Accurate real-time estimation of end effector interaction forces in hydraulic excavators is a key enabler for advanced automation in heavy machinery. Accurate knowledge of these forces allows improved, precise grading and digging maneuvers. To address these challenges, we introduce a high-accuracy, retrofittable 2D force- and payload estimation algorithm that does not impose additional requirements on the operator regarding trajectory, acceleration or the use of the slew joint. The approach is designed for retrofittability, requires minimal calibration and no prior knowledge of machine-specific dynamic characteristics. Specifically, we propose a method for identifying a dynamic model, necessary to estimate both end effector interaction forces and bucket payload during normal operation. Our optimization-based payload estimation achieves a full-scale payload accuracy of 1%. On a standard 25 t excavator, the online force measurement from pressure and inertial measurements achieves a direction accuracy of 13 degree and a magnitude accuracy of 383 N. The method's accuracy and generalization capability are validated on two excavator platforms of different type and weight classes. We benchmark our payload estimation against a classical quasistatic method and a commercially available system. Our system outperforms both in accuracy and precision.


翻译:液压挖掘机末端执行器交互力的精确实时估计是重型机械实现高级自动化的关键使能技术。准确掌握这些力可改进并实现精确的平地与挖掘操作。针对这些挑战,本文提出一种高精度、可加装的二维力与载荷估计算法,该算法对操作者的轨迹规划、加速度控制或回转关节使用均无额外要求。该方法专为可加装性设计,仅需最小化标定且无需预先掌握机器特定的动态特性。具体而言,我们提出一种动态模型辨识方法,该模型对于正常作业中末端执行器交互力与铲斗载荷的同步估计至关重要。基于优化的载荷估计实现了1%的全量程载荷精度。在标准25吨挖掘机上,通过压力与惯性测量的在线力测量实现了13度的方向精度与383 N的幅值精度。该方法的精度与泛化能力在两种不同类型及重量等级的挖掘机平台上得到验证。我们将载荷估计性能与经典准静态方法及商用系统进行对比,本系统在精度与准确度方面均优于两者。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员