CN113944198B - 控制方法、装置、系统及作业机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制方法、装置、系统及作业机械，该方法包括：获取目标位置当前时刻的点云数据；基于第一相对位置关系和点云数据，获取作业机械的目标回转角度；基于目标回转角度，控制作业机械回转；其中，点云数据，是通过与作业机械固定连接的目标雷达获取的；目标雷达在水平面上的投影点为第一位置点；第一相对位置关系，为回转中心点与第一位置点之间的相对位置关系；回转中心点，为作业机械的回转中心轴在水平面上的投影点。本发明的控制方法、装置、系统及作业机械，无论作业机械与目标位置之间的相对位置是否发生改变，均能实时获取作业机械的目标回转角度，实现更简单、更高效的控制作业机械，减少作业机械操作人员的重复性操作。

Description

控制方法、装置、系统及作业机械
技术领域
本发明涉及作业机械技术领域，尤其涉及一种控制方法、装置、系统及作业机械。
背景技术
随着工程机械技术领域的发展，具备自动功能、远程控制功能的作业机械在设施修建或抢险救灾等方面发挥越来越重要的作用。作业机械可以基于驾驶人员的控制执行不同的动作。对于某些重复性较高的作业，还可以基于作业机械的辅助控制功能，实现自动作业或半自动作业，从而提高作业机械的作业效率。
作业机械将土石方从初始位置转移至目标位置，是较为普遍且回转动作重复性较高的作业，例如：作业机械将土石方从初始位置装入装料车的装料箱内的作业；或者，作业机械将土石方从初始位置转移至根据实际需求确定的目标位置的作业。作业机械现有的控制方法中，作业机械驾驶人员可以基于作业机械与目标位置之间的相对位置控制作业机械，将作业机械旋转至合适位置之后，通过设置于作业机械上的角度传感器，获取作业机械的回转停止角度，并可以基于上述回转停止角度，在作业机械回转过程中，当回转角度达到上述回转停止角度时，自动停止作业机械的回转，从而可以简化作业机械驾驶人员的操作，提高将土石方从初始位置转移至目标位置的作业效率。
但是，基于作业机械现有的控制方法将土石方从初始位置转移至目标位置的作业过程中，若目标位置与作业机械之间的相对位置发生改变，则作业机械驾驶人员需要基于作业机械与目标位置变更后的相对位置再次控制作业机械，将作业机械旋转至新的合适位置，并通过设置于作业机械上的角度传感器，更新作业机械的回转停止角度。而在实际作业场景下，进行土石方装车的作业过程中，目标位置与作业机械之间的相对位置发生改变的情况较为普遍，作业机械驾驶人员仍需要进行大量重复性的操作，现有的控制方法较为繁琐、作业效率低。
发明内容
本发明提供一种控制方法、装置、系统及作业机械，用以解决现有技术中较为繁琐、作业效率低的缺陷，实现更简单、更高效的控制挖掘机。
本发明提供一种控制方法，包括：
获取目标位置当前时刻的点云数据；
基于第一相对位置关系和所述点云数据，获取作业机械的目标回转角度；
基于所述目标回转角度，控制所述作业机械回转；
其中，所述点云数据，是通过与所述作业机械固定连接的目标雷达获取的；所述目标雷达在水平面上的投影点为第一位置点；所述第一相对位置关系，为回转中心点与所述第一位置点之间的相对位置关系；所述回转中心点，为所述作业机械的回转中心轴在所述水平面上的投影点。
根据本发明提供的一种控制方法，所述基于第一相对位置关系和所述点云数据，获取作业机械的目标回转角度之前，所述方法还包括：
获取所述第一位置点与第二位置点之间的第二相对位置关系；
基于所述第二相对位置关系以及第三相对位置关系，获取所述第一相对位置关系；
其中，定位装置在水平面上的投影点为第二位置点；所述定位装置与所述作业机械固定连接；所述第三相对位置关系，为所述第二位置点与所述回转中心之间的相对位置关系。
根据本发明提供的一种控制方法，所述基于所述第二相对位置关系以及第三相对位置关系，获取所述第一相对位置关系之前，所述方法还包括：
控制所述作业机械回转一周，获取所述定位装置的运动轨迹；
基于所述定位装置的运动轨迹，获取所述第三相对位置关系。
根据本发明提供的一种控制方法，所述基于第一相对位置关系和所述点云数据，获取作业机械的目标回转角度，具体包括：
基于所述第一相对位置关系和所述点云数据，获取当前时刻所述目标位置在回转中心坐标系中的坐标；
基于所述坐标，获取所述作业机械的目标回转角度。
根据本发明提供的一种控制方法，所述基于所述目标回转角度，控制所述作业机械回转之前，所述方法还包括：
基于所述第一相对位置关系和所述点云数据，获取当前时刻所述目标位置与所述回转中心点之间的目标距离；
判断所述目标距离是否大于距离阈值；
在所述目标距离大于或等于所述距离阈值的情况下，发出表示需要调整所述作业机械与所述目标位置相对位置的告警提示；
相应地，所述基于所述目标回转角度，控制所述作业机械回转，具体包括：
在所述目标距离小于距离阈值的情况下，基于所述目标回转角度，控制所述作业机械回转。
本发明还提供一种控制装置，包括：
数据获取模块，用于获取目标位置当前时刻的点云数据；
角度确定模块，用于基于第一相对位置关系和所述点云数据，获取作业机械的目标回转角度；
回转控制模块，用于基于所述目标回转角度，控制所述作业机械回转；
其中，所述点云数据，是通过与所述作业机械固定连接的目标雷达获取的；所述目标雷达在水平面上的投影点为第一位置点；所述第一相对位置关系，为回转中心点与所述第一位置点之间的相对位置关系；所述回转中心点，为所述作业机械的回转中心轴在所述水平面上的投影点。
本发明还提供一种控制系统，包括：如上所述的控制装置、定位装置和至少一个雷达；
所述定位装置与作业机械固定连接；
所述雷达与所述作业机械固定连接，用于获取目标位置的点云数据。
本发明还提供一种作业机械，包括：如上所述的控制系统。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述控制方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，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上述任一种所述控制方法的步骤。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述控制方法的步骤。
本发明提供的控制方法、装置、系统及作业机械，通过基于目标位置当前时刻的点云数据和获取上述点云数据的目标雷达在水平面的投影点与回转中心轴在水平面的投影点之间的第一相对位置关系，确定作业机械的目标回转角度之后，基于上述目标回转角度控制作业机械回转，无论作业机械与目标位置之间的相对位置是否发生改变，均能实时获取作业机械的目标回转角度，实现更简单、更高效的控制作业机械，减少作业机械操作人员的重复性操作，能规避作业机械的尺寸参数与实际不符带来的计算误差，实现更高精度的控制，普适性和鲁棒性更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的控制方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的控制方法中回转中心坐标系的示意图；
图3是本发明提供的控制装置的结构示意图；
图4是本发明提供的控制系统的结构示意图；
图5是本发明提供的控制方法的流程示意图之二；
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，以挖掘机为例，通常情况下基于挖掘机的尺寸参数，通过建立DH坐标系，可以计算得到挖掘机铲斗齿尖与回转中心之间的距离，进而可以基于铲斗与回转中心之间的距离，对挖掘机进行控制。但是，一方面在挖掘机作业过程中，挖掘机会出现磨损，挖掘机的各连接关节会产生间隙，导致挖掘机的尺寸参数与实际尺寸不符，产生计算误差，且在计算铲斗齿尖与回转中心之间的距离的过程中，存在累计传递误差，导致基于上述方法对挖掘机进行控制的精度不高；另一方面，基于上述方法对挖掘机进行控制的过程中，若挖掘机与目标位置之间的相对位置发生改变，则无法继续对挖掘机进行控制。
需要说明的是，本发明实施例中的作业机械，指可以将土石方从初始位置转移至目标位置的机械设备，例如：挖掘机或具有回转功能的推土机等工程车辆。以作业机械为挖掘机为例，挖掘机将土石方从初始位置转移至目标位置的过程可以分为三步。第一步挖取过程，包括：控制挖掘机铲斗挖取土石方；第二步回转过程，包括：控制挖掘机上车体回转至合适位置；第三步卸料过程，包括：控制挖掘机的动臂、斗杆、连杆以及铲斗等部件进行卸料。其中，上述合适位置，可以指挖掘机回转至该位置后，仅需控制挖掘机的动臂、斗杆、连杆以及铲斗等部件，即可卸料至目标位置。本发明提供的控制方法，针对上述第二步回转过程，无论挖掘机与目标位置之间的相对位置是否发生变更，均可以实现自动控制挖掘机回转至上述合适位置。其中，挖掘机上车体，包括回转装置以及与回转装置连接的驾驶室、动臂、斗杆、连杆、铲斗等部件。
图1是本发明提供的控制方法的流程示意图之一。下面结合图1描述本发明的控制方法。如图1所示，该方法包括：步骤101、获取目标位置当前时刻的点云数据；其中，点云数据，是通过与作业机械固定连接的目标雷达获取的；目标雷达在水平面上的投影点为第一位置点。
需要说明的是，本发明实施例的执行主体为控制装置。以下以作业机械为挖掘机为例，说明本发明提供的控制方法。
在挖掘机将土石方从初始位置转移至目标位置的过程中，目标位置，为根据实际需求预先确定的卸料位置。本发明实施例中，用目标位置的中心点或目标位置的中心点在水平面的投影点表示目标位置。
挖掘机可以与至少一个雷达固定连接。上述雷达，可以实时获取挖掘机所在环境全方位的点云数据。其中，获取到目标位置的点云数据的雷达为目标雷达。
需要说明的是，通过目标雷达获取到的目标位置当前时刻的点云数据，可以包括目标位置相对于目标雷达的位置信息。
目标雷达在水平面上的投影点，可以称为第一位置点。
需要说明的是，在确保可以获取挖掘机所在环境全方位的点云数据的情况下，与挖掘机固定连接的雷达的类型、数量以及固定连接的位置，可以根据实际情况确定，例如：雷达可以为具有360°视场角的机械式激光雷达，数量为一个，固定于挖掘机驾驶室顶部；或者，雷达还可以为固态激光雷达，数量为多个，分别固定于挖掘机驾驶室的周围；又或者，雷达还可以为毫米波雷达，数量为多个，分别固定于挖掘机回转装置的周围。
确定挖掘机的铲斗完成挖取土石方的动作之后，目标雷达可以将获取到的目标位置当前时刻的点云数据发送至控制装置。
控制装置，可以接收目标雷达发送的目标位置当前时刻的点云数据。
需要说明的是，可以通过多种方式，确定挖掘机的铲斗完成挖取土石方的动作，例如：可以基于用户的输入，或在挖掘机的铲斗距离地面的高度大于高度阈值的情况下，确定挖掘机的铲斗完成挖取土石方的动作。
步骤102、基于第一相对位置关系和点云数据，获取作业机械的目标回转角度；其中，第一相对位置关系，为回转中心点与第一位置点之间的相对位置关系；回转中心点，为作业机械的回转中心轴在水平面上的投影点。
具体地，挖掘机上车体可以围绕回转中心轴进行回转。
回转中心点，为上述回转中心轴在水平面上的投影点。
第一位置点与回转中心点之间的第一相对位置关系，可以是预先获取的。例如：可以基于目标雷达与挖掘机固定连接的位置，通过数值计算等方法，获得第一位置点与回转中心点之间的第一相对位置关系。其中，第一相对位置关系，可以包括第一位置点与回转中心点之间的距离以及第一位置点相对于回转中心点的方位等。
基于第一位置点与回转中心点之间的第一相对位置关系和目标位置当前时刻的点云数据，通过数值计算、数理统计等方法，可以获取目标位置当前时刻相对于回转中心点的方位。
基于目标位置当前时刻相对于回转中心点的方位，可以通过数值计算等方法，获取当前时刻挖掘机上车体的目标回转角度。其中，目标回转角度，指挖掘机上车体回转后的位置与上一时刻所在位置之间的夹角。为了将土石方自初始位置转移至目标位置，挖掘机上车体自上一时刻所在位置起始，需要回转的目标回转角度。
需要说明的是，目标回转角度包括正角度和负角度。可以根据目标回转角度的正负，确定挖掘机上车体需要进行回转的方向，例如：若目标回转角度为正，则可以说明挖掘机上车体需要进行回转的方向为向挖掘机的左侧进行回转；若目标回转角度为负，则可以说明挖掘机上车体需要进行回转的方向为向挖掘机的右侧进行回转。
步骤103、基于目标回转角度，控制作业机械上车体回转。
具体地，获取当前时刻挖掘机上车体的目标回转角度之后，可以基于上述目标回转角度的正负确定挖掘机上车体的回转方向，并控制挖掘机上车体在上述回转方向上回转。在确定挖掘机上车体的回转角度达到目标回转角度之后，控制挖掘机上车体停止回转。
挖掘机上车体自上一时刻所在位置起始，回转目标回转角度，使得挖掘机上车体停止回转后，仅需控制挖掘机的动臂、斗杆、连杆以及铲斗等部件，即可卸料至目标位置。
可选地，获取挖掘机上车体的目标回转角度之后，还可以将上述目标回转角度发送至挖掘机的用户交互设备。用户交互设备的用户交互界面可以显示上述目标回转角度。用户可以通过在上述用户交互界面进行操作，或者还可以对设置于控制手柄上的按键、设置于挖掘机驾驶室中的快捷按键等进行操作，向控制装置发送表示确认上述目标回转角的确认信息。控制装置在收到上述确认信息之后，可以基于当前时刻挖掘机上车体的目标回转角度，控制挖掘机上车体回转目标回转角度。
需要说明的是，可以根据用户的操作习惯、安全作业要求等实际情况，确定上述确认信息对应的用户操作，并可以基于上述确认信息对应的用户操作，确定相关按键等的功能。例如：用户在控制挖掘机进行作业时，若用户的手频繁的离开控制手柄，则会带来安全隐患，因而可以将上述用户操作确定为对设置于任一控制手柄上的按键进行操作，并可以将上述按键的功能设定为向控制装置发送表示确认上述目标回转角的确认信息。
可选地，控制挖掘机上车体回转目标回转角度且挖掘机卸料至目标位置之后，可以控制挖掘机上车体向相反方向回转，并在确定挖掘机上车体的回转角度达到目标回转角度的绝对值之后，控制挖掘机上车体停止回转。
本发明实施例通过基于目标位置当前时刻的点云数据和获取上述点云数据的目标雷达在水平面的投影点与回转中心轴在水平面的投影点之间的第一相对位置关系，确定作业机械的目标回转角度之后，基于上述目标回转角度控制作业机械回转，无论作业机械与目标位置之间的相对位置是否发生改变，均能实时获取作业机械的目标回转角度，实现更简单、更高效的控制作业机械，减少作业机械操作人员的重复性操作，能规避作业机械的尺寸参数与实际不符带来的计算误差，实现更高精度的控制，普适性和鲁棒性更高。
基于上述各实施例的内容，基于第一相对位置关系和点云数据，获取作业机械的目标回转角度之前，上述方法还包括：获取第一位置点与第二位置点之间的第二相对位置关系；其中，定位装置与作业机械固定连接；定位装置在水平面上的投影点为第二位置点。
具体地，挖掘机可以与定位装置固定连接。上述定位装置，可以进行实时定位，获取上述定位装置当前所在位置的位置信息。
上述定位装置，在水平面上的投影点，可以称为第二位置点。
需要说明的是，上述定位装置的具体类型可以根据实际情况确定，例如：上述定位装置可以为实时差分定位装置(Real-time kinematic，RTK)；上述定位装置还可以为全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、北斗卫星导航系统(BeiDou NavigationSatellite System，BDS)等。本发明实施例中，对上述定位装置的具体类型不作限制。
SLAM是同步定位与建图(Simultaneous localization and mapping)的缩写。激光SLAM技术是一种即时定位和地图构建的技术，利用激光雷达采集物体信息的点云数据，通过对不同时刻的点云数据的匹配与比对，可以计算激光雷达相对运动的距离和姿态的改变。
本发明实施例中，可以基于激光SLAM技术，获取第一位置点与第二位置点之间的第二相对位置关系。其中，第二相对位置关系，可以包括第一位置点与第二位置点之间的距离以及第一位置点相对于第二位置点的方位等。
基于第二相对位置关系以及第三相对位置关系，获取第一相对位置关系；其中，第三相对位置关系，为第二位置点与回转中心之间的相对位置关系。
具体地，第二位置点与回转中心点之间的第三相对位置关系，可以是预先获取的。例如：可以基于定位装置的与挖掘机固定连接的位置，通过数值计算等方法，获取第二位置点与回转中心点之间的第三相对位置关系。其中，第三相对位置关系，可以包括：第二位置点与回转中心点之间的距离以及第二位置点相对于回转中心点的方位等。
基于第二相对位置关系和第三相对位置关系，可以通过数值计算等方法，获取第一位置点与回转中心点之间的第一相对位置关系。
本发明实施例通过基于激光SLAM技术，获取第一位置点与第二位置点之间的第二相对位置关系之后，基于第二相对位置关系和第二位置点与回转中心点之间的第三相对位置关系，获取第一相对位置关系，能更简单、更高效的实现第一位置点与回转中心点的位置标定，能更准确的获取作业机械的目标回转角度，能提高控制的精度。
基于上述各实施例的内容，基于第二相对位置关系以及第三相对位置关系，获取第一相对位置关系之前，上述方法还包括：控制作业机械回转一周，获取定位装置的运动轨迹。
基于第二相对位置关系和第三相对位置关系，获取第一相对位置关系之前，可以对第二位置点和回转中心点进行位置标定，获取第二位置点与回转中心点之间的第三相对位置关系。
具体地，控制挖掘机上车体回转一周，与挖掘机固定连接的定位装置将围绕挖掘机的回转中心轴旋转一周，可以得到定位装置的圆形运动轨迹。
基于定位装置的运动轨迹，获取第三相对位置关系。
具体地，定位装置的圆形运动轨迹围绕挖掘机的回转中心轴，将定位装置的圆形运动轨迹投影至水平面，可以得到一个以回转中心点为圆心的圆形，上述圆形的半径即为回转中心点与第二位置之间的距离。第二位置点位于上述圆形上，确定上述圆形的圆心为回转中心点之后，可以进一步获取第二位置点相对于回转中心点的方位，进而可以获取第二位置点与回转中心点之间的第三相对位置关系。
本发明实施例通过控制作业机械回转一周，获取与作业机械固定连接的定位装置的圆形运动轨迹之后，基于上述圆形运动轨迹确定第二位置点与回转中心点之间的第三相对位置关系，能更简单、更高效的实现第二位置点与回转中心点的位置标定，能更准确的获取作业机械的目标回转角度，能提高控制的精度。
基于上述各实施例的内容，基于第一相对位置关系和点云数据，获取作业机械的目标回转角度，具体包括：基于第一相对位置关系和点云数据，获取当前时刻目标位置在回转中心坐标系中的坐标。
图2是本发明提供的控制方法中回转中心坐标系的示意图。如图2所示，在俯视挖掘机的情况下，可以将回转中心点作为原点，可以将沿动臂向与驾驶室相反的方向作为y轴，将与y轴垂直向上的方向作为x轴，建立回转中心坐标系。
需要说明的是，如图2所示的挖掘机为挖掘机的初始状态，在挖掘机作业过程中，挖掘机上车体发生回转的情况下，仍可以如上述方式建立回转中心坐标系。
具体地，目标雷达获取的目标位置当前时刻的点云数据是在目标雷达坐标系中。
基于第一位置点和回转中心点之间的第一相对位置关系，可以实现目标雷达坐标系和回转中心坐标系之间的坐标系转换，从而可以将目标雷达坐标系中的点云数据转换至回转中心坐标系中。
基于回转中心坐标系中的点云数据，通过数值计算的方式，可以获取目标位置当前时刻在回转中心坐标系中的坐标。
需要说明的是，目标位置的点云数据包括目标位置的三维位置信息。回转中心坐标系是在水平面维度的平面直角坐标系，因此，在本发明实施例中，可以仅基于目标位置的水平面位置信息，获取目标维度在回转中心坐标系中的坐标。
基于坐标，获取作业机械的目标回转角度。
具体地，基于目标位置当前时刻在回转中心坐标系中的坐标，可以通过数值计算的方法，获取挖掘机上车体的目标回转角度θ，以及目标位置当前时刻与回转中心点之间的目标距离d1。
本发明实施例通过基于第一相对位置关系和目标位置当前时刻的点云数据，获取目标位置在回转中心坐标系中的坐标之后，基于上述坐标，获取当前时刻作业机械的目标回转角度，在无需角度传感器的情况下，无论作业机械与目标位置之间的相对位置是否发生改变，均能更简单、更高效且更准确的实时获取作业机械的目标回转角度，能减少了作业机械操作人员的重复性操作。
基于上述各实施例的内容，基于目标回转角度，控制作业机械回转之前，所述方法还包括：基于第一相对位置关系和点云数据，获取当前时刻目标位置与回转中心点之间的目标距离。
具体地，基于当前时刻第一位置点与回转中心点之间的第一相对位置关系和目标位置的点云数据，通过数值计算、数理统计等方法，可以获取目标位置当前时刻与回转中心点之间的目标距离d1。例如：获取目标位置当前时刻在回转中心坐标系中的坐标之后，可以通过数值计算的方法，获取目标位置当前时刻与回转中心点之间的目标距离d1。
判断目标距离是否大于距离阈值。
具体地，可以根据挖掘机的最大工作半径dmax确定距离阈值，例如：可以将dmax作为距离阈值；或者，还可以将dmax*90％作为距离阈值。
需要说明的是，挖掘机的最大工作半径dmax，可以指挖掘机的机械臂延伸至极限位置之后，挖掘机铲斗的齿尖在水平面的投影点与回转中心点之间的距离。
可选地，可以利用与挖掘机固定连接的雷达获取最大工作半径dmax，具体包括：控制挖掘机的机械臂向任意方向延伸至极限位置之后，雷达可以获取挖掘机铲斗的齿尖的点云数据。基于雷达获取的挖掘机铲斗的齿尖的点云数据，可以通过数值计算获得挖掘机的最大工作半径dmax。
获取目标位置当前时刻与回转中心点之间的目标距离之后，可以通过对比目标距离与距离阈值，确定目标位置是否在挖掘机的最大工作半径以内。
在目标距离大于或等于距离阈值的情况下，发出表示需要调整挖掘机与目标位置相对位置的告警提示。
若判断获知目标距离大于或等于距离阈值，则可以说明目标位置不在挖掘机的最大工作半径以内，挖掘机上车体回转目标回转角度之后，若控制挖掘机的动臂、斗杆、连杆以及铲斗等部件进行卸料，卸料的位置不为目标位置。
确定目标距离大于或等于距离阈值之后，控制装置可以发出表示需要调整挖掘机与目标位置之间相对位置的告警提示。用户可以根据上述告警提示，调整挖掘机的位置、调整目标位置或同时调整挖掘机的位置和目标位置。
可选地，控制装置可以通过多种形式发出上述告警提示，例如：控制装置可以向挖掘机的用户交互设备发送告警请求，上述用户交互设备接收到上述告警请求之后，可以在用户交互设备的用户交互界面显示表示需要调整挖掘机与目标位置之间相对位置的告警提示；控制装置，还可以通过声、光、电等方式发出告警提示。
调整挖掘机与目标位置之间相对位置之后，可以重复上述过程，获取挖掘机与目标位置之间相对位置调整之后，目标位置与回转中心之间的目标距离d2，并可以再次判断d2大于或等于dmax。
相应地，基于目标回转角度，控制作业机械回转，具体包括：在目标距离小于距离阈值的情况下，基于目标回转角度，控制作业机械回转。
若判断获知目标距离小于距离阈值，则可以说明目标位置在挖掘机的最大工作半径以内，挖掘机上车体回转目标回转角度之后，仅需控制挖掘机的动臂、斗杆、连杆以及铲斗等部件，即可卸料至目标位置，可以基于目标回转角度，控制挖掘机上车体回转。
本发明实施例中在目标位置与回转中心点的目标距离小于距离阈值的情况下，基于目标回转角度控制作业机械回转，在目标距离大于或等于距离阈值的情况下，发出表示需要调整作业机械与目标位置之间相对位置的告警提示，并在作业机械与目标位置之间相对位置调整之后，基于目标位置当前时刻的点云数据，再次获取目标位置与回转中心点的目标距离进行判断，能实现更准确的控制作业机械。
图3是本发明提供的轨迹控制装置的结构示意图。下面结合图3对本发明提供的轨迹控制装置进行描述，下文描述的轨迹控制装置与上文描述的本发明提供的控制方法可相互对应参照。如图3所示，该装置包括：数据获取模块301、角度确定模块302和回转控制模块303。
数据获取模块301，用于获取目标位置当前时刻的点云数据。
角度确定模块302，用于基于第一相对位置关系和点云数据，获取作业机械的目标回转角度。
回转控制模块303，用于基于目标回转角度，控制作业机械回转。
其中，点云数据，是通过与作业机械固定连接的目标雷达获取的。目标雷达在水平面上的投影点为第一位置点；第一相对位置关系，为回转中心点与第一位置点之间的相对位置关系；回转中心点，为作业机械的回转中心轴在水平面上的投影点。
具体地，数据获取模块301、角度确定模块302和回转控制模块303电连接。以下以作业机械为挖掘机为例，说明本发明提供的控制装置。
挖掘机可以与至少一个雷达固定连接。上述雷达，可以实时获取挖掘机所在环境全方位的点云数据。其中，获取到目标位置的点云数据的雷达为目标雷达。目标雷达获取目标位置当前时刻的点云数据之后，可以将上述点云数据发送数据获取模块301。数据获取模块301可以接收目标雷达发送的目标位置当前时刻的点云数据。
角度确定模块302基于第一位置点与回转中心点之间的第一相对位置关系和目标位置当前时刻的点云数据，通过数值计算、数理统计等方法，可以获取目标位置当前时刻相对于回转中心点的方位。基于目标位置当前时刻相对于回转中心点的方位，可以通过数值计算等方法，获取当前时刻挖掘机上车体的目标回转角度。其中，目标回转角度，指挖掘机上车体回转后的位置与上一时刻所在位置之间的夹角。为了将土石方自初始位置转移至目标位置，挖掘机上车体自上一时刻所在位置起始，需要回转的目标回转角度。
回转控制模块303获取挖掘机上车体的目标回转角度之后，可以在基于上述目标回转角度的正负确定挖掘机上车体的回转方向之后，控制挖掘机上车体开始回转。在确定挖掘机上车体的回转角度达到目标回转角度之后，控制挖掘机上车体停止回转。
可选地，角度确定模块302还可以包括第一位置标定单元和第二位置标定单元。
第一位置标定单元，可以用于获取第一位置点与第二位置点之间的第二相对位置关系；基于第二相对位置关系以及第三相对位置关系，获取第一相对位置关系；其中，定位装置在水平面上的投影点为第二位置点；定位装置与作业机械固定连接；第三相对位置关系，为第二位置点与回转中心之间的相对位置关系。
第一位置标定单元，可以用于控制作业机械回转一周，获取定位装置的运动轨迹；基于定位装置的运动轨迹，获取第三相对位置关系。
可选地，角度确定模块302还可以具体用于基于第一相对位置关系和点云数据，获取当前时刻目标位置在回转中心坐标系中的坐标；基于坐标，获取作业机械的目标回转角度。
可选地，回转控制模块303还可以包括告警单元。
告警单元，可以用于基于第一相对位置关系和点云数据，获取当前时刻目标位置与回转中心点之间的目标距离；判断目标距离是否大于距离阈值；在目标距离大于或等于距离阈值的情况下，发出表示需要调整作业机械与目标位置相对位置的告警提示。
可选地，回转控制模块303还可以具体用于在目标距离小于距离阈值的情况下，基于目标回转角度，控制作业机械回转。
本发明实施例通过基于目标位置当前时刻的点云数据和获取上述点云数据的目标雷达在水平面的投影点与回转中心轴在水平面的投影点之间的第一相对位置关系，确定作业机械的目标回转角度之后，基于上述目标回转角度控制作业机械回转，无论作业机械与目标位置之间的相对位置是否发生改变，均能实时获取作业机械的目标回转角度，实现更简单、更高效的控制作业机械，减少作业机械操作人员的重复性操作，能规避作业机械的尺寸参数与实际不符带来的计算误差，实现更高精度的控制，普适性和鲁棒性更高。
基于上述各实施例的内容，一种控制系统，包括：如上的控制装置、定位装置和至少一个雷达。
定位装置与挖掘机固定连接。
雷达与挖掘机固定连接，用于获取目标位置的点云数据。
为了便于对本发明提供的控制系统的理解，以下通过一个实例说明本发明提供的控制系统。图4是本发明提供的控制系统的俯视示意图。如图4所示，定位装置401与挖掘机固定连接，可以实时获取定位装置401所在位置的位置信息。雷达402与挖掘机固定连接，可以获取挖掘机所在环境全方位的点云数据，进而可以获取目标位置的点云数据。
包括控制装置、定位装置和至少一个雷达的控制系统，可以实时获取挖掘机上车体的目标回转角度，并控制挖掘机上车体回转目标回转角度。控制装置的结构、与定位装置和雷达的交互关系，以及实时获取挖掘机上车体的目标回转角度，并控制挖掘机上车体回转目标回转角度的具体过程可以参见上述各实施例的内容，此处不再赘述。
需要说明的是，图4所示的控制系统仅为一个实例。定位装置与挖掘机固定连接的位置、定位装置的类型、雷达的类型、雷达的数量以及各雷达与挖掘机固定连接的位置在本发明实施例中不作具体限定。
本发明实施例通过基于目标位置当前时刻的点云数据和获取上述点云数据的目标雷达在水平面的投影点与回转中心轴在水平面的投影点之间的第一相对位置关系，确定作业机械的目标回转角度之后，基于上述目标回转角度控制作业机械回转，无论作业机械与目标位置之间的相对位置是否发生改变，均能实时获取作业机械的目标回转角度，实现更简单、更高效的控制作业机械，减少作业机械操作人员的重复性操作，能规避作业机械的尺寸参数与实际不符带来的计算误差，实现更高精度的控制，普适性和鲁棒性更高。
基于上述各实施例的内容，定位装置为实时差分定位装置。
实时差分定位(Real-time kinematic，RTK)，是一种能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，更适合挖掘机的作业工况。
在定位装置为实时差分定位装置的情况下，实时差分定位装置可以设置于挖掘机驾驶室的顶部，挖掘机还可以与至少一个RTK天线403固定连接。
本发明实施例中基于实时差分定位装置，能更准确的获取目标位置当前时刻的点云数据，能提高控制的准确性。
基于上述各实施例的内容，雷达为机械式激光雷达。
相较于固态激光雷达和毫米波雷达，机械式激光雷达的视场角较大，可以达到360°，仅需一台机械式激光雷达即可获取挖掘机所在环境全方位的点云数据。机械式激光雷达可以设置于挖掘机驾驶室的顶部。
本发明实施例中基于一台机械式激光雷达，能获取挖掘机所在环境全方位的点云数据，能简化控制系统的复杂程度，便于控制系统的安装。
为了便于对本发明提供的控制方法、装置及系统的理解，以下通过一个实例说明本发明提供的控制方法、装置及系统。图5是本发明提供的控制方法的流程示意图之二。如图5所示，可以通过离线计算，对第二位置点与回转中心点进行位置标定、对第一位置点与第二位置点进行位置标定，从而实现激光雷达坐标系与回转中心坐标系之间坐标系的转换。
还可以通过控制挖掘机，将挖掘机的机械臂延伸至极限挖掘位姿，获取挖掘机的最大工作半径dmax，并可以将上述挖掘机的最大工作半径dmax作为距离阈值。
机械式激光雷达获取目标位置当前时刻的点云数据之后，可以结合激光雷达坐标系与回转中心坐标系之间的坐标系转换，获取目标位置当前时刻与回转中心之间的目标距离d1以及挖掘机上车体的目标回转角度θ。
若判断获知d1＜dmax，则可以控制挖掘机上车体回转目标回转角度θ。
若判断获知d1≥dmax，则可以发出表示需要调整目标位置与挖掘机之间相对位置的告警提示，在调整目标位置和/或挖掘机位置之后，再次获取目标位置当前时刻的点云数据，重复上述过程，获取目标位置与挖掘机之间相对位置调整后的目标距离d2，并再次判断d2是否小于dmax，直至di＜dmax，则可以控制挖掘机上车体回转目标回转角度θ。其中，i为大于零的正整数。
基于上述各实施例的内容，一种作业机械，包括：如上所述的控制系统。
需要说明的是，本发明实施例中的作业机械，指可以将土石方从初始位置转移至目标位置的机械设备，例如：挖掘机或具有回转功能的推土机等工程车辆。
作业机械包括如上所述的控制系统，可以实时获取作业机械的目标回转角度，并可以基于上述目标回转角度，控制作业机械回转。
控制系统的结构及具体工作流程可以参见上述各实施例的内容，此处不再赘述。
本发明实施例通过基于目标位置当前时刻的点云数据和获取上述点云数据的目标雷达在水平面的投影点与回转中心轴在水平面的投影点之间的第一相对位置关系，确定作业机械的目标回转角度之后，基于上述目标回转角度控制作业机械回转，无论作业机械与目标位置之间的相对位置是否发生改变，均能实时获取作业机械的目标回转角度，实现更简单、更高效的控制作业机械，减少作业机械操作人员的重复性操作，能规避作业机械的尺寸参数与实际不符带来的计算误差，实现更高精度的控制，普适性和鲁棒性更高。
图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行控制方法，该方法包括：获取目标位置当前时刻的点云数据；基于第一相对位置关系和点云数据，获取作业机械的目标回转角度；基于目标回转角度，控制作业机械回转；其中，点云数据，是通过与作业机械固定连接的目标雷达获取的；目标雷达在水平面上的投影点为第一位置点；第一相对位置关系，为回转中心点与第一位置点之间的相对位置关系；回转中心点，为作业机械的回转中心轴在水平面上的投影点。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的控制方法，该方法包括：获取目标位置当前时刻的点云数据；基于第一相对位置关系和点云数据，获取作业机械的目标回转角度；基于目标回转角度，控制作业机械回转；其中，点云数据，是通过与作业机械固定连接的目标雷达获取的；目标雷达在水平面上的投影点为第一位置点；第一相对位置关系，为回转中心点与第一位置点之间的相对位置关系；回转中心点，为作业机械的回转中心轴在水平面上的投影点。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，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以执行上述各方法提供的控制方法，该方法包括：获取目标位置当前时刻的点云数据；基于第一相对位置关系和点云数据，获取作业机械的目标回转角度；基于目标回转角度，控制作业机械回转；其中，点云数据，是通过与作业机械固定连接的目标雷达获取的；目标雷达在水平面上的投影点为第一位置点；第一相对位置关系，为回转中心点与第一位置点之间的相对位置关系；回转中心点，为作业机械的回转中心轴在水平面上的投影点。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种控制方法，其特征在于，包括：
获取目标位置当前时刻的点云数据；
基于第一相对位置关系和所述点云数据，获取作业机械的目标回转角度；
基于所述目标回转角度，控制所述作业机械回转；
其中，所述点云数据，是通过与所述作业机械固定连接的目标雷达获取的；所述目标雷达在水平面上的投影点为第一位置点；所述第一相对位置关系，为回转中心点与所述第一位置点之间的相对位置关系；所述回转中心点，为所述作业机械的回转中心轴在所述水平面上的投影点。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述基于第一相对位置关系和所述点云数据，获取作业机械的目标回转角度之前，所述方法还包括：
获取所述第一位置点与第二位置点之间的第二相对位置关系；
基于所述第二相对位置关系以及第三相对位置关系，获取所述第一相对位置关系；
其中，定位装置在水平面上的投影点为第二位置点；所述定位装置与所述作业机械固定连接；所述第三相对位置关系，为所述第二位置点与所述回转中心之间的相对位置关系。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述第二相对位置关系以及第三相对位置关系，获取所述第一相对位置关系之前，所述方法还包括：
控制所述作业机械回转一周，获取所述定位装置的运动轨迹；
基于所述定位装置的运动轨迹，获取所述第三相对位置关系。
4.根据权利要求1所述 的控制方法，其特征在于，所述基于第一相对位置关系和所述点云数据，获取作业机械的目标回转角度，具体包括：
基于所述第一相对位置关系和所述点云数据，获取当前时刻所述目标位置在回转中心坐标系中的坐标；
基于所述坐标，获取所述作业机械的目标回转角度。
5.根据权利要求1至4任一所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述目标回转角度，控制所述作业机械回转之前，所述方法还包括：
基于所述第一相对位置关系和所述点云数据，获取当前时刻所述目标位置与所述回转中心点之间的目标距离；
判断所述目标距离是否大于距离阈值；
在所述目标距离大于或等于所述距离阈值的情况下，发出表示需要调整所述作业机械与所述目标位置相对位置的告警提示；
相应地，所述基于所述目标回转角度，控制所述作业机械回转，具体包括：
在所述目标距离小于距离阈值的情况下，基于所述目标回转角度，控制所述作业机械回转。
6.一种控制装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取目标位置当前时刻的点云数据；
角度确定模块，用于基于第一相对位置关系和所述点云数据，获取作业机械的目标回转角度；
回转控制模块，用于基于所述目标回转角度，控制所述作业机械回转；
其中，所述点云数据，是通过与所述作业机械固定连接的目标雷达获取的；所述目标雷达在水平面上的投影点为第一位置点；所述第一相对位置关系，为回转中心点与所述第一位置点之间的相对位置关系；所述回转中心点，为所述作业机械的回转中心轴在所述水平面上的投影点。
7.一种控制系统，其特征在于，包括：如权利要求6所述的控制装置、定位装置和至少一个雷达；
所述定位装置与作业机械固定连接；
所述雷达与所述作业机械固定连接，用于获取目标位置的点云数据。
8.一种作业机械，其特征在于，包括：如权利要求7所述的控制系统。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述控制方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述控制方法的步骤。
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