌入式計(jì)算機(jī)上 的立木激光測量算法模塊計(jì)算獲得立木的胸徑、方位和間距參數(shù)，為采伐臂的軌跡規(guī)劃與 控制提供基本的測量反饋數(shù)據(jù)。
[0023] 所述方向盤用于完成虛擬林木聯(lián)合米育機(jī)車體的方向控制輸入。
[0024] 所述剎車踏板用于完成虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)車體的減速和制動(dòng)控制輸入。
[0025] 所述油門踏板用于完成虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)車體的加速運(yùn)動(dòng)控制輸入。
[0026] 所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與車載嵌入式計(jì)算機(jī)之間通過雙冗余的外部CAN總線連接， 所述車載嵌入式計(jì)算機(jī)與車載PLC控制器間通過雙冗余的內(nèi)部CAN總線連接，所述激光測 量系統(tǒng)與車載嵌入式計(jì)算機(jī)間通過串口連接。
[0027] 本發(fā)明的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，能驗(yàn)證林木聯(lián)合 采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與智能控制方法，可完成林木聯(lián)合采育機(jī)自主作業(yè)的運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、軌 跡規(guī)劃和通訊等復(fù)雜任務(wù)，同時(shí)可完成林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)任務(wù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示和人機(jī)交 互，具有大數(shù)據(jù)量處理能力、高交互能力和較低成本的特點(diǎn)。
[0028] 本發(fā)明充分利用了分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和半實(shí)物仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，將林木聯(lián) 合采育機(jī)、立木、地面等采用虛擬仿真方式實(shí)現(xiàn)，而車載嵌入式計(jì)算機(jī)、車載PLC控制器、方 向盤、剎車踏板、油門踏板等采用與實(shí)驗(yàn)樣車完全相同的電子部件實(shí)物實(shí)現(xiàn)。采用這種半實(shí) 物仿真系統(tǒng)，軌跡規(guī)劃和控制算法以及車載控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、靜態(tài)特性和非線性因素 等能更接近實(shí)際地反映出來，可滿足林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)任務(wù)的實(shí)驗(yàn)需求，保證了實(shí)驗(yàn)過 程的低成本、高安全性以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的高可信度。
[0029] 本發(fā)明中一部分采用與樣車相同的實(shí)物，其他部分則采用計(jì)算機(jī)仿真形式。采用 半實(shí)物仿真系統(tǒng)代替純粹的軟件仿真和實(shí)際樣車系統(tǒng)，作業(yè)軌跡規(guī)劃和控制算法以及車載 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、靜態(tài)特性和非線性因素等能更接近實(shí)際地反映出來，同時(shí)具有良好 的人機(jī)交互性，實(shí)驗(yàn)次數(shù)不受限制，可以簡化林木聯(lián)合采育機(jī)的開發(fā)周期，節(jié)省開發(fā)成本， 提高實(shí)驗(yàn)安全性，也為林木聯(lián)合采育機(jī)的駕駛員培訓(xùn)提供基本的實(shí)驗(yàn)條件。
[0030] 具體實(shí)施例，如圖1和圖2所示：
[0031] 在圖1中，每個(gè)方框表示一個(gè)功能單元，林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半 實(shí)物仿真系統(tǒng)按其功能劃分為：工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、車載嵌入式計(jì)算機(jī)、車載PLC控制器、操 控手柄、激光測量系統(tǒng)、方向盤、剎車踏板、油門踏板。
[0032] 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和車載嵌入式計(jì)算機(jī)之間通過雙冗余的外部CAN總線連接，車載 嵌入式計(jì)算機(jī)與車載PLC控制器間通過雙冗余的內(nèi)部CAN總線連接，激光測量系統(tǒng)和車載 嵌入式計(jì)算機(jī)間通過串口連接。
[0033] 其中，在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上運(yùn)行采用Visual Studio 2008和Open Scene Graph 開發(fā)了的虛擬仿真軟件，該軟件包含虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)、虛擬立木和地面、虛擬動(dòng)態(tài)顯示 模塊、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存模塊、人機(jī)交互模塊；其中虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)由虛擬采伐臂、虛擬伐 木頭和虛擬車體構(gòu)成；虛擬動(dòng)態(tài)顯示模塊可將虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)的作業(yè)運(yùn)動(dòng)和立木三維 模型信息實(shí)時(shí)顯示到液晶顯示器上，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存模塊可實(shí)時(shí)保存虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)的 采伐臂、車體和伐木頭的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；人機(jī)交互模塊可完成自主作業(yè)任務(wù)的控制參數(shù)輸入，如 自主作業(yè)指令、人工操控指令等。
[0034] 車載嵌入式計(jì)算機(jī)發(fā)出虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)的車體、采伐臂、伐木頭的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 指令，車載嵌入式計(jì)算機(jī)采用工業(yè)嵌入式CorteX-A81. 2GHz雙核處理器，5. 7寸TFT液晶屏， 具備1GB DDR2內(nèi)存和16GB Flash固態(tài)硬盤，配備，CAN接口，支持CAN V2. 0B，具備RS232 串口和RS485串口，USB2. 0端口，超強(qiáng)的安全穩(wěn)定可靠性，確?？稍趷毫拥淖鳂I(yè)環(huán)境下穩(wěn) 定，不間斷運(yùn)行。
[0035] 車載嵌入式計(jì)算機(jī)采用WinCE操作系統(tǒng)，通過軟件完成控制輸入采集模塊、輸出 參數(shù)顯示模塊、立木激光測量算法模塊和軌跡規(guī)劃與控制算法模塊，其中控制輸入采集模 塊主要負(fù)責(zé)處理車載PLC控制器的輸入量；輸出參數(shù)顯示模塊完成虛擬伐木頭的工作狀態(tài) 參數(shù)和立木的胸徑、方位、間距等參數(shù)的輸出。
[0036] 立木激光測量算法模塊主要負(fù)責(zé)采集激光掃描的數(shù)據(jù)，經(jīng)聚類算法和最小二乘擬 合算法獲得采伐目標(biāo)立木的胸徑、方位和間距等參數(shù)，為采伐臂的軌跡規(guī)劃和控制提供基 本的測量參數(shù)。
[0037] 軌跡規(guī)劃與控制算法模塊主要基于激光測量數(shù)據(jù)或人工輸入數(shù)據(jù)，完成虛擬林木 聯(lián)合采育機(jī)的多自由度采伐臂捕獲立木的軌跡規(guī)劃與控制算法。
[0038] 整個(gè)軌跡規(guī)劃與控制算法的流程如圖2所示，軌跡規(guī)劃與控制算法首先由激光獲 取實(shí)際立木的方位數(shù)據(jù)，在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上顯示立木虛擬模型，后續(xù)流程分為自主作業(yè) 和人工操控兩部分。
[0039] 在自主作業(yè)時(shí)，為保證伐木頭到達(dá)期望的捕獲位置，需要進(jìn)行多次規(guī)劃。本發(fā)明采 用了"規(guī)劃一次、走十步"的循環(huán)控制方法，實(shí)現(xiàn)伐木頭對目標(biāo)立木的逐步逼近。首先，虛擬 車體自主移動(dòng)，使虛擬采伐臂和虛擬伐木頭處于接近目標(biāo)立木的位置；然后，根據(jù)虛擬伐木 頭相對立木的方位數(shù)據(jù)，在笛卡爾空間進(jìn)行軌跡規(guī)劃，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)反解，獲得各規(guī)劃點(diǎn)虛 擬采伐臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；然后車載嵌入式計(jì)算機(jī)分別通過外部CAN總線和內(nèi)部CAN總線將各 規(guī)劃點(diǎn)虛擬采伐臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù)值傳送給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)和車載PLC 控制器；虛擬采伐臂運(yùn)動(dòng)前10個(gè)規(guī)劃點(diǎn)，并同步動(dòng)態(tài)顯示；完成前10個(gè)規(guī)劃點(diǎn)運(yùn)動(dòng)后，后 續(xù)的規(guī)劃點(diǎn)舍棄；經(jīng)10個(gè)控制周期后，如虛擬伐木頭未到達(dá)可捕獲立木區(qū)域則返回開始新 的規(guī)劃周期，直至逐步逼近目標(biāo)立木。如虛擬伐木頭到達(dá)可捕獲立木的區(qū)域，車載嵌入式計(jì) 算機(jī)分別通過外部CAN總線和內(nèi)部CAN總線向虛擬伐木頭和車載PLC控制器發(fā)送指令完成 捕獲立木和采伐任務(wù)。
[0040] 在人工操控時(shí)，首先人工操控方向盤、剎車踏板和油門踏板，完成虛擬車體移動(dòng)； 然后人工操作操控手柄，控制虛擬采伐臂的運(yùn)動(dòng)，然后車載嵌入式計(jì)算機(jī)分別通過外部CAN 總線和內(nèi)部CAN總線將虛擬采伐臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳送給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上的虛擬林木聯(lián)合 采育機(jī)和車載PLC控制器；然后虛擬采伐臂的運(yùn)動(dòng)，并同步動(dòng)態(tài)顯示，如伐木頭到達(dá)可捕獲 立木的區(qū)域，車載嵌入式計(jì)算機(jī)分別通過外部CAN總線向虛擬伐木頭和內(nèi)部CAN總線向車 載PLC控制器發(fā)送指令完成捕獲立木和采伐任務(wù)。
[0041] 車載PLC控制器用于采集處理所述操控手柄、方向盤、剎車踏板、油門踏板控制輸 入量，通過內(nèi)部CAN總線接收車載嵌入式計(jì)算機(jī)發(fā)出的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，同時(shí)在實(shí)體林木聯(lián)合采 育機(jī)測試時(shí)，可以輸出實(shí)體林木聯(lián)合米育機(jī)的液壓油缸控制信號(hào)。
[0042] 操控手柄主要通過安裝在上面的各個(gè)開關(guān)量按鍵、模擬量按鍵和操作桿的前后左 右位移完成虛擬采伐臂和虛擬伐木頭運(yùn)動(dòng)的人工控制量輸入；
[0043] 激光測量系統(tǒng)采用二維激光掃描儀，掃描距離范圍為8米，掃描角度范圍為100 度，可獲得采伐目標(biāo)立木的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)車載嵌入式計(jì)算機(jī)上的立木激光測量算法模 塊計(jì)算獲得立木的胸徑、方位和間距等參數(shù)，為采伐臂的軌跡規(guī)劃與控制提供基本的測量 反饋數(shù)據(jù)；
[0044] 方向盤輸出PWM信號(hào)給車載PLC控制器，主要完成虛擬林木聯(lián)合米育機(jī)車體的方 向控制輸入；
[0045] 剎車踏板輸出開關(guān)信號(hào)給車載PLC控制器，主要完成虛擬林木聯(lián)合米育機(jī)車體的 減速和制動(dòng)控制輸入；
[0046] 油門踏板輸出模擬信號(hào)給車載PLC控制器，主要完成虛擬林木聯(lián)合米育機(jī)車體的 加速運(yùn)動(dòng)控制輸入；
[0047] 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和車載嵌入式計(jì)算機(jī)之間通過雙冗余的外部CAN總線連接，車載 嵌入式計(jì)算機(jī)與車載PLC控制器通過雙冗余的內(nèi)部CAN總線連接，采用雙冗余的內(nèi)部CAN 總線和外部CAN總線可保證林木聯(lián)合采育機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的要求。激光測量系 統(tǒng)和車載嵌入式計(jì)算機(jī)之間通過串口連接。
[0048] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范 圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括工業(yè) 控制計(jì)算機(jī)、車載嵌入式計(jì)算機(jī)、車載PLC控制器，所述車載嵌入式計(jì)算機(jī)連接有激光測量 系統(tǒng)，所述車載PLC控制器連接有操控手柄、方向盤、剎車踏板、油門踏板； 所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用于完成林木聯(lián)合采育機(jī)的自主采伐作業(yè)任務(wù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)虛擬 顯示，包括虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)、虛擬立木和地面、虛擬動(dòng)態(tài)顯示模塊、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存模塊、 人機(jī)交互模塊； 所述車載嵌入式計(jì)算機(jī)包括控制輸入采集模塊、輸出參數(shù)顯示模塊、立木激光測量算 法模塊和軌跡規(guī)劃與控制算法模塊； 所述車載PLC控制器用于采集處理所述操控手柄、方向盤、剎車踏板、油門踏板控制輸 入量，同時(shí)輸出實(shí)體林木聯(lián)合米育機(jī)上液壓油缸的控制信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特 征在于，所述虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)包括虛擬采伐臂、虛擬伐木頭和虛擬車體，所述虛擬動(dòng)態(tài) 顯示模塊能將虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)的作業(yè)運(yùn)動(dòng)和立木三維模型信息實(shí)時(shí)顯示到液晶顯示 器上，所述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存模塊能實(shí)時(shí)保存虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)的采伐臂、車體和伐木頭的 運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，所述人機(jī)交互模塊能完成自主作業(yè)任務(wù)的控制參數(shù)輸入。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特 征在于，所述控制輸入采集模塊用于處理車載PLC控制器的輸入量，輸出參數(shù)顯示模塊完 成伐木頭的工作狀態(tài)參數(shù)和立木的胸徑、方位、間距參數(shù)的輸出顯示，所述立木激光測量算 法模塊用于采集激光掃描的數(shù)據(jù)，獲得立木的胸徑、方位和間距參數(shù)，所述軌跡規(guī)劃與控制 算法模塊能基于激光測量數(shù)據(jù)完成虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)的作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制算法。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特 征在于，所述操控手柄用于完成虛擬采伐臂和虛擬伐木頭運(yùn)動(dòng)的人工控制量輸入。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特 征在于，所述激光測量系統(tǒng)能獲得采伐目標(biāo)立木的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)車載嵌入式計(jì)算機(jī)上 的立木激光測量算法模塊計(jì)算獲得立木的胸徑、方位和間距參數(shù)，為采伐臂的軌跡規(guī)劃與 控制提供基本的測量反饋數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特 征在于，所述方向盤用于完成虛擬林木聯(lián)合米育機(jī)車體的方向控制輸入。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特 征在于，所述剎車踏板用于完成虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)車體的減速和制動(dòng)控制輸入。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特 征在于，所述油門踏板用于完成虛擬林木聯(lián)合采育機(jī)車體的加速運(yùn)動(dòng)控制輸入。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的林木聯(lián)合采育機(jī)作業(yè)軌跡規(guī)劃與控制半實(shí)物仿 真系統(tǒng)，其特征在于，所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與車載嵌入式計(jì)算機(jī)之間通過雙冗余的外部CAN 總線連接，所述車載嵌入式計(jì)算機(jī)與車載PLC控制器間通過雙冗余的內(nèi)部CAN總線連接，所 述激光測量系統(tǒng)與車載嵌入式計(jì)算機(jī)間通過串口連接。
【文檔編號(hào)】G05B19/05GK104122836SQ201410397587
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】鄭一力, 劉晉浩, 王典, 孫治博, 葛桃桃, 王建利 申請人:北京林業(yè)大學(xué)