CN115030258B - 远程操作电铲的自动装车方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程操作电铲的自动装车方法，包括：根据电铲提升钢索和推压长度以及转动角度，结合电铲物理结构，获取铲斗当前位置；获取卸料点和挖掘点的坐标；以铲斗当前位置为起点，卸料点为终点，计算从铲斗当前位置移动到卸料点的第一轨迹，并控制铲斗沿第一轨迹移动；以卸料点为起点，挖掘点为终点，计算从卸料点到挖掘点的第二轨迹，并控制铲斗沿第二轨迹移动。实现了铲斗从挖掘点移动到卸料点以及从卸料点移动到挖掘点过程的自动控制，也即，可以完成自动装车，司机仅需输入目标位置即可，无需反复参与重复性动作，降低了劳动强度，并且提高电铲司机的工作效率，进而提高电铲的使用率。

Description

远程操作电铲的自动装车方法

技术领域

本发明涉及工程器械操控技术领域，尤其涉及一种远程操作电铲的自动装车方法。

背景技术

电铲在作业过程中的动作主要由以下几步构成：a.首先铲斗接近地面，推压和提升同时配合操作，对挖掘面进行挖掘，这一步需要根据实际挖掘面的情况去调整角度和力度；b.自下而上的挖掘完成时，铲斗被举到了高处，这时开始向矿卡方向旋转，同时提升和推压进行调整，使得铲斗的位置调整到矿卡车斗上方，打开铲斗卸料；c.卸料完毕后，同时调整提升，推压和回转，使铲斗回到挖掘面下方，准备开始下一次挖掘。

电铲在作业过程中，除了铲斗在卸料时的停顿，其他都动作都是利用惯性连贯完成的复合动作，对电机控制的熟练度要求很高，导致电铲的工作效率与司机的熟练度和注意力有着直接的关系。如果使用自动装车功能，就可以提高经验不足的司机的工作效率，也可以使有经验的司机不必持续集中注意力从而延长高效的工作时间。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种远程操作电铲的自动装车方法。

提供了一种远程操作电铲的自动装车方法，包括：根据电铲提升钢索和推压长度以及转动角度，结合电铲物理结构，获取铲斗当前位置；获取卸料点和挖掘点的坐标；以铲斗当前位置为起点，卸料点为终点，计算从铲斗当前位置移动到卸料点的第一轨迹，并控制电铲沿第一轨迹移动；以卸料点为起点，挖掘点为终点，计算从卸料点到挖掘点的第二轨迹，并控制电铲沿第二轨迹移动。

在一些可选的实现方式中，根据电铲提升钢索和推压长度以及转动角度，结合电铲物理结构，获取铲斗当前位置，包括：

以推压杆近端为坐标原点，天轮坐标为[x_m,y_m]，推压杆长度r₁，天轮钢索长度r₂，转动角度为θ，通过下述公式计算铲斗当前位置[x,y,z]:

az²+bz+c＝0；

y＝xtanθ

其中，

在一些可选的实现方式中，天轮坐标、天轮钢索长度、转动角度通过提升、推压、回转的电机编码器计算得到。

在一些可选的实现方式中，根据下述公式计算从铲斗当前位置移动到卸料点的第一轨迹：

其中，p_x，p_y，p_z，d_x，d_y，d_z为PD控制器参数，δ_t为时间间隔，[x_t,y_t,z_t]为t时刻铲斗的位置，[x₁,y₁,z₁]为卸料点的位置，分别对x₁，y₁，z₁，x，y，z求导获得。

在一些可选的实现方式中，根据下述公式计算从卸料点移动到挖掘点的第二轨迹：

其中，p_x，p_y，p_z，d_x，d_y，d_z为PD控制器参数，δ_t为时间间隔，[x_t,y_t,z_t]表示t时刻铲斗的位置，[x₂,y₂,z₂]为挖掘点的位置，分别对x₂，y₂，z₂，x₁，y₁，z₁求导获得。

在一些可选的实现方式中，p_x，p_y，p_z，d_x，d_y，d_z，δ_t为经验参数。

在一些可选的实现方式中，所述方法还包括：通过强化学习对p_x，p_y，p_z，d_x，d_y，d_z，δ_t进行优化。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的远程操作电铲的自动装车方法，实现了铲斗从挖掘点移动到卸料点以及从卸料点移动到挖掘点过程的自动控制，也即，可以完成自动装车，司机仅需输入目标位置即可，无需反复参与重复性动作，降低了劳动强度，并且提高电铲司机的工作效率，进而提高电铲的使用率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的远程操作电铲的自动装车方法的流程图；

图2为本发明一实施例的远程操作电铲的自动装车方法中铲斗的位置示意图；

图3为本发明一实施例的远程操作电铲的自动装车方法中铲斗的位置示意图。

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，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

本发明实施例提供了一种远程操作电铲的自动装车方法，如附图1所示，包括：

根据电铲提升钢索和推压长度以及转动角度，结合电铲物理结构，获取铲斗当前位置。铲斗当前位置为控制系统通过控制参数，结合电铲物理结构计算得到。

获取卸料点和挖掘点的坐标。其中，卸料点和挖掘点的坐标作为移动的终点，有四级根据实际情况给定。

以铲斗当前位置为起点，卸料点为终点，计算从铲斗当前位置移动到卸料点的第一轨迹，并控制电铲沿第一轨迹移动。该步骤发生在挖掘结束后，准备进行卸料时。由于铲斗移动过程的动作都是利用惯性连贯完成的复合动作，有固定的规律，因此，控制系统可以根据现有的移动轨迹数据，通过机器学习或者强化学习进行轨迹规划模型的训练并应用，或者根据预先存储的轨迹规划方案，规划出从卸料点到挖掘点的轨迹。

以卸料点为起点，挖掘点为终点，计算从卸料点到挖掘点的第二轨迹，并控制电铲沿第二轨迹移动。该步骤发生在卸料结束后，准备进行下次挖掘时。同样的，由于铲斗移动过程的动作都是利用惯性连贯完成的复合动作，有固定的规律，因此，控制系统可以根据现有的移动轨迹数据，通过机器学习或者强化学习进行轨迹规划模型的训练并应用，或者根据预先存储的轨迹规划方案，规划出从卸料点到挖掘点的轨迹。

可见，本发明实施例提供的远程操作电铲的自动装车方法，实现了铲斗从挖掘点移动到卸料点以及从卸料点移动到挖掘点过程的自动控制，也即，可以完成自动装车，司机仅需输入目标位置即可，无需反复参与重复性动作，降低了劳动强度，并且提高电铲司机的工作效率，进而提高电铲的使用率。

其中，上述根据电铲提升钢索和推压长度以及转动角度，结合电铲物理结构，获取铲斗当前位姿信息，包括：

根据提升、推压、回转的电机编码器计算得到天轮坐标、天轮钢索长度、转动角度，然后结合推压杆的长度，即可计算得到铲斗的当前位置。如附图2和附图3所示，以推压杆近端为坐标原点，天轮坐标为[x_m,y_m]，推压杆长度r₁，天轮钢索长度r₂，转动角度为θ，通过下述公式计算铲斗当前位置[x,y,z]:

az²+bz+c＝0；

y＝xtanθ

其中，

记录卸料点的坐标为[x₁,y₁,z₁]，根据下述公式计算从铲斗当前位置移动到卸料点的第一轨迹T1，也即，对应上述步骤b的动作轨迹：

其中，p_x，p_y，p_z，d_x，d_y，d_z为PD控制器参数，其可以为经验参数，也可以根据已有的轨迹数据，训练强化学习模型，获得优化的控制器参数，也可以通过其它方法来得到，本发明实施例对此不作限定。

δ_t为时间间隔，决定轨迹控制的精度和和执行速度，可以理解的，时间间隔越短，控制精度越高，相应地运算量也越大，对控制系统的运算速度和执行速度要求较高；反之，时间间隔越长，控制精度越低，相应地对控制系统的运算速度和执行速度的要求较低。

[x_t,y_t,z_t]为t时刻铲斗的位置，根据时间间隔计算出的多个不同时刻的铲斗的位置即可组成铲斗运行的第一轨迹。

分别对x₁，y₁，z₁，x，y，z求导获得。

卸料完毕后，记录挖掘点的坐标为[x₂,y₂,z₂]，根据下述公式计算从卸料点移动到挖掘点的第二轨迹T2，也即，对应上述步骤c的动作轨迹：

其中，p_x，p_y，p_z，d_x，d_y，d_z为PD控制器参数，其可以为经验参数，也可以根据已有的轨迹数据，训练强化学习模型，获得优化的控制器参数，也可以通过其它方法来得到，本发明实施例对此不作限定。第二轨迹对应的控制器参数与第一轨迹的控制器参数可以相同，也可以不同，本实施例中对此不作限定。

δ_t为时间间隔，决定轨迹控制的精度和和执行速度，可以理解的，时间间隔越短，控制精度越高，相应地运算量也越大，对控制系统的运算速度和执行速度要求较高；反之，时间间隔越长，控制精度越低，相应地对控制系统的运算速度和执行速度的要求较低。第二轨迹对应的时间间隔与第一轨迹的时间间隔可以相同，也可以不同，本实施例中对此不作限定。

[x_t,y_t,z_t]表示t时刻铲斗的位置，根据时间间隔计算出的多个不同时刻的铲斗的位置即可组成铲斗运行的第二轨迹。

分别对x₂，y₂，z₂，x₁，y₁，z₁求导获得。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于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 (4)

1.一种远程操作电铲的自动装车方法，其特征在于，包括：

根据电铲提升钢索和推压长度以及转动角度，结合电铲物理结构，获取铲斗当前位置；

获取卸料点和挖掘点的坐标；

以铲斗当前位置为起点，卸料点为终点，计算从铲斗当前位置移动到卸料点的第一轨迹，并控制铲斗沿第一轨迹移动；

以卸料点为起点，挖掘点为终点，计算从卸料点到挖掘点的第二轨迹，并控制铲斗沿第二轨迹移动，

其中，根据电铲提升钢索和推压长度以及转动角度，结合电铲物理结构，获取铲斗当前位置，包括：

以推压杆近端为坐标原点，天轮坐标为[x_m,y_m]，推压杆长度r₁，天轮钢索长度r₂，转动角度为θ，通过下述公式计算铲斗当前位置[x,y,z]:

az²+bz+c＝0；

y＝xtanθ

上式中，

其中，根据下述公式计算从铲斗当前位置移动到卸料点的第一轨迹：

上式中，p_x，p_y，p_z，d_x，d_y，d_z为PD控制器参数，δ_t为时间间隔，[x_t,y_t,z_t]为t时刻铲斗的位置，[x₁,y₁,z₁]为卸料点的位置，分别对x₁，y₁，z₁，x，y，z求导获得；

其中，根据下述公式计算从卸料点移动到挖掘点的第二轨迹：

上式中，p_x，p_y，p_z，d_x，d_y，d_z为PD控制器参数，δ_t为时间间隔，[x_t,y_t,z_t]表示t时刻铲斗的位置，[x₂,y₂,z₂]为挖掘点的位置，分别对x₂，y₂，z₂，x₁，y₁，z₁求导获得。

2.根据权利要求1所述的远程操作电铲的自动装车方法，其特征在于，天轮坐标、天轮钢索长度、转动角度通过提升、推压、回转的电机编码器计算得到。

3.根据权利要求1所述的远程操作电铲的自动装车方法，其特征在于，p_x，p_y，p_z，d_x，d_y，d_z，δ_t为经验参数。

4.根据权利要求1所述的远程操作电铲的自动装车方法，其特征在于，所述方法还包括：通过强化学习对p_x，p_y，p_z，d_x，d_y，d_z，δ_t进行参数优化。