[发明专利]一种挖掘机的在线作业纠偏系统和方法

说明书

本发明针对挖掘机自主挖掘阶段，提出一种提高自动挖掘准确度的在线作业纠偏方法。包括应用特殊安装方法的环境检测设备激光扫描仪，将其安装在挖掘机动臂两侧，利用视觉的广角对挖掘部分的盲区进行监控与计算，所述发明还包括自动化纠偏操作系统，针对智能化自主操作挖掘机，可用于挖掘作业过程中的在线目标物料定位，以及挖掘过程中自主纠偏。

技术领域

本发明涉及挖掘机，尤其涉及一种挖掘机的在线作业纠偏系统和方法。

背景技术

挖掘机在自动化土方挖掘过程中，需要对表面区域进行建模扫描，自动驾驶技术中扫描仪常规环境建模的方法为通过在车顶安装激光扫描仪，通过扫描仪自身的旋转运动在一定角度范围内对周围环境进行建模，在对挖掘工况建模上由于工作装置液压臂机构的阻挡，无法有效对挖掘面进行覆盖，不利于自动化过程中对工作面的识别。

四川绵阳自动化研究所在“一种基于激光雷达的挖掘作业面检测装置”中提出通过电机将二维激光雷达转化为三维激光雷达的方法，以此扩大扫描范围。但是，采用单个传感设备在对目标测距定位中存在随机不确定误差，同样不利于提高自动化过程中对工作面的识别精度。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是针对挖掘机自主挖掘阶段，提出一种提高自动挖掘准确度的在线作业纠偏方法。本发明包括一种激光扫描仪的布置方式与基于该布置方式下的挖掘纠偏方法与系统。以解决挖掘过程中存在的目标遮挡（挖掘铲斗、挖掘斗杆杆臂遮挡挖掘面），传统激光扫描仪方法移动机身工作效率低等问题，以及在自动挖掘研究中作业面成型质量的控制问题，进而提高挖掘机无人化挖掘阶段的准确度与效率。

本发明在第一方面提供了一种无人化挖掘机的在线作业纠偏系统，包括激光扫描装置，激光扫描装置包括至少两台，且分别设置在挖掘机动臂的两侧，激光扫描装置的扫描角度为至少30°；激光扫描装置被设定为以周期T进行循环扫描并将扫描数据发送至控制装置；控制装置，控制装置被设置为接收激光扫描装置发送的扫描数据，还包括：工作面检测模块，工作面检测模块读取扫描数据并建立三维点云地图，进而得到包括当前开挖面的表面形貌图，且根据激光扫描仪自身的物理安装位置相对于挖掘机机体的远点位姿，计算得到开挖面相对于挖掘机机体的位姿；规划模块，规划模块根据设定的作业目标和扫描得到的开挖面的表面形貌图按照分层移除的方式对挖掘过程进行规划，规划每一步的挖掘目标；在线纠偏模块，在线纠偏模块在挖掘机每执行一步挖掘动作后，即将工作面检测模块反馈的开挖面的表面形貌相对于挖掘目标进行对比，获得偏差量，进而根据偏差量对下一步的挖掘动作的控制量进行实时纠偏调整，直至开挖面达到作业目标要求。

无人化挖掘机的在线作业纠偏系统，还包括安装在液压系统中的压力传感器以及流量传感器，目的是对挖掘分层作业过程中的各动作机构压力流量进行检测，辅组计算控制量。

无人化挖掘机的在线作业纠偏系统，还包括安装在工作装置（动臂、斗杆、铲斗）上的角度传感器以及安装在机身上的位姿传感器，在挖掘过程中实时对铲斗位姿进行计算。

无人化挖掘机的在线作业纠偏系统，还包括机载处理器和控制器，用于对采集到的挖掘面参数进行实时计算，得到挖掘偏差，并对采集到的挖掘机动臂、斗杆、铲斗、回转、行走的油缸位移、速度、压力进行计算，得到时变控制参数，计算系统输出控制量。

进一步地，激光扫描装置为多线激光扫描仪。

进一步地，工作面检测模块将扫描数据通过融合算法进行融合得到表面形貌图。

进一步地，分层移除为依次按照高度、长度或宽度分层作业。

进一步地，控制量包括控制量包括液压系统电磁阀的开度，控制参数包括挖掘机动臂、斗杆、铲斗、回转、行走的油缸位移、速度、压力。