一种装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
一种装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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
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装
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运
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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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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。
[0005]本专利技术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：
[0006]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；
[0007]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
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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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]进一步的技术方案，根据S3，三维点云数据的处理步骤如下：
[0012]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；
[0013]步骤2.对点云进行统计滤波，剔除离群点；
[0014]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；
[0015]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。
[0016]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。
[0017]进一步的技术方案，根据步骤4，偏载度指的是铲斗内物料重心偏移铲斗中心的程度。
[0018]进一步的技术方案，根据步骤4，凸度指的是料堆轮廓相对于铲斗主切削刃的凹凸程度。
[0019]进一步的技术方案，根据步骤4，满斗率指的是铲斗铲入的物料体积与铲斗的额定容积的比值。
[0020]进一步的技术方案，根据步骤4，偏载度与凸度评估方法如下：
[0021]Step1.在假设好一个可铲掘的铲掘点后，将铲掘局部邻域的点云提取出来；
[0022]Step2.将提取出来的铲掘局部邻域点云变换到以铲掘点为原点，以铲掘点方向为y轴正方向，竖直向上为z轴正方向的坐标系；
[0023]Step3.铲掘局部邻域点云曲面拟合；
[0024]Step4.将点云拟合成平面时，将平面相对于xz平面的斜率表征为偏载度；将点云拟合成二次曲面时，将二次曲面x项系数表征为偏载度，将x2项系数表征为凸度。
[0025]进一步的技术方案，根据步骤4，满斗率评估方法为假设一个可铲掘的铲掘点后，进行铲掘轨迹规划。
[0026]本专利技术实施例提供的一种装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，1、本专利技术提出的装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法为铲掘点规划方法提供了一种方案，为实现装载机无人作业连接了关键的一环。2、本专利技术提出的铲掘点规划方法能够使装载机在作业时自动识别料堆，指导装载机识别工作对象并在不断规划出的铲掘点上作业直至完成任务。3、本专利技术提出的铲掘点规划方法考虑了铲斗的偏载度，能够保证铲斗所受载荷均匀，保护装载机结构安全。4、本专利技术提出的铲掘点规划方法考虑了料堆表面形状的凹凸程度，寻找铲掘时铲斗所受摩擦力较小的铲掘点，减少装载机能耗。5、铲斗满斗率是确定装载机等土方机械的性能和生产率的最主要参数之一，本专利技术在规划铲掘点时进行了各铲掘点满斗率大小的预测，保证作业效率。6、本专利技术中铲掘点规划中寻找最佳铲掘点的过程为最耗费处理器资源的循环处理过程，在进行该过程前对点云进行了下采样与滤波操作，保障系统处理速度。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例的装载机自主铲掘作业工作循环示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例中铲掘点规划方法流程图；
[0029]图3为本专利技术实施例中铲掘点偏载度与凸度评估示意图；
[0030]图4为本专利技术实施例中铲掘点满斗率预测示意图。
[0031]附图中：1料堆轮廓、2铲掘轨迹。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述。
[0034]如图1和2所示，为本专利技术一个实施例提供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：
[0035]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；
[0036]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
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料堆分割出来，得到了料堆的三维点云数据；三维点云数据的来源是激光雷达或深度相机采集的图像；
[0037]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】
1.一种装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，其特征在于，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，所述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，所述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
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料堆分割出来，得到了料堆的三维点云数据；所述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。2.根据权利要求1所述的装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，其特征在于，根据S3，所述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铲掘点的位置和方向，随后进行铲掘点的量化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学飞，陈冠龙，李英男，赵文博，吴旱，郑天昊，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：