一种无人驾驶矿卡与人工驾驶挖机协同装载方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无人驾驶矿卡与人工驾驶挖机协同装载方法与系统，属于智慧矿山、无人驾驶技术领域，其特征在于，包括：控制无人驾驶矿卡工作状态的车端控制系统；控制人工驾驶挖机工作状态的挖机协同控制系统；带有人机交互模块的挖机控制交互终端；机群决策调度平台；其中：在所述人工驾驶挖机上安装有挖机动臂倾角检测终端、挖机斗杆倾角检测终端、挖机定位定向终端、和挖机控制交互终端；所述机群决策调度平台分别与挖机协同控制系统、车端控制系统进行无线数据交互；所述挖机控制交互终端与挖机协同控制系统进行数据交互。本发明专利技术能够保证装载作业的高效、有序、智能及安全性，同时能够显著提高矿区无人驾驶运输作业的装载效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种无人驾驶矿卡与人工驾驶挖机协同装载方法与系统


[0001]本专利技术涉及智慧矿山、无人驾驶
，特别是涉及一种无人驾驶矿卡与人工驾驶挖机协同装载方法与系统。

技术介绍

[0002]矿石露天铲装作业是矿山生产环节中的重要一环，也是影响矿石质量、职业健康安全的关键环节。在露天水泥矿山无人运输生产作业中，铲装作业是唯一的动态作业环节，只有解决了自动铲装作业，才能够真正的实现露天矿山无人运输、自动开采。
[0003]当前，挖机远程驾驶技术落地条件尚不成熟，在矿区多采用人工驾驶挖机配合无人驾驶矿车，完成无人运输作业；目前无人矿车与人工驾驶挖机作业多局限于调度员人工调度，该调度方案存在以下缺陷：1)装载效率低，需要频繁的人工介入才能完成装载工作；2)人员成本高；3)存在较多安全隐患。
[0004]借助5G通讯、GNSS定位、融合感知、V2X通讯等技术，无人驾驶在矿山生产区域内的运输行驶已趋于成熟，本专利技术中提供的方法将人工驾驶挖机与无人驾驶矿卡有序融合、协同工作，能够保障无人运输系统在动态装载区域的智能、高效、安全作业，其优势与数字矿山“高效、安全、绿色、可持续”的建设目标充分契合。

技术实现思路

[0005]技术问题
[0006]为解决无人运输系统在矿山动态装载区域的高效、稳定作业，本申请提供了一种无人驾驶矿卡与人工驾驶挖机协同装载方法与系统，能够保证装载作业的高效、有序、智能及安全性，同时能够显著提高矿区无人驾驶运输作业的装载效率。
[0007]技术方案
[0008]本专利技术的第一目的是提供一种无人驾驶矿卡与人工驾驶挖机协同装载系统，包括：
[0009]控制无人驾驶矿卡工作状态的车端控制系统；
[0010]控制人工驾驶挖机工作状态的挖机协同控制系统；
[0011]带有人机交互模块的挖机控制交互终端；
[0012]机群决策调度平台；其中：
[0013]在所述人工驾驶挖机上安装有挖机动臂倾角检测终端、挖机斗杆倾角检测终端、挖机定位定向终端、和挖机控制交互终端；所述机群决策调度平台分别与挖机协同控制系统、车端控制系统进行无线数据交互；所述挖机控制交互终端与挖机协同控制系统进行数据交互。
[0014]优选地，所述挖机协同控制系统用于实时解算装载点定位，维护挖机工作状态，并同机群决策调度平台实时通讯；所述挖机动臂倾角检测终端，挖机斗杆倾角监测终端，挖机定位定向终端用于实时获取挖机全球定位、装载点定位、铲斗方向；所述挖机控制交互终端
输出当前挖机工作状态并获取系统用户输入数据。
[0015]优选地，所述铲装点定位计算公式为：
[0016]Loc
X
＝Ori
X
+Off
X
+R
exc
×
cos(θ
SEN03
)
[0017]Loc
Y
＝Ori
Y
+Off
Y
+R
exc
×
sin(θ
SEN03
)
[0018]上述公式中，R
exc
计算公式为：
[0019]R
exc
＝Len
SEN01
×
cos(θ
SEN01
)+Len
Sen02
×
cos(θ
SEN02
)
[0020]其中，Loc
X
,Loc
Y
为挖机铲装定位点坐标，Ori
X
,Ori
Y
为挖机动臂倾角检测终端所获取的挖机定位点坐标，θ
SEN01
,θ
SEN02
,θ
SEN03
为上述挖机动臂倾角检测终端，
[0021]机斗杆倾角检测终端，挖机定位定向终端所获取的角度值，Len
SEN01
,Len
Sen02
,Off
X
,Off
Y
为挖机尺寸数据。
[0022]本专利技术的第二目的是提供一种无人驾驶矿卡与人工驾驶挖机协同装载方法，执行如下步骤：
[0023]步骤1：人工驾驶挖机就位后，通过挖机控制交互终端，设置无人驾驶矿卡进入角度并将挖机状态设置为“允许驶入”；
[0024]步骤2：无人驾驶矿卡驶入装载等待区，并发送请求装载指令；
[0025]步骤3：机群决策调度平台获取挖机协同控制系统解算的铲装点定位；
[0026]步骤4：机群决策调度平台向无人驾驶矿卡发送动态停靠指令；
[0027]步骤5：无人驾驶矿卡的车端控制系统接收指令驶入装载区，并将对应挖机的状态设置为“繁忙”；
[0028]步骤6：无人驾驶矿卡装载完成后，通过挖机控制交互终端，发送“装载完成”指令；
[0029]步骤7：无人驾驶矿卡的车端控制系统收到指令，驶离装载区。
[0030]优选地，所述步骤1具体为：操作员将人工驾驶挖机就位，具体为：操作员已准备好开展装载工作，挖机位置已确认，挖机装载斗姿态已确认，并用于指示装载点定位；操作员获取所开辟装载区域角度Φ
Lo
；操作员通过交互终端，将装载区域角度Φ
Lo
发送至机群决策调度平台；操作员通过交互终端，将挖机状态设置为“允许驶入”。
[0031]优选地，所述步骤1具体为：挖机状态包含“允许驶入”与“繁忙”两种模式，当挖机状态为“允许驶入”时，率先进入装载等待区的无人矿车将被允许进入装载区域，并且挖机装载将在此矿车进入后自动进入“繁忙”状态；当挖机装载为“繁忙”时，表示此时操作员不允许其他车辆进去装载区，无人矿卡将在装载等待区等待。
[0032]优选地，所述步骤6具体为：挖机操作员通过用户协同终端，点击“装载完成”指令；机群决策调度平台收到指令后，匹配装载车辆，并从任务池中搜寻该车辆的后续任务，并下发给无人矿卡。
[0033]本专利技术的优点及积极效果为：
[0034]通过采用上述技术方案，本专利技术具有如下的技术效果：
[0035]1)本专利技术实现了无人驾驶矿卡与人工驾驶挖机在装载区的协同配合作业，能有效减少人工参与，提升无人运输作业的效率与安全性；
[0036]2)本专利技术是矿区无人运输系统的重要组成部分，结合5G通讯、传感器融合、V2X等前沿技术，助力矿区生产向智慧矿山转型升级。
附图说明
[0037]图1为本专利技术优选实例中的无人驾驶矿卡与人工驾驶挖机在装载区协同工作的流程示意图；
[0038]图2为本专利技术的系统结构示意图；
[0039]图3为挖机控制交互终端设置界面示意图；
具体实施方式
[0040]以下将结合说明书附图及具体实施例对本专利技术技术方案做进一步的详细阐述。需要说明的是，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人驾驶矿卡与人工驾驶挖机协同装载系统，其特征在于，包括：控制无人驾驶矿卡工作状态的车端控制系统；控制人工驾驶挖机工作状态的挖机协同控制系统；带有人机交互模块的挖机控制交互终端；机群决策调度平台；其中：在所述人工驾驶挖机上安装有挖机动臂倾角检测终端、挖机斗杆倾角检测终端、挖机定位定向终端、和挖机控制交互终端；所述机群决策调度平台分别与挖机协同控制系统、车端控制系统进行无线数据交互；所述挖机控制交互终端与挖机协同控制系统进行数据交互。2.根据权利要求1所述的无人驾驶矿卡与人工驾驶挖机协同装载系统，其特征在于，所述挖机协同控制系统用于实时解算装载点定位，维护挖机工作状态，并同机群决策调度平台实时通讯；所述挖机动臂倾角检测终端，挖机斗杆倾角监测终端，挖机定位定向终端用于实时获取挖机全球定位、装载点定位、铲斗方向；所述挖机控制交互终端输出当前挖机工作状态并获取系统用户输入数据。3.根据权利要求2所述的无人驾驶矿卡与人工驾驶挖机协同装载系统，其特征在于，所述铲装点定位计算公式为：Loc
X
＝Ori
X
+Off
X
+R
exc
×
cos(θ
SEN03
)Loc
Y
＝Ori
Y
+Off
Y
+R
exc
×
sin(θ
SEN03
)上述公式中，R
exc
计算公式为：R
exc
＝Len
SEN01
×
cos(θ
SEN01
)+Len
Sen02
×
cos(θ
SEN02
)其中，Loc
X
,Loc
Y
为挖机铲装定位点坐标，Ori
X
,Ori
Y
为挖机动臂倾角检测终端所获取的挖机定位点坐标，θ
SEN01
,θ
SEN02
,θ
SEN03

【专利技术属性】
技术研发人员：何小龙，刘涛，胡亚东，孙利波，张明生，王涛，向拓宇，王灵剑，刘子豪，董运涛，
申请(专利权)人：天津水泥工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：