[发明专利]一种装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法

说明书

本发明适用于无人化工程机械领域，提供了一种装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，包括以下步骤：S1.首先进行全局地图的建立；S2.使用聚类算法在全局地图中将装载机的自主铲掘作业工作对象‑料堆分割出来；S3.依据料堆点云数据，进行铲掘点的规划；S4.控制系统控制装载机在规划好的铲掘点进行一次自主铲掘作业得到更新后的料堆点云，完成一个工作循环；S5.根据更新后的料堆点云规划下一个铲掘点，进行下一次工作循环。本发明填补了国内装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法的行业空白，解决了背景技术中：挖掘机任务规划方法不适用于装载机的自主铲掘任务规划的问题。

技术领域

本发明属于无人化工程机械领域，尤其涉及一种装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法。

背景技术

装载机是一种在各类工程施工中广泛应用的工程机械，其执行的通常为“铲 -装-运-卸”循环作业，开展装载机无人驾驶技术研究能够有效解决传统装载机存在的影响驾驶员身心健康、危害驾驶员生命安全、驾驶员老龄化严重等问题。在装载机无人驾驶技术中，铲掘点规划的目的是针对给定的作业对象合理安排铲掘点的坐标和方向。装载机自主铲掘作业铲掘点规划必须满足可铲掘的基本条件，在料堆上选取合适的铲掘位置是顺利进行铲掘作业的前提。满足可铲掘要求后，还要保障易铲掘，合理的铲掘点规划是得到高满斗、低能耗等良好铲掘效果的基础。

目前，国内外对装载机自主作业的研究仍处于实验室阶段，国内外未见任何一种自主作业装载机产品。国内对装载机自主铲掘作业铲掘点规划的研究还处于空白。韩国国立庆北大学开发了一种挖掘机自主作业任务规划及路径规划方法，然而装载机作业方式与挖掘机存在巨大差异，挖掘机每移动一次都会进行多次挖掘作业，装载机与之相比具有更强的移动性；挖掘机为从上到下进行挖掘作业，而装载机为从下到上进行铲掘作业，所以挖掘机任务规划方法并不适用于装载机的自主铲掘任务规划。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，旨在解决现有的挖掘机任务规划方法并不适用于装载机的自主铲掘任务规划的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，包括以下步骤：

S1.将装载机开至指定工作区域，首先进行全局地图的建立，全局地图的建立方法包括无人机搭载遥感设备、手持遥感设备或车载遥感设备，遥感设备包括激光雷达、结构光相机、飞行时间测距相机和立体相机；

S2.使用聚类算法在全局地图中将装载机的自主铲掘作业工作对象-料堆分割出来，得到了料堆的三维点云数据；的三维点云数据的来源是激光雷达或深度相机采集的图像；

S3.依据料堆点云数据，进行铲掘点的规划，铲掘点规划模块将规划好的铲掘点坐标和方向发送给控制系统；

S4.控制系统控制装载机在规划好的铲掘点进行一次自主铲掘作业，装载机上安装遥感设备并进行实时扫描环境变化，完成一次铲掘作业后将新料堆点云与原料堆点云进行配准和拼接，得到更新后的料堆点云，完成一个工作循环；

S5.根据更新后的料堆点云规划下一个铲掘点，进行下一次工作循环。

进一步的技术方案，根据S3，三维点云数据的处理步骤如下：

步骤1.铲掘点规划模块以料堆点云数据作为输入，首先对点云数据进行下采样处理，减少点云数据量，提高后续处理速度；

步骤2.对点云进行统计滤波，剔除离群点；

步骤3.基于处理好的点云进行料堆曲面重构，得到料堆表面形状；

步骤4.基于处理后的点云数据以及重构出来的曲面寻找最佳铲掘点；首先，在料堆的底部轮廓线上假设一个铲掘点的位置和方向，随后进行该铲掘点的量化评估，量化指标包括偏载度、凸度和满斗率。

进一步的技术方案，根据步骤3，曲面重构方法包括三角剖分、克里金插值等算法。