CN109826271A - 一种基于ros的智能挖掘机数据显示平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ROS的智能挖掘机数据显示平台，包括数据实时显示模块、挖掘轨迹实时作图模块和配置与功能模块。本发明在ROS上基于Python&C++汇编而成，应用PyQt5搭建平台界面，使挖掘轨迹、传感器的数据以及提升电机和推压电机的数据等以界面化形式显示。本发明突破了智能挖掘机系统由于传感器采集的数据众多、不能直观显示以及不能及时地观测到挖掘过程的状态数据信息的局限性，用户通过智能挖掘机数据显示平台及时地观测到挖掘机工作时的挖掘状况，通过数据的界面化以及实时化能够非常直观地显示挖掘过程的挖掘轨迹图以及挖掘数据实时变化曲线图，而且通过集成不同的控件来实现多种功能，进而提高挖掘的智能化水平。

Description

一种基于ROS的智能挖掘机数据显示平台

技术领域

本发明涉及智能挖掘机技术，特别是一种基于ROS(机器人操作系统)的智能挖掘机数据显示平台。

背景技术

采矿工业承担着提供煤炭和矿物原材料的任务，是国民经济的基础。大型矿用挖掘机(也称机械式正铲挖掘机或者电铲)，通常指矿山开采中使用的单斗容量大于35m³、自重超过1000吨的挖掘机，是以电机作为动力输出原件，以减速器、提升绳、天轮、卷筒等传递动力，以大臂、斗杆以及铲斗为主要工作装置的单斗挖掘机。大型矿用挖掘机是露天矿山开采系统的核心装备，其综合性能直接决定着整个矿山的开采效率。由于操作者往往会遵循着某种作业习惯进行挖掘，实际作业时经常出现挖不满(满斗率低)的现象，或者挖不动、电机堵转、欠约束的起重臂异位等挖掘中断不连续现象，严重影响挖掘机的综合挖掘效率，所以提高挖掘效率至关重要。

随着挖掘机智能化水平的提高，目前正趋于无人挖掘技术，智能挖掘机虽然能够保证挖掘效率、节约能耗，但在挖掘时需要很多传感器进行配合，由于采集的数据众多、不能直观显示以及不能及时地观测到挖掘过程的状态数据，影响了智能化程度的进一步提高。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能够实时显示传感器数据并作图、通过不同控件实现多种功能的基于ROS的智能挖掘机数据显示平台。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于ROS的智能挖掘机数据显示平台，在ROS上基于Python&C++汇编而成，应用PyQt5搭建平台界面；

所述的数据显示平台包括数据实时显示模块、挖掘轨迹实时作图模块和配置与功能模块；

所述的数据实时显示模块实时显示挖掘机上多个传感器以及电机编码器信息，所述的信息包括拉力传感器、扭矩传感器、压力传感器以及提升电机编码器和推压电机编码器的数据，数据经过传感器和编码器发布出来，然后由数据实时显示模块进行订阅，通信成功后数据在数据实时显示模块中以数据流的形式动态呈现；

所述的挖掘轨迹实时作图模块实时显示出挖掘轨迹状态，在挖掘过程中挖掘轨迹实时作图模块调出提升电机和推压电机的编码器数据作图并显示出铲斗的实时轨迹；

配置和功能模块针对智能挖掘机系统的IP连接进行配置和执行不同功能，通过点击不同的控件实现多种功能要求；所述的系统配置和功能模块包括IP配置模块、复位模块、模式选择模块、数据保存模块、点云图实时显示模块以及数据实时变化曲线模块；

所述的IP配置模块配置工控机和上位机的IP，工控机的IP由工控机内的挖掘机系统参数决定，上位机的IP根据用户的PC端自定义设置；

所述的复位模块执行挖掘机初始状态前的复位动作，通过在ROS上导入挖掘机系统的初始位置数据实现其自动复位功能；

所述的模式选择模块用于用户自主选择手动和自动挖掘模式。选择自动模式时，挖掘机会自动执行完整的挖掘动作；选择手动模式时用户通过遥控手柄操控挖掘机执行挖掘动作，实现以界面控件形式的自动/手动切换功能，即自动/手动切换功能通过点击界面的相关控件实现。

所述的数据保存模块用于用户根据需求保存挖掘过程的传感器以及编码器数据，包括开始保存和保存结束；

所述的点云图实时显示模块实时显示出料堆的点云图状态，用户根据不同的点云图分析料堆相应的参数；

所述的数据实时变化曲线模块实时显示在挖掘过程中传感器和编码器的实时数据变化，包括提拉绳的拉力和位移、推压杆的推压力和位移以及压力传感器的压力变化。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明能够更为直观的观测到相关的数据。通过在ROS上基于Python&C++汇编而成，应用PyQt5搭建平台界面，使挖掘轨迹、传感器的数据以及提升电机和推压电机的数据等以界面化形式显示。

2、本发明在手动/自动切换以及复位操作时摆脱了手柄操作的局限性，可以通过点击界面的控件实现功能切换。

3、本发明在观测挖掘数据的同时，可实时显示挖掘过程的挖掘轨迹图以及挖掘数据实时变化曲线图。

4、总之，本发明突破了智能挖掘机系统由于传感器采集的数据众多、不能直观显示以及不能及时地观测到挖掘过程的状态数据信息的局限性，用户可以通过智能挖掘机数据显示平台及时地观测到挖掘机工作时的挖掘状况，通过数据的界面化以及实时化能够非常直观地显示挖掘过程的挖掘轨迹图以及挖掘数据实时变化曲线图，而且通过集成不同的控件来实现多种功能，有利于实际问题的分析，可以有效解决背景技术中的问题，进而提高挖掘的智能化水平，有助于智能挖掘机的发展。

附图说明

图1是本发明的组成示意图。

图2是本发明的操作流程图。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1-2所示，本发明的工作方法如下：

1、根据用户的工控机和上位机属性，输入对应的IP参数；

2、根据步骤1输入的IP参数，选择连接按钮，将工控机和上位机进行连接，此时在数据实时显示模块中会实时输出传感器以及编码器的数据，若输出ros master错误，则需检查IP参数输入是否错误；

3、步骤2完成后，可点击复位按钮对挖掘机执行初始化复位操作，将传感器与编码器的数据进行归零设置以便后续数据的采集和保存；

4、进行模式选择，用户可以根据需要进行自动/手动挖掘，默认是手动模式，当点击模式选择后会变成自动模式并在数据实时显示模块中显示出切换完成的消息，此时挖掘机自动执行挖掘动作而且数据实时显示模块中数据流跟随挖掘过程实时更新变化；再次点击时会切换成手动挖掘模式，此时需要用户通过遥控手柄进行自定义的挖掘动作；

5、在步骤4执行挖掘动作时，可点击数据保存模块，用户可根据需求在不同的时刻进行不同过程的数据保存；

6、在执行步骤3、4和5时，用户可根据需要，利用ROS的rviz打开点云图实时显示模块，可清晰直观地显示出料堆的实时点云状态；

7、在执行步骤3、4和5时，用户可根据需求打开数据实时变化曲线模块，利用ROS的rqt_plot实时显示出在整个挖掘过程中提拉绳的拉力和位移、推压杆的推压力和位移以及压力传感器的压力的变化情况，以动图曲线的形式呈现。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于ROS的智能挖掘机数据显示平台，其特征在于：在ROS上基于Python&C++汇编而成，应用PyQt5搭建平台界面；

所述的数据显示平台包括数据实时显示模块、挖掘轨迹实时作图模块和配置与功能模块；

所述的数据实时显示模块实时显示挖掘机上多个传感器以及电机编码器信息，所述的信息包括拉力传感器、扭矩传感器、压力传感器以及提升电机编码器和推压电机编码器的数据，数据经过传感器和编码器发布出来，然后由数据实时显示模块进行订阅，通信成功后数据在数据实时显示模块中以数据流的形式动态呈现；

所述的挖掘轨迹实时作图模块实时显示出挖掘轨迹状态，在挖掘过程中挖掘轨迹实时作图模块调出提升电机和推压电机的编码器数据作图并显示出铲斗的实时轨迹；

配置和功能模块针对智能挖掘机系统的IP连接进行配置和执行不同功能，通过点击不同的控件实现多种功能要求；所述的系统配置和功能模块包括IP配置模块、复位模块、模式选择模块、数据保存模块、点云图实时显示模块以及数据实时变化曲线模块；

所述的IP配置模块配置工控机和上位机的IP，工控机的IP由工控机内的挖掘机系统参数决定，上位机的IP根据用户的PC端自定义设置；

所述的复位模块执行挖掘机初始状态前的复位动作，通过在ROS上导入挖掘机系统的初始位置数据实现其自动复位功能；

所述的模式选择模块用于用户自主选择手动和自动挖掘模式；选择自动模式时，挖掘机会自动执行完整的挖掘动作；选择手动模式时用户通过遥控手柄操控挖掘机执行挖掘动作，实现以界面控件形式的自动/手动切换功能，即自动/手动切换功能通过点击界面的相关控件实现；

所述的数据保存模块用于用户根据需求保存挖掘过程的传感器以及编码器数据，包括开始保存和保存结束；

所述的点云图实时显示模块实时显示出料堆的点云图状态，用户根据不同的点云图分析料堆相应的参数；

所述的数据实时变化曲线模块实时显示在挖掘过程中传感器和编码器的实时数据变化，包括提拉绳的拉力和位移、推压杆的推压力和位移以及压力传感器的压力变化。