機器視覺+ROS控制數字液壓攤鋪機實現(xiàn)自動巡線無人駕駛

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采用數字液壓馬達驅動攤鋪機，實現(xiàn)超低穩(wěn)定速度行進，及精確到毫米級重復定位基礎上，我們采用機器人操作系統(tǒng)（ROS），配合機器視覺技術，利用廉價的控制硬件系統(tǒng)（樹莓派），僅僅1個0基礎工程師2個月時間，就實現(xiàn)了攤鋪機自動尋線無人駕駛。這是工程機械數字化后，能夠采用大量成熟且開源免費機器人技術，推動工程機械邁向智能化和機器人化“換道超車”創(chuàng)新發(fā)展的巨大好處。

比鼠標還小巧，但能運行機器人操作系統(tǒng)（ROS）的低成本控制系統(tǒng)（樹莓派），以及毫米級定位精度的數字液壓攤鋪機

技術路徑

▊電控多路閥方案

在現(xiàn)有成熟的多路閥上，將液壓先導式控制方式升級為電比例控制方式，然后配合多傳感器融合技術（包括：地理位置、姿態(tài)、壓力、流量、溫度等傳感器）和高性能計算機（ECU），實現(xiàn)對工程機械各個運動姿態(tài)及過程的實時控制，滿足自動化和智能化的目標需求。

這是一種建立在成熟基礎上的技術升級。這種方式帶來的好處不言而喻，就是基于已經成熟可靠的技術并繼續(xù)完善提升。但不好之處也非常突出，那就是受制于原本液壓系統(tǒng)的一些天生不足，諸如：無法實現(xiàn)高精度和高協(xié)調性運動控制，無法滿足多環(huán)節(jié)流量精確分配，技術難度大，生產制造調試和維護工作量大，綜合成本高。

▊伺服比例閥方案

采用伺服比例閥方案的目的是擺脫電控多路閥方案中的技術制約，通過復雜功率分配軟件算法和高性能運動控制計算機，實現(xiàn)對工程機械復雜運動特性的控制。這種技術方案雖然能有效改善由于多路閥自身對技術的限制和制約，但其依然受制于模擬液壓控制技術中，多執(zhí)行單元對速度和位置精確控制技術難度高，功率匹配難以實現(xiàn)精準，從而帶來能耗大、系統(tǒng)沖擊大、器件和系統(tǒng)壽命低等諸多問題，并額外增加了技術實現(xiàn)難度，大幅增加了綜合成本。

▊數字液壓方案

數字液壓是近些年國際發(fā)展趨勢，是伺服液壓技術的升級。數字液壓由于具有數字化特性，并能精確的實現(xiàn)速度和位置控制，加上其具有極強的環(huán)境耐受特性，擺脫了多路閥和比例閥諸多特性不足的制約，因而對于工程機械這種多運動環(huán)節(jié)需要協(xié)同精確受控，且要求高效節(jié)能的大型裝備，體現(xiàn)了極大的技術性能和成本優(yōu)勢。

首先：由于數字液壓執(zhí)行器件（數字缸、數字馬達）的運動速度和位移精確受控，因此無論是單獨抑或是系統(tǒng)中的所有器件所需要的流量均可以實時掌握，這就對工程機械的功率匹配提供了最佳條件。億美博推出的DFM（數字流量分配系統(tǒng)）就是在此基礎上，結合數字可編程功率敏感泵，可實現(xiàn)精準且高響應高效率的工程機械數字液壓解決方案。

其次：由于數字液壓執(zhí)行器件的數字化特性，對多執(zhí)行單元協(xié)同實現(xiàn)精確的運動關系，提供了最佳實現(xiàn)基礎。例如一臺挖掘機的行走、上裝回轉，以及動臂、抖桿和鏟斗的精準復合動作，才能實現(xiàn)安全和有效的作業(yè)。

第三：由于數字液壓執(zhí)行器件的數字化特性和網絡遠程精準執(zhí)行能力，使其與信息化、自動化和智能化，最終實現(xiàn)機器人化，具有了天生的優(yōu)勢。

▊專用系統(tǒng)

工程機械的控制目前普遍采用專用ECU控制器。有些較早期的系統(tǒng)編程方式基本基于指令逐行編寫，近些年一些較先進的操作系統(tǒng)，已經可以采用IEC 61131國際電工委員會制定的可編程邏輯控制器標準進行編程。但無論是逐行指令或是IEC61131的編程，幾乎都需要不同產品、不同廠家建立自己專用而非通用的軟件基礎庫，很難實現(xiàn)不同產品和不同廠家的功能通用，這就造成大量基礎性工作重復，造成極大的開發(fā)和升級成本，這在幾乎每一個企業(yè)都有深刻的體會。例如：起重機的上裝回轉控制軟件，是無法被用在挖掘機、旋挖鉆等類似工況設備上的，甚至早期的產品經過升級后，也無法使用以前的控制軟件，造成極大的開發(fā)升級負擔和成本。

▊ROS

ROS是用于編寫機器人軟件程序的一種具有高度靈活性的軟件架構。它可以跨平臺部署和實施，并包含了大量工具軟件、庫代碼和約定協(xié)議，旨在簡化跨機器人平臺創(chuàng)建復雜、魯棒的機器人行為這一過程的難度與復雜度。

ROS（Robot Operating System，下文簡稱“ROS”）是一個適用于機器人的開源的元操作系統(tǒng)。它提供了操作系統(tǒng)應有的服務，包括硬件抽象，底層設備控制，常用函數的實現(xiàn)，進程間消息傳遞，以及包管理。它也提供用于獲取、編譯、編寫、和跨計算機運行代碼所需的工具和庫函數。

ROS 的主要目標是為機器人研究和開發(fā)提供代碼復用的支持。ROS是一個分布式的進程（也就是“節(jié)點”）框架，這些進程被封裝在易于被分享和發(fā)布的程序包和功能包中。ROS也支持一種類似于代碼儲存庫的聯(lián)合系統(tǒng)，這個系統(tǒng)也可以實現(xiàn)工程的協(xié)作及發(fā)布。這個設計可以使一個工程的開發(fā)和實現(xiàn)從文件系統(tǒng)到用戶接口完全獨立決策（不受ROS限制）。同時，所有的工程都可以被ROS的基礎工具整合在一起。

工程機械之所以沒有被人看作是機器人，是由于液壓傳動環(huán)節(jié)難以實現(xiàn)精準的速度和位置控制，無法具有有效的精確執(zhí)行和協(xié)調作業(yè)能力。但數字化將會改變這一狀況。數字液壓工程機械由于大大提升了液壓執(zhí)行單元的速度和位置執(zhí)行精度，保證了多執(zhí)行環(huán)節(jié)的協(xié)調性，加上功率匹配更加精準和高響應，因而采用ROS控制工程機械實現(xiàn)機器人化變?yōu)榭赡堋?/span>

采用ROS和相應綜合性價比更好的計算機硬件替代升級ECU和控制系統(tǒng)，不僅可以大幅減少重復性的開發(fā)工作，享用大量已經開發(fā)完成且開源免費的工具包及代碼外，還可以跨平臺實現(xiàn)類似功能的軟件庫共享，即便是有升級的需求，也可以很容易的實現(xiàn)功能庫替換。讓工程機械的創(chuàng)新升級，融入機器人化發(fā)展進程。