[发明专利]基于机器视觉的挖掘机铲斗自主挖掘识别控制系统及方法

说明书

本发明公开一种基于机器视觉的挖掘机铲斗自主挖掘识别控制系统及方法，包括：识别检测单元，所述识别检测单元用于在线识别以及检测铲斗的工作姿态，采集挖掘数据及挖掘机的作业环境，建立铲斗的实时空间模型；采集单元，所述采集单元用于采集倾角信息和油缸压力信息；可编程控制器，所述可编程控制器分别与识别检测单元和采集单元连接，可编程控制器制定挖掘策略和路径规划，向各个油缸电液控制阀发送控制信号，控制铲斗、斗杆和动臂的动作。本发明针对矿山等各种复杂的工作环境能够准确的采集数据以及挖掘机的作业场景，能够实时检测铲斗的工作姿态以及输出铲斗的空间信息。

技术领域

本发明涉及一种基于机器视觉的挖掘机铲斗自主挖掘识别控制系统及方法，属于挖掘机挖掘控制技术领域。

背景技术

挖掘机是经济建设中最主要的工程机械之一，也是土石方施工的主要设备。近年来，随着建筑开发、矿山开采、交通运输、油田建设、港口建设、水利建设和军事工程等对施工机械要求的不断提高，挖掘机行业得到了快速的发展，挖掘机产品也呈现出节能、环保和智能化的发展趋势。然而随着科学技术的不断进步，随着国际间合作的不断加深，更随着机械和以微电子技术为核心的高新技术的不断发展，新的控制技术和控制理论的成熟，以及通信传输能力的发展，不仅使自主化挖掘机满足实用性要求成为可能，更为智能挖掘机器人的研究提供了一个开放和广阔的空间。

目前，针对无人挖掘机的智能控制，大多数的研究还只是着眼于通过5G信号传输现场作业环境的画面，由驾驶员根据远程传输的画面对挖掘机进行操作控制，还达不到智能挖掘机完全无人化控制液压挖掘机机械臂的技术要求。这样的智能控制增加了矿业挖掘人力成本，并且对矿业生产效率增长速度的提升造成极大的限制。通过示教法使用示教器调整的方式或事先通过专家演示，把机械臂的工作轨迹分为多个既定的目标位置，预先移动机械臂走过规定好的目标位置，并保存各个目标的位置信息，在经过多次学习和校准之后，机械臂就会在使用时按照目标点的顺序运动，这种采用示教的方法不仅耗费人力，也欠缺灵活性。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于机器视觉的挖掘机铲斗自主挖掘识别控制系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采用的基于机器视觉的挖掘机铲斗自主挖掘识别控制系统，包括：

识别检测单元，所述识别检测单元用于在线识别以及检测铲斗的工作姿态，采集挖掘数据及挖掘机的作业环境，建立铲斗的实时空间模型；

采集单元，所述采集单元用于采集倾角信息和油缸压力信息；

可编程控制器，所述可编程控制器分别与识别检测单元和采集单元连接，可编程控制器制定挖掘策略和路径规划，向各个油缸电液控制阀发送控制信号，控制铲斗、斗杆和动臂的动作。

作为改进，所述识别检测单元包括安装在挖掘机驾驶舱上方的激光雷达和单目相机。

作为改进，所述激光雷达安装在挖掘机驾驶舱的左侧，向下偏转30°，单目相机水平安装在挖掘机驾驶舱的右侧。

作为改进，所述采集单元包括倾角传感器和油缸压力传感器；

所述倾角传感器分别安装在铲斗、斗杆和动臂上，用于对应采集工作情况下铲斗、斗杆和动臂的倾角信息；所述油缸压力传感器分别安装在铲斗油缸、斗杆油缸和动臂油缸底部，用于对应采集工作状态下铲斗油缸、斗杆油缸、动臂油缸的压力信息。

作为改进，所述可编程控制器安装在驾驶舱后面的控制柜里，用于接受各个传感器的信号和向各个油缸电液控制阀发送控制信号。

另外，本发明还提供了一种采用所述挖掘机铲斗自主挖掘识别控制系统的控制方法，包括以下步骤：