CN113805581B - 用于对接挖掘机和矿卡的方法及主控装置 - Google Patents
用于对接挖掘机和矿卡的方法及主控装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113805581B CN113805581B CN202110857651.2A CN202110857651A CN113805581B CN 113805581 B CN113805581 B CN 113805581B CN 202110857651 A CN202110857651 A CN 202110857651A CN 113805581 B CN113805581 B CN 113805581B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- excavator
- infrared
- card
- infrared receiving
- point cloud
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 title claims description 47
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 claims abstract description 58
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims description 26
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
- G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
- G05D1/0242—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using non-visible light signals, e.g. IR or UV signals
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
- G05D1/0257—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using a radar
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于对接挖掘机和矿卡的方法及主控装置。该方法包括：获取挖掘机周围的作业环境信息；根据作业环境信息标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域；指示矿卡行驶至挖掘机的对接有效区域；基于挖掘机与矿卡之间的红外信号指示矿卡与挖掘机对接；其中，挖掘机的前端设置有红外发射设备；矿卡的尾部设置有红外接收设备。本发明可以实现挖掘机和矿卡自动装载，减少土堆漏散的情况，节省人力，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及挖掘机技术领域，具体地，涉及一种用于对接挖掘机和矿卡的方法及主控装置。
背景技术
随着自动化技术的发展，工业上也开始将更多的自动化技术落地。挖掘机、矿卡作为工程机械领域最主要的机型之一，能够应对各种工况并完成多种类型的施工要求，也是自动化技术较好落地的产品之一。对于矿卡和挖掘机的土堆装载工作，现有技术中往往需要两个驾驶员共同操作机器，工作效率较低且容易出现土堆漏散的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于对接挖掘机和矿卡的方法及主控装置，用以解决现有技术中对于矿卡和挖掘机的土堆装载工作，工作效率较低且容易出现土堆漏散的情况。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于对接挖掘机和矿卡的方法，该方法包括：
获取挖掘机周围的作业环境信息；
根据作业环境信息标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域；
指示矿卡行驶至挖掘机的对接有效区域；
基于挖掘机与矿卡之间的红外信号指示矿卡与挖掘机对接；
其中，挖掘机的前端设置有红外发射设备；矿卡的尾部设置有红外接收设备。
在本发明的实施例中，获取挖掘机周围的作业环境信息包括：
接收激光雷达发送的点云数据；
根据点云数据建立环境地图。
在本发明的实施例中，根据点云数据建立环境地图包括：
通过激光即时定位与地图构建算法建立三维点云地图；
将三维点云地图进行二维投影并栅格化，以得到二维栅格地图。
在本发明的实施例中，根据作业环境信息标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域包括：
通过点云聚类分割算法在环境地图中标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域。
在本发明的实施例中，通过点云聚类分割算法在环境地图中标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域包括：
读取激光雷达采集的点云数据并进行滤波；
将空间离散的点云数据聚类成点云簇；
将地面与挖掘机进行分割以去除地面点云数据；
确定挖掘机的中心点和三维包围盒；
根据挖掘机的中心点和三维包围盒确定对接有效区域。
在本发明的实施例中，指示矿卡行驶至挖掘机的对接有效区域包括：
确定矿卡在环境地图中的位置；
根据矿卡的位置进行路径规划；
指示矿卡行驶至对接有效区域。
在本发明的实施例中，基于挖掘机与矿卡之间的红外信号指示矿卡与挖掘机对接包括：
指示矿卡旋转至与红外信号的覆盖区域相切的方向；
根据红外发射设备和红外接收设备的红外信号确定挖掘机与矿卡的对接姿态。
在本发明的实施例中，矿卡包括第一红外接收头和第二红外接收头，根据红外发射设备和红外接收设备的红外信号确定挖掘机与矿卡的对接姿态包括：
判断第一红外接收头和第二红外接收头是否都接收到红外发射信号；
在第一红外接收头和第二红外接收头均接收到红外发射信号的情况下，指示矿卡直行；
在第一红外接收头接收到红外发射信号但是第二红外接收头未接收到红外发射信号的情况下，指示矿卡向第一红外接收头所在侧对应的方向旋转90度；
在第二红外接收头接收到红外发射信号但是第一红外接收头未接收到红外发射信号的情况下，指示矿卡向第二红外接收头所在侧对应的方向旋转90度。
在本发明的实施例中，该方法还包括：
指示挖掘机回到对接姿态所在的位置。
本发明第二方面提供一种主控装置，被配置成执行根据上述的用于对接挖掘机和矿卡的方法。
通过上述技术方案，在挖掘机的前端设置发射红外设备，在矿卡的尾部设置红外接收设备，通过获取挖掘机周围的作业环境信息，根据作业环境信息标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域，指示矿卡行驶至挖掘机的对接有效区域，再基于挖掘机与矿卡之间的红外信号指示矿卡与挖掘机对接，可以实现挖掘机和矿卡自动装载，减少土堆漏散的情况，节省人力，提高工作效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是可以应用本发明实施例提供的一种用于对接挖掘机和矿卡的方法的系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种用于对接挖掘机和矿卡的方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种挖掘机三维包围盒的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种红外发射设备的发射区域的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种红外接收设备的接收区域的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种近距离对接区域的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的主控装置的结构框图。
附图标记说明
11 激光雷达 12 红外发射设备
13 红外接收设备 14 主控装置
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
图1是可以应用本发明实施例提供的一种用于对接挖掘机和矿卡的方法的系统的结构示意图。参见图1，该系统可以包括：激光雷达11、红外发射设备12、红外接收设备13以及主控装置14。主控装置14分别与激光雷达11、红外发射设备12以及红外接收设备13通信连接，用于根据作业环境和红外信号指示矿卡与挖掘机对接。
在本发明的实施例中，激光雷达11可以包括但不限于手持激光雷达、设置于可移动设备上的激光雷达，用于检测挖掘机周围的作业环境信息。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，经过主控装置14的处理后，可以获得目标的有关信息，如目标的距离、方位、高度、速度、姿态，甚至形状参数。激光雷达11检测到挖掘机周围的作业环境后，将作业环境信息发送给主控装置14。主控装置14通过激光即时同步定位与地图建图(Simultaneous Localization and Mapping，SLAM)算法离线建立三维点云地图，将三维点云地图进行二维投影并且栅格化后得到包含挖掘机的二维栅格地图。在建图的同时，通过点云聚类算法将挖掘机的位置进行标记并确定挖掘机的对接有效区域。对接有效区域即挖掘机和矿卡可以进行近距离对接的区域。确定对接有效区域后，主控装置14指示矿卡行驶至对接有效区域，以实现远距离对接。
在本发明的实施例中，红外线发射设备12设置于挖掘机的前端，用于发射红外信号，红外线接收设备13设置于矿卡的尾部，用于接收红外发射设备12发射的红外信号。基于红外线发射设备12和红外线接收设备13之间的红外信号，通过近距离对接策略将矿卡的装载工作面朝向挖掘机，以实现挖掘机和矿卡的对接。在一个示例中，矿卡包括第一红外接收头和第二红外接收头，近距离对接可以包括下列步骤：主控装置14指示矿卡旋转至红外信号的覆盖区域相切的方向，根据第一红外接收头和第二红外接收头接收到的红外发射信号指示矿卡直行或旋转，以使矿卡的工作面面对挖掘机的头部。挖掘机每次工作前记录近距离对接时的姿态，每次工作时回到初始姿态位置，并将土堆卸载至矿卡工作面，便可完成自动装载的过程。
通过上述系统，在挖掘机的前端设置发射红外设备12，在矿卡的尾部设置红外接收设备13，通过激光雷达11获取挖掘机周围的作业环境信息，主控装置14根据作业环境信息标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域，指示矿卡行驶至挖掘机的对接有效区域，再基于挖掘机与矿卡之间的红外信号指示矿卡与挖掘机对接，可以实现挖掘机和矿卡自动装载，减少土堆漏散的情况，节省人力，提高工作效率。
图2是本发明实施例提供的一种用于对接挖掘机和矿卡的方法的流程示意图。参见图2，本发明提供一种用于对接挖掘机和矿卡的方法，该方法可以包括下列步骤：
步骤S21、获取挖掘机周围的作业环境信息；
步骤S22、根据作业环境信息标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域；
步骤S23、指示矿卡行驶至挖掘机的对接有效区域；
步骤S24、基于挖掘机与矿卡之间的红外信号指示矿卡与挖掘机对接；
其中，挖掘机的前端设置有红外发射设备；矿卡的尾部设置有红外接收设备。
在本发明的实施例中，挖掘机周围的作业环境信息可以通过激光雷达采集。激光雷达可以包括但不限于手持激光雷达、设置于可移动设备上的激光雷达，用于检测挖掘机周围的作业环境信息。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较。激光雷达检测到挖掘机周围的作业环境后，将作业环境信息发送给主控装置，经过主控装置的处理后，可以获得目标的有关信息，如目标的距离、方位、高度、速度、姿态，甚至形状参数。主控装置通过激光SLAM算法离线建立三维点云地图，将三维点云地图进行二维投影并且栅格化后得到包含挖掘机的二维栅格地图。在建图的同时，通过点云聚类算法将挖掘机的位置进行标记并确定挖掘机的对接有效区域。对接有效区域即挖掘机和矿卡可以进行近距离对接的区域。确定对接有效区域后，主控装置指示矿卡行驶至对接有效区域，以实现远距离对接。
在本发明的实施例中，红外线发射设备设置于挖掘机的前端，用于发射红外信号，红外线接收设备设置于矿卡的尾部，用于接收红外发射设备发射的红外信号。基于红外线发射设备和红外线接收设备之间的红外信号，通过近距离对接策略将矿卡的装载工作面朝向挖掘机，以实现挖掘机和矿卡的对接。在一个示例中，矿卡包括第一红外接收头和第二红外接收头，近距离对接可以包括下列步骤：主控装置指示矿卡旋转至红外信号的覆盖区域相切的方向，根据第一红外接收头和第二红外接收头接收到的红外发射信号指示矿卡直行或旋转，以使矿卡的工作面面对挖掘机的头部。挖掘机每次工作前记录近距离对接时的姿态，每次工作时回到初始姿态位置，并将土堆卸载至矿卡工作面，便可完成自动装载的过程。
通过上述系统，在挖掘机的前端设置发射红外设备，在矿卡的尾部设置红外接收设备，通过获取挖掘机周围的作业环境信息，根据作业环境信息标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域，指示矿卡行驶至挖掘机的对接有效区域，再基于挖掘机与矿卡之间的红外信号指示矿卡与挖掘机对接，可以实现挖掘机和矿卡自动装载，减少土堆漏散的情况，节省人力，提高工作效率。
在本发明的实施例中，步骤S21、获取挖掘机周围的作业环境信息可以包括：
接收激光雷达发送的点云数据；
根据点云数据建立环境地图。
具体地，激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较。通过激光雷达可以获取挖掘机周围的作业环境的点云数据。激光雷达将作业环境信息发送给主控装置，主控装置接收激光雷达的点云数据，根据点云数据建立环境地图。
在本发明的实施例中，根据点云数据建立环境地图包括：
通过激光即时定位与地图构建算法建立三维点云地图；
将三维点云地图进行二维投影并栅格化，以得到二维栅格地图。
具体地，主控装置通过激光SLAM算法离线建立三维点云地图，将三维点云地图进行二维投影并且栅格化后得到包含挖掘机的二维栅格地图。激光SLAM算法可以包括但不限于LOAM(Lidar Odometryand Mappingin Real-time)算法。LOAM的核心主要在于特征提取里、程计解算和地图匹配。当提取出点云特征后，通过两个高频率的里程计实现粗定位和低频率的地图匹配实现精定位。得到环境地图后可以便于之后的标记挖掘机位置以及确定对接有效区域。
在本发明的实施例中，步骤S22、根据作业环境信息标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域可以包括：
通过点云聚类分割算法在环境地图中标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域。
具体地，主控装置在建图的同时，通过点云聚类算法将挖掘机的位置进行标记并确定挖掘机的对接有效区域。对接有效区域即挖掘机和矿卡可以进行近距离对接的区域。确定对接有效区域后，主控装置指示矿卡行驶至对接有效区域，以实现远距离对接。
在本发明的实施例中，通过点云聚类分割算法在环境地图中标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域可以包括：
读取激光雷达采集的点云数据并进行滤波；
将空间离散的点云数据聚类成点云簇；
将地面与挖掘机进行分割以去除地面点云数据；
确定挖掘机的中心点和三维包围盒；
根据挖掘机的中心点和三维包围盒确定对接有效区域。
具体地，主控装置先读取激光雷达采集的点云数据，并对点云数据进行滤波。这样一方面可以从空间环境提取点云坐标，另一方面还可以去除离群点以及提高计算量，方便点云聚类和提高算法的效率。对点云数据进行滤波后，可以利用点云的特征属性(欧氏距离)进行聚类，将空间离散的点云数据聚类成有规律的点云簇，以便挖掘机三维包围盒(3DBounding Box)的确定。本发明实施例中的3D Bounding Box即包围挖掘机的最小矩形。聚类之后将地面与挖掘机进行分割，以去除地面点云数据。在一个示例中，可以采用RANSAC算法去除地面点云数据。这样，可以防止地面点云数据对挖掘机标记带来干扰。进一步地，主控装置计算三维边界框的形心作为挖掘机的中心，并且根据挖掘机的几何特征，只标记挖掘机的3D Bounding Box。挖掘机的几何形状即目标框的长la，宽lb，高lh，并输出挖掘机的几何中心点P。之后，将挖掘机的3D Bounding Box用几何中心点的平面均匀分成A，B两部分。由于挖掘机的前部高于尾部，因此分别计算每一部分的z坐标的平均值Za和Zb。若Za＞Zb，则A部分视为挖掘机前部，B部分视为挖掘机尾部；反之，若Za＜Zb，则A部分视为挖掘机尾部，B部分视为挖掘机前部。在一个示例中，以A部分为挖掘机前端，B部分为挖掘机尾部为例。参见图3，图3是本发明实施例提供的一种挖掘机三维包围盒的结构示意图。以点P为圆心，d为半径的扇形区域则作为对接有效区域C位置。通过确定对接有效区域C的位置，可以便于主控装置指示矿卡行驶至对接有效区域，以完成远距离对接，提高远距离对接的效率。
在本发明的实施例中，步骤S23、指示矿卡行驶至挖掘机的对接有效区域可以包括：
确定矿卡在环境地图中的位置；
根据矿卡的位置进行路径规划；
指示矿卡行驶至对接有效区域。
具体地，主控装置通过点云数据确定矿卡在环境地图中的位置，这样可以根据对接有效区域和矿卡的位置进行路径规划，以指示矿卡行驶至对接有效区域。便于之后实现挖掘机和矿卡的近距离对接。
在本发明的实施例中，步骤S24、基于挖掘机与矿卡之间的红外信号指示矿卡与挖掘机对接可以包括：
指示矿卡旋转至与红外信号的覆盖区域相切的方向；
根据红外发射设备和红外接收设备的红外信号确定挖掘机与矿卡的对接姿态。
具体地，矿卡行驶至对接有效区域后，可能会存在矿卡的尾部(工作面)没有对准挖掘机的情况，因此需要指示矿卡进行旋转以实现矿卡的尾部对准挖掘机的头部。主控装置先指示矿卡旋转至红外信号的覆盖区域相切的方向，这样，再根据矿卡接收到的红外信号，调整矿卡的姿态，以使矿卡的尾部朝着挖掘机的前端。
图4是本发明实施例提供的一种红外发射设备的发射区域的结构示意图；图5是本发明实施例提供的一种红外接收设备的接收区域的结构示意图；图6是本发明实施例提供的一种近距离对接区域的结构示意图。参见图4、图5和图6，在本发明的实施例中，挖掘机的红外发射设备可以包括第一红外发射头a和第二红外发射头b，矿卡的红外接收设备可以包括第一红外接收头c和第二红外接收头d。根据红外发射设备和红外接收设备的红外信号确定挖掘机与矿卡的对接姿态可以包括：
判断第一红外接收头c和第二红外接收头d是否都接收到红外发射信号；
在第一红外接收头c和第二红外接收头d均接收到红外发射信号的情况下，指示矿卡直行；
在第一红外接收头c接收到红外发射信号但是第二红外接收头d未接收到红外发射信号的情况下，指示矿卡向第一红外接收头c所在侧对应的方向旋转90度；
在第二红外接收头d接收到红外发射信号但是第一红外接收头c未接收到红外发射信号的情况下，指示矿卡向第二红外接收头所在侧对应的方向旋转90度。
在本发明的实施例中，在矿卡的尾部安装两个红外接收设备，即第一红外接收头c和第二红外接收头d。在挖掘机的前端安装两个红外发射设备，即第一红外发射头a和第二红外发射头b。并且，挖掘机前端的两个红外发射设备的高度与矿卡尾部的两个红外接收设备的高度相同。在对接过程中，应当避免挖掘机的动臂及铲斗出现在挖掘机的前方。
参见图4，红外发射头a和红外发射头b的反射区域包括发射区域1、发射区域2和发射区域3。发射区域1为第一红外发射头a单独覆盖的区域，发射区域2为第二红外发射头b单独覆盖的区域，发射区域3为第一红外发射头a和第二红外发射头b共同覆盖的区域。参见图5，第一红外接收头c和第二红外接收头d的接收区域包括接收区域1、接收区域2和接收区域3。接收区域1为第一红外接收头c单独覆盖的区域，接收区域2为第二红外接收头d单独覆盖的区域，接收区域3为第一红外接收头c和第二红外接收头d共同覆盖的区域。
在本发明的实施例中，当第一红外接收头c和第二红外接收头d都能接收到红外发射信号，表示矿卡的工作面(尾部)朝向挖掘机的前端，此时主控装置可以指示矿卡直行直到到达安全阈值距离后停止。
在一个示例中，矿卡行驶至发射区域1中。主控装置先指示矿卡旋转至与红外信号的覆盖区域相切的方向。此时，第一红外接收头c或第二红外接收头d可以接收到第一红外发射头a发射的红外信号。以第二红外接收头d接收到红外信号，第一红外接收头c未接收到红外信号为例，主控装置需要指示矿卡向右旋转90度，以使矿卡的尾部朝着挖掘机的前端。矿卡向右旋转90度，第一红外接收头c和第二红外接收头d均可以接收到红外发射信号，则指示矿卡直行直到到达安全阈值距离后停止。
在另一示例中，矿卡行驶至发射区域2中，主控装置先指示矿卡旋转至与红外信号的覆盖区域相切的方向。此时，第一红外接收头c或第二红外接收头d可以接收到第二红外发射头b发射的红外信号。以第一红外接收头c接收到红外信号，第二红外接收头d未接收到红外信号为例，主控装置需要指示矿卡向左旋转90度，以使矿卡的尾部朝着挖掘机的前端。矿卡向左旋转90度，第一红外接收头c和第二红外接收头d均可以接收到红外发射信号，则指示矿卡直行直到到达安全阈值距离后停止。
在又一个示例中，矿卡行驶至发射区域3中，主控装置先指示矿卡旋转至与红外信号的覆盖区域相切的方向。与上述两个示例类似，在第一红外接收头c接收到红外信号，但是第二红外接收头d未接收到红外信号的情况下，主控装置指示矿卡向左旋转90度；在第二红外接收头d接收到红外信号，但是第一红外接收头c未接收到红外信号的情况下，主控装置指示矿卡向右旋转90度。在第一红外接收头c和第二红外接收头d均接收到红外信号的情况下，指示矿卡直行直到达到安全阈值距离后停止。
参见图6，红外发射设备的第一红外发射头a和第二红外发射头b的覆盖区域包括发射区域1、发射区域2和发射区域3，发射区域1、发射区域2和发射区域3在有效对接区域的覆盖边界形成一个弧形。假设主控装置指示矿卡行驶至有效对接区域，并且旋转至与红外信号的覆盖区域相切的方向。此时，红外接受设备位于发射区域3，并且第一红外接收头c不能接收到红外信号，而第二红外接收头d能接收到红外信号。因此，主控装置只需要指示矿卡向d所在的一侧，即向右旋转90度，即可将矿卡的尾部对准挖掘机的前方。
通过先指示矿卡行驶至与红外信号的覆盖区域相切的方向，再根据红外接收情况指示矿卡旋转，使得矿卡的尾部能够自动对准挖掘机的前端，提高对接的效率以及准确性。并且，本发明实施例只需要通过红外发射设备和红外接收设备进行对接，无需复杂的结构，节约成本。
在本发明的实施例中，该方法还包括：
指示挖掘机回到对接姿态所在的位置。
具体地，挖掘机每次工作前记录与矿卡对接时的姿态，工作时回到初始姿态位置，将土堆卸载至矿卡工作面，便可实现土堆装载的自动化。
本发明提供一种主控装置，被配置成执行根据上述的用于对接挖掘机和矿卡的方法。主控装置可以包括处理器710和存储器720。存储器720可以存储有指令，该指令在被处理器710执行时可以使得处理器710执行之前实施例中描述的用于对接挖掘机和矿卡的方法。
具体地，在本发明的实施例中，处理器710被配置成：
获取挖掘机周围的作业环境信息；
根据作业环境信息标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域；
指示矿卡行驶至挖掘机的对接有效区域；
基于挖掘机与矿卡之间的红外信号指示矿卡与挖掘机对接；
其中，挖掘机的前端设置有红外发射设备；矿卡的尾部设置有红外接收设备。
进一步地，处理器710还被配置成：
获取挖掘机周围的作业环境信息包括：
接收激光雷达发送的点云数据；
根据点云数据建立环境地图。
进一步地，处理器710还被配置成：
根据点云数据建立环境地图包括：
通过激光即时定位与地图构建算法建立三维点云地图；
将三维点云地图进行二维投影并栅格化，以得到二维栅格地图。
进一步地，处理器710还被配置成：
根据作业环境信息标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域包括：
通过点云聚类分割算法在环境地图中标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域。
进一步地，处理器710还被配置成：
通过点云聚类分割算法在环境地图中标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域包括：
读取激光雷达采集的点云数据并进行滤波；
将空间离散的点云数据聚类成点云簇；
将地面与挖掘机进行分割以去除地面点云数据；
确定挖掘机的中心点和三维包围盒；
根据挖掘机的中心点和三维包围盒确定对接有效区域。
进一步地，处理器710还被配置成：
指示矿卡行驶至挖掘机的对接有效区域包括：
确定矿卡在环境地图中的位置；
根据矿卡的位置进行路径规划；
指示矿卡行驶至对接有效区域。
进一步地，处理器710还被配置成：
基于挖掘机与矿卡之间的红外信号指示矿卡与挖掘机对接包括：
指示矿卡旋转至与红外信号的覆盖区域相切的方向；
根据红外发射设备和红外接收设备的红外信号确定挖掘机与矿卡的对接姿态。
在本发明的实施例中，矿卡包括第一红外接收头和第二红外接收头，进一步地，处理器710还被配置成：
根据红外发射设备和红外接收设备的红外信号确定挖掘机与矿卡的对接姿态包括：
判断第一红外接收头和第二红外接收头是否都接收到红外发射信号；
在第一红外接收头和第二红外接收头均接收到红外发射信号的情况下，指示矿卡直行；
在第一红外接收头接收到红外发射信号但是第二红外接收头未接收到红外发射信号的情况下，指示矿卡向第一红外接收头所在侧对应的方向旋转90度；
在第二红外接收头接收到红外发射信号但是第一红外接收头未接收到红外发射信号的情况下，指示矿卡向第二红外接收头所在侧对应的方向旋转90度。
进一步地，处理器710还被配置成：
指示挖掘机回到对接姿态所在的位置。
通过上述技术方案，在挖掘机的前端设置发射红外设备，在矿卡的尾部设置红外接收设备，通过获取挖掘机周围的作业环境信息，根据作业环境信息标记挖掘机的位置并确定挖掘机的对接有效区域，指示矿卡行驶至挖掘机的对接有效区域，再基于挖掘机与矿卡之间的红外信号指示矿卡与挖掘机对接，可以实现挖掘机和矿卡自动装载，减少土堆漏散的情况，节省人力，提高工作效率。
处理器710的示例可以包括但不限于通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、其他任何类型的集成电路(IC)以及状态机等等。处理器可以执行信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理。
存储器720的示例可以包括但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被处理器访问的信息。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (8)
1.一种用于对接挖掘机和矿卡的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取挖掘机周围的作业环境信息，包括：接收激光雷达发送的点云数据，根据所述点云数据建立环境地图；
根据所述作业环境信息标记所述挖掘机的位置并确定所述挖掘机的对接有效区域，包括：通过点云聚类分割算法在所述环境地图中标记所述挖掘机的位置并确定所述挖掘机的对接有效区域，所述对接有效区域为以所述挖掘机的几何中心为圆心，以所述挖掘机的几何中心至所述挖掘机的三维包围盒的顶点之间的距离为半径的扇形区域且所述扇形区域的两条边分别为所述挖掘机的几何中心与所述挖掘机前端两顶点之间的连线，以及，所述对接有效区域为所述挖掘机和所述矿卡进行近距离对接的区域；
指示所述矿卡行驶至所述挖掘机的所述对接有效区域；
基于所述挖掘机与所述矿卡之间的红外信号指示所述矿卡与所述挖掘机对接，以使所述矿卡的尾部朝着所述挖掘机的前端；
其中，所述挖掘机的前端设置有红外发射设备；所述矿卡的尾部设置有红外接收设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述点云数据建立环境地图包括：
通过激光即时定位与地图构建算法建立三维点云地图；
将所述三维点云地图进行二维投影并栅格化，以得到二维栅格地图。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过点云聚类分割算法在所述环境地图中标记所述挖掘机的位置并确定所述挖掘机的对接有效区域包括：
读取所述激光雷达采集的点云数据并进行滤波；
将空间离散的点云数据聚类成点云簇；
将地面与挖掘机进行分割以去除地面点云数据；
确定所述挖掘机的中心点和三维包围盒；
根据所述挖掘机的中心点和三维包围盒确定对接有效区域。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述指示所述矿卡行驶至所述挖掘机的对接有效区域包括：
确定所述矿卡在所述环境地图中的位置；
根据所述矿卡的位置进行路径规划；
指示所述矿卡行驶至所述对接有效区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述挖掘机与所述矿卡之间的红外信号指示所述矿卡与所述挖掘机对接包括：
指示所述矿卡旋转至与所述红外信号的覆盖区域相切的方向；
根据所述红外发射设备和所述红外接收设备的红外信号确定所述挖掘机与所述矿卡的对接姿态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述矿卡包括第一红外接收头和第二红外接收头，所述根据所述红外发射设备和所述红外接收设备的红外信号确定所述挖掘机与所述矿卡的对接姿态包括：
判断所述第一红外接收头和所述第二红外接收头是否都接收到红外发射信号；
在所述第一红外接收头和所述第二红外接收头均接收到所述红外发射信号的情况下，指示所述矿卡直行；
在所述第一红外接收头接收到所述红外发射信号但是所述第二红外接收头未接收到所述红外发射信号的情况下，指示所述矿卡向所述第一红外接收头所在侧对应的方向旋转90度；
在所述第二红外接收头接收到所述红外发射信号但是所述第一红外接收头未接收到所述红外发射信号的情况下，指示所述矿卡向所述第二红外接收头所在侧对应的方向旋转90度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
指示所述挖掘机回到对接姿态所在的位置。
8.一种主控装置，其特征在于，被配置成执行根据权利要求1至7中任一项所述的用于对接挖掘机和矿卡的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110857651.2A CN113805581B (zh) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | 用于对接挖掘机和矿卡的方法及主控装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110857651.2A CN113805581B (zh) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | 用于对接挖掘机和矿卡的方法及主控装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113805581A CN113805581A (zh) | 2021-12-17 |
| CN113805581B true CN113805581B (zh) | 2024-02-27 |
Family
ID=78893179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110857651.2A Active CN113805581B (zh) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | 用于对接挖掘机和矿卡的方法及主控装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113805581B (zh) |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102244771A (zh) * | 2011-04-18 | 2011-11-16 | 北京中矿华沃电子科技有限公司 | 一种基于图像的露天矿挖掘机装车过程的监控方法和装置 |
| CN103900497A (zh) * | 2014-03-06 | 2014-07-02 | 西南交通大学 | 基于视觉测量的非接触式挖掘机工作装置姿态测量方法 |
| EP2895383A1 (en) * | 2012-09-14 | 2015-07-22 | Thainex-Asia Co. Ltd. | A floating device for a spider excavator and a spider excavator having the same |
| CN106088178A (zh) * | 2016-07-16 | 2016-11-09 | 谭琛 | 一种液压挖掘机自动智能装载系统 |
| CN106406316A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-02-15 | 山东大学 | 家庭智能陪护机器人的自主充电系统及其充电方法 |
| CN207863028U (zh) * | 2018-02-02 | 2018-09-14 | 浙江德清华杨科技有限公司 | 一种无人挖掘装载系统 |
| CN109133839A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-04 | 北京市政建设集团有限责任公司 | 一种盾构渣土回收再利用的方法 |
| CN109902857A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-06-18 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 一种运输车辆装载点自动规划方法及系统 |
| CN109991983A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-07-09 | 拉扎斯网络科技（上海）有限公司 | 机器人导航方法、装置、系统、电子设备及存储介质 |
| KR20200034869A (ko) * | 2018-09-21 | 2020-04-01 | 포테닛 주식회사 | 굴삭기 전용 3d 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법 |
| CN111364549A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-07-03 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 一种基于激光雷达的同步建图和自动作业方法及系统 |
| CN112180391A (zh) * | 2020-09-09 | 2021-01-05 | 广西柳工机械股份有限公司 | 基于2d激光雷达的挖掘机作业面重建系统及方法 |
| CN112748723A (zh) * | 2019-10-31 | 2021-05-04 | 珠海市一微半导体有限公司 | 基于护栏信号的机器人回座的控制方法、芯片及机器人 |
| WO2021082659A1 (zh) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | 珠海市一微半导体有限公司 | 一种机器人通用的回充控制方法、芯片及机器人 |
| CN113093746A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 上海三一重机股份有限公司 | 作业机械环境感知方法、装置、系统及作业机械 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9030332B2 (en) * | 2011-06-27 | 2015-05-12 | Motion Metrics International Corp. | Method and apparatus for generating an indication of an object within an operating ambit of heavy loading equipment |
| US9963854B2 (en) * | 2015-11-10 | 2018-05-08 | Caterpillar Inc. | Guardrail with tapered vertical channel post |
-
2021
- 2021-07-28 CN CN202110857651.2A patent/CN113805581B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102244771A (zh) * | 2011-04-18 | 2011-11-16 | 北京中矿华沃电子科技有限公司 | 一种基于图像的露天矿挖掘机装车过程的监控方法和装置 |
| EP2895383A1 (en) * | 2012-09-14 | 2015-07-22 | Thainex-Asia Co. Ltd. | A floating device for a spider excavator and a spider excavator having the same |
| CN103900497A (zh) * | 2014-03-06 | 2014-07-02 | 西南交通大学 | 基于视觉测量的非接触式挖掘机工作装置姿态测量方法 |
| CN106088178A (zh) * | 2016-07-16 | 2016-11-09 | 谭琛 | 一种液压挖掘机自动智能装载系统 |
| CN106406316A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-02-15 | 山东大学 | 家庭智能陪护机器人的自主充电系统及其充电方法 |
| CN207863028U (zh) * | 2018-02-02 | 2018-09-14 | 浙江德清华杨科技有限公司 | 一种无人挖掘装载系统 |
| KR20200034869A (ko) * | 2018-09-21 | 2020-04-01 | 포테닛 주식회사 | 굴삭기 전용 3d 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법 |
| CN109133839A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-04 | 北京市政建设集团有限责任公司 | 一种盾构渣土回收再利用的方法 |
| CN109902857A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-06-18 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 一种运输车辆装载点自动规划方法及系统 |
| CN109991983A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-07-09 | 拉扎斯网络科技（上海）有限公司 | 机器人导航方法、装置、系统、电子设备及存储介质 |
| CN112748723A (zh) * | 2019-10-31 | 2021-05-04 | 珠海市一微半导体有限公司 | 基于护栏信号的机器人回座的控制方法、芯片及机器人 |
| WO2021082659A1 (zh) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | 珠海市一微半导体有限公司 | 一种机器人通用的回充控制方法、芯片及机器人 |
| CN111364549A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-07-03 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 一种基于激光雷达的同步建图和自动作业方法及系统 |
| CN112180391A (zh) * | 2020-09-09 | 2021-01-05 | 广西柳工机械股份有限公司 | 基于2d激光雷达的挖掘机作业面重建系统及方法 |
| CN113093746A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 上海三一重机股份有限公司 | 作业机械环境感知方法、装置、系统及作业机械 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 乔建强 ; 王鑫 ; 李光 ; 张永明 ; 宋学官 ; .基于环境点云的矿用挖掘机器人自主作业规划.机械工程师.2020,(09),第82-84+88页. * |
| 基于环境点云的矿用挖掘机器人自主作业规划;乔建强;王鑫;李光;张永明;宋学官;;机械工程师(第09期);第82-84+88页 * |
| 矿用10m~3挖掘机斗杆的有限元分析;郑德超;魏心宽;;工程机械;20080810(08);第20-23页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113805581A (zh) | 2021-12-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10831213B2 (en) | Targeted loading assistance system | |
| CN107089599B (zh) | 基于集装箱箱区轮廓三维识别的吊具安全防撞系统及方法 | |
| US10031528B2 (en) | Work machine control system, work machine, and work machine management system | |
| US6247538B1 (en) | Automatic excavator, automatic excavation method and automatic loading method | |
| US10019007B2 (en) | Work machine control system, work machine, and work machine management system | |
| CN111258320B (zh) | 一种机器人避障的方法及装置、机器人、可读存储介质 | |
| CN111090087B (zh) | 一种智能导航机器、激光雷达盲区补偿方法及存储介质 | |
| AU2013318414A1 (en) | Positioning system using radio frequency signals | |
| JP7138538B2 (ja) | レーザスキャナのキャリブレーション方法、運搬機械 | |
| JP2020126363A (ja) | 画像処理システム、画像処理方法、学習済みモデルの生成方法、および学習用データセット | |
| CN113432533B (zh) | 一种机器人定位方法、装置、机器人及存储介质 | |
| JP7143252B2 (ja) | 作業機械 | |
| CN114387585B (zh) | 障碍物检测方法、检测装置及行驶装置 | |
| CN112947440A (zh) | 一种机器人自动充电的充电座搜寻方法 | |
| CN109814561A (zh) | 受矿位姿确定方法、装置、系统及存储介质 | |
| CN113377102A (zh) | 用于挖掘机的控制方法、处理器、装置及挖掘机 | |
| CN113805581B (zh) | 用于对接挖掘机和矿卡的方法及主控装置 | |
| CN113030997B (zh) | 一种基于激光雷达的露天矿区可行驶区域检测方法 | |
| CN111399494A (zh) | 一种无人驾驶装载导引方法、装置和系统 | |
| CN111912418A (zh) | 删除移动载体不可行驶区域内障碍物的方法、装置及介质 | |
| WO2020248118A1 (zh) | 点云处理方法、系统、设备及存储介质 | |
| US10558212B2 (en) | Method of operating a vehicle and a vehicle operating system | |
| KR20210000593A (ko) | 건설기계 주변의 환경 데이터를 생성하기 위한 장치 및 이를 포함하는 건설기계 | |
| US20210148089A1 (en) | Environment cognition system for construction machinery | |
| CN115792891A (zh) | 基于多毫米波雷达与激光雷达融合的目标航迹跟踪方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |