CN116380081B - 斗轮取料机取料路径规划方法、设备及存储介质 - Google Patents

斗轮取料机取料路径规划方法、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种斗轮取料机取料路径规划方法、设备及存储介质，所述方法包括获取作业料堆的点云数据、高度和层数；将点云数据转换成世界坐标系下的点云数据；确定待取料层，并计算出俯仰角度；根据待取料层的点云数据得到合围曲线；根据合围曲线中X坐标值最小的点和X坐标值最大的点确定作业位置；根据悬臂长度和合围曲线确定作业起点和作业终点；根据作业起点、作业终点和世界坐标系确定第一回转角和第二回转角；根据第一回转角和第二回转角确定取料路径；重新获取待取料层的点云数据，并得到合围曲线，获取不同作业位置时的取料路径。本发明得到的取料路径大大减少了斗轮取料机的空转时间，减少了功率损耗，现场环境适应性强。

Description

斗轮取料机取料路径规划方法、设备及存储介质
技术领域
本发明属于路径规划技术领域，尤其涉及一种基于深度摄像头的斗轮取料机取料路径规划方法、设备及存储介质。
背景技术
在炼钢企业及火力发电厂，经常使用燃煤作为原料，并且常使用斗轮取料机进行取料。斗轮取料机一般以悬臂式斗轮取料机为主，悬臂式斗轮取料机主要包括斗轮取料机构、俯仰机构、回转机构、行动机构以及输料机构。现在大多煤场是人工操作斗轮取料机，或者自动化斗轮取料机。人工操作斗轮取料机费时费力，作业效率低，且工作环境中粉尘噪声等污染严重，对人体有害。而当前的一些自动化斗轮取料机，通过简单编程完成定时、定路径的取料作业，这种斗轮取料机只能实现简单、重复的取料动作，无法自适应规划路径，无法解决最优取料路径和最优换库移动路径等关键问题，且现场适应性极差，由于无法有效识别料堆和车辆等非料堆物体，很多时候还需要人工临时介入，仅在一定程度上解决了人工操作斗轮取料机劳动强度大的问题，却缺乏人工操作的灵活性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种斗轮取料机取料路径规划方法、设备及存储介质，以解决当前斗轮取料机无法自主规划取料路径，导致取料作业路径空转时间长、现场适应性差的问题。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种斗轮取料机取料路径规划方法，包括以下步骤：
步骤1：获取作业料堆的点云数据、高度和层数；
步骤2：将所述点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点；其中，所述世界坐标系是以斗轮取料机的轨道中点为原点、以斗轮取料机轨道为X轴、以垂直于斗轮取料机轨道且平行于水平面为Y轴、以垂直于XY面为Z轴构建的三维坐标系；
步骤3：根据所述作业料堆的高度和层数确定待取料层，根据所述待取料层和所述斗轮取料机的悬臂长度计算出俯仰角度β，并控制斗轮取料机的俯仰角为俯仰角度β；
步骤4：根据所述待取料层的点云数据得到待取料层的合围曲线；
步骤5：从所述合围曲线中找出X坐标值最小的点X1（x1，y1）和X坐标值最大的点X2（x2，y2）；
步骤6：判断点X1（x1，y1）与点X2（x2，y2）之间的距离是否大于设定阈值，若是，则转入步骤7；否则完成待取料层的取料，重新确定作业料堆，转入步骤1，直到完成所有取料作业；
步骤7：从点X1（x1，y1）和点X2（x2，y2）中确定距离所述斗轮取料机较近的点，根据所述较近的点和经过斗轮取料机中心点且平行于世界坐标系的X轴的直线确定斗轮取料机的作业位置；
步骤8：控制斗轮取料机运行至所述作业位置，根据所述斗轮取料机的悬臂长度和所述合围曲线确定作业起点和作业终点；
步骤9：根据所述作业起点、作业终点和所述世界坐标系确定第一回转角和第二回转角；其中，所述第一回转角是指作业起点和作业位置之间的连线与斗轮取料机的前进方向之间的夹角，所述第二回转角是指作业终点和作业位置之间的连线与斗轮取料机的前进方向之间的夹角；
步骤10：基于所述作业位置，根据所述第一回转角和第二回转角确定斗轮取料机的取料路径；
步骤11：根据所述取料路径控制斗轮取料机完成该轮取料作业，重新获取待取料层的点云数据，将待取料层的点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点，转入步骤4。
进一步地，所述步骤1中，获取作业料堆的点云数据、高度和层数的具体实现过程包括：
获取作业料堆的平面图和深度图；
根据所述平面图和深度图得到作业料堆的点云数据；
根据所述作业料堆的点云数据确定作业料堆的高度，并对所述作业料堆进行分层，得到层数。
进一步地，所述步骤3中，根据所述待取料层和斗轮取料机的悬臂长度计算出俯仰角度β的具体实现过程包括：
当作业料堆无遮挡时，根据待取料层的点云数据确定待取料层的最高点；根据待取料层的最高点、斗轮取料机的悬臂长度以及斗轮取料机中心所在水平面确定斗轮取料机中心所在水平面上的点O1；计算出第一连线与斗轮取料机中心所在水平面之间的夹角β 1，该夹角β 1为俯仰角度β；其中第一连线是指点O1与待取料层的最高点之间的连线；
当作业料堆有遮挡时，获取遮挡料堆的最高点位置（x,y,z）；若z＞y×tanβ 1，则遮挡料堆对作业料堆有影响，先对遮挡料堆进行取料，再对作业料堆的待取料层进行取料；若z≤y×tanβ 1，则遮挡料堆对作业料堆无影响，按照俯仰角度β对待取料层进行取料作业。
进一步地，所述步骤7中，根据所述较近的点和经过斗轮取料机中心点且平行于世界坐标系的X轴的直线确定斗轮取料机的作业位置的具体实现过程包括：
以所述较近的点为圆心，以所述悬臂长度为半径画圆；
在所述直线与圆的两个交点中，距离所述斗轮取料机较近的交点为斗轮取料机的作业位置。
进一步地，所述步骤8中，根据所述斗轮取料机的悬臂长度和所述合围曲线确定作业起点和作业终点的具体实现过程为：
以所述作业位置为圆心，以所述悬臂长度为半径画圆；
在所述合围曲线与圆的两个交点中，距离所述斗轮取料机的悬臂末端较近的交点为作业起点，距离所述斗轮取料机的悬臂末端较远的交点为作业终点。
进一步地，在所述步骤1之前，所述方法还包括确定作业料堆的步骤，其具体实现过程包括：
获取作业场地中各料堆的点云数据，根据各料堆的点云数据确定各料堆的层数；
根据各料堆的层数以及斗轮取料机与各料堆之间的距离确定作业料堆。
进一步地，根据各料堆的层数以及斗轮取料机与各料堆之间的距离确定作业料堆的具体实现过程为：
选取层数最高的料堆作为作业料堆；
当层数最高的料堆有两个或两个以上时，选取距离斗轮取料机最近且层数最高的料堆作为作业料堆。
进一步地，在确定作业料堆的步骤与所述步骤1之间，所述方法还包括将斗轮取料机转移至所述作业料堆的转移路径规划步骤，其具体实现过程包括：
获取所述作业料堆的第一点云数据、以及获取所述作业料堆与当前料堆之间斗轮取料机所需经过的料堆的第二点云数据；其中，当前料堆是指斗轮取料机当前位置处的料堆；
将所述第一点云数据和所述第二点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点，得到第一点集合；
从所述第一点集合中提取出Z坐标值大于斗轮取料机的悬臂末端高度的所有点，得到第二点集合；
将所述第二点集合以俯视角度压平，得到料堆合围曲线；
从所述料堆合围曲线中找出靠近斗轮取料机轨道的所有凸点，并按照凸点与斗轮取料机之间的距离大小将所有凸点存入队列中；其中，所述队列中的第一个凸点与斗轮取料机之间的距离最小；
以斗轮取料机悬臂末端在世界坐标系中的位置为起点，当所述第一个凸点的Y坐标值小于起点的Y坐标值时，以第一个凸点为终点；当所述第一个凸点的Y坐标值大于等于起点的Y坐标值时，以第一个凸点的X坐标值和起点的Y坐标值构成的点为终点，根据所述起点和所述终点确定第一段转移路径；
以第一段转移路径的终点为起点，当第二个凸点的Y坐标值小于起点的Y坐标值时，以第二个凸点为终点；当第二个凸点的Y坐标值大于等于起点的Y坐标值时，以第二个凸点的X坐标值和起点的Y坐标值构成的点为终点，根据所述起点和所述终点确定第二段转移路径；
依此类推，以第K段转移路径的终点为起点，当第K+1个凸点的Y坐标值小于起点的Y坐标值时，以第K+1个凸点为终点；当第K+1个凸点的Y坐标值大于等于起点的Y坐标值时，以第K+1个凸点的X坐标值和起点的Y坐标值构成的点为终点，根据所述起点和所述终点确定第K+1段转移路径。
基于同一构思，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备与斗轮取料机通信连接，所述电子设备包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述的斗轮取料机取料路径规划方法。
基于同一构思，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的斗轮取料机取料路径规划方法。
有益效果
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明能够实时获取作业料堆的点云数据，并根据作业料堆的参数计算出斗轮取料机的俯仰角、行动机构的作业位置、回转角等参数，进而规划出斗轮取料机的取料路径，将取料路径传输给斗轮取料机，斗轮取料机即可根据俯仰角、作业位置和回转角控制俯仰机构、行动机构和回转机构按照取料路径进行取料作业。本发明无需人工参与，具有自主工作能力，减少了操作人员在高温、强噪声、粉尘等恶劣环境中的作业时间，降低了恶劣环境对操作人员的伤害风险；本发明采用自主规划取料路径来替代人工，可实现全天候不间断取料作业，大大提高了取料效率；本发明所规划的取料路径大大减少了斗轮取料机的空转时间，取料过程中的功耗/效能比最低，减少了功率损耗，现场环境适应性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本发明实施例中斗轮取料机取料路径规划方法流程图；
图2是本发明实施例中转移路径规划时凸点示意图；
图3是本发明实施例中无遮挡时俯仰角度的计算示意图；
图4是本发明实施例中确定作业起点和作业终点的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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的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。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
如图1所示，本实施例所提供的一种斗轮取料机取料路径规划方法，包括以下步骤：
步骤1：确定作业料堆。
本实施例中，确定作业料堆的具体实现过程为：获取作业场地中各料堆的点云数据，根据各料堆的点云数据确定各料堆的层数；根据各料堆的层数以及斗轮取料机与各料堆之间的距离确定作业料堆。
在作业场地（例如煤场）的顶部安装轨道，在轨道上设置深度摄像头，通过深度摄像头在轨道上的往复移动以俯视角度扫描获取作业场地各料堆的平面图和深度图。深度摄像头获取的平面图通常是RGB彩色图像，深度图中包含平面图每个像素点的深度信息，将平面图与深度图结合即可得到各料堆的点云数据。深度摄像头采集的平面图和深度图通过以太网传输给电子设备，由电子设备进行斗轮取料机的转移路径规划和取料路径规划，并将转移路径规划结果和取料路径规划结果传输给斗轮取料机，以便斗轮取料机根据转移路径规划结果进行换库，根据取料路径规划结果进行取料。
对于深度摄像头所处位置进行编号，通过编号得到对应料堆的平面图和深度图。示例性的，当深度摄像头处于位置G1时，扫描获取料堆D1的平面图和深度图；当深度摄像头处于位置G2时，扫描获取料堆D2的平面图和深度图，依此类推，可以通过深度摄像头的位置确定所获取的平面图和深度图对应哪个料堆。
各料堆的点云数据还可以通过三维扫描仪扫描直接获取，通过控制三维扫描仪的扫描角度和距离将料堆的表面信息转换成点云数据。
对各料堆进行分层操作，得到各料堆的层数。在本实施例中，层高为固定值，通常设为2.5~3m。当各料堆的层数不同时，选取层数最高的料堆作为作业料堆；当层数最高的料堆有两个及两个以上时，选取距离斗轮取料机最近且层数最高的料堆作为作业料堆。在斗轮取料机上设置定位模块即可获取斗轮取料机的位置，将斗轮取料机的位置与各料堆的点云数据转换至同一坐标系（例如世界坐标系）下，在同一坐标系下根据斗轮取料机的位置与各料堆的位置确定料堆与斗轮取料机的距离，从而确定距离斗轮取料机最近的料堆。
本实施例中，点云数据基于相机坐标系，斗轮取料机的位置基于定位模块所对应的坐标系，将点云数据和斗轮取料机的位置均转换至世界坐标系下，再在世界坐标系下确定料堆与斗轮取料机的距离。坐标系之间的转换为现有技术。本发明中，世界坐标系是以斗轮取料机的轨道中点为原点、以斗轮取料机轨道为X轴、以垂直于斗轮取料机轨道且平行于水平面为Y轴、以垂直于XY面为Z轴构建的三维坐标系。斗轮取料机的轨道设于地面上。
步骤2：对斗轮取料机转移至作业料堆的转移路径进行规划。
本实施例中，将斗轮取料机转移至作业料堆的转移路径规划过程为：
步骤2.1：获取作业料堆的第一点云数据、以及获取作业料堆与当前料堆之间斗轮取料机所需经过的料堆的第二点云数据。
本实施例中，第一点云数据和第二点云数据的获取方式可参见步骤1中各料堆的点云数据的获取方式。当前料堆是指斗轮取料机已作业完的料堆或斗轮取料机当前所处位置处的料堆，斗轮取料机需要从当前位置转移至作业料堆，从而需要对这段转移路径进行自主规划，提高现场适应性。
步骤2.2：将第一点云数据和第二点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点，得到第一点集合。
步骤2.3：从第一点集合中提取出Z坐标值大于斗轮取料机的悬臂末端高度的所有点，得到第二点集合。
悬臂末端高度是指悬臂末端与地面之间的距离。
步骤2.4：将第二点集合以俯视角度压平，得到料堆合围曲线。
以俯视角度压平即以世界坐标系的Z轴方向进行压平，料堆合围曲线包括作业料堆合围曲线（即边缘构成的曲线）、作业料堆与当前料堆之间斗轮取料机所需经过的料堆合围曲线，料堆合围曲线上的点的Z坐标值均为0。
步骤2.5：从料堆合围曲线中找出靠近斗轮取料机轨道的所有凸点，并按照凸点与斗轮取料机之间的距离远近将所有凸点存入队列中，其中，队列中的第一个凸点与斗轮取料机之间的距离最近。
如图2所示，斗轮取料机需经过的料堆有2个，再加上作业料堆，需找出3个料堆的靠近斗轮取料机轨道的凸点Q1~Q6。
以经过的料堆1为例，本实施例找出靠近斗轮取料机轨道的所有凸点的具体实现过程包括：
步骤2.51：在:料堆1的合围曲线上找出X坐标值最小和最大的两个点X1、X2；
步骤2.52：在靠近X轴且点X1与点X2之间的曲线（即图2中的虚线段）上提取多个离散点；
步骤2.53：对提取的多个离散点进行一元非线性拟合，得到一元非线性回归模型；
步骤2.54：求解一元非线性回归模型的所有极小值的坐标，得到料堆1的凸点Q1和Q2。
同理，可以找出经过的料堆2和作业料堆上的凸点。
步骤2.6：以斗轮取料机悬臂末端在世界坐标系中的位置（Sx,Sy）为起点，当第一个凸点的Y坐标值Py1小于起点的Y坐标值Sy时，以第一个凸点（Px1,Py1）为终点；当第一个凸点的Y坐标值Py1大于等于起点的Y坐标值Sy时，以第一个凸点的X坐标值和起点的Y坐标值构成的点（Px1,Sy）为终点，根据起点和终点确定第一段转移路径L1；
步骤2.7：以第一段转移路径L1的终点（即（Px1,Py1）或（Px1,Sy））为起点，当第二个凸点的Y坐标值Py2小于起点的Y坐标值（即Py1或Sy）时，以第二个凸点（Px2,Py2）为终点；当第二个凸点的Y坐标值Py2大于等于起点的Y坐标值时，以第二个凸点的X坐标值和起点的Y坐标值构成的点（即（Px2,Py1）或（Px2,Sy））为终点，根据起点和终点确定第二段转移路径L2；
步骤2.8：判断队列中是否有凸点，若否，则输出转移路径规划结果；否则重复步骤2.7，以第K段转移路径LK的终点为起点，当第K+1个凸点的Y坐标值小于起点的Y坐标值时，以第K+1个凸点为终点；当第K+1个凸点的Y坐标值大于等于起点的Y坐标值时，以第K+1个凸点的X坐标值和起点的Y坐标值构成的点为终点，根据起点和终点确定第K+1段转移路径LK+1。
将斗轮取料机转移至作业料堆的转移路径规划结果（即第一段转移路径、第二段转移路径、…、第K段转移路径、第K+1段转移路径、…）传输给斗轮取料机，使斗轮取料机按照该转移路径规划结果进行转移，并到达作业料堆。当斗轮取料机转移至作业料堆时，对作业料堆的待取料层进行取料作业。
步骤3：获取作业料堆的点云数据、高度和层数。
与步骤1同理，通过深度摄像头采集作业料堆的平面图和深度图，根据平面图和深度图得到作业料堆的点云数据；根据作业料堆的点云数据确定作业料堆的高度，并对作业料堆进行分层，得到层数。作业料堆每层的层高为2.5~3m。
步骤4：将步骤3中作业料堆的点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点。
步骤5：根据作业料堆的高度和层数确定待取料层，根据待取料层和斗轮取料机的悬臂长度计算出俯仰角度β，并通过俯仰机构控制斗轮取料机的俯仰角为俯仰角度β。
设作业料堆的层数为P，以贴近地面的层为第一层，自下至上对每层依次排序，则最高层为第P层。最高层即为待取料层，待取料层的高度为作业高度范围，设作业料堆的高度为H，每层高度为h，则作业高度范围为（P－1）×h～H。
俯仰角度β的计算分两种情况：
一是作业料堆无遮挡情况，即斗轮取料机与作业料堆之间无遮挡物（如其他料堆）；二是作业料堆有遮挡情况。
如图3所示，当作业料堆无遮挡时，根据待取料层的点云数据可以确定待取料层的最高点H1；然后根据待取料层的最高点H1、斗轮取料机的悬臂长度L以及斗轮取料机中心所在水平面确定斗轮取料机中心所在水平面上的点O1，即点O1到点H1之间的距离等于悬臂长度L；计算出点O1和点H1之间的连线（即第一连线）与斗轮取料机中心所在水平面之间的夹角，该夹角β 1为俯仰角度β。本实施例中，以斗轮取料机的俯仰机构的轴承中心作为斗轮取料机中心。
当作业料堆有遮挡时，利用深度摄像头获取遮挡料堆的点云数据，根据遮挡料堆的点云数据获取遮挡料堆的最高点位置（x,y,z）；若z＞y×tanβ 1，则遮挡料堆对作业料堆有影响，先对遮挡料堆进行取料，再对作业料堆的待取料层进行取料；若z≤y×tanβ 1，则遮挡料堆对作业料堆无影响，按照俯仰角度β对作业料堆的待取料层进行取料作业。
本实施例中，对遮挡料堆进行取料的具体实现过程为：
根据遮挡料堆的最高点位置的z坐标值确定遮挡料堆的层数N；
获取由遮挡料堆的第N层（遮挡料堆的最高层）中Y坐标值小于Z 0/tanβ 1的点所构成的点云数据，其中Z 0为(N-1)×h~N×h之间的点的Z坐标值，根据该点云数据得到合围曲线，按照步骤6~14完成遮挡料堆的取料作业。重新获取遮挡料堆最高点位置，判断和处理遮挡料堆，直到遮挡料堆对作业料堆无影响，按照俯仰角度β对作业料堆的待取料层进行取料作业。
步骤6：根据待取料层的点云数据得到待取料层的合围曲线。
根据作业料堆的点云数据以及高度和层数即可确定待取料层的点云数据，将待取料层的点云数据以俯视角度压平，即得到待取料层的合围曲线（即边缘构成的曲线）。
步骤7：从待取料层的合围曲线中找出X坐标值最小的点X1（x1，y1）和X坐标值最大的点X2（x2，y2）。
步骤8：判断步骤7中点X1（x1，y1）与点X2（x2，y2）之间的距离是否大于设定阈值。
当点X1（x1，y1）与点X2（x2，y2）之间的距离大于设定阈值时，表明未完成该待取料层的取料作业，转入步骤9，需要改变作业位置继续进行取料；当点X1（x1，y1）与点X2（x2，y2）之间的距离小于或等于设定阈值时，表明超出合围曲线，即完成待取料层的取料作业，转入步骤1以重新确定作业料堆和待取料层，直到完成所有取料作业。
本实施例中，设定阈值为0~1m。
步骤9：从待取料层的点X1（x1，y1）和点X2（x2，y2）中确定距离斗轮取料机较近的点，根据较近的点和经过斗轮取料机中心点且平行于世界坐标系的X轴的直线确定斗轮取料机的作业位置。
如图2所示，假设点X1（x1，y1）和点X2（x2，y2）均为待取料层的合围曲线上的点（图2示出的是经过的料堆1的合围曲线上的点X1（x1，y1）和点X2（x2，y2）），当斗轮取料机的前进方向为图2所示方向时，点X2（x2，y2）为距离斗轮取料机较近的点；当斗轮取料机的前进方向为与图2所示方向相反时，点X1（x1，y1）为距离斗轮取料机较近的点。在确定作业位置时，以较近的点为圆心，以悬臂长度L为半径画圆；在直线与圆的两个交点中，距离斗轮取料机较近的交点即为斗轮取料机的作业位置。
步骤10：控制斗轮取料机运行至步骤9确定的作业位置，根据斗轮取料机的悬臂长度和合围曲线确定作业起点和作业终点。
如图4所示，设作业位置位于O点，以作业位置O点为圆心，以悬臂长度L为半径画圆；在待取料层的合围曲线与圆的两个交点A和B中，距离斗轮取料机的悬臂末端较近的交点为作业起点，距离斗轮取料机的悬臂末端较远的交点为作业终点。
步骤11：根据作业起点、作业终点和世界坐标系确定第一回转角和第二回转角。
根据第一回转角和第二回转角可以确定作业的回转角范围。其中，第一回转角是指作业起点和作业位置之间的连线与斗轮取料机的前进方向之间的夹角，第二回转角是指作业终点和作业位置之间的连线与斗轮取料机的前进方向之间的夹角。
步骤12：基于作业位置和俯仰角度β，根据第一回转角和第二回转角确定斗轮取料机的取料路径。
即步骤12的取料路径是在俯仰角度β、当前作业位置下的取料路径。
步骤13：根据步骤12的取料路径，控制斗轮取料机完成该轮取料作业。
步骤14：重新获取待取料层的点云数据，将待取料层的点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点，转入步骤6。
在对待取料层进行取料作业时，本发明输出的取料路径是在同一俯仰角度β下、不同作业位置下的取料路径。
基于同一构思，本发明实施例还提供一种电子设备，该电子设备与斗轮取料机通信连接，该电子设备包括：处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器被配置为执行所述计算机程序时实现如上所述的斗轮取料机取料路径规划方法。
尽管未示出，所述电子设备包括处理器，其可以根据存储在只读存储器（ROM）中的程序和/或数据或者从存储部分加载到随机访问存储器（RAM）中的程序和/或数据而执行各种适当的操作和处理。处理器可以是一个多核的处理器，也可以包含多个处理器。在一些实施例中，处理器可以包含一个通用的主处理器以及一个或多个特殊的协处理器，例如，中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）、神经网络处理器（NPU）、数字信号处理器（DSP）等等。在RAM中，还存储有电子设备操作所需的各种程序和数据。处理器、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出（I/O）接口也连接至总线。
上述处理器与存储器共同用于执行存储在存储器中的程序，所述程序被计算机执行时能够实现上述各实施例描述的方法、步骤或功能。
尽管未示出，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的斗轮取料机取料路径规划方法。
在本发明的实施例的存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动的可以由任何方法或技术来实现信息存储的物品。存储介质的例子包括，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，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：获取作业料堆的点云数据、高度和层数；
步骤2：将所述点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点；其中，所述世界坐标系是以斗轮取料机的轨道中点为原点、以斗轮取料机轨道为X轴、以垂直于斗轮取料机轨道且平行于水平面为Y轴、以垂直于XY面为Z轴构建的三维坐标系；
步骤3：根据所述作业料堆的高度和层数确定待取料层，根据所述待取料层和所述斗轮取料机的悬臂长度计算出俯仰角度β，并控制斗轮取料机的俯仰角为俯仰角度β；
步骤4：根据所述待取料层的点云数据得到待取料层的合围曲线；
步骤5：从所述合围曲线中找出X坐标值最小的点X1（x1，y1）和X坐标值最大的点X2（x2，y2）；
步骤6：判断点X1（x1，y1）与点X2（x2，y2）之间的距离是否大于设定阈值，若是，则转入步骤7；否则完成待取料层的取料，重新确定作业料堆，转入步骤1，直到完成所有取料作业；
步骤7：从点X1（x1，y1）和点X2（x2，y2）中确定距离所述斗轮取料机较近的点，根据所述较近的点和经过斗轮取料机中心点且平行于世界坐标系的X轴的直线确定斗轮取料机的作业位置；
步骤8：控制斗轮取料机运行至所述作业位置，根据所述斗轮取料机的悬臂长度和所述合围曲线确定作业起点和作业终点；
步骤9：根据所述作业起点、作业终点和所述世界坐标系确定第一回转角和第二回转角；其中，所述第一回转角是指作业起点和作业位置之间的连线与斗轮取料机的前进方向之间的夹角，所述第二回转角是指作业终点和作业位置之间的连线与斗轮取料机的前进方向之间的夹角；
步骤10：基于所述作业位置，根据所述第一回转角和第二回转角确定斗轮取料机的取料路径；
步骤11：根据所述取料路径控制斗轮取料机完成该轮取料作业，重新获取待取料层的点云数据，将待取料层的点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点，转入步骤4。
2.根据权利要求1所述的斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，所述步骤1中，获取作业料堆的点云数据、高度和层数的具体实现过程包括：
获取作业料堆的平面图和深度图；
根据所述平面图和深度图得到作业料堆的点云数据；
根据所述作业料堆的点云数据确定作业料堆的高度，并对所述作业料堆进行分层，得到层数。
3.根据权利要求1所述的斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，所述步骤3中，根据所述待取料层和斗轮取料机的悬臂长度计算出俯仰角度β的具体实现过程包括：
当作业料堆无遮挡时，根据待取料层的点云数据确定待取料层的最高点；根据待取料层的最高点、斗轮取料机的悬臂长度以及斗轮取料机中心所在水平面确定斗轮取料机中心所在水平面上的点O1；计算出第一连线与斗轮取料机中心所在水平面之间的夹角β 1，该夹角β 1为俯仰角度β；其中第一连线是指点O1与待取料层的最高点之间的连线；
当作业料堆有遮挡时，获取遮挡料堆的最高点位置（x,y,z）；若z＞y×tanβ 1，则遮挡料堆对作业料堆有影响，先对遮挡料堆进行取料，再对作业料堆的待取料层进行取料；若z≤y×tanβ 1，则遮挡料堆对作业料堆无影响，按照俯仰角度β对待取料层进行取料作业。
4.根据权利要求1所述的斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，所述步骤7中，根据所述较近的点和经过斗轮取料机中心点且平行于世界坐标系的X轴的直线确定斗轮取料机的作业位置的具体实现过程包括：
以所述较近的点为圆心，以所述悬臂长度为半径画圆；
在所述直线与圆的两个交点中，距离所述斗轮取料机较近的交点为斗轮取料机的作业位置。
5.根据权利要求1所述的斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，所述步骤8中，根据所述斗轮取料机的悬臂长度和所述合围曲线确定作业起点和作业终点的具体实现过程为：
以所述作业位置为圆心，以所述悬臂长度为半径画圆；
在所述合围曲线与圆的两个交点中，距离所述斗轮取料机的悬臂末端较近的交点为作业起点，距离所述斗轮取料机的悬臂末端较远的交点为作业终点。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，在所述步骤1之前，所述方法还包括确定作业料堆的步骤，其具体实现过程包括：
获取作业场地中各料堆的点云数据，根据各料堆的点云数据确定各料堆的层数；
根据各料堆的层数以及斗轮取料机与各料堆之间的距离确定作业料堆。
7.根据权利要求6所述的斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，根据各料堆的层数以及斗轮取料机与各料堆之间的距离确定作业料堆的具体实现过程为：
选取层数最高的料堆作为作业料堆；
当层数最高的料堆有两个或两个以上时，选取距离斗轮取料机最近且层数最高的料堆作为作业料堆。
8.根据权利要求6所述的斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，在确定作业料堆的步骤与所述步骤1之间，所述方法还包括将斗轮取料机转移至所述作业料堆的路径规划步骤，其具体实现过程包括：
获取所述作业料堆的第一点云数据、以及获取所述作业料堆与当前料堆之间斗轮取料机所需经过的料堆的第二点云数据；其中，当前料堆是指斗轮取料机当前位置处的料堆；
将所述第一点云数据和所述第二点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点，得到第一点集合；
从所述第一点集合中提取出Z坐标值大于斗轮取料机的悬臂末端高度的所有点，得到第二点集合；
将所述第二点集合以俯视角度压平，得到料堆合围曲线；
从所述料堆合围曲线中找出靠近斗轮取料机轨道的所有凸点，并按照凸点与斗轮取料机之间的距离大小将所有凸点存入队列中；其中，所述队列中的第一个凸点与斗轮取料机之间的距离最小；
以斗轮取料机悬臂末端在世界坐标系中的位置为起点，当所述第一个凸点的Y坐标值小于起点的Y坐标值时，以第一个凸点为终点；当所述第一个凸点的Y坐标值大于等于起点的Y坐标值时，以第一个凸点的X坐标值和起点的Y坐标值构成的点为终点，根据所述起点和所述终点确定第一段转移路径；
以第一段转移路径的终点为起点，当第二个凸点的Y坐标值小于起点的Y坐标值时，以第二个凸点为终点；当第二个凸点的Y坐标值大于等于起点的Y坐标值时，以第二个凸点的X坐标值和起点的Y坐标值构成的点为终点，根据所述起点和所述终点确定第二段转移路径；
依此类推，以第K段转移路径的终点为起点，当第K+1个凸点的Y坐标值小于起点的Y坐标值时，以第K+1个凸点为终点；当第K+1个凸点的Y坐标值大于等于起点的Y坐标值时，以第K+1个凸点的X坐标值和起点的Y坐标值构成的点为终点，根据所述起点和所述终点确定第K+1段转移路径。
9.根据权利要求8所述的斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，从所述料堆合围曲线中找出靠近斗轮取料机轨道的所有凸点的具体实现过程包括：
在每个料堆合围曲线上找出X坐标值最小和最大的两个点X1、X2；
在靠近X轴且点X1与点X2之间的曲线上提取多个离散点；
对提取的多个离散点进行一元非线性拟合，得到一元非线性回归模型；
求解一元非线性回归模型的所有极小值的坐标，得到对应料堆的凸点。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备与斗轮取料机通信连接，所述电子设备包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1~9中任一项所述的斗轮取料机取料路径规划方法。
11.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质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1~9中任一项所述的斗轮取料机取料路径规划方法。
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