CN109814559A - 用于控制挖掘机挖掘的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了用于控制挖掘机挖掘的方法和装置。该方法的一具体实施方式包括获取物料堆的二维图像；基于二维图像，生成物料堆的三维模型；对三维模型进行分析，确定物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹；控制挖掘机沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。该实施方式基于目标挖掘点和目标挖掘轨迹对挖掘机的挖掘过程进行控制，实现了挖掘机的自主挖掘，不仅降低了人力成本，还提升了经济效益。

Description

用于控制挖掘机挖掘的方法和装置
技术领域
本申请实施例涉及挖掘技术领域，具体涉及用于控制挖掘机挖掘的方法和装置。
背景技术
挖掘机，又称挖土机，一般是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。目前的挖掘机主要依赖于驾驶员的人工操作。为了提升挖掘机带来的经济效益，需要做到定人、定机、定岗位，明确职责。
然而，挖掘机操作属于特种作业，需要持有特种作业操作证的驾驶员才能驾驶挖掘机作业。受具备驾驶挖掘机作业能力的驾驶员的数量的限制，不可避免地会造成挖掘机闲置，导致经济效益大幅降低。
发明内容
本申请实施例提出了用于控制挖掘机挖掘的方法和装置。
第一方面，本申请实施例提供了一种用于控制挖掘机挖掘的方法，包括获取物料堆的二维图像；基于二维图像，生成物料堆的三维模型；对三维模型进行分析，确定物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹；控制挖掘机沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。
在一些实施例中，挖掘机的车身的侧面安装有摄像头，摄像头在车身旋转卸载铲斗中的物料的过程中拍摄二维图像。
在一些实施例中，摄像头是双目摄像头，二维图像是双目图像，以及基于二维图像，生成物料堆的三维模型，包括：对双目图像进行图像匹配，得到双目图像的视差图；基于视差图，生成物料堆的深度图；对深度图进行三维重建，得到物料堆的三维模型。
在一些实施例中，对三维模型进行分析，确定物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹，包括：离散三维模型，得到挖掘点集合；获取挖掘点集合中的挖掘点的挖掘轨迹集合；基于挖掘点集合中的挖掘点的挖掘轨迹集合，选取候选挖掘点集合；获取候选挖掘点集合中的候选挖掘点的物料体积；基于候选挖掘点集合中的候选挖掘点的物料体积，选取目标挖掘点和目标挖掘轨迹。
在一些实施例中，控制挖掘机沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘，包括：确定挖掘机的底座和挖臂沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘时的目标角度序列；基于目标角度序列，控制底座和挖臂的转角和位移，以及从挖掘机的底座角度传感器和挖臂传感器实时获取底座和挖臂的当前角度，基于目标角度序列中的当前目标角度和当前角度的差值的大小和正负进行闭环控制，以使底座和挖臂沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。
第二方面，本申请实施例提供了一种用于控制挖掘机挖掘的装置，包括：获取单元，被配置成获取物料堆的二维图像；生成单元，被配置成基于二维图像，生成物料堆的三维模型；确定单元，被配置成对三维模型进行分析，确定物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹；控制单元，被配置成控制挖掘机沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。
在一些实施例中，挖掘机的车身的侧面安装有摄像头，摄像头在车身旋转卸载铲斗中的物料的过程中拍摄二维图像。
在一些实施例中，摄像头是双目摄像头，二维图像是双目图像，以及生成单元包括：匹配子单元，被配置成对双目图像进行图像匹配，得到双目图像的视差图；生成子单元，被配置成基于视差图，生成物料堆的深度图；重建子单元，被配置成对深度图进行三维重建，得到物料堆的三维模型。
在一些实施例中，确定单元包括：离散子单元，被配置成离散三维模型，得到挖掘点集合；第一获取子单元，被配置成获取挖掘点集合中的挖掘点的挖掘轨迹集合；第一选取子单元，被配置成基于挖掘点集合中的挖掘点的挖掘轨迹集合，选取候选挖掘点集合；第二获取子单元，被配置成获取候选挖掘点集合中的候选挖掘点的物料体积；第二选取子单元，被配置成基于候选挖掘点集合中的候选挖掘点的物料体积，选取目标挖掘点和目标挖掘轨迹。
在一些实施例中，控制单元包括：确定子单元，被配置成确定挖掘机的底座和挖臂沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘时的目标角度序列；控制子单元，被配置成基于目标角度序列，控制底座和挖臂的转角和位移，以及从挖掘机的底座角度传感器和挖臂传感器实时获取底座和挖臂的当前角度，基于目标角度序列中的当前目标角度和当前角度的差值的大小和正负进行闭环控制，以使底座和挖臂沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：一个或多个处理器；存储装置，其上存储有一个或多个程序；当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如第一方面中任一实现方式描述的方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中任一实现方式描述的方法。
本申请实施例提供的用于控制挖掘机挖掘的方法和装置，首先基于所获取到的物料堆的双目图像，生成物料堆的三维模型；然后对物料堆的三维模型进行分析，确定物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹；最后控制挖掘机沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。基于目标挖掘点和目标挖掘轨迹对挖掘机进行控制，实现了挖掘机的自主挖掘，不仅降低了人力成本，还提升了经济效益。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本申请可以应用于其中的示例性系统架构；
图2是根据本申请的用于控制挖掘机挖掘的方法的一个实施例的流程图；
图3是离散后的三维模型的示意图；
图4是挖掘轨迹的示意图；
图5是根据本申请的用于控制挖掘机挖掘的方法的又一个实施例的流程图；
图6是图5所提供的用于控制挖掘机挖掘的方法的一个应用场景的示意图；
图7是根据本申请的用于控制挖掘机挖掘的装置的一个实施例的结构示意图；
图8是适于用来实现本申请实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出了可以应用本申请的用于控制挖掘机挖掘的方法或用于控制挖掘机挖掘的装置的实施例的示例性系统架构100。
如图1所示，系统架构100中可以包括摄像头101、网络102和服务器103。网络102用以在摄像头101和服务器103之间提供通信链路的介质。网络102可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。
摄像头101可以是安装在无人自主挖掘机上的摄像头，其可以拍摄无人自主挖掘机需要挖掘的物料堆的二维图像。通常，摄像头101可以是安装在无人自主挖掘机的车身的侧面的双目摄像头。双目摄像头可以在车身旋转卸载铲斗中的物料的过程中拍摄物料堆的双目图像。
服务器103可以是提供各种服务的服务器，例如，无人自主挖掘机的后台服务器。无人自主挖掘机的后台服务器可以对从摄像头101获取到的物料堆的二维图像等数据进行分析等处理，并基于处理结果(例如目标挖掘点和目标挖掘轨迹)控制挖掘机挖掘。
需要说明的是，服务器103可以是硬件，也可以是软件。当服务器103为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器。当服务器103为软件时，可以实现成多个软件或软件模块(例如用来提供分布式服务)，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。
需要说明的是，本申请实施例所提供的用于控制挖掘机挖掘的方法一般由服务器103执行，相应地，用于控制挖掘机挖掘的装置一般设置于服务器103中。
应该理解，图1中的摄像头、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的摄像头、网络和服务器。
继续参考图2，其示出了根据本申请的用于控制挖掘机挖掘的方法的一个实施例的流程200。该用于控制挖掘机挖掘的方法，包括以下步骤：
步骤201，获取物料堆的二维图像。
在本实施例中，用于控制挖掘机挖掘的方法的执行主体(例如图1所示的服务器103)可以通过有线连接方式或者无线连接方式从安装在无人自主挖掘机上的摄像头(例如图1所示的摄像头101)获取物料堆的二维图像。其中，物料堆可以是物料堆放在一起形成的。物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石等等。
通常，无人自主挖掘机上可以安装有摄像头，用于采集物料堆的二维图像。为了避免无人自主挖掘机的挖臂遮挡摄像头拍摄物料堆，可以将摄像头安装在无人自主挖掘机的车身的侧面。在车身旋转卸载铲斗中的物料的过程中，安装在车身侧面的摄像头正对物料堆。此时，可以开启摄像头对物料堆进行拍摄。
步骤202，基于二维图像，生成物料堆的三维模型。
在本实施例中，上述执行主体可以对二维图像进行分析，并基于分析结果生成物料堆的三维模型。
在本实施例的一些可选的实现方式中，在车身旋转卸载铲斗中的物料的过程中，摄像头可以拍摄物料堆的多个角度的二维图像。这样，上述执行主体可以利用多个角度的二维图像进行三维重建，以得到物料堆的三维模型。
在本实施例的一些可选的实现方式中，挖掘机的车身的侧面安装的摄像头可以是双目摄像头。此时，双目摄像头在车身旋转卸载铲斗中的物料的过程中拍摄的物料堆的二维图像可以是双目图像。由于双目图像是双目摄像头通过模仿动物双眼的工作机制而拍摄的，每组双目图像之间存在一定程度的水平视差。这样，上述执行主体可以根据水平视差确定物料堆到双目摄像头之间的距离，即得到物料堆的深度图。随后，上述执行主体可以利用三维重建算法对物料堆的深度图进行三维重建，从而得到物料堆的三维模型。例如，上述执行主体可以首先对双目图像进行图像匹配，得到双目图像的视差图；然后基于视差图，生成物料堆的深度图；最后利用Kinect Fusion算法对深度图进行三维重建，得到物料堆的三维模型。
步骤203，对三维模型进行分析，确定物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹。
在本实施例中，上述执行主体可以对物料堆的三维模型进行分析，并根据分析结果确定物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹。
通常，上述执行主体可以离散物料堆的三维模型，以得到挖掘点集合。例如，上述执行主体可以对物料堆的三维模型在高度上进行网格离散，得到多个网格。其中，一个网格对应一个挖掘点。可选地，离散高度图的方法可以是等高线离散。图3示出了离散后的三维模型的示意图。在图3中，利用等高线离散方法将物料堆的三维模型离散成28个网格，并按照从下到上，从左到右的顺序依次对这28个网格进行标号。
实践中，挖掘轨迹可以被分解为插、拖、转、提四个部分。相应地，整条挖掘轨迹可以被四个参数刻画，即d1(插入深度)、d2(拖拽长度)、r(旋转半径)和d3(提升高度)。图4示出了挖掘轨迹的示意图。在图4中，挖掘轨迹被分解成的四个部分和四个参数在挖掘轨迹上进行了标注。
由于四个参数具有各自的取值范围，对属于取值范围内的值的四个参数进行任意组合，可以得到多个挖掘轨迹，即挖掘轨迹集合。
这里，上述执行主体可以对挖掘点集合中的每个挖掘点的挖掘轨迹集合进行分析，并基于分析结果选取目标挖掘点。通常，由于存在障碍物或者受无人自主挖掘机的机械结构的限制，并非所有的挖掘轨迹均可行。因此，挖掘轨迹集合中存在可行挖掘轨迹的挖掘点是目标挖掘点，可行挖掘轨迹可以是目标挖掘轨迹。
步骤204，控制挖掘机沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。
在本实施例中，上述执行主体可以基于目标挖掘点和目标挖掘轨迹向无人自主挖掘机的多个设备(如底座和挖臂)发送控制指令，以使无人自主挖掘机沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行自主挖掘。
本申请实施例提供的用于控制挖掘机挖掘的方法，首先基于所获取到的物料堆的二维图像，生成物料堆的三维模型；然后对物料堆的三维模型进行分析，确定物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹；最后控制挖掘机沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。基于目标挖掘点和目标挖掘轨迹对挖掘机的挖掘过程进行控制，实现了挖掘机的自主挖掘，不仅降低了人力成本，还提升了经济效益。
进一步参考图5，其示出了根据本申请的用于控制挖掘机挖掘的方法的又一个实施例的流程500。该用于控制挖掘机挖掘的方法，包括以下步骤：
步骤501，获取物料堆的二维图像。
步骤502，基于二维图像，生成物料堆的三维模型。
在本实施例中，步骤501-502的具体操作已在图2所示的实施例中步骤201-202中进行了详细的介绍，在此不再赘述。
步骤503，离散三维模型，得到挖掘点集合。
在本实施例中，用于控制挖掘机挖掘的方法的执行主体(例如图1所示的服务器103)可以离散物料堆的三维模型，以得到挖掘点集合。通常，上述执行主体可以利用等高线离散方法对物料堆的三维模型进行网格离散，得到多个网格。其中，一个网格对应一个挖掘点。
步骤504，获取挖掘点集合中的挖掘点的挖掘轨迹集合。
在本实施例中，对于挖掘点集合中的每个挖掘点，上述执行主体可以首先获取该挖掘点的挖掘轨迹集合。实践中，挖掘轨迹可以被分解为插、拖、转、提四个部分。相应地，整条挖掘轨迹可以被四个参数刻画，即d1、d2、r和d3。由于四个参数具有各自的取值范围，对属于取值范围内的值的四个参数进行任意组合，可以得到多个挖掘轨迹，即挖掘轨迹集合。
步骤505，基于挖掘点集合中的挖掘点的挖掘轨迹集合，选取候选挖掘点集合。
在本实施例中，对于挖掘点集合中的每个挖掘点，上述执行主体可以对该挖掘点的挖掘轨迹集合进行分析，并基于分析结果确定该挖掘点是否是候选挖掘点。通常，由于存在障碍物或者受无人自主挖掘机的机械结构的限制，并非所有的挖掘轨迹均可行。因此，挖掘轨迹集合中存在可行挖掘轨迹的挖掘点是候选挖掘点；挖掘轨迹集合中不存在可行挖掘轨迹的挖掘点不是候选挖掘点。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述执行主体可以确定该挖掘点的挖掘轨迹集合中是否存在挖掘机的铲斗在运动过程中不与障碍物碰撞，并且挖掘阻力不大于挖掘机的挖掘动力的挖掘轨迹；若存在，将该挖掘点作为候选挖据点添加到候选挖掘点集合中，以及将所确定出的挖掘轨迹作为候选挖掘轨迹添加到该候选挖掘点的候选挖掘轨迹集合中。通常，挖掘机的铲斗在运动过程中不与障碍物碰撞，并且挖掘阻力不大于挖掘机的挖掘动力的挖掘轨迹是可行挖掘轨迹。挖掘机的铲斗在运动过程中与障碍物碰撞，或者挖掘阻力不大于挖掘机的挖掘动力的挖掘轨迹不是可行挖掘轨迹。此时，候选挖掘点的候选挖掘轨迹集合中的候选挖掘轨迹全部是可行挖掘轨迹。
步骤506，获取候选挖掘点集合中的候选挖掘点的物料体积。
在本实施例中，对于候选挖掘点集合中的每个候选挖掘点，上述执行主体可以对该候选挖掘点处的物料进行分析，以获取该候选挖掘点的物料体积。具体地，对于候选挖掘点集合中的每个候选挖掘点，上述执行主体可以基于该候选挖据点的候选挖掘轨迹集合中的候选挖掘轨迹的参数，计算该候选挖掘点的物料体积。
其中，挖掘轨迹的参数可以包括d1、d2、r和d3。由于每条候选挖掘轨迹具有一组参数，因此基于每条候选挖掘轨迹的参数可以计算出一个物料体积。即每条候选挖掘轨迹对应一个物料体积。此时，，对于该候选挖掘点的候选挖掘轨迹集合中的每个候选挖掘轨迹，上述执行主体可以首先基于挖掘机的铲斗的宽度、该候选挖掘轨迹的参数中的d1和d2，计算该候选挖掘轨迹对应的物料体积；然后基于该候选挖掘点的候选挖掘轨迹集合中的候选挖掘轨迹对应的物料体积，确定该候选挖掘点的物料体积。例如，上述执行主体可以将铲斗的宽度、该候选挖掘轨迹的参数中的d1和d2三者的乘积作为该选挖掘轨迹对应的物料体积。随后，上述执行主体可以从候选挖掘轨迹集合中的每个候选挖掘轨迹对应的物料体积中选取出最大的物料体积作为该候选挖掘点的物料体积。
步骤507，基于候选挖掘点集合中的候选挖掘点的物料体积，选取目标挖掘点和目标挖掘轨迹。
在本实施例中，对于候选挖掘点集合中的每个候选挖掘点，上述执行主体可以对该候选挖掘点的物料体积进行分析，以确定该候选挖掘点是否是目标挖掘点。若该候选挖掘点是目标挖掘点，则该候选挖掘点的候选挖掘轨迹集合中的最大的物料体积对应的候选挖掘轨迹是目标挖掘轨迹。例如，上述执行主体可以将该候选挖掘点的物料体积与预设体积阈值进行比较，若大于预设体积阈值，则将该候选挖掘点作为目标挖掘点。又例如，上述执行主体可以从候选挖掘点集合中选取出物料体积最大的候选挖掘点作为目标挖掘点。
步骤508，确定挖掘机的底座和挖臂沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘时的目标角度序列。
在本实施例中，上述执行主体可以对目标挖掘轨迹进行分析，以确定挖掘机的底座和挖臂沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘时的目标角度序列。其中，目标角度序列中可以包括底座和挖臂在目标挖掘轨迹上的各个采样点处的目标角度。通常，上述执行主体可以根据目标挖掘轨迹的参数中的d1、d2、r和d3，计算出末端位置位姿。随后，利用逆向运动学求得底座和挖臂在目标挖掘轨迹上的各个采样点的目标角度，生成目标角度序列。
步骤509，基于目标角度序列，控制底座和挖臂的转角和位移，以及从挖掘机的底座角度传感器和挖臂传感器实时获取底座和挖臂的当前角度，基于目标角度序列中的当前目标角度和当前角度的差值的大小和正负进行闭环控制，以使底座和挖臂沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。
在本实施例中，对于目标角度序列中的当前目标角度，上述执行主体可以按照当前目标角度控制底座和挖臂的转角和位移。同时，上述执行主体还可以从底座角度传感器和挖臂传感器实时获取底座和挖臂的当前角度。通常，若底座和挖臂的当前角度等于当前目标角度，说明底座和挖臂没有偏离目标挖掘轨迹。然而，在实际操作中，受阻力的影响，底座和挖臂不可避免地会偏离目标挖掘轨迹。此时，上述执行主体可以基于当前目标角度和当前角度的差值的大小和正负进行闭环控制，以使底座和挖臂沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。随后，当前目标角度的下一个目标角度成为当前目标角度，继续执行以上步骤。如此循环往复，直至上述执行主体按照目标角度序列中的最后一个目标角度完成闭环控制为止。此时，底座和挖臂沿目标挖掘轨迹完成对目标挖掘点处的物料的挖掘。
这里，无人自主挖掘机可以通过设置上位机和下位机来实现对挖掘过程的闭环控制。在上位机中设计一种两位控制算法作为控制器。两位控制器即具有两位作用的控制器，可以依据当前目标角度和当前角度的差值的大小和正负，输出0或1。其中，0代表电磁阀关闭，1代表电磁阀打开。同时，各自由度均设置了相应的阈值，以抑制系统的振荡。下位机采用PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互连标准)板卡，用以采集传感器数据以及发送挖掘控制指令。其中，传感器系统使用拉线式位移传感器以及旋转电位计，用于反馈各自由度的位移和转角。
需要说明的是，当底座和挖臂沿目标挖掘轨迹完成对目标挖掘点处的物料的挖掘之后，可以旋转车身将铲斗中的物料卸载在翻斗车中。此时，会再次开启车身的侧面安装的双目摄像头对物料堆进行拍摄，并继续执行本申请实施例中的用于控制挖掘机挖掘的方法。如此循环往复，直至物料堆被挖掘完毕。
继续参见图6，图6是图5所提供的用于控制挖掘机挖掘的方法的一个应用场景的示意图。在图6所示的应用场景中，在无人自主挖掘机的车身旋转卸载铲斗中的土的过程中，安装在车身侧面的双目摄像头可以拍摄土堆的双目图像，并发送无人自主挖掘机的后台服务器。首先，后台服务器可以利用三维重建算法对双目图像进行三维重建，以得到土堆的三维模型。之后，后台服务器可以利用挖掘策略规划算法对三维模型进行分析，确定出土堆的目标挖掘点。然后，后台服务器可以利用挖掘轨迹规划算法对目标挖掘点进行分析，确定底座和挖臂的目标角度序列。最后，后台服务器可以根据底座和挖臂的目标角度序列控制底座和挖臂的角度和位移，以使无人自主挖掘机自主挖掘。同时，在自主挖掘过程中，挖臂传感器实时采集挖臂角度，底座传感器实时采集底座角度，并实时发送至后台服务器。后台服务器可以基于目标角度序列、挖臂角度和底座角度，利用闭环控制算法进行闭环控制，以使底座和挖臂沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的土堆进行挖掘。若本次挖掘完成，挖掘机旋转车身将铲斗中的土卸载在翻斗车中。此时，再次开启双目摄像头对土堆进行拍摄，并继续执行以上步骤。如此循环往复，直至土堆被挖掘完毕。
从图5中可以看出，与图2对应的实施例相比，本实施例中的用于控制挖掘机挖掘的方法的流程500突出了确定物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹，以及控制挖掘机挖掘的步骤。由此，结合挖掘轨迹和物料体积选取目标挖掘点和目标挖掘轨迹，不仅可以沿可行挖掘轨迹挖掘目标挖掘点处的物料，并且挖掘出的目标挖掘点处的物料的体积较大，提高了挖掘效率。同时，对挖掘机的挖掘过程进行闭环控制，从而实现了对挖掘机的自主挖掘过程的精准控制。
进一步参考图7，作为对上述各图所示方法的实现，本申请提供了一种用于控制挖掘机挖掘的装置的一个实施例，该装置实施例与图2所示的方法实施例相对应，该装置具体可以应用于各种电子设备中。
如图7所示，本实施例的用于控制挖掘机挖掘的装置700可以包括：获取单元701、生成单元702、确定单元703和控制单元704。其中，获取单元701，被配置成获取物料堆的二维图像；生成单元702，被配置成基于二维图像，生成物料堆的三维模型；确定单元703，被配置成对三维模型进行分析，确定物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹；控制单元704，被配置成控制挖掘机沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。
在本实施例中，用于控制挖掘机挖掘的装置700中：获取单元701、生成单元702、确定单元703和控制单元704的具体处理及其所带来的技术效果可分别参考图2对应实施例中的步骤201、步骤202、步骤203和步骤204的相关说明，在此不再赘述。
在本实施例的一些可选的实现方式中，挖掘机的车身的侧面安装有摄像头，摄像头在车身旋转卸载铲斗中的物料的过程中拍摄二维图像。
在本实施例的一些可选的实现方式中，摄像头是双目摄像头，二维图像是双目图像，以及生成单元702包括：匹配子单元(图中未示出)，被配置成对双目图像进行图像匹配，得到双目图像的视差图；生成子单元(图中未示出)，被配置成基于视差图，生成物料堆的深度图；重建子单元(图中未示出)，被配置成对深度图进行三维重建，得到物料堆的三维模型。
在本实施例的一些可选的实现方式中，确定单元703包括：离散子单元(图中未示出)，被配置成离散三维模型，得到挖掘点集合；第一获取子单元(图中未示出)，被配置成获取挖掘点集合中的挖掘点的挖掘轨迹集合；第一选取子单元(图中未示出)，被配置成基于挖掘点集合中的挖掘点的挖掘轨迹集合，选取候选挖掘点集合；第二获取子单元(图中未示出)，被配置成获取候选挖掘点集合中的候选挖掘点的物料体积；第二选取子单元(图中未示出)，被配置成基于候选挖掘点集合中的候选挖掘点的物料体积，选取目标挖掘点和目标挖掘轨迹。
在本实施例的一些可选的实现方式中，控制单元704包括：确定子单元(图中未示出)，被配置成确定挖掘机的底座和挖臂沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘时的目标角度序列；控制子单元(图中未示出)，被配置成基于目标角度序列，控制底座和挖臂的转角和位移，以及从挖掘机的底座角度传感器和挖臂传感器实时获取底座和挖臂的当前角度，基于目标角度序列中的当前目标角度和当前角度的差值的大小和正负进行闭环控制，以使底座和挖臂沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。
下面参考图8，其示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备(例如图1所示的服务器103)的计算机系统800的结构示意图。图8示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图8所示，计算机系统800包括中央处理单元(CPU)801，其可以根据存储在只读存储器(ROM)802中的程序或者从存储部分808加载到随机访问存储器(RAM)803中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 803中，还存储有系统800操作所需的各种程序和数据。CPU 801、ROM 802以及RAM 803通过总线804彼此相连。输入/输出(I/O)接口805也连接至总线804。
以下部件连接至I/O接口805：包括键盘、鼠标等的输入部分806；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分807；包括硬盘等的存储部分808；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分809。通信部分809经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器810也根据需要连接至I/O接口805。可拆卸介质811，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器810上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分808。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分809从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质811被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)801执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请所述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向目标的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本申请实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括获取单元、生成单元、确定单元和控制单元。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定，例如，获取单元还可以被描述为“获取物料堆的双目图像的单元”。
作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：获取物料堆的二维图像；基于二维图像，生成物料堆的三维模型；对三维模型进行分析，确定物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹；控制挖掘机沿目标挖掘轨迹对目标挖掘点处的物料进行挖掘。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (12)

1.一种用于控制挖掘机挖掘的方法，包括：
获取物料堆的二维图像；
基于所述二维图像，生成所述物料堆的三维模型；
对所述三维模型进行分析，确定所述物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹；
控制挖掘机沿所述目标挖掘轨迹对所述目标挖掘点处的物料进行挖掘。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述挖掘机的车身的侧面安装有摄像头，所述摄像头在所述车身旋转卸载铲斗中的物料的过程中拍摄所述二维图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述摄像头是双目摄像头，所述二维图像是双目图像，以及
所述基于所述二维图像，生成所述物料堆的三维模型，包括：
对所述双目图像进行图像匹配，得到所述双目图像的视差图；
基于所述视差图，生成所述物料堆的深度图；
对所述深度图进行三维重建，得到所述物料堆的三维模型。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对所述三维模型进行分析，确定所述物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹，包括：
离散所述三维模型，得到挖掘点集合；
获取所述挖掘点集合中的挖掘点的挖掘轨迹集合；
基于所述挖掘点集合中的挖掘点的挖掘轨迹集合，选取候选挖掘点集合；
获取所述候选挖掘点集合中的候选挖掘点的物料体积；
基于所述候选挖掘点集合中的候选挖掘点的物料体积，选取目标挖掘点和目标挖掘轨迹。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制挖掘机沿所述目标挖掘轨迹对所述目标挖掘点处的物料进行挖掘，包括：
确定所述挖掘机的底座和挖臂沿所述目标挖掘轨迹对所述目标挖掘点处的物料进行挖掘时的目标角度序列；
基于所述目标角度序列，控制所述底座和挖臂的转角和位移，以及从所述挖掘机的底座角度传感器和挖臂传感器实时获取所述底座和挖臂的当前角度，基于所述目标角度序列中的当前目标角度和所述当前角度的差值的大小和正负进行闭环控制，以使所述底座和挖臂沿所述目标挖掘轨迹对所述目标挖掘点处的物料进行挖掘。
6.一种用于控制挖掘机挖掘的装置，包括：
获取单元，被配置成获取物料堆的二维图像；
生成单元，被配置成基于所述二维图像，生成所述物料堆的三维模型；
确定单元，被配置成对所述三维模型进行分析，确定所述物料堆的目标挖掘点和目标挖掘轨迹；
控制单元，被配置成控制挖掘机沿所述目标挖掘轨迹对所述目标挖掘点处的物料进行挖掘。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述挖掘机的车身的侧面安装有摄像头，所述摄像头在所述车身旋转卸载铲斗中的物料的过程中拍摄所述二维图像。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述摄像头是双目摄像头，所述二维图像是双目图像，以及
所述生成单元包括：
匹配子单元，被配置成对所述双目图像进行图像匹配，得到所述双目图像的视差图；
生成子单元，被配置成基于所述视差图，生成所述物料堆的深度图；
重建子单元，被配置成对所述深度图进行三维重建，得到所述物料堆的三维模型。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述确定单元包括：
离散子单元，被配置成离散所述三维模型，得到挖掘点集合；
第一获取子单元，被配置成获取所述挖掘点集合中的挖掘点的挖掘轨迹集合；
第一选取子单元，被配置成基于所述挖掘点集合中的挖掘点的挖掘轨迹集合，选取候选挖掘点集合；
第二获取子单元，被配置成获取所述候选挖掘点集合中的候选挖掘点的物料体积；
第二选取子单元，被配置成基于所述候选挖掘点集合中的候选挖掘点的物料体积，选取目标挖掘点和目标挖掘轨迹。
10.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制单元包括：
确定子单元，被配置成确定所述挖掘机的底座和挖臂沿所述目标挖掘轨迹对所述目标挖掘点处的物料进行挖掘时的目标角度序列；
控制子单元，被配置成基于所述目标角度序列，控制所述底座和挖臂的转角和位移，以及从所述挖掘机的底座角度传感器和挖臂传感器实时获取所述底座和挖臂的当前角度，基于所述目标角度序列中的当前目标角度和所述当前角度的差值的大小和正负进行闭环控制，以使所述底座和挖臂沿所述目标挖掘轨迹对所述目标挖掘点处的物料进行挖掘。
11.一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，其上存储有一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-5中任一所述的方法。
12.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述的方法。
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