[发明专利]一种轮式工程机械自动循迹行驶控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种轮式工程机械自动循迹行驶控制系统及方法，系统包括：路径输入模块，用于获取指定路径数据；定位数据采集模块，用于采集轮式工程机械轨迹路径点的坐标信息以及轮式挖掘机自身位置坐标信息，并对坐标信息进行坐标转换，输出转换后的路径数据以及定位数据；曲线拟合模块，用于接收定位数据采集模块转换后的路径数据，对这些离散的路径数据进行曲线拟合，输出轮式挖掘机的行驶轨迹曲线；轨迹跟踪控制模块，用于接收轮式挖掘机位姿数据、定位数据采集模块输出的定位数据和曲线拟合模块输出的行驶轨迹曲线，通过计算获取并输出油门踏板深度、制动踏板深度以及转向角，控制实现自动循迹行驶。

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，涉及一种轮式工程机械自动循迹行驶控制系统及方法。

背景技术

工程机械广泛应用于重大战略工程、基础设施建设中，是支撑我国国民经济发展的战略性产业，起着极其重要的作用。工程机械种类繁多，大致可以分为轮式和履带式两种。轮式工程机械的特点是机动性高，以轮式挖掘机为例，与履带式轮式挖掘机相比，更加适合于城市施工。

在某些特殊行业工程机械作业环境异常恶劣，比如：毒气废气场合、垃圾清理、抢险救灾、隧道开挖、防爆作业、放射性场合作业等。这些恶劣的作业环境给作业人员带来极大的困难和不便，有些作业环境还可能产生有毒气体、发生爆炸或者坍塌的危险，任何工作的开展都不能以牺牲作业人员的健康和生命为代价，因此如何实现工程机械的无人化控制已经成为了现代机械研究的一个重点。

中国专利CN108797669A，一种自主3D挖掘施工机器人，利用机器视觉、卫星定位等相结合，实现自动化行驶及挖掘作业。通过安装于机器上方的摄像机与机器视觉计算机构成机器视觉系统，能够立体地测量环境信息。并与3D设计模型相结合，形成AR增强现实能力，确定作业目标及导航前进方向，在线指定遍历作业范围的导航路线。

现有技术存在以下缺陷：专利CN108797669A的缺点：在自动行驶技术方面主要解决在局部作业区域内自动行驶到作业面的问题，依赖于机器视觉计算机识别作业点或者面，一旦遇到粉尘、浓雾、雨雪等环境时效果不好。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种轮式工程机械自动循迹行驶控制系统及方法，以保证轮式工程机械能够自动、可靠、稳定、安全地抵达作业地点，不受粉尘、浓雾、雨雪等环境影响，适用于轮式工程机械，具有通用性和普适性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种轮式工程机械自动循迹行驶控制系统，包括：

路径输入模块，用于获取指定路径数据；

定位数据采集模块，用于采集轮式工程机械轨迹路径点的坐标信息以及轮式挖掘机自身位置坐标信息，并对坐标信息进行坐标转换，输出转换后的路径数据以及定位数据；

曲线拟合模块，用于接收定位数据采集模块转换后的路径数据，对这些离散的路径数据进行曲线拟合，输出轮式挖掘机的行驶轨迹曲线；

轨迹跟踪控制模块，用于接收轮式挖掘机位姿数据、定位数据采集模块输出的定位数据和曲线拟合模块输出的行驶轨迹曲线，通过计算获取并输出油门踏板深度、制动踏板深度以及转向角。

根据本发明的一个实施例，所述轨迹跟踪控制模块，包括：

横向控制模块，其基于当前车辆坐标、航向角和行驶轨迹曲线，采用预瞄PID控制算法，计算转向角；

纵向控制模块，其采用PID算法，将期望行驶速度与实际车速进行对比，将速度误差作为PID的输入，计算油门踏板深度和制动踏板深度。

根据本发明的一个实施例，所述定位数据采集模块，利用高斯正算公式将地理坐标系下的GPS数据转换到X轴指向正东，Y轴指向正北，原点位于传感器质心的当地水平坐标系中。