【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种协同装载的控制方法，具体涉及一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法。
技术介绍
1、无人化智慧矿山建设中，车铲装载的协同控制是关键一环，影响着装载任务的执行效率。其具体是指：在装载过程中，承担运输任务的矿卡与执行装载任务的挖掘机根据彼此的状态确定装载任务阶段以及执行相应操作，高效地完成装载任务。
2、目前的车铲协同控制主要分为远程控制以及无人驾驶系统控制。远程控制核心仍为工作人员人工判断、控制，为保证绝对安全，通常作业区内只容纳一辆矿卡，效率较低；无人驾驶系统控制则多采取以挖掘机为核心，由其确定装载位置并向矿卡发送各种工作指令，协同程度较低；同时，数据处理压力集中于挖掘机端，处理速度慢，效率较低，并且未充分利用矿卡这一智能设备，造成资源浪费。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，能够提高车铲协同装载过程的协同程度及装载效率。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，包括以下步骤：
3、s1、无人挖掘机与无人矿卡协同确定执行装载任务位置：无人挖掘机根据自身装备信息及所处位置确定可装载区，并将该可装载区位置信息发送至无人矿卡端；无人矿卡接收并自主导航至可装载区，根据可装载区内环境信息，确定最终执行装载任务位置，并将此位置信息发送至无人挖掘机端；
4、s2、无人挖掘机与无人矿
5、s3、无人挖掘机与无人矿卡协同决策装载任务是否完成：无人挖掘机对满斗率进行检测，无人矿卡对满载率进行检测，根据检测结果决策装载任务是否完成，满斗率和满载率其一合格即判断已完成本次装载任务；
6、s4、装载任务完成后，无人矿卡自主导航离场，无人挖掘机执行下一装载任务。
7、进一步的，所述步骤s1中确定可装载区的方法为：以无人挖掘机质心所处位置作为圆点，以无人挖掘机最小挖掘半径r1作为内径，以无人挖掘机最大挖掘半径r2作为外径，绘制圆环，此圆环包围区域即为可装载区；通过以下公式确定可装载区位置信息：
8、xk＝x1-x10
9、yk＝y1-y10
10、式中(xk，yk)为可装载区圆心o世界坐标系下的平面坐标，(x1，y1)为无人挖掘机通过gps定位获取的世界坐标系下的平面坐标；(x10，y10)为gps定位装置相对于无人挖掘机质心的相对坐标关系。
11、进一步的，所述步骤s1中无人矿卡最终执行装载任务的位置信息，包括无人挖掘机与无人矿卡的相对距离以及相对角度，通过以下计算公式确定：
12、
13、
14、式中，d为无人挖掘机与无人矿卡的相对距离；θ为无人挖掘机与无人矿卡之间的相对角度；(x1，y1)、(x2，y2)分别为无人挖掘机和无人矿卡利用gps定位获得的世界坐标系下的平面坐标；(x10，y10)、(x20，y20)分别为无人挖掘机、无人矿卡gps定位装置相对于无人挖掘机质心、无人矿卡车斗几何中心的相对坐标关系。
15、进一步的，所述步骤s1中确定执行装载任务位置的方法为：无人矿卡利用激光雷达扫描可装载区，若根据扫描结果发现区域内存在空白位置，则比较空白位置对应内弧段弦长l1与无人矿卡宽度w，满足l1＞1.5w，则将此处作为空余位置，无人矿卡自主泊车至此位置，确定此位置为最终执行装载任务位置，并发送装载任务请求至无人挖掘机端；若不存在空白位置或不满足l1＞1.5w，则无人矿卡在可装载区外等候，并发送等待驶入请求至无人挖掘机端。
16、进一步的，所述装载任务请求、等待驶入请求分别以时间顺序存入无人挖掘机装载任务请求、等待驶入请求响应队列，队列遵循先进先出原则；装载任务请求和等待驶入请求优先级相同，无人挖掘机同时依次响应两请求队列。
17、进一步的，所述步骤s2中无人矿卡自身装载信息包括自身型号、额定载重m、货厢容积v、车身高度h；所述数据存储库起初由经验数据构成，并人为输入无人挖掘机端，通过后期机器学习不断完善；所述存储数据为不同型号无人矿卡对应的铲斗装载高度h及装载次数n。
18、进一步的，所述步骤s2中执行装载任务的方法为：无人挖掘机将铲斗旋转至无人矿卡车斗上方后，对车斗内物料进行空缺位置检测，利用深度相机获取车斗内物料填充深度图像，划定图像车斗边界以内为感兴趣区域，将感兴趣区域进行3×3网格划分，各网格中心点位置与无人矿卡车斗几何中心位置相对关系如下：
19、
20、式中，(x，y)为无人矿卡车斗几何中心世界坐标系下的平面坐标，w为无人矿卡车斗宽度，l为无人矿卡车斗长度；求取各网格内深度平均值并赋值于网格中心点，将深度平均值最大的网格中心点位置信息上传至无人挖掘机端，作为下一卸斗位置。
21、进一步的，所述步骤s3中满斗率检测是指利用空缺位置检测方法，通过比较各网格中心点深度值与无人矿卡车斗四侧护栏深度值判断装载过程是否充分利用车斗内空间，满斗率计算公式为：
22、
23、满斗率达到89.99％即为合格。
24、进一步的，所述步骤s3中满载率检测是指利用无人矿卡称重传感器获取装载物料质量，与无人矿卡额定载重量进行比较，判断装载过程是否满载，满载率计算公式为：
25、
26、满载率达到98％-108％即为合格。
27、进一步的，所述步骤s2中匹配数据若不存在，则利用以下公式计算装载高度h：h＝h+hrule；式中，h为车身高度，hrule为规定值；且在执行装载任务过程中，无人挖掘机和无人矿卡需在每次卸斗后协同决策当前装载任务是否完成；当协同决策本次装载任务完成后，无人挖掘机将该型号无人矿卡对应的装载高度h及装载次数n存入数据存储库中。
28、与现有技术相比，本专利技术同时以无人挖掘机及无人矿卡作为执行装载任务核心，由二者协同确定执行装载任务位置、执行装载任务及决策装载任务是否完成，可避免由于人工错误操作造成的安全问题；从而在可装载区可同时容纳多辆无人矿卡，将有效提高装载效率；而数据处理由二者承担，可提高处理速度及执行效率。
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1.一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述步骤S1中确定可装载区的方法为：以无人挖掘机质心所处位置作为圆点，以无人挖掘机最小挖掘半径R1作为内径，以无人挖掘机最大挖掘半径R2作为外径，绘制圆环，此圆环包围区域即为可装载区；通过以下公式确定可装载区位置信息：
3.根据权利要求1所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述步骤S1中无人矿卡最终执行装载任务的位置信息，通过以下计算公式确定：
4.根据权利要求1所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述步骤S1中确定执行装载任务位置的方法为：无人矿卡利用激光雷达扫描可装载区，若根据扫描结果发现区域内存在空白位置，则比较空白位置对应内弧段弦长l1与无人矿卡宽度w，满足l1＞1.5w，则将此处作为空余位置，无人矿卡自主泊车至此位置，确定此位置为最终执行装载任务位置，并发送装载任务请求至无人挖掘机端；若不存在空白位
5.根据权利要求4所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述装载任务请求、等待驶入请求分别以时间顺序存入无人挖掘机装载任务请求、等待驶入请求响应队列，队列遵循先进先出原则；装载任务请求和等待驶入请求优先级相同，无人挖掘机同时依次响应两请求队列。
6.根据权利要求1所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述步骤S2中无人矿卡自身装载信息包括自身型号、额定载重M、货厢容积V、车身高度H；所述数据存储库起初由经验数据构成，并人为输入无人挖掘机端，通过后期机器学习不断完善；所述存储数据为不同型号无人矿卡对应的铲斗装载高度h及装载次数n。
7.根据权利要求1所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述步骤S2中执行装载任务的方法为：无人挖掘机将铲斗旋转至无人矿卡车斗上方后，对车斗内物料进行空缺位置检测，利用深度相机获取车斗内物料填充深度图像，划定图像车斗边界以内为感兴趣区域，将感兴趣区域进行3×3网格划分，各网格中心点位置与无人矿卡车斗几何中心位置相对关系如下：
8.根据权利要求1所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述步骤S3中满斗率检测是指利用空缺位置检测方法，通过比较各网格中心点深度值与无人矿卡车斗四侧护栏深度值判断装载过程是否充分利用车斗内空间，满斗率计算公式为：
9.根据权利要求1所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述步骤S3中满载率检测是指利用无人矿卡称重传感器获取装载物料质量，与无人矿卡额定载重量进行比较，判断装载过程是否满载，满载率计算公式为：
10.根据权利要求1所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述步骤S2中匹配数据若不存在，则利用以下公式计算装载高度h：h＝H+Hrule；式中，H为车身高度，Hrule为规定值；且在执行装载任务过程中，无人挖掘机和无人矿卡需在每次卸斗后协同决策当前装载任务是否完成；当协同决策本次装载任务完成后，无人挖掘机将该型号无人矿卡对应的装载高度h及装载次数n存入数据存储库中。
...【技术特征摘要】
1.一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述步骤s1中确定可装载区的方法为：以无人挖掘机质心所处位置作为圆点，以无人挖掘机最小挖掘半径r1作为内径，以无人挖掘机最大挖掘半径r2作为外径，绘制圆环，此圆环包围区域即为可装载区；通过以下公式确定可装载区位置信息：
3.根据权利要求1所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述步骤s1中无人矿卡最终执行装载任务的位置信息，通过以下计算公式确定：
4.根据权利要求1所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述步骤s1中确定执行装载任务位置的方法为：无人矿卡利用激光雷达扫描可装载区，若根据扫描结果发现区域内存在空白位置，则比较空白位置对应内弧段弦长l1与无人矿卡宽度w，满足l1＞1.5w，则将此处作为空余位置，无人矿卡自主泊车至此位置，确定此位置为最终执行装载任务位置，并发送装载任务请求至无人挖掘机端；若不存在空白位置或不满足l1＞1.5w，则无人矿卡在可装载区外等候，并发送等待驶入请求至无人挖掘机端。
5.根据权利要求4所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述装载任务请求、等待驶入请求分别以时间顺序存入无人挖掘机装载任务请求、等待驶入请求响应队列，队列遵循先进先出原则；装载任务请求和等待驶入请求优先级相同，无人挖掘机同时依次响应两请求队列。
6.根据权利要求1所述的一种无人矿卡与无人挖掘机全流程车铲协同装载控制方法，其特征在于，所述步骤s2中无人矿卡自...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲍久圣，胡德平，崔邵云，阴妍，朱晨钟，王茂森，潘国宇，高明宇，
申请(专利权)人：徐州徐工重型车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：
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