CN113833042A - 一种滑移装载机及其无人驾驶方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种滑移装载机及其无人驾驶方法，该滑移装载机包括第一角度传感器和第二角度传感器，第一角度传感器被配置在滑移装载机的铲斗上，用于检测铲斗的角度，并将检测到的第一角度信号发送给控制器，第二角度传感器被配置在滑移装载机的动臂上，用于检测动臂的角度，并将检测到的第二角度信号发送给控制器，控制器根据第一角度信号和第二角度信号控制滑移装载机的铲斗、动臂和车轮的运动。本发明提供的一种滑移装载机，能够实现滑移装载机的自动铲收和自动抬升卸料，并且可以实现滑移装载机在高危及高强度下的无人化操作，极大的保障了操作人员的安全及健康，同时节约了人力成本。

Description

一种滑移装载机及其无人驾驶方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种滑移装载机及其无人驾驶方法。

背景技术

滑移装载机亦称滑移式装载机、多功能工程车、多功能工程机，是一种利用两侧车轮线速度差而实现车辆转向的轮式专用底盘设备。由于滑移装载机的最小转向半径尚不足同等级普通装载机的一半，几乎可以实现原地转向，特别适用于如城市基础设施、道路或建筑工地、厂房车间、仓库、码头、轮船甲板甚至船舱内等狭窄场地的作业。

目前的滑移装载机均需要操作人员坐在驾驶舱中进行操作，但是当遇到高温、高腐蚀及易燃易爆等危险场所时，驾驶人员的人身安全往往得不到保障。同时在一些工况下需要24小时不间断的工作，驾驶人员长期疲劳工作不利于人员健康，而且工作场地一般环境恶劣，也会影响驾驶人员的身体健康。因此，亟需一种可实现无人驾驶的滑移装载机。实现滑移装载机的无人驾驶需要解决如何自动铲收、自动抬升卸料，如何对周围环境进行判断，如何进行实时的位置、速度、方向监测以及如何进行自动控制等诸多问题。

发明内容

本发明为解决现有技术中滑移装载机无法实现自动铲收和自动抬升卸料的技术问题，提出了一种滑移装载机及其无人驾驶方法，能够实现滑移装载机的自动铲收和自动抬升卸料。

本发明的技术方案：

一种滑移装载机，包括：

第一角度传感器，所述第一角度传感器被配置在所述滑移装载机的铲斗上，用于检测所述铲斗的角度，并将检测到的第一角度信号发送给控制器；

第二角度传感器，所述第二角度传感器被配置在所述滑移装载机的动臂上，用于检测所述动臂的角度，并将检测到的第二角度信号发送给控制器；

控制器，所述控制器根据所述第一角度信号和第二角度信号控制所述滑移装载机的铲斗、动臂和车轮的运动。

进一步地，所述滑移装载机上还设有四个摄像头，四个所述摄像头分别被安装在所述滑移装载机的前后左右四个方位，四个所述摄像头分别拍摄所述滑移装载机前后左右四个方向的图像，并将图像传输给所述控制器。

进一步地，所述滑移装载机上还安装有瞬目控制器，四个所述摄像头拍摄的图像经所述瞬目控制器处理后将驾驶场景信号发送给所述控制器。

进一步地，所述滑移装载机上还设有三个激光雷达，三个所述激光雷达分别被安装在所述滑移装载机顶部的左前方、右前方和中后方位置，以对所述滑移装载机的周围物体信息进行360度探测，并将雷达探测信号发送给所述控制器。

进一步地，所述滑移装载机上还安装有惯性导航，所述惯性导航实时检测所述滑移装载机的位置、方向、速度和姿态信息，并将惯导检测信号发送给所述控制器。

进一步地，所述控制器为自动驾驶域控制器。

进一步地，所述第一角度信号、第二角度信号、驾驶场景信号、雷达探测信号和惯导检测信号经5G工业网关发送给所述自动驾驶域控制器。

本发明的另一方面，提供一种滑移装载机的无人驾驶方法，包括以下步骤：

通过角度传感器获取所述滑移装载机的铲斗和动臂的工作状态信息；

通过摄像头获取所述滑移装载机的驾驶场景信息；

通过激光雷达获取所述滑移装载机的周围物体信息；

通过惯性导航获取所述滑移装载机的位置、方向、速度和姿态信息；

通过自动驾驶域控制器收集上述信息，进行数据处理，制定整机运行策略，并转换成整机操纵信号传递给所述滑移装载机的电控操作系统，实现所述滑移装载机的无人驾驶。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明通过设置第一角度传感器和第二角度传感器来检测铲斗和动臂的角度，并对应铲、收、抬升、卸料四个工作状态设置四组对应的角度预设值，使得滑移装载机可以实现自动铲收和自动抬升卸料工作。此外，将检测到的第一角度信号和第二角度信号发送给控制器，解决了滑移装载机自动驾驶中的自动铲收和自动抬升卸料的问题，从而便于实现滑移装载机的无人操作。

2、本发明通过设置自动驾驶域控制器来收集第一角度传感器、第二角度传感器、摄像头、激光雷达和惯性导航所采集的信息，进行数据处理，制定整机运行策略，并转换成整机操纵信号传递给滑移装载机的电控操作系统，可实现滑移装载机的无人驾驶。

附图说明

图1为本实施例的滑移装载机上各元件的安装位置示意图；

图2为本实施例的滑移装载机上各元件的连接关系示意图；

图3为本实施例的滑移装载机的各信号传递示意图。

其中，

第一角度传感器1，铲斗11，第二角度传感器2，动臂21，摄像头3，瞬目控制器4，激光雷达5，惯性导航6，5G工业网关7，自动驾驶域控制器8，滑移装载机9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-3所示，本发明提供一种滑移装载机9，包括第一角度传感器1和第二角度传感器2，其中，第一角度传感器1被配置在滑移装载机9的铲斗11上，用于检测铲斗11的角度，并将检测到的第一角度信号发送给控制器；第二角度传感器2被配置在滑移装载机9的动臂21上，用于检测动臂21的角度，并将检测到的第二角度信号发送给控制器，控制器根据接收到的第一角度信号和第二角度信号控制滑移装载机9的铲斗11、动臂21和车轮的运动。

本实施例通过第一角度传感器1检测铲斗11的角度，通过第二角度传感器2检测动臂21的角度，滑移装载机9将物料从堆料点搬运到运输车辆等目标位置时，需要进行铲、收、抬升、卸料等工作，对应这四个工作状态，上述第一角度传感器1和第二角度传感器2有四组对应的角度预设值。在滑移装载机9移动到堆料点后，先通过第一角度传感器1和第二角度传感器2检测铲斗11和动臂21的角度，当铲斗11和动臂21的角度达到第一组预设值时，控制器控制所述滑移装载机9的车轮前进，进行铲作业；当铲作业完成后，控制铲斗11和动臂21的角度达到第二组预设值，进行收作业，然后滑移装载机9才会移动；当滑移装载机9搬运物料移动至目标位置时，先通过第一角度传感器1和第二角度传感器2检测铲斗11和动臂21的角度，当铲斗11和动臂21的角度达到第三组预设值时，控制器控制所述滑移装载机9的动臂21抬升，进行抬升作业；抬升作业完成后，控制铲斗11和动臂21的角度达到第四组预设值，进行卸料作业。

如此，本实施例通过设置第一角度传感器1和第二角度传感器2来检测铲斗11和动臂21的角度，并对应铲、收、抬升、卸料四个工作状态设置四组对应的预设值，使得滑移装载机9可以实现自动铲收和自动抬升卸料工作。如可以在滑移装载机9上设置自动铲收按钮和自动抬升卸料按钮，在移动到堆料点后按下自动铲收按钮，进行自动铲收，在移动到目标位置后按下自动抬升卸料按钮，进行自动抬升卸料，可以在长时间作业时一定程度上减轻驾驶员的工作强度。此外，更为重要的是，通过设置第一角度传感器1和第二角度传感器2来检测铲斗11和动臂21的角度，将检测到的第一角度信号和第二角度信号经过5G工业网关7发送给控制器，解决了滑移装载机9自动驾驶中的自动铲收和自动抬升卸料的问题，从而便于实现滑移装载机9的无人操作。

如图1-2所示，本实施例在滑移装载机9上还设有四个摄像头3，四个摄像头3分别被安装在滑移装载机9的前后左右四个方位，四个摄像头3分别拍摄滑移装载机9前后左右四个方向的视频图像，以模拟驾驶员视角，并将图像直接或者间接传输给控制器。优选地，在滑移装载机9上还安装有瞬目控制器4，通过瞬目控制器4对四个摄像头3拍摄的图像进行分析处理，判断并识别出滑移装载机9实时所处的工作环境，然后将处理后的驾驶场景信号经过5G工业网关7发送给控制器。

进一步地，在滑移装载机9上还设有三个激光雷达5，三个激光雷达5分别被安装在滑移装载机9顶部的左前方、右前方和中后方位置，通过设置各激光雷达5的扫描识别角度以对滑移装载机9的周围物体信息进行360度探测。激光雷达5通过向滑移装载机9的周围发射激光信号，然后接收反射回来的激光信号，并与发射的激光信号进行比较，来实时探测周围物体与滑移装载机9的距离，并将雷达探测信号通过5G工业网关7发送给控制器，控制器通过与上述摄像头3采集到的图像进行融合处理，可以准确判断出滑移装载机9所处的位置，便于对滑移装载机9进行定位和避障。

进一步地，在滑移装载机9上还安装有惯性导航6，惯性导航6属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航6中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到位移。这样，惯性导航6通过测量滑移装载机9在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中实时稳定连续的位置、方向、速度和姿态等信息，并将这些惯导检测信号经过5G工业网关7发送给控制器。

优选地，本实施例的控制器为自动驾驶域控制器8，上述第一角度信号、第二角度信号、驾驶场景信号、雷达探测信号和惯导检测信号经5G工业网关7发送给自动驾驶域控制器8，自动驾驶域控制器8对这些信号进行数据处理，制定出整机运行策略，并转换成整机操纵信号，传递给滑移装载机9的电控操作系统，实现对滑移装载机9的操作，最终实现滑移装载机9的无人化驾驶。通过自动驾驶域控制器8可以对所有传感器收集的信息进行集中处理，无需大量的电子控制单元，简化线路，便于控制。通过5G工业网关7，在滑移装载机9运行的环境中建立起5G局域网络，依靠5G的高速率、低延迟，保证上述所有的信号稳定、实时地传递到自动驾驶域控制器8。

本实施例还提供一种滑移装载机的无人驾驶方法，包括以下步骤：

通过角度传感器获取滑移装载机9的铲斗11和动臂21的工作状态信息，并将工作状态信息通过5G工业网关7传递给自动驾驶域控制器8；

通过摄像头3获取滑移装载机9的驾驶场景信息，可在滑移装载机9的不同方位设置摄像头3来捕捉场景信号，然后通过瞬目控制器4来对捕捉的场景信号进行分析，判断并识别出滑移装载机9实时所处的工作环境，得到准确的驾驶场景信息，并通过5G工业网关7传递给自动驾驶域控制器8；

通过激光雷达5获取滑移装载机9的周围物体信息，激光雷达5可以发射接收高频激光束，通过360度旋转进行3D成像，让滑移装载机9获得可靠的周围环境信息，并通过5G工业网关7传递给自动驾驶域控制器8，为定位、导航、避障提供保障；

通过惯性导航6获取滑移装载机9实时稳定连续的位置、方向、速度和姿态信息，并通过5G工业网关7传递给自动驾驶域控制器8；

自动驾驶域控制器8通过5G工业网关7收集上述信息，进行数据处理，制定整机运行策略，并转换成整机操纵信号传递给滑移装载机9的电控操作系统，电控操作系统可控制滑移装载机9的铲斗11和动臂21进行铲、收、抬升和卸料相关作业，可控制两侧的车轮驱动单元来控制滑移装载机9前进、后退或转弯等，可控制刹车单元来控制滑移装载机9停止等，最终实现滑移装载机9的无人驾驶。

由上述内容可知，本实施例提供的一种滑移装载机，能够实现滑移装载机的自动铲收和自动抬升卸料，并且可以实现滑移装载机在高危及高强度下的无人化操作，极大的保障了操作人员的安全及健康，同时节约了人力成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种滑移装载机，其特征在于，包括：

第一角度传感器(1)，所述第一角度传感器(1)被配置在所述滑移装载机的铲斗(11)上，用于检测所述铲斗(11)的角度，并将检测到的第一角度信号发送给控制器；

第二角度传感器(2)，所述第二角度传感器(2)被配置在所述滑移装载机的动臂(21)上，用于检测所述动臂(21)的角度，并将检测到的第二角度信号发送给控制器；

控制器，所述控制器根据所述第一角度信号和第二角度信号控制所述滑移装载机的铲斗(11)、动臂(21)和车轮的运动。

2.根据权利要求1所述的滑移装载机，其特征在于，所述滑移装载机上还设有四个摄像头(3)，四个所述摄像头(3)分别被安装在所述滑移装载机的前后左右四个方位，四个所述摄像头(3)分别拍摄所述滑移装载机前后左右四个方向的图像，并将图像传输给所述控制器。

3.根据权利要求2所述的滑移装载机，其特征在于，所述滑移装载机上还安装有瞬目控制器(4)，四个所述摄像头(3)拍摄的图像经所述瞬目控制器(4)处理后将驾驶场景信号发送给所述控制器。

4.根据权利要求3所述的滑移装载机，其特征在于，所述滑移装载机上还设有三个激光雷达(5)，三个所述激光雷达(5)分别被安装在所述滑移装载机顶部的左前方、右前方和中后方位置，以对所述滑移装载机的周围物体信息进行360度探测，并将雷达探测信号发送给所述控制器。

5.根据权利要求4所述的滑移装载机，其特征在于，所述滑移装载机上还安装有惯性导航(6)，所述惯性导航(6)实时检测所述滑移装载机的位置、方向、速度和姿态信息，并将惯导检测信号发送给所述控制器。

6.根据权利要求5所述的滑移装载机，其特征在于，所述控制器为自动驾驶域控制器(8)。

7.根据权利要求6所述的滑移装载机，其特征在于，所述第一角度信号、第二角度信号、驾驶场景信号、雷达探测信号和惯导检测信号经5G工业网关(7)发送给所述自动驾驶域控制器(8)。

8.一种滑移装载机的无人驾驶方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过角度传感器获取所述滑移装载机的铲斗和动臂的工作状态信息；

通过摄像头获取所述滑移装载机的驾驶场景信息；

通过激光雷达获取所述滑移装载机的周围物体信息；

通过惯性导航获取所述滑移装载机的位置、方向、速度和姿态信息；

通过自动驾驶域控制器收集上述信息，进行数据处理，制定整机运行策略，并转换成整机操纵信号传递给所述滑移装载机的电控操作系统，实现所述滑移装载机的无人驾驶。

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