装载机铲斗接触物料的辨识系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及装载机铲装技术，为解决针对现有铲斗接触物料辨识技术不能很好满足装载机自主作业的问题；提供一种装载机铲斗接触物料的辨识系统和方法，其中系统包括安装有UWB标签的装载机、确定UWB基站平面坐标系的至少三个UWB基站，用于标定待铲装料堆轮廓的料堆轮廓标定装置，数据处理模块根据UWB基站平面坐标系内待铲装料堆轮廓与装载机外形投影轮廓的相对位置和装载机工作参数辨识铲斗是否接触物料。本发明专利技术通过装载机与料堆位置进行对比判定铲斗是否接触物料，与待铲装物料的属性无关，不容易产生误判。不容易产生误判。不容易产生误判。

【技术实现步骤摘要】
装载机铲斗接触物料的辨识系统和方法


[0001]本专利技术涉及一种装载机铲装技术，更具体地说，涉及一种装载机铲斗接触物料的辨识系统和方法。

技术介绍

[0002]随着用工成本的不断增加，以及智能化技术的发展，装载机的无人化自主作业将会成为未来的发展趋势。
[0003]装载机的自主化作业过程仍需要解决诸多问题，其中如何识别铲斗接触到物料并正确的激活铲装动作，这需要一系列有效的判断和处理机制。
[0004]铲斗接触到物料是指铲斗插入到物料中一定深度，随后可进行收斗和抬升动臂以便使物料入斗的铲装动作。目前在非自主作业装载机上已有通过油缸压力和车速等作为铲装动作开始的判断条件的，但仍无法很好的满足装载机无人化自主化作业的需要，仍需要探索采用更加有效的判断和处理方法，以满足自动化和无人化铲装作业的发展需要。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是针对现有铲斗接触物料辨识技术不能很好满足装载机自主作业的问题，而提供一种装载机铲斗接触物料的辨识系统和方法，使装载机在无人化作业时更好地辨识铲斗接触物料以触发铲装动作。
[0006]本专利技术为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种装载机铲斗接触物料的辨识系统，包括装载机，装载机包含用于检测装载机位姿状态的位姿传感器；其特征在于系统还包括：
[0007]至少三个UWB基站，布置于装载机作业场地，其中至少有三个UWB基站处于同一个水平面上以确定UWB基站平面坐标系；
[0008]所述装载机上设置有数据处理模块、与UWB基站进行单边双向通信测距的车载定位UWB标签；
[0009]料堆轮廓标定装置，用于标定待铲装料堆轮廓上若干点位置并传送至所述数据处理模块；
[0010]所述数据处理模块通过车载定位UWB标签的测距信息、装载机外形尺寸和位姿状态确定UWB基站平面坐标系内装载机外形投影轮廓的位置、通过待铲装料堆轮廓上若干点位置信息解算待铲装料堆轮廓在UWB基站平面坐标系内的位置；
[0011]所述数据处理模块根据UWB基站平面坐标系内待铲装料堆轮廓与装载机外形投影轮廓的相对位置和装载机工作参数辨识铲斗是否接触物料。
[0012]在本专利技术中，通过多个UWB基站确定坐标系，通过UWB标签确定装载机的位置和料堆的位置，通过装载机与料堆位置对比并结合机器工作参数判定铲斗是否接触到物料。本专利技术通过装载机与料堆位置进行对比判定铲斗是否接触物料，与待铲装物料的属性无关，不容易产生误判。
[0013]在上述装载机铲斗接触物料的辨识系统中，所述UWB基站为四个，其中三个UWB基站呈直角三角形布置组成UWB基站平面坐标系的X轴和Y轴，第四个UWB基站与其他三个UWB基站非共面布置，各UWB基站之间的距离已知。通过布置多个不是全部共面的UWB基站，使得UWB标签测距更加准确。
[0014]在上述装载机铲斗接触物料的辨识系统中，所述位姿传感器包括用于测定装载机在坐标系中朝向的陀螺仪或者所述车载定位UWB标签的数量至少为两个且安装在装载机上不同位置。使用两个车载定位UWB标签，可以获得装载机上两个点与各UWB基站之间的距离，结合装载机自身的几何外形和位姿传感器检测到装载机转向角度，可以确定装载机轮廓在UWB基站平面坐标系内的位置，包括装载机的朝向。或者通过一个UWB标签获取装载机上一个点在UWB基站平面坐标系内的位置，再通过位姿传感器如陀螺仪测定装载机相对地面的朝向，预先测定UWB基站平面坐标系相对地面的朝向，再坐标转换后确定装载机在UWB基站平面坐标系内的朝向。
[0015]在上述装载机铲斗接触物料的辨识系统中，所述装载机上还安装有用于作业过程中基于初始位置推算装载机的航迹和航向的惯性导航模块，所述惯性导航模块与装载机上一个车载定位UWB标签安装在同一位置；所述数据处理模块依据车载定位UWB标签的测距信息和所述惯性导航模块的导航定位信息解算UWB基站平面坐标系内装载机外形投影轮廓的位置，通过惯性导航模块定位和UWB标签测距定位结合对装载机位置进行定位，提高装载机定位精度。
[0016]在上述装载机铲斗接触物料的辨识系统中，所述装载机上设置有与所述数据处理模块连接的第一无线数据收发模块；所述料堆轮廓标定装置上设置有与UWB基站进行单边双向通信测距的料堆定位UWB标签和用于与第一无线数据收发模块无线通信传递料堆定位UWB标签测距信息的第二无线数据收发模块。料堆定位UWB标签与UWB基站通信测距确定料堆轮廓标定装置在UWB基站平面坐标系内位置，然后料堆轮廓标定装置沿着待铲料堆的轮廓移动，通过标定待铲料堆轮廓上多个点的位置而确定待铲料堆轮廓在UWB基站平面坐标系内位置。料堆轮廓标定装置也可以处于待铲料堆上方，通过摄像、激光雷达扫描等手段获取待铲料堆的轮廓和相对地面的角度，在经确定UWB基站平面坐标系相对地面的关系进行转换而确定待铲料堆在UWB基站平面坐标系中的位置。
[0017]在上述装载机铲斗接触物料的辨识系统中，所述装载机上设置有用于显示UWB基站平面坐标系、基站平面坐标系中待铲装料堆轮廓和装载机外形投影轮廓的显示模块。
[0018]在上述装载机铲斗接触物料的辨识系统中，所述装载机为铰接式装载机，所述车载定位UWB标签相对后车架固定安装布置。
[0019]在上述装载机铲斗接触物料的辨识系统中，所述位姿传感器包括：用于检测装载机前后车架相对转动角度的转向角度传感器、用于检测动臂转动角度的动臂传感器、用于检测铲斗转动角度的转斗传感器。
[0020]本专利技术为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种装载机铲斗接触物料的辨识方法，其特征在于包括如下步骤：
[0021]利用至少三个布置于作业现场的UWB基站确定UWB基站平面坐标系；
[0022]测定待铲装料堆轮廓并解算待铲装料堆轮廓在UWB基站平面坐标系内的位置；
[0023]通过装载机上车载定位UWB标签与各UWB基站的测距信息、装载机外形尺寸和位姿
状态确定UWB基站平面坐标系内装载机外形投影轮廓的位置；
[0024]依据UWB基站平面坐标系中待铲装料堆轮廓和装载机外形投影轮廓相对位置和装载机工作参数辨识铲斗是否接触物料，当依据装载机工作参数推定装载机处于铲装预备状态且在预定时间内UWB基站平面坐标系中装载机外形投影轮廓前端与待铲装料堆轮廓相交或距离小于预定值时辨识为铲斗与物料接触。
[0025]在上述装载机铲斗接触物料的辨识方法中，测定待铲装料堆轮廓时通过带有与UWB基站进行单边双向通信测距的UWB标签的料堆轮廓标定装置测定待铲装料堆轮廓上多点与各UWB基站的距离，通过待铲装料堆轮廓上多点与各UWB基站的距离解算待铲装料堆轮廓在UWB基站平面坐标系内的位置。
[0026]本专利技术与现有技术相比，在本专利技术通过多个UWB基站确定坐标系，通过UWB标签确定装载机的位置和料堆的位置，对比装载机与料堆位置并结合机器工作参数判定铲斗是否接触到物料。本专利技术通过装载机与料堆位置进行对比判定铲斗是否接触物料，与待铲装物料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装载机铲斗接触物料的辨识系统，包括装载机，装载机包含用于检测装载机位姿状态的位姿传感器；其特征在于系统还包括：至少三个UWB基站，布置于装载机作业场地，其中至少有三个UWB基站处于同一个水平面上以确定UWB基站平面坐标系；所述装载机上设置有数据处理模块、与UWB基站进行单边双向通信测距的车载定位UWB标签；料堆轮廓标定装置，用于标定待铲装料堆轮廓上若干点位置并传送至所述数据处理模块；所述数据处理模块通过车载定位UWB标签的测距信息、装载机外形尺寸和位姿状态确定装载机外形投影轮廓在UWB基站平面坐标系内的位置、通过待铲装料堆轮廓上若干点位置信息解算待铲装料堆轮廓在UWB基站平面坐标系内的位置；所述数据处理模块根据UWB基站平面坐标系内待铲装料堆轮廓与装载机外形投影轮廓的相对位置和装载机工作参数辨识铲斗是否接触物料。2.根据权利要求1所述的装载机铲斗接触物料的辨识系统，其特征在于所述UWB基站为四个，其中三个UWB基站呈直角三角形布置组成UWB基站平面坐标系的X轴和Y轴，第四个UWB基站与其他三个UWB基站非共面布置，各UWB基站之间的距离已知。3.根据权利要求1所述的装载机铲斗接触物料的辨识系统，其特征在于所述位姿传感器包括用于测定装载机在坐标系中朝向的陀螺仪或者所述车载定位UWB标签的数量至少为两个且安装在装载机上不同位置。4.根据权利要求1所述的装载机铲斗接触物料的辨识系统，其特征在于所述装载机上还安装有用于作业过程中基于初始位置推算装载机导航定位信息的惯性导航模块，所述惯性导航模块与装载机上一个车载定位UWB标签安装在同一位置；所述数据处理模块依据车载定位UWB标签的测距信息和所述惯性导航模块的导航定位信息解算UWB基站平面坐标系内装载机外形投影轮廓的位置。5.根据权利要求1所述的装载机铲斗接触物料的辨识系统，其特征在于所述装载机上设置有与所述数据处理模块连接的第一无线数据收发模块；...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗剑伟，黄健，孙金泉，蔡登胜，
申请(专利权)人：广西柳工机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：