[发明专利]一种基于车体位姿的作业部件末端位姿测量方法

说明书

一种基于车体位姿的作业部件末端位姿测量方法，a.将姿态传感器安装于车体或载体平台测量车体姿态；b.GNSS系统测量车体的位姿信息；激光传感测量基于基准作业面的相对位置信息；c.建立车体坐标系Oxyz；d.执行机构安装传感器，检测姿态及位置变化，并建立作业部件坐标系Ox_ny_nz_n；e.获取卫星天线或激光传感的位置信息和各传感器所测姿态及位置信息，建立作业部件末端中心的位置解算模型；f.计算作业部件末端基于基准作业面的高程差Δh；测量作业部件的姿态信息，计算作业部件末端基于基准作业面的角度差Δα。使用一套GNSS系统便可车体定位和作业部件末端位姿测量，属于工程机械和智能农机领域。

技术领域

本发明涉及工程机械和智能农机领域，特别涉及一种基于车体位姿的作业部件末端位姿测量方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，人们对机械的作业精度与作业效率的要求不断提高，这要求对末端作业部件位姿信息的准确感知。随着卫星定位系统载波相位差分技术的快速发展，利用卫星定位来测量载体的姿态信息迅速成为卫星定位应用研究的热点。GNSS的位姿信息有着精度高、无误差累计、无需初始化和成本低等优势。激光技术是20世纪以来最重要的科技发明之一，因其准直性强、相干性好、物理性质稳定、精度高等特性，使其应用领域越来越广泛。激光平整技术以旋转激光作为校准平面，激光接收器根据不同高程的光电转换元件接收到的激光信号确定所安装载体的高程位置。

近年来，在国内，华南农业大学设计基于GNSS技术的水田平地机，将GNSS接收天线固定在平地铲上以获取平地铲的高程定位信息(胡炼等，2015)；该团队还设计了高精度的激光平地机激光接收器，应用于农田平整与混泥土平整(蒙世博等，2020)。在国外，天宝(Trimble)Field LevelⅡSystem平地机与徕卡的Leica iCON grade iGD系列推土机将GNSS双天线安装于平地铲/推土铲上以得到作业部件的位置及姿态信息。

顺应无人作业的发展趋势，利用多套GNSS实现自动导航及作业部件姿态与高程位置信息的测量，不仅增加了成本，而且在作业部件末端安装GNSS天线难度大、测量不准，甚至无法安装，如需前后翻转的作业部件。此外，作业部件上的桅杆、电缆和天线一定程度上限制了作业部件的运行范围，增加了设备的损坏风险，同时也增加了每天拆卸和重装所需的时间。因此有必要提供一种仅用一套GNSS系统或激光传感便可满足车体定位和作业部件末端位姿测量的方法。更为重要的是，复杂造型施工和水下作业等要求测量快速获得高精度的作业部件末端的位置信息，而GNSS系统和激光传感难以直接测量获得。

因此，有必要提供一种基于车体位姿的作业部件末端位姿测量方法以满足应用需求。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种基于车体位姿的作业部件末端位姿测量方法，使用一套GNSS系统或激光传感便可满足车体定位和作业部件末端位姿测量要求。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于车体位姿的作业部件末端位姿测量方法，包括如下步骤：

a、将姿态传感器安装于车体或与车体刚性连接的载体平台上，测量车体姿态；

b、将GNSS系统中的卫星天线安装于车体顶部，测量车体的位姿信息；或将激光传感安装于车体或载体平台上，测量基于基准作业面的相对位置信息；

c、建立车体坐标系Oxyz，以车体前进方向为y轴，x轴与y轴垂直指向车体方向的右侧，z轴垂直于x、y轴向上；

d、在各个执行机构安装传感器，检测执行机构的姿态变化以及位置变化，并建立作业部件坐标系Ox_ny_nz_n，n＝1,2...；