CN113280736B - 一种装载机铲斗位置检测方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装载机铲斗位置检测方法及设备，该方法包括：实时获取铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息；根据所述位置信息确定所述铲斗与所述第一铰接点所在的水平面之间的角度信息；基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置，所述设备包括获取模块、第一确定模块、第二确定模块。在装载机上只需安装激光雷达就可实现铲斗位置的确定，操作简单且有效降低成本。通过激光雷达检测出铲斗检测面上的若干检测点以及铰接点所在具体位置确定铲斗与水平面之间的角度，运用三角形定理就可精准确定铲斗的角度，根据铲斗的角度与动臂的举升高度可准确的获取装载机铲斗位置，进而在装载机无人作业时提高工作效率。

Description

一种装载机铲斗位置检测方法及设备

技术领域

本申请涉及工程机械技术领域，特别涉及一种装载机铲斗位置检测方法。

背景技术

目前，装载机智能化发展迅速，其智能化水平也逐渐成为装载机市场竞争力的重要指标，在施工过程中需要装载机的各项参数，特别是在装载机无人作业时需要对铲斗角度进行测量以及铲斗位置进行确定，由于装载机受工作环境影响，铲斗角度与铲斗位置一直很难精确确定。

现有技术中是使用多个角度传感器组合进行铲斗位置估算，而多个传感器组合进行铲斗位置估算时存在计算复杂，误差累计较大、成本高与安装困难的问题。

因此，如何简单准确的获取装载机铲斗位置是目前有待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种装载机铲斗位置检测方法，用以解决现有技术中在进行铲斗位置计算时需要使用多个角度传感器，造成计算复杂，误差累计较大、成本高与安装困难的技术问题，该方法包括：

实时获取铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息，所述铲斗检测面包括上检测面和下检测面，所述第一铰接点为动臂与前车架的铰接点，所述第二铰接点为动臂与铲斗的铰接点；

根据所述位置信息确定所述铲斗与所述第一铰接点所在的水平面之间的角度信息；

基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置。

优选的，基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置之前，还包括：

根据所述角度信息确定铲斗角度；

根据所述动臂的长度、所述动臂与所述水平面之间的角度确定所述动臂的举升高度。

优选的，基于所述角度信息确定铲斗角度是根据如下公式实现的：

当所述动臂位于所述水平面上方时，c=a1+b1，d=180-a1-b2；

当所述动臂位于所述水平面下方时，c= 180-a1-b1，d= a1+b2；

其中，a1为所述动臂与所述水平面之间的角度，b1为所述上检测面与所述水平面之间的角度，b2为所述下检测面与所述水平面之间的角度，c为所述上检测面与所述动臂之间的角度，d为所述下检测面与所述动臂之间的角度。

优选的，所述方法还包括：

实时检测所述上检测面上的若干检测点，所述若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成所述上检测面与所述水平面之间的角度；

实时检测所述下检测面上的若干检测点，所述若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成所述下检测面与所述水平面之间的角度。

优选的，所述方法还包括：

若所述铲斗位于上扬最大角或下扬最大角时，基于检测到的所述上检测面与水平面角度或所述下检测面与水平面角度确定所述铲斗角度。

相应地，本发明还提出了一种装载机铲斗位置检测的设备，所述设备包括：

获取模块，实时获取铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息，所述铲斗检测面包括上检测面和下检测面，所述第一铰接点为动臂与前车架的铰接点，所述第二铰接点为动臂与铲斗的铰接点；

第一确定模块，根据所述位置信息确定所述铲斗与所述第一铰接点所在的水平面之间的角度信息；

第二确定模块，基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置。

优选的，所述设备还包括：

第一处理模块，根据所述角度信息确定铲斗角度；

第二处理模块，根据所述动臂的长度、所述动臂与所述水平面之间的角度确定所述动臂的举升高度。

优选的，根据所述角度信息确定铲斗角度，具体为：

当所述动臂位于所述水平面上方时，c=a1+b1，d=180-a1-b2；

当所述动臂位于所述水平面下方时，c= 180-a1-b1，d= a1+b2；

其中，a1为所述动臂与所述水平面之间的角度，b1为所述上检测面与所述水平面之间的角度，b2为所述下检测面与所述水平面之间的角度，c为所述上检测面与所述动臂之间的角度，d为所述下检测面与所述动臂之间的角度。

优选的，所述设备还包括：

第一检测模块，实时检测所述上检测面上的若干检测点，所述若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成所述上检测面与所述水平面之间的角度；

第二检测模块，实时检测所述下检测面上的若干检测点，所述若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成所述下检测面与所述水平面之间的角度。

优选的，所述设备还包括：

判断模块，若所述铲斗位于上扬最大角或下扬最大角时，基于检测到的任一所述上检测面与水平面角度或所述下检测面与水平面角度确定所述铲斗角度。

本发明公开了一种装载机铲斗位置检测方法及设备，该方法包括：实时获取铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息；根据所述位置信息确定所述铲斗与所述第一铰接点所在的水平面之间的角度信息；基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置，所述设备包括获取模块、第一确定模块、第二确定模块。在装载机上只需安装激光雷达就可实现铲斗位置的确定，操作简单且有效降低成本。通过激光雷达检测出铲斗检测面上的若干检测点以及铰接点所在具体位置确定铲斗与水平面之间的角度，运用三角形定理就可精准确定铲斗的角度，根据铲斗的角度与动臂的举升高度可准确的获取装载机铲斗位置，进而在装载机无人作业时提高工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例提出的一种装载机铲斗位置检测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提出的当动臂位于水平面上方时铲斗角度的结构示意图；

图3是本发明实施例提出的当动臂位于水平面下方时铲斗角度的结构示意图；

图4是本发明实施例提出的一种装载机铲斗位置检测设备的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如背景技术所述，现有技术中由于使用多个角度传感器组合进行铲斗位置计算，无法简单准确的获取装载机铲斗位置。

为解决上述问题，本申请实施例提出了一种装载机铲斗位置检测方法及设备，通过实时获取铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息，所述铲斗检测面包括上检测面和下检测面，所述第一铰接点为动臂与前车架的铰接点，所述第二铰接点为动臂与铲斗的铰接点；根据所述位置信息确定所述铲斗与所述第一铰接点所在的水平面之间的角度信息；基于所述角度信息与所述动臂的举升高度最终可以确定铲斗位置。通过位置信息、角度信息与动臂的举升高度可以简单准确的获取装载机铲斗位置。

如图1所示为本发明实施例提出的一种装载机铲斗位置检测方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：

S101，实时获取铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息，所述铲斗检测面包括上检测面和下检测面，所述第一铰接点为动臂与前车架的铰接点，所述第二铰接点为动臂与铲斗的铰接点。

具体的，激光雷达选用360°检测雷达，通过四个六角法兰螺栓安装在前车架围板上。前车架围板与铲斗之间没有障碍物阻挡雷达，动臂和铲斗工作时围板不动，这种安装方式保证雷达的稳定性，在检测铲斗检测面与铰接点位置时不会出现位置偏差。只需在装载机上安装一个激光雷达，就可实现铲斗位置的确定，这种安装方式安装简单且可以有效降低成本。激光雷达实时检测铲斗检测面与第一铰接点、第二铰接点的具体所在位置，铲斗检测面包括上检测面和下检测面，铲斗的上检测面和下检测面设置在第二铰接点的上下两侧，并且铲斗的上检测面和下检测面与第二铰接点所构成的过渡面位于同一竖直平面内，以使铲斗在运动时动臂、上检测面和水平面构成三角形；动臂、下检测面和水平面构成三角形，其中，第一铰接点为动臂与前车架的铰接点，第二铰接点为动臂与铲斗的铰接点。

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他通过检测设备检测出铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息的方式均属于本申请的保护范围。

S102，根据所述位置信息确定所述铲斗与所述第一铰接点所在的水平面之间的角度信息。

具体的，通过激光雷达实时检测铲斗上检测面以及下检测面上的若干检测点，检测点至少为两个，由于检测面面积较小，长度相对较长，检测面可近似为直线，因此通过若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成检测面与水平面之间的角度，根据构成的三角形以及检测面与水平面之间的角度、动臂与水平面之间的角度可计算可得出铲斗的角度。

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他在铲斗上所选择的任一位置作为上检测面和下检测面的方式均属于本申请的保护范围。

S103，基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置。

具体的，根据上检测面和下检测面，第二铰接点与水平面之间的角度可以计算得出铲斗的角度，根据铲斗的角度与动臂的举升高度最终确定铲斗位置。

为了准确的确定铲斗位置，在本申请的优选实施例中，基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置之前，还包括：

根据所述角度信息确定铲斗角度；

根据所述动臂的长度、所述动臂与所述水平面之间的角度确定所述动臂的举升高度。

具体的，根据已知的动臂与水平面之间的角度、上检测面与水平面之间的角度、下检测面与水平面之间的角度最终确定铲斗角度，铲斗角度是利用三角形定理计算得出，提前测量出动臂的长度、根据检测出的动臂与水平面之间的角度就可得出动臂的举升高度。

为了准确的通过计算得出铲斗角度，在本申请的优选实施例中，基于所述角度信息确定铲斗角度是根据如下公式实现的：

当所述动臂位于所述水平面上方时，c=a1+b1，d=180-a1-b2；

当所述动臂位于所述水平面下方时，c= 180-a1-b1，d= a1+b2；

其中，a1为所述动臂与所述水平面之间的角度，b1为所述上检测面与所述水平面之间的角度，b2为所述下检测面与所述水平面之间的角度，c为所述上检测面与所述动臂之间的角度，d为所述下检测面与所述动臂之间的角度。

具体的，当所述动臂位于所述铰接点的水平面上方时，获取所述动臂与水平面的角度为a1，所述上检测面与水平面的角度为b1，所述下检测面与水平面角度为b2，根据三角形定理，所述上检测面与所述动臂之间的角度c=a1+b1，所述下检测面与所述动臂之间的角度d=180-a1-b2，当所述动臂位于所述铰接点的水平面下方时，则所述上检测面与所述动臂之间的角度c= 180-a1-b1，所述下检测面与所述动臂之间的角度d= a1+b2。这种运算方式简单准确且无需做过多计算，可以有效减少误差。

为了准确得出铲斗位置，在本申请的优选实施例中，所述方法还包括：

实时检测所述上检测面上的若干检测点，所述若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成所述上检测面与所述水平面之间的角度；

实时检测所述下检测面上的若干检测点，所述若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成所述下检测面与所述水平面之间的角度。

具体的，激光雷达实时检测出上检测面上的若干检测点所在的具体位置，检测点至少为两个，由于检测面面积较小，长度相对较长，检测面近似为直线，因此通过若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成上检测面与水平面之间的角度，同时激光雷达实时检测出下检测面上的若干检测点的位置信息，若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成下检测面与水平面之间的角度。

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据检测设备形成铲斗与动臂的角度信息的方式均属于本申请的保护范围。

为了准确得出铲斗位置，在本申请的优选实施例中，所述方法还包括：

若所述铲斗位于上扬最大角或下扬最大角时，基于检测到的所述上检测面与水平面角度或所述下检测面与水平面角度确定所述铲斗角度。

具体的，在用此种方法测量铲斗角度时有两个极端情况，当铲斗位于上扬最大角或下扬最大角时，上检测面与水平面角度与下检测面与水平面角度有一个是无法检测出来的，若只检测出上检测面与水平面的角度，则根据上检测面与水平面的角度、动臂与水平面的角度来确定铲斗角度；若只检测出下检测面与水平面的角度，则根据下检测面与水平面的角度、动臂与水平面的角度来确定铲斗角度。

通过应用以上技术方案，通过实时获取铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息，根据位置信息确定所述铲斗与所述第一铰接点所在的水平面之间的角度信息，基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置，通过位置信息、角度信息与动臂的举升高度可以简单准确的获取装载机的铲斗位置。

为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。

本发明实施例提出了一种装载机铲斗位置检测方法，实时获取铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息，根据所述位置信息确定所述铲斗与所述第一铰接点所在的水平面之间的角度信息；基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置，通过位置信息、角度信息与动臂的举升高度可以简单准确的获取装载机铲斗位置。

上述方法具体步骤如下：

第一步，获取铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息。

激光雷达实时检测铲斗检测面与第一铰接点、第二铰接点的具体位置信息，所述位置信息为铲斗上检测面上若干检测点的具体所在位置、铲斗下检测面上若干检测点的具体所在位置、动臂与前车架的铰接点的具体所在位置，动臂与铲斗的铰接点的具体所在位置。

第二步，确定铲斗角度。

铲斗上检测面、动臂与第一铰接点所在的水平面可以构成三角形，铲斗下检测面、动臂与第一铰接点所在的水平面可以构成三角形，根据三角形定理计算得出铲斗角度。如图2所示，为动臂位于水平面上方时铲斗角度的结构示意图，其中，动臂与水平面的角度为a1，上检测面与水平面角度为b1，下检测面与水平面角度为b2，根据三角形定理可以得出，上检测面与动臂之间的角度为c=a1+b1，下检测面与所述动臂之间的角度为d=180-a1-b2；如图3所示，为动臂位于水平面下方时铲斗角度的结构示意图，根据三角形定理可以得出，上检测面与动臂之间的角度为c= 180-a1-b1，下检测面与动臂之间的角度为d= a1+b2。根据这种运算方式可以精准的得到铲斗角度，在进行装载机无人作业时，有效提高装载机性能。并且运算简单无需做过多计算，提高工作效率。

第三步，确定铲斗位置。

根据动臂与水平面之间的角度以及提前测量出动臂的长度可以得出动臂的举升高度，根据举升高度与铲斗角度最终可以精确得出铲斗位置。

为了达到以上技术目的，本申请实施例还提出了一种装载机铲斗位置检测的设备，如图4所示，所述设备包括：

获取模块201，实时获取铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息，所述铲斗检测面包括上检测面和下检测面，所述第一铰接点为动臂与前车架的铰接点，所述第二铰接点为动臂与铲斗的铰接点；

第一确定模块202，根据所述位置信息确定所述铲斗与所述第一铰接点所在的水平面之间的角度信息；

第二确定模块203，基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置。

在具体的应用场景中，所述设备还包括：

第一处理模块，根据所述角度信息确定铲斗角度；

第二处理模块，根据所述动臂的长度、所述动臂与所述水平面之间的角度确定所述动臂的举升高度。

在具体的应用场景中，基于所述角度信息确定铲斗角度，具体为：

当所述动臂位于所述水平面上方时，c=a1+b1，d=180-a1-b2；

当所述动臂位于所述水平面下方时，c= 180-a1-b1，d= a1+b2；

其中，a1为所述动臂与所述水平面之间的角度，b1为所述上检测面与所述水平面之间的角度，b2为所述下检测面与所述水平面之间的角度，c为所述上检测面与所述动臂之间的角度，d为所述下检测面与所述动臂之间的角度。

在具体的应用场景中，所述设备还包括：

第一检测模块，实时检测所述上检测面上的若干检测点，所述若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成所述上检测面与所述水平面之间的角度；

第二检测模块，实时检测所述下检测面上的若干检测点，所述若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成所述下检测面与所述水平面之间的角度。

在具体的应用场景中，所述设备还包括：

判断模块，若所述铲斗位于上扬最大角或下扬最大角时，基于检测到的任一所述上检测面与水平面角度或所述下检测面与水平面角度确定所述铲斗角度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种装载机铲斗位置检测方法，其特征在于，包括：

实时获取铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息，所述铲斗检测面包括上检测面和下检测面，所述上检测面和所述下检测面设置在所述第二铰接点的上下两侧；

所述第一铰接点为动臂与前车架的铰接点，所述第二铰接点为动臂与铲斗的铰接点；

根据所述位置信息确定所述铲斗与所述第一铰接点所在的水平面之间的角度信息，具体为：

通过激光雷达实时检测铲斗上检测面以及下检测面上的若干检测点，通过若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成检测面与水平面之间的角度，根据构成的三角形以及检测面与水平面之间的角度、动臂与水平面之间的角度得到出铲斗的角度；

基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置之前，还包括：

根据所述角度信息确定铲斗角度；

根据所述动臂的长度、所述动臂与所述水平面之间的角度确定所述动臂的举升高度。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述角度信息确定铲斗角度是根据如下公式实现的：

当所述动臂位于所述水平面上方时，c＝a1+b1，d＝180－a1－b2；

当所述动臂位于所述水平面下方时，c＝180－a1－b1，d＝a1+b2；

其中，a1为所述动臂与所述水平面之间的角度，b1为所述上检测面与所述水平面之间的角度，b2为所述下检测面与所述水平面之间的角度，c为所述上检测面与所述动臂之间的角度，d为所述下检测面与所述动臂之间的角度。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

实时检测所述上检测面上的若干检测点，所述若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成所述上检测面与所述水平面之间的角度；

实时检测所述下检测面上的若干检测点，所述若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成所述下检测面与所述水平面之间的角度。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

若所述铲斗位于上扬最大角或下扬最大角时，基于检测到的所述上检测面与水平面角度或所述下检测面与水平面角度确定所述铲斗角度。

6.一种装载机铲斗位置检测设备，其特征在于，所述设备包括：

获取模块，实时获取铲斗检测面、第一铰接点、第二铰接点的位置信息，所述铲斗检测面包括上检测面和下检测面，所述上检测面和所述下检测面设置在所述第二铰接点的上下两侧；

所述第一铰接点为动臂与前车架的铰接点，所述第二铰接点为动臂与铲斗的铰接点；

第一确定模块，根据所述位置信息确定所述铲斗与所述第一铰接点所在的水平面之间的角度信息，具体为：

通过激光雷达实时检测铲斗上检测面以及下检测面上的若干检测点，通过若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成检测面与水平面之间的角度，根据构成的三角形以及检测面与水平面之间的角度、动臂与水平面之间的角度得到出铲斗的角度；

第二确定模块，基于所述角度信息与所述动臂的举升高度确定铲斗位置。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

第一处理模块，根据所述角度信息确定铲斗角度；

第二处理模块，根据所述动臂的长度、所述动臂与所述水平面之间的角度确定所述动臂的举升高度。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，根据所述角度信息确定铲斗角度，具体为：

当所述动臂位于所述水平面上方时，c＝a1+b1，d＝180－a1－b2；

当所述动臂位于所述水平面下方时，c＝180－a1－b1，d＝a1+b2；

其中，a1为所述动臂与所述水平面之间的角度，b1为所述上检测面与所述水平面之间的角度，b2为所述下检测面与所述水平面之间的角度，c为所述上检测面与所述动臂之间的角度，d为所述下检测面与所述动臂之间的角度。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

第一检测模块，实时检测所述上检测面上的若干检测点，所述若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成所述上检测面与所述水平面之间的角度；

第二检测模块，实时检测所述下检测面上的若干检测点，所述若干检测点相互连接形成直线并向上或向下延伸至所述水平面上形成所述下检测面与所述水平面之间的角度。

10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

判断模块，若所述铲斗位于上扬最大角或下扬最大角时，基于检测到的任一所述上检测面与水平面角度或所述下检测面与水平面角度确定所述铲斗角度。

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