CN111137277A - 一种无人驾驶矿用车自动泊车位置的设置方法 - Google Patents

一种无人驾驶矿用车自动泊车位置的设置方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无人驾驶矿用车自动泊车位置设置方法，根据矿区工作环境与矿车工作特点，矿车的泊车区域一般位于装料处，具体位置是由挖掘机与装料点处路面状况确定的。因此，本发明在挖掘机上安装GPS设备，根据挖掘机的位置与方向确定矿车的泊车位置，具体步骤为：于合适的位置固定挖掘机下部行走体，挖掘机上部回转体旋转至合适的装料方位，记录此位置与方向，通过一系列计算得到矿车泊车的四个点位坐标，当进行泊车操作时，若发现该位置由于路面环境不能泊车，则根据挖掘机机械臂长度进行判断与调整，完成泊车与装料工作。

Description

一种无人驾驶矿用车自动泊车位置的设置方法
技术领域
本发明涉及无人驾驶技术领域，具体涉及一种无人驾驶矿用车自动泊车位置设置方法。
背景技术
矿用车属于非公路用车，主要用于土方、砂石、散料等工程的装卸运输工作。近年来，由于矿区作业环境恶劣，劳动强度大，生活条件差，矿用车驾驶员人工成本越来越高，且越来越难招到，因此市场上对无人驾驶矿用车需求的呼声也越来越高。同时，矿用车主要工况就是在封闭区域的固定线路上行驶，也较为容易实现无人驾驶技术。在实际矿区环境下，如何确定泊车装料位置进行泊车操作是矿用车的一个较为复杂的工况，也是技术难点之一。
发明内容
本发明公开一种无人驾驶矿用车泊车位置确定方法。在实际的矿区作业环境下，在挖掘机上安装差分GPS信号接收装置，获取挖掘机的GPS坐标与航向信息，以此计算泊车位置的GPS坐标及方向，解决无人驾驶矿用车泊车位置规划的技术难点。
本发明的技术方案如下：
一种无人驾驶矿用车泊车位置确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在挖掘机上安装差分GPS信号接收装置，用于获取挖掘机的GPS坐标和航向信息；
步骤二、云控平台接收所述挖掘机反馈的所述GPS坐标和航向信息，并通过计算获得无人驾驶矿用车的泊车位置信息，并将该泊车位置信息下发给无人驾驶矿用车，其中该泊车位置包括泊车位置的坐标值以及泊车位置处车体应有的航向；
步骤三、无人驾驶矿用车根据所述泊车位置信息完成自动泊车操作。
优选地，所述步骤一中，在所述挖掘机的上部回转体的回转中心处安装所述差分GPS信号接收装置。
优选地，所述步骤一中，所述挖掘机处于合适的装料位置时，固定下部行走体，上部旋转体旋转至无人驾驶矿用车方便装料的方位，记录此位置的经纬度及航向角信息，并反馈至云控平台。
优选地，所述步骤三中，所述无人驾驶矿用车包括一个控制器，用于接收云控平台发送的所述泊车位置信息，并根据该泊车位置信息执行自动泊车的控制操作。
优选地，根据挖掘机位置及方向、机械臂的工作范围、无人驾驶矿用车车体几何关系计算出泊车位置的坐标值。
优选地，所述步骤二中，按以下方式计算泊车位置信息：
(1)已知挖掘机卸料位置的坐标及方向信息为(λ，L，θ)，进行ECEF坐标转换为(x，y，θ)：
x＝(Rn+h)cosLcosλ
y＝(Rn+h)cosLsinλ
Rn＝a(1+e*sin2L)
式中：扁率e＝1/298.257(WGS-84)，Rn位卯酉圈曲率半径，半长轴a＝6378137；
(2)将ECEF坐标系进行平移与旋转，建立以挖掘机所在位置为坐标原点，θ方向为x轴方向的右手坐标系；
(3)可伸缩机械臂的平均长度为lc，因此设定矿车厢体中间位置的坐标x为(lc，0)，其中，lc∈(lc-Δl，lc+Δl)，lc-Δl和lc+Δl分别为可伸缩机械臂缩短时的最短长度和伸长时的最大长度；
(4)车位长度取值L＝Lf+Lr+d，其中d取值为0.8m；
(5)车位宽度取值Wp＝Wc+p，其中p取值为0.8m；
(6)计算出一矩形的泊车位置，矩形四个角A、B、C、D对应的四个位置的(x，y)坐标的计算方法为：
Figure BDA0001854015980000021
Figure BDA0001854015980000022
Figure BDA0001854015980000031
Figure BDA0001854015980000032
(7)根据需求对四个点的位置进行坐标转换。
优选地，当泊车过程中所求泊车位置由于障碍物不能达到时，计算无人驾驶矿用车车厢的厢体中心至挖掘机回转中心的距离k，若k∈(lc-Δl，lc+Δl)，则泊车操作结束，若
Figure BDA0001854015980000033
则泊车位置向障碍物相反方向横向平移n，重新计算车位。
优选地，如果挖掘机下部行走体移动需要更新泊车位置，则泊车位置的计算过程重复步骤(1)到步骤(7)。
附图说明
图1为本发明无人驾驶矿用车的泊车位置设置逻辑图。
图2为矿区装料处作业面工况示意图。
图3为本发明无人驾驶矿用车的泊车位置示意图。
图4为本发明的泊车位置计算逻辑图。
具体实施方式
图1为本发明无人驾驶矿用车的泊车位置设置步骤，其原理是无人驾驶矿用车在装料点附近进行自动泊车操作时，其泊车的具体位置可以根据挖掘机的位置确定。当挖掘机位置改变时，泊车位置也随之改变。本发明在挖掘机上部回转体的回转中心处装备了差分GPS接收设备，通过测得的GPS位置和偏航角数据，可以获得当前挖掘机位置及上部回转体的朝向。首先，挖掘机处于合适的装料位置时，固定下部行走体，由挖掘机驾驶员手动操作上部旋转体，旋转至无人驾驶矿用车(简称矿卡)方便装料的方位，记录此位置的经纬度及航向角信息，反馈至云控平台，云控平台通过计算得到泊车位置的坐标值及泊车位置处车体应有的航向。云控平台再将泊车四个GPS位置下发给矿卡自动驾驶控制器，矿卡自动驾驶控制器控制矿卡自动完成泊车操作。
如图2所示，根据矿区实际情况，绘制的矿区装料处作业面工况示意图，1为矿区沙土等被装装载对象；2为泊车位置；3为挖掘机机械臂；4为挖掘机。
如图3所示，本发明泊车位置示意图，其中矿卡的厢体中心点为M，厢体中心至车尾的距离为Lr，至车头的距离为Lf，车宽为Wc，车位宽Wp，车位长L。所求泊车位置分别为A，B，C，D四个位置的坐标。
如图4所示，本发明的泊车位置计算原理及步骤：
(1)已知挖掘机卸料位置的坐标及方向信息为(λ，L，θ)，进行ECEF坐标转换为(x，y，θ)：
x＝(Rn+h)cosLcosλ
y＝(Rn+h)cosLsinλ
Rn＝a(1+e*sin2L)
式中：扁率e＝1/298.257(WGS-84)，Rn为卯酉圈曲率半径，半长轴a＝6378137。
(2)将ECEF坐标系进行平移与旋转，建立以挖掘机所在位置为坐标原点，θ方向为x轴方向的右手坐标系。
(3)机械臂伸缩长度的长度为lc，因此设定矿车厢体中间位置的坐标x为(lc，0)，其中，lc∈(lc-Δl，lc+Δl)。
(4)车位长度取值L＝Lf+Lr+d(d一般取值为0.8m)。
(5)车位宽度取值Wp＝Wc+p(p一般取值为0.8m)。
(6)四个位置的计算方法为：
Figure BDA0001854015980000041
Figure BDA0001854015980000042
Figure BDA0001854015980000051
Figure BDA0001854015980000052
(7)根据需求对四个点的位置进行坐标转换。
(8)当泊车过程中所求泊车位置由于障碍物(主要由于装料泊车区域的不规则性导致)不能达到时，计算厢体中心至挖掘机回转中心的距离k，若k∈(lc-Δl，lc+Δl)，则泊车操作结束。若k
Figure BDA0001854015980000053
(lc-Δl，lc+Δl)，则，泊车位置向障碍物相反方向横向平移n，重新计算车位。
(9)如果挖掘机下部行走体移动需要更新泊车位置，计算过程重复步骤(1)～(8)。
最后应当说明的是：以上实施实例仅阐述了本案的一种技术方案，虽然本文通过附图等对本方案进行了详细说明，但所属领域的普通技术人员应当理解：通过对本案的-些具体实施方式进行修改或对其部分技术特征进行等同替换，而不脱离本技术方案的设计思路，由此产生的类似方案依然属于本案请求保护范围当中。

Claims (8)

1.一种无人驾驶矿用车泊车位置确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在挖掘机上安装差分GPS信号接收装置，用于获取挖掘机的GPS坐标和航向信息；
步骤二、云控平台接收所述挖掘机反馈的所述GPS坐标和航向信息，并通过计算获得无人驾驶矿用车的泊车位置信息，并将该泊车位置信息下发给无人驾驶矿用车，其中该泊车位置包括泊车位置的坐标值以及泊车位置处车体应有的航向；
步骤三、无人驾驶矿用车根据所述泊车位置信息完成自动泊车操作。
2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶矿用车泊车位置确定方法，其特征在于，
所述步骤一中，在所述挖掘机的上部回转体的回转中心处安装所述差分GPS信号接收装置。
3.根据权利要求2所述的一种无人驾驶矿用车泊车位置确定方法，其特征在于，
所述步骤一中，所述挖掘机处于合适的装料位置时，固定下部行走体，上部旋转体旋转至无人驾驶矿用车方便装料的方位，记录此位置的经纬度及航向角信息，并反馈至云控平台。
4.根据权利要求1所述的一种无人驾驶矿用车泊车位置确定方法，其特征在于，
所述步骤三中，所述无人驾驶矿用车包括一个控制器，用于接收云控平台发送的所述泊车位置信息，并根据该泊车位置信息执行自动泊车的控制操作。
5.根据权利要求1所述的一种无人驾驶矿用车泊车位置确定方法，其特征在于，根据挖掘机位置及方向、机械臂的工作范围、无人驾驶矿用车车体几何关系计算出泊车位置的坐标值。
6.根据权利要求1所述的一种无人驾驶矿用车泊车位置确定方法，其特征在于，
所述步骤二中，按以下方式计算泊车位置信息：
(1)已知挖掘机卸料位置的坐标及方向信息为(λ，L，θ)，进行ECEF坐标转换为(x，y，θ)：
x＝(Rn+h)cosLcosλ
y＝(Rn+h)cosLsinλ
Rn＝a(1+e*sin2L)
式中：扁率e＝1/298.257(WGS-84)，Rn位卯酉圈曲率半径，半长轴a＝6378137；
(2)将ECEF坐标系进行平移与旋转，建立以挖掘机所在位置为坐标原点，θ方向为x轴方向的右手坐标系；
(3)可伸缩机械臂的平均长度为lc，因此设定矿车厢体中间位置的坐标x为(lc，0)，其中，lc∈(lc-Δl，lc+Δl)，lc-Δl和lc+Δl分别为可伸缩机械臂缩短时的最短长度和伸长时的最大长度；
(4)车位长度取值L＝Lf+Lr+d，其中d取值为0.8m；
(5)车位宽度取值Wp＝Wc+p，其中p取值为0.8m；
(6)计算出一矩形的泊车位置，矩形四个角A、B、C、D对应的四个位置的(x，y)坐标的计算方法为：
Figure FDA0001854015970000021
Figure FDA0001854015970000022
Figure FDA0001854015970000023
Figure FDA0001854015970000024
(7)根据需求对四个点的位置进行坐标转换。
7.根据根据权利要求6所述的一种无人驾驶矿用车泊车位置确定方法，其特征在于，
当泊车过程中所求泊车位置由于障碍物不能达到时，计算无人驾驶矿用车车厢的厢体中心至挖掘机回转中心的距离k，若k∈(lc-Δl，lc+Δl)，则泊车操作结束，若
Figure FDA0001854015970000031
则泊车位置向障碍物相反方向横向平移n，重新计算车位。
8.根据权利要求6所述的一种无人驾驶矿用车泊车位置确定方法，其特征在于，
如果挖掘机下部行走体移动需要更新泊车位置，则泊车位置的计算过程重复步骤(1)到步骤(7)。
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