Система автономного управления дорожно-строительной машины Российский патент 2023 года по МПК E01C19/00 B60W60/00 

Описание патента на изобретение RU2794670C1

Изобретение относится к области автоматизации рабочих процессов дорожно-строительных машин, а именно к устройствам для автоматического управления рабочими процессами дорожно-строительных машин.

Известна система автоматического управления рабочим органом автогрейдера [RU 2327011, 20.06.2008], содержащая датчик действительной скорости машины, датчик объема грунта, задатчик опорных сигналов, управляющий блок, включающий в себя устройство ввода, постоянное запоминающее устройство, к выходам которых подключен однокристальный микроконтроллер, присоединенный своим выходом к устройству вывода, и исполнительный механизм, включающий в себя электрозолотники, подключенные своим входом к устройству вывода, отличающаяся тем, что однокристальный микроконтроллер имеет обратную связь с устройством ввода, постоянным запоминающим устройством и устройством вывода, а исполнительный механизм снабжен одним дополнительным гидроцилиндром для поворота отвала относительно продольной оси машины, обеспечивающим стабильную возможность непрерывного управления поворота отвала во время разработки грунта, и использует стандартное устройство поворота отвала, присоединенное своим входом к выходу электрозолотников, к другому выходу которых присоединен своим входом один дополнительный гидроцилиндр для поворота отвала относительно продольной оси машины, которые в результате совместной работы увеличивают или уменьшают угол захвата рабочего органа в процессе планирования грунта.

Недостатками данной системы являются отсутствие контура управления курсом движения машины и отсутствие возможности исключить человека-оператора из системы управления.

Известна система управления рабочим органом землеройно-транспортной машины [RU 2572434, 10.01.2016], содержащая контроллер и соединенные с ним инерциальный измеритель и орган ручного управления рабочим органом ЗТМ. Контроллер формирует сигналы управления регулируемым электрогидравлическим приводом подъема/опускания и/или перекоса рабочего органа из условия стабилизации его углового положения относительно машины или гравитационной вертикали, положения по высоте относительно машины, грунтовой поверхности или предварительно заданной проектной поверхности, скорости перемещения по какой-либо координате или соотношения скоростей горизонтального и вертикального перемещения.

Недостатками данной системы являются отсутствие контура управления курсом движения машины и отсутствие возможности исключить человека-оператора из системы управления.

Наиболее близкой по своей технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому изобретению является система автоматического управления движением трактора с роботизированной механической коробкой переключения передач [RU 2771704, 11.05.2022], содержащая шину обмена данных, коммутационный модуль, блок управления гидравликой, датчик угла поворота, гидравлический насос-дозатор, блок управления торможением, пневматический пропорциональный клапан, блок управления сцеплением, пневматический цилиндр актуации.

Недостатками данной системы являются отсутствие контура управления рабочим органом, что делает невозможным использование данной системы для управления дорожно-строительными машинами.

Задачей изобретения является создание системы автономного управления дорожно-строительной машины, имеющей возможности: построения требуемой траектории движения с учетом кинематических особенностей конкретной модели машины, реализации метода управления курсом движения машины с учетом расположения рабочего органа относительно базы машины и текущей скорости движения, управления рабочим органом машины в соответствии с проектом сооружения и точностными требованиями.

При этом достигаются следующие технические результаты:

1) возможность осуществления рабочего процесса дорожно-строительной машины без участия человека-оператора;

2) возможность накопления информации о траектории движения рабочего органа машины для построения «цифрового двойника» возводимого сооружения, который можно использовать в качестве входной информации при следующих этапах строительства и в течение всего жизненного цикла сооружения.

Преимуществом предлагаемого решения является исключение человека-оператора из контуров управления дорожно-строительной машиной, что позволит повысить производительность и точность выполнения работ.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что помимо управления рабочим органом на систему автономного управления возлагаются функции: построения оптимальной траектории движения дорожно-строительной машины на основе 3D-проекта сооружения и электронной карты местности с учетом кинематических ограничений дорожно-строительной машины.

Система автономного управления дорожно-строительной машины на основе информации о заданном курсе и текущем векторе состояния машины вырабатывает управляющие воздействия на гидравлическое рулевое управление и силовую установку. Цифровой 3D-проект сооружения позволяет сравнить текущее положение рабочего органа с проектными отметками и сформировать управляющее воздействие на гидропривод рабочего органа, изменяя его высотную и угловую координаты.

Изобретение поясняется прилагаемым чертежом и нижеследующим описанием, где на фигуре 1 приведена структурная схема системы автономного управления дорожно-строительной машины.

Система содержит бортовой контроллер нижнего уровня 1, со своим программным обеспечением, осуществляющий координацию работы автоматических подсистем, подсистему автоматического управления силовой установкой и трансмиссией 2 со своими датчиками первичной измерительной информации и исполнительными устройствами, подсистему автоматического управления гидравлического рулевого управления 3 со своими датчиками первичной измерительной информации и исполнительными устройствами, подсистему автоматического управления гидроприводом рабочего органа 4 со своими датчиками первичной измерительной информации и исполнительными устройствами. Блок датчиков 5, содержащий трехосный акселерометр-гироскоп на раме машины, датчик угла поворота передних колес, датчик угла захвата рабочего органа. Входы и выходы бортового контроллера 1 соединены с соответствующими выходами и входами подсистем автоматического управления силовой установкой и трансмиссией 2, гидравлического рулевого управления 3, гидроприводом рабочего органа 4, блоком датчиков 5. В систему введен бортовой компьютер верхнего уровня 6 со своим программным обеспечением, в который введены электронный проект сооружения в виде 3D-модели и электронная карта местности. Бортовой компьютер 6 через шину обмена данными 7 соединен с бортовым контроллером 1. На входы бортового компьютера 6 подаются сигналы с выходов лидара 8, камеры глубины 9, двух приемников сигналов глобальных навигационных спутниковых систем 10.

Два приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем 10, трехосный акселерометр-гироскоп на раме машины, датчик угла поворота передних колес, датчик угла захвата рабочего органа формируют вектор состояния дорожно-строительной машины в каждый момент времени, содержащий координаты машины и ее рабочего органа в системе координат проекта, углы азимута, крена и тангажа машины, угол захвата рабочего органа, угол поворота передних колес и скорость машины. Лидар 8 проводит сканирование местности и позволяет обнаруживать препятствия на пути движения машины. Камера глубины 9 осуществляет картографирование пройденного пути. Бортовой компьютер верхнего уровня 6 осуществляет обработку информационных сигналов с приемников глобальных навигационных спутниковых систем 10, камеры глубины 9 и лидара 8, реализует метод построения заданной траектории движения машины с учетом ее кинематических особенностей, сравнивает положение машины и ее рабочего органа с проектом сооружения, представленного в виде 3D-модели сооружения и электронной карты местности, реализует метод управления движением машины, через шину обмена данными 7 и бортовой контроллер 1 осуществляет управление автоматическими подсистемами гидравлического рулевого управления 3, силовой установки с трансмиссией 2, гидропривода рабочего органа 4, что обеспечивает выполнение рабочего процесса дорожно-строительной машины в соответствии с проектом возводимого сооружения с требуемыми точностными характеристиками без участия человека-оператора.

Предлагаемое изобретение – система автономного управления дорожно-строительной машины, может быть изготовлена промышленным способом из серийно выпускаемых изделий.

Похожие патенты RU2794670C1

название год авторы номер документа
Устройство профилирования дороги автогрейдером 2018
  • Галицков Станислав Яковлевич
  • Масляницын Александр Петрович
  • Фадеев Александр Сергеевич
  • Лукьянов Алексей Сергеевич
RU2703074C1
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ БЕСПИЛОТНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ 2022
  • Кейстович Александр Владимирович
RU2789153C1
РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС 2014
  • Громов Владимир Вячеславович
  • Зарубин Виталий Анатольевич
  • Липсман Давид Лазорович
  • Мосалёв Сергей Михайлович
  • Рыбкин Игорь Семенович
  • Синицын Денис Игоревич
  • Фуфаев Дмитрий Альберович
  • Хитров Владимир Анатольевич
RU2559194C1
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОРГАНОМ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ 2014
  • Коровин Владимир Андреевич
  • Коровин Константин Владимирович
RU2572434C1
Способ профилирования дороги автогрейдером 2018
  • Галицков Станислав Яковлевич
  • Масляницын Александр Петрович
  • Фадеев Александр Сергеевич
  • Лукьянов Алексей Сергеевич
RU2707614C1
Способ экстренного оповещения при опасных ситуациях и авариях на дорогах 2019
  • Золотов Артем Николаевич
  • Голубев Андрей Сергеевич
  • Прокошев Валерий Григорьевич
  • Бушуев Артем Сергеевич
  • Чкалов Руслан Владимирович
  • Васильченкова Дарья Геннадьевна
  • Кочуев Дмитрий Андреевич
  • Лоханов Александр Васильевич
  • Васильев Александр Сергеевич
  • Птицын Дмитрий Сергеевич
  • Осотов Степан Витальевич
RU2728951C1
РОБОТИЗИРОВАННОЕ ТРАНСПОРТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОБИЛЬНОГО РОБОТИЗИРОВАННОГО РЕМОНТНО-ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА 2023
  • Ларькин Валентин Викторович
  • Шиль Владимир Владимирович
  • Шиль Владимир Иванович
  • Елисеев Алексей Петрович
RU2806129C1
СИСТЕМА ОХРАНЫ И ПОИСКА УГНАННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 2008
  • Грибок Владимир Петрович
  • Косарев Сергей Александрович
  • Райгородский Юрий Витальевич
  • Харченко Геннадий Александрович
  • Шептовецкий Александр Юрьевич
RU2349962C1
РОБОТИЗИРОВАННАЯ ТРАНСПОРТНАЯ ПЛАТФОРМА 2018
  • Коровин Владимир Андреевич
RU2701592C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА МАШИНЫ 2014
  • Коровин Владимир Андреевич
  • Коровин Константин Владимирович
RU2566153C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 794 670 C1

Реферат патента 2023 года Система автономного управления дорожно-строительной машины

Изобретение относится к строительным машинам. Система автономного управления дорожно-строительной машины содержит бортовой контроллер нижнего уровня, подсистемы автоматического управления, блок датчиков, лидар, камеру глубины, осуществляющую картографирование пройденного пути, два приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Система содержит бортовой компьютер верхнего уровня, в который введены проект сооружения в виде 3D-модели и электронная карта местности. К этому компьютеру подключены камера глубины, лидар, два приемника глобальных навигационных спутниковых систем. Контроллеры верхнего и нижнего уровней связаны шиной обмена данными. Контроллер нижнего уровня соединен с подсистемами автоматического управления силовой установкой и трансмиссией, гидропривода рабочего органа, гидравлического рулевого управления, блока датчиков. Решение направлено на автоматизацию рабочего процесса. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 794 670 C1

Система автономного управления дорожно-строительной машины, содержащая бортовой контроллер нижнего уровня со своим программным обеспечением, подсистемы автоматического управления силовой установкой и трансмиссией, гидропривода рабочего органа, гидравлического рулевого управления, блок датчиков, лидар, позволяющий обнаруживать препятствия на пути движения машины, камеру глубины, осуществляющую картографирование пройденного пути, два приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, с помощью которых формируются информационные сигналы о координатах машины и ее рабочего органа в системе координат проекта, отличающаяся тем, что в систему введен бортовой компьютер верхнего уровня со своим программным обеспечением, в который введены проект сооружения в виде 3D-модели и электронная карта местности, к входам которого подключены камера глубины, лидар, два приемника глобальных навигационных спутниковых систем, который связан через шину обмена данными с бортовым контроллером нижнего уровня, входы и выходы которого соединены соответственно с выходами и входами подсистем автоматического управления силовой установкой и трансмиссией, гидропривода рабочего органа, гидравлического рулевого управления, блока датчиков.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2794670C1

EP 3660231 A1, 03.06.2020
DE 102019125702 A1, 02.04.2020
EP 3147406 B1, 20.12.2017
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ТРАКТОРА С РОБОТИЗИРОВАННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ КОРОБКОЙ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ 2021
  • Каширов Никита Сергеевич
  • Новиков Илья Андреевич
  • Болотов Иван Геннадиевич
RU2771704C1
СПОСОБЫ И ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ В ОКРУЖЕНИИ БЕСПИЛОТНОГО АВТОМОБИЛЯ 2021
  • Рыков Андрей Олегович
  • Филатов Артём Андреевич
RU2767831C1
СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПРЕДСКАЗАНИЯ БУДУЩЕГО СОБЫТИЯ В БЕСПИЛОТНОМ АВТОМОБИЛЕ (SDC) 2019
  • Труханович Владислав Андреевич
RU2757038C2
СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОМ НАЛИЧИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ 2019
  • Рыков Андрей Олегович
  • Мурашкин Вячеслав Владимирович
  • Филатов Артём Андреевич
RU2767955C1

RU 2 794 670 C1

Авторы

Сухарев Роман Юрьевич

Сухарева Светлана Витальевна

Даты

2023-04-24Публикация

2022-11-03Подача