[发明专利]一种挖掘机自动作业控制方法和装置

权利要求书

1.一种挖掘机自动作业控制方法，其特征是，包括：

获取导航定位信号，根据导航定位信号计算挖掘机铲斗的实时作业位置；

获取挖掘机所处作业区域的环境信息，根据所述环境信息以及所述实时作业位置，建立挖掘机作业环境电子地图；

实时获取挖掘机动作执行机构的运行状态信息，根据所述运行状态信息进行挖掘机的姿态计算；

根据所述挖掘机作业环境电子地图以及姿态计算结果，进行挖掘作业任务规划，得到作业任务过程控制参数；

基于所述作业任务过程控制参数，输出用于控制挖掘机动作执行机构的控制指令；

其中，所述进行挖掘作业任务规划包括：

响应于挖掘机卸载动作执行完毕或待执行新的挖掘作业，确定待挖掘的挖掘点；

规划铲斗从实时所处位置到挖掘点位置之间运动的路径，以及回转中心回转过程中，动臂和斗杆从实时所处位置提升至挖掘点位置时，能够避开障碍物的路径，根据所规划的路径，得到挖掘过程中对应各执行机构的控制参数序列；

响应于挖掘机挖掘动作执行完毕，确定卸载点；

规划铲斗从实时所处位置到卸载点位置之间运动的路径，以及回转中心回转过程中，动臂和斗杆从实时所处位置提升至卸载点位置时，能够避开障碍物的路径，根据所规划的路径，得到卸载过程中对应各执行机构的控制参数序列；

进行挖掘作业任务规划时，所述挖掘点的确定方法包括：

将待挖掘的作业面离散为均匀的栅格；

将最后挖掘完毕的作业面位置作为当前挖掘点，寻找其所对应的栅格点周围8个方向上的邻接栅格点，针对各邻接栅格点，分别按照以下代价函数计算挖掘点选择代价f1：

f1＝g+d+e

式中，g表示邻接栅格点到起始挖掘点对应的栅格点的欧氏距离；d表示邻接栅格点已记录的挖掘深度，e表示邻接栅格点到当前挖掘点的欧式距离；

选择代价f1最小的邻接栅格点对应的作业面位置，作为下一挖掘点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述导航定位信号包括从安装于挖掘机铲斗上的差分GPS高精度定位系统、惯性导航单元中的一个或多个获取的定位信号；

方法还包括：根据获取的导航定位信号计算挖掘机铲斗的运动速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述环境信息包括从安装于挖掘机铲斗上的视觉传感器、激光雷达、毫米波雷达中的一个或多个获取的环境信息；

视觉传感器安装于挖掘机驾驶室顶的前部和后部，以及车身左、右两侧，用于采集车身周围环境信息；激光雷达安装于挖掘机驾驶室顶部，用于对作业环境进行360°的环境信息采集；毫米波雷达安装于下车体前、后、左、右部，用来采集车身周围障碍物信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述运行状态信息包括从安装于挖掘机上的角度传感器、油缸位移传感器、陀螺仪获取的检测信号；

所述进行挖掘机的姿态计算包括：根据角度传感器、油缸位移传感器的检测信号实时计算传感器安装位置处机构的姿态，并折算到铲斗斗齿，得到铲斗斗齿的位姿信息；以及利用陀螺仪的检测信号确定回转中心实时姿态。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，对于每一个栅格，其挖掘深度d初始化为0.0，挖掘过程中，每次挖掘按照深度变化梯度Δd＝1.0更新铲掘深度为d_t+1＝d_t+Δd，其中d_t表示第t次挖掘后的深度，d_t+1表示第t+1次挖掘后的深度；

选择挖掘点时，仅对实时d值小于预设最大深度d_max的栅格点计算代价函数。