[发明专利]一种挖掘机铲斗的作业轨迹规划方法、系统、介质及设备

权利要求书

1.一种挖掘机铲斗的作业轨迹规划方法，其特征在于，包括步骤：

1)基于挖掘机倾覆力矩和滑移力计算得到最大挖掘力分布；

2)获取挖掘机作业时的实时挖掘阻力；

3)基于最大挖掘力分布和实时挖掘阻力，得到当前作业下的稳定区域和非稳定区域；

4)判断当前轨迹是否会与非稳定区域发生碰撞；若发生碰撞，则停止挖掘机的运行，重新规划作业轨迹。

2.根据权利要求1所述的挖掘机铲斗的作业轨迹规划方法，其特征在于，在步骤4)中，重新规划作业轨迹的步骤为：

4.1)将稳定区域作为地图引入RRT*算法，以稳定区域作为可行域，非稳定区域作为不可行域；

4.2)以铲斗在运动过程中扫过的面积作为路径代价，在一定范围内进行搜索，按照路径代价最高且不通过非稳定区为原则生成新的作业轨迹。

3.根据权利要求2所述的挖掘机铲斗的作业轨迹规划方法，其特征在于，在步骤4.2)之后，还包括步骤4.3)，采用多项式对新的作业轨迹进行平滑处理，得到最终的作业轨迹。

4.根据权利要求2或3所述的挖掘机铲斗的作业轨迹规划方法，其特征在于，在步骤4.2)中，以搜索起点为原点对铲斗齿尖轨迹进行搜索，将0≤x≤2m，-m≤y≤m的范围作为搜索空间，其中m为铲斗齿尖到斗杆-铲斗的转动节点的距离，搜索终点为(2m,0)。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的挖掘机铲斗的作业轨迹规划方法，其特征在于，步骤1)的具体过程为：

1.1)以可能发生倾覆的转动中心线作为倾覆线，以前倾计算倾覆力矩，得到其稳定力F_i1；

F_i1≤[G₀(X_T-X_G0)-[G₁(X_G1-X_T)+G₁₀(X_G10-X_T)+G₂(X_G2-X_T)+G₂₀(X_G20-X_T)+G₃₀(X_G30-X_T)+G_rk(X_rk-X_T)+G_rd(X_rd-X_T)+G₃(X_G3-X_T)]]/-[sin(γ)(X_J-X_T)-cos(γ)(Y_J-Y_T)]

以后倾计算倾覆力矩，得到其稳定力F_i2；

F_i2≤[G₀(X_G0-X_S)+G₁(X_G1-X_S)+G₁₀(X_G10-X_S)+G₂(X_G2-X_S)+G₂₀(X_G20-X_S)+G₃₀(X_G30-X_S)+G_rk(X_rk-X_S)+G_rd(X_rd-X_S)+G₃(X_G3-X_S)]/[sin(γ)(X_J-X_S)-cos(γ)(Y_J-Y_S)]

取挖掘机与地面之间的附着系数μ，计算滑移力大小，得到其稳定力F_i3；

F_i3≤μ(G₀+G₁+G₁₀+G₂+G₂₀+G₃+G_rk+G_rd)/Ⅰcos(γ)Ⅰ

其中，G_i(i＝0,1,2,3)分别为主机、动臂、斗杆和铲斗自身的质量；G_i0(i＝1,2,3)分别为动臂、斗杆和铲斗的液压缸重力；G_rk和G_rk分别为摇杆和连杆的重力；F_ik(k＝1,2,3)分别为某种姿态下的挖掘力；相应的，X_Gi(i＝0,1,2,3)分别为主机、动臂、斗杆和铲斗质心横坐标，X_Gi0(i＝1,2,3)分别为动臂、斗杆和铲斗液压缸质心的横坐标；X_j和Y_j(j＝T,S)分别为前倾线T和后倾线S的横坐标和纵坐标；X_rk和X_rd分别为摇杆和连杆的横坐标，γ为挖掘阻力在直角坐标系中的方向角；

1.2)将上述方程化为等式，求解出F_i1、F_i2和F_i3，计算F_i＝min{F_i1,F_i2,F_i3}，则F_i一定满足上述所有不等式；

1.3)在作业空间内求解离散空间下的F_i分布，得到保障整机稳定性的最大挖掘力分布。