CN117076821A - 机械设备模型参数校准方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

机械设备模型参数校准方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN117076821A CN202311048131.2A CN202311048131A CN117076821A CN 117076821 A CN117076821 A CN 117076821A CN 202311048131 A CN202311048131 A CN 202311048131A CN 117076821 A CN117076821 A CN 117076821A
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Abstract

本发明公开了机械设备模型参数校准方法、装置、电子设备及存储介质，该方法包括：获取机械设备对应的初始机械设备模型，确定初始机械设备模型中所包含的机械臂；针对每个机械臂，根据机械臂在机械设备上对应的轴心坐标确定机械臂的长度以及倾角传感器的安装偏差，倾角传感器设置在机械设备的机械臂上；根据机械设备的中轴线坐标确定目标方位角，目标方位角为机械设备上的全球卫星导航系统天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在车体坐标系下的方位角；基于各机械臂的长度，各倾角传感器的安装偏差和目标方位角对初始机械设备模型的参数进行校准，解决了机械设备模型参数校准过程繁琐等问题，校准快，无需专业设备，成本低。

Description

机械设备模型参数校准方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及机械设备技术领域，尤其涉及机械设备模型参数校准方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
随着技术的发展，越来越多的机械设备应用在生活中，为生活和工作提供了极大的便利，以挖掘机为例，挖掘机作为一种常用土地和路面平整作业工程机械，广泛应用于道桥施工、矿场等土方作业场合。实际土方作业过程中，为了保证施工面符合度和高程误差要求，减少施工测量和坡度检查，提高施工作业效率，通过引导系统指导用户进行作业。
当前机械设备的引导系统，基于北斗卫星定位技术、惯导传感器、图形化展示技术、数字化施工设计数据技术等。通过车辆上的车载平板电脑接收全球卫星导航系统(Global Navigation Satell ite System，GNSS)设备、惯导设备数据，使用双GNSS天线获取机械设备的航向和位置数据，结合车体、大臂、小臂、连杆或者挖斗倾斜传感器的角度数据，以及机械设备的模型参数，再由平板电脑进行融合计算得出机械设备的实时姿态以及车体任何兴趣点的位置坐标，接着结合系统设定的作业设计数据，即可实时指导用户进行作业。
在使用引导系统之前，需要对机械设备的初始模型进行参数校准，得到与机械设备一致的设备模型。在对初始模型进行参数校准时，需要确定车辆的机械臂尺寸、传感器安装偏差以及GNSS天线的相对安装位置(例如，方位角)等参数。传统的参数确定方法依赖于多名操作人员参与、依赖于专业的设备以及专业的技术人员，动作繁琐且耗时较长，导致了校准的整体流程步骤较多，过程不够简洁，浪费人力资源和时间，并且需要多种测量设，成本较高。
发明内容
本发明提供了一种机械设备模型参数校准方法、装置、电子设备及存储介质，以解决机械设备模型参数校准过程繁琐等问题。
根据本发明的一方面，提供了一种机械设备模型参数校准方法，包括：
获取机械设备对应的初始机械设备模型，确定所述初始机械设备模型中所包含的机械臂；
针对每个机械臂，根据所述机械臂在所述机械设备上对应的轴心坐标确定所述机械臂的长度以及倾角传感器的安装偏差，所述倾角传感器设置在所述机械设备的机械臂上；
根据所述机械设备的中轴线坐标确定目标方位角，所述目标方位角为所述机械设备上的全球卫星导航系统天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在车体坐标系下的方位角；
基于各所述机械臂的长度，各所述倾角传感器的安装偏差和目标方位角对所述初始机械设备模型的参数进行校准。
根据本发明的另一方面，提供了一种机械设备模型参数校准装置，包括：
模型获取模块，用于获取机械设备对应的初始机械设备模型，确定所述初始机械设备模型中所包含的机械臂；
机械臂长度确定模块，用于针对每个机械臂，根据所述机械臂在所述机械设备上对应的轴心坐标确定所述机械臂的长度以及倾角传感器的安装偏差，所述倾角传感器设置在所述机械设备的机械臂上；
方位角确定模块，用于根据所述机械设备的中轴线坐标确定目标方位角，所述目标方位角为所述机械设备上的全球卫星导航系统天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在车体坐标系下的方位角；
校准模块，用于基于各所述机械臂的长度，各所述倾角传感器的安装偏差和目标方位角对所述初始机械设备模型的参数进行校准。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的机械设备模型参数校准方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的机械设备模型参数校准方法。
本发明实施例的技术方案，通过获取机械设备对应的初始机械设备模型，确定所述初始机械设备模型中所包含的机械臂；针对每个机械臂，根据所述机械臂在所述机械设备上对应的轴心坐标确定所述机械臂的长度以及倾角传感器的安装偏差，所述倾角传感器设置在所述机械设备的机械臂上；根据所述机械设备的中轴线坐标确定目标方位角，所述目标方位角为所述机械设备上的全球卫星导航系统天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在车体坐标系下的方位角；基于各所述机械臂的长度，各所述倾角传感器的安装偏差和目标方位角对所述初始机械设备模型的参数进行校准，解决了机械设备模型参数校准过程繁琐等问题，通过机械臂在机械设备上对应的轴心坐标计算机械臂的长度和倾角传感器的安装偏差，操作过程简单，只需要测量轴心坐标即可，无需多名操作人员参与，也不需要专业的技术人员，减少人力成本；通过机械设备的中轴线坐标确定目标方位角，测量过程简单，校准过程较快，极大地节省了时间，无需专业设备，成本较低。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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是根据本发明实施例一提供的一种机械设备模型参数校准方法的流程图；
图2是根据本发明实施例一提供的一种机械设备的结构示例图；
图3是根据本发明实施例二提供的一种机械设备模型参数校准方法的流程图；
图4是根据本发明实施例二提供的一种机械设备的俯视图；
图5a是根据本发明实施例二提供的一种机械设备的展示示例图；
图5b是根据本发明实施例二提供的一种角度的示例图；
图6是根据本发明实施例二提供的一种挖斗的展示示例图；
图7是一种现有技术中的一种挖斗的姿态展示示例图；
图8是一种现有技术中的另一种挖斗的姿态展示示例图；
图9是一种现有技术中的机械设备模型参数校准流程的实现示例图；
图10是根据本发明实施例二提供的一种机械设备模型参数校准流程的实现示例图；
图11是根据本发明实施例三提供的一种机械设备模型参数校准装置的结构示意图；
图12是实现本发明实施例的机械设备模型参数校准方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种机械设备模型参数校准方法的流程图，本实施例可适用于对机械设备模型的参数进行快速校准的情况，该方法可以由机械设备模型参数校准装置来执行，该机械设备模型参数校准装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该机械设备模型参数校准装置可配置于电子设备中。如图1所示，该方法包括：
S101、获取机械设备对应的初始机械设备模型，确定初始机械设备模型中所包含的机械臂。
在本实施例中，机械设备可以理解为通过不同部件配合工作的设备，可以是施工设备、农业机械设备等，例如，挖掘机；本申请实施例中的机械设备包括机械臂，通过机械臂实现物体的取放工作。机械设备中的机械臂的数量可以是一个也可以是多个，通常情况下，为了灵活取放物体，机械臂的数量通常设置为多个，多个机械臂配合进行工作。初始机械设备模型具体可以理解为与机械设备对应的初始状态的模型，在构建机械设备的模型时，通常根据初始参数生成一个模型，由于此模型的参数与实际的机械设备并不相符，因此需要通过参数校准将此模型的参数与机械设备匹配上，方便后续根据模型指导用户作业。
预先设置不同类型的机械设备对应的模型，模型的初始参数可以设置默认值，也可以由用户输入。确定建模的机械设备的类型，进一步根据机械设备的类型选择合适的模型作为初始机械设备模型；或者，向用户展示不同的模型，由用户选择任意一个模型作为初始机械设备模型；或者，用户直接输入模型的名称、编号等唯一标识选择初始机械设备模型。在确定匹配的初始机械设备模型后，可以向用户展示模型的默认参数，并支持用户自行输入模型的参数，若用户输入了模型参数，则根据用户输入的模型参数生成初始机械设备模型，若用户未输入模型参数，则根据默认参数生成初始机械设备模型。本申请实施例中的初始机械设备模型可以展示在终端或其他电子设备的屏幕中，供用户查看。在确定初始机械设备模型后，相应可以确定初始机械设备模型中所包含的机械臂。
S102、针对每个机械臂，根据机械臂在机械设备上对应的轴心坐标确定机械臂的长度以及倾角传感器的安装偏差，倾角传感器设置在机械设备的机械臂上。
初始机械设备模型中的机械臂的数量可以是一个或者多个，例如，大臂、小臂、连杆等；轴心坐标具体可以理解为机械臂的轴心的坐标。
示例性的，图2提供了一种机械设备的结构示例图，机械设备中包括了机械臂，以及附属器具。其中，附属器具可以是任意类型和形状的器具，图2中以附属器具为挖斗为例。如图2所示，机械臂包括三个，分别为大臂101、小臂102、连杆103，倾角传感器安装在大臂101、小臂102、连杆103上，104为挖斗；机械臂轴心包括大臂轴心105、小臂轴心106、挖斗轴心107、挖斗上的另一轴心108、连杆103的轴心109和轴心110。
针对每个机械臂，均需要计算机械臂的长度，以及安装在此机械臂上的倾角传感器的安装偏差，倾角传感器在设置在机械臂上后可以测量机械臂的倾角。机械臂的长度以及对应的倾角传感器的安装偏差的确定方式如下：不同的机械臂在机械设备上具有与其对应的轴心，在机械设备上，机械臂的两端通常均对应有一个轴心，以大臂为例，大臂两端的轴心分别为大臂轴心105和小臂轴心106。确定机械臂在机械设备上所对应的轴心坐标，轴心坐标包括机械臂两端的轴心的坐标，根据轴心坐标计算距离，得到机械臂的长度。根据轴心坐标和机械臂的长度计算机械臂的实际倾角，将实际倾角与倾角传感器所采集的倾角进行比较，确定安装偏差。
需要知道的是，由于机械臂的材料本身具有一定的厚度，机械臂可能存在两个对称的轴心，以大臂为例，图2中仅展示了一个大臂轴心，在未展示出的另一侧，存在一个与大臂轴心105对称的另一个大臂轴心。在计算机械臂的长度和倾角传感器的安装偏差时，选择同一侧的轴心坐标进行相应计算。
机械臂的长度测量，传统方法是使用卷尺或者使用全站仪测量机械臂轴心的距离，由于机械臂轴心之间可能会有液压缸或者其他设备，导致有些无法通过卷尺直接测量；而使用全站仪测量一是需要专业的从业人员，二是需要有全站仪设备。本申请实施例通过测量机械臂在机械设备上的轴心坐标确定机械臂的长度，操作简单方便，无需多名操作人员参与，也不需要专业的技术人员和设备，减少人力成本。
机械臂的倾角传感器的校准，在传统的过程中，需要使用全站仪测量机械臂轴心连线的角度，或者使用全站仪采集机械臂轴心点的坐标，从而求取传感器的安装偏差。但在实际的使用过程中，有许多用户没有全站仪设备或者不会使用全站仪设备，并且传统的校准过程复杂，容易产生纰漏，稳定性差。本申请实施例通过机械臂的长度计算倾角传感器的安装偏差，无需额外使用专业设备，方法简单，易操作，准确性更高。
S103、根据机械设备的中轴线坐标确定目标方位角，目标方位角为机械设备上的全球卫星导航系统天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在车体坐标系下的方位角。
在本实施例中，中轴线坐标具体可以理解为中轴线上的坐标，机械设备的中轴线是预先确定的，中轴线可以根据大臂的轴心和附属器具的轴心确定；目标方位角为GNSS天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在车体坐标系下的方位角。其中，车体坐标系为左手坐标系，保持和工程坐标系w一致，车体坐标系b的原点为大臂轴心的中心，X轴以车身前进方向为正方向，Y轴以车身向右为正方向，Z轴垂直于车身，并且以背离车身方向为正。
采集机械设备上的中轴线上的点的坐标，得到中轴线坐标，本申请实施例中的中轴线坐标为大臂轴心附近的点的坐标和附属器具的轴心附近的点的坐标，本步骤采集到的坐标为机械设备的中轴线上的两点坐标。根据采集到的两点坐标计算方位角，并基于此方位角计算GNSS天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在车体坐标系下的方位角，即目标方位角。
S104、基于各机械臂的长度，各倾角传感器的安装偏差和目标方位角对初始机械设备模型的参数进行校准。
根据得到的各机械臂的长度对初始机械设备模型中的机械臂的长度参数进行校准；根据各倾角传感器的安装偏差对初始机械设备模型中的倾角传感器进行校准，即对其所采集的参数进行校准；根据目标方位角对初始机械设备模型中的方位角的参数进行校准，得到与机械设备的实际安装情况匹配的机械设备模型，方便后续对指导用户工作。
需要知道的是，本申请实施例中的初始机械设备模型还可以包括其他类型的参数，参数的校准方式可以与现有技术中的校准方式相同。
本发明实施例提供了一种机械设备模型参数校准方法，解决了机械设备模型参数校准过程繁琐等问题，通过机械臂在机械设备上对应的轴心坐标计算机械臂的长度和机械臂倾角传感器的安装偏差，操作过程简单，只需要测量轴心坐标即可，无需多名操作人员参与，也不需要专业的技术人员，减少人力成本；通过机械设备的中轴线坐标确定目标方位角，测量过程简单，校准过程较快，极大地节省了时间，无需专业设备，成本较低。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的一种机械设备模型参数校准方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上进行细化。如图3所示，该方法包括：
S201、获取机械设备对应的初始机械设备模型，确定初始机械设备模型中所包含的机械臂。
S202、针对每个机械臂，获取机械臂在机械设备上对应的轴心坐标，轴心坐标包括第一轴心坐标和第二轴心坐标，第一轴心坐标和第二轴心坐标分别为机械臂两端的轴心的坐标。
在本实施例中，第一轴心坐标和第二轴心坐标为两个不同的轴心的坐标，第一轴心坐标和第二轴心坐标对应的轴心分别在机械臂的两端，以图2为例，对于大臂来说，其对应的两端的轴心分别为大臂轴心105和小臂轴心106，即大臂轴心105的坐标和小臂轴心106的坐标一个为第一轴心坐标，另一个为第二轴心坐标。对于小臂来说，其对应的两端的轴心分别为小臂轴心106和附属器具轴心(例如，图2中的挖斗轴心107)，即小臂轴心106和附属器具轴心的坐标一个为第一轴心坐标，另一个为第二轴心坐标；对于连杆来说，其对应的两端的轴心分别为轴心109和轴心110，即轴心109和轴心110的坐标一个为第一轴心坐标，另一个为第二轴心坐标。
确定机械臂的位置，进一步根据机械臂的位置确定其对应的两个轴心，采集两个轴心的坐标，得到轴心坐标，即第一轴心坐标和第二轴心坐标。采集轴心的坐标可以通过惯导RTK采集，惯导RTK即为倾斜测量型全球卫星导航系统接收机；惯导RTK指的是一种具有倾斜测量功能的GNSS天线板卡一体机，其可根据一定数量倾斜测量时接收机天线相位中心的位置、倾角以及对中杆长度等计算待测点位置。
S203、根据第一轴心坐标和第二轴心坐标进行距离计算，得到机械臂的长度。
根据坐标和距离计算公式进行距离计算，将第一轴心坐标和第二轴心坐标带入到距离计算公式，即可得到机械臂的长度。
示例性的，机械臂对应的第一轴心坐标为A(x1,y1,z1)，第二轴心坐标为B(x2,y2,z2)，则机械臂的长度(即机械臂的轴心距离)L为：
S204、根据第一轴心坐标和第二轴心坐标确定高程距离差。
确定第一轴心坐标中的z1值，以及第二轴心坐标中的z2值，将两个z值作差，得到高程距离差。本申请实施例中在确定高程距离差时，第一周心坐标和第二轴心坐标可以根据倾角传感器的测量方向确定，在测量A到B的倾角时，A点坐标作为第一轴心坐标，B点坐标作为第二轴心坐标，高程距离差为z2-z1，即测量A到B的倾角时，使用B的Z轴坐标减去A的Z轴坐标得到距离差。
S205、基于高程距离差与机械臂的长度的比值确定第一角度。
在本实施例中，第一角度具体可以理解为计算得到的机械臂的倾角，第一角度为轴线相对于水平面的角度。计算高程距离差与机械臂的长度的比值，将此比值作为正弦函数值，确定此正弦函数值对应的角度，此角度为弧制度表示的角度，可直接作为第一角度，也可以转换为角制度。
S206、将第一角度与倾角传感器所采集的第二角度的差值确定为倾角传感器的安装偏差。
其中，采集第二角度和轴心坐标时的机械臂姿态相同。
在本实施例中，第二角度为倾角传感器所采集到的角度。倾角传感器设置在机械臂上，在采集机械臂的两端的轴心坐标时，保持机械臂的姿态不变，通过倾角传感器采集角度，得到第二角度。计算第一角度与倾角传感器所采集的第二角度的差值，将此差值确定为倾角传感器的安装偏差。
需要知道的是，第一角度和第二角度的表示方法应该统一，可以以倾角传感器采集的第二角度的表示方法为准，最多对第一角度进行一次转换即可。
示例性的，以第二角度α为角度制为例，第一角度α0的计算公式如下：
倾角传感器的安装偏差δ＝α0-α。
需要知道的是，对于每个机械臂均可以采用S202-S203的步骤计算机械臂的长度，采用S204-S206的步骤计算机械臂上所安装的倾角传感器的安装偏差。
S207、获取第一中轴线坐标和第二中轴线坐标。
在本实施例中，第一中轴线坐标具体可以理解为机械设备的中轴线上的一个点的坐标，第一中轴线坐标可以根据大臂轴心的位置选择点并进行测量得到；第二中轴线坐标具体可以理解为机械设备的中轴线上的另一个点的坐标，第二中轴线坐标可以根据附属器具轴心的位置选择点并进行测量得到。首先确定大臂轴心和附属器具的轴心的位置，附属器具的轴心可能为多个，本步骤选择的附属器具的轴心为与小臂末端连接的轴心。在大臂轴心的附近或预设距离处选择一个点，测量得到此点的坐标，作为第一中轴线坐标，此点选择机械设备的中轴线上的点或靠近中轴线的点；在附属器具的轴心的附近或预设距离处选择一个点，测量得到此点的坐标，作为第二中轴线坐标，此点同样优先选择机械设备的中轴线上的点。示例性的，第一中轴线坐标在大臂压缸附近上的中轴线上采集；第二中轴线坐标在泄压孔附近的中轴线上采集；机械设备上通常会对中轴线进行标识。第一中轴线坐标和第二中轴线坐标可以通过惯导RTK采集。本实施例在采集第一中轴线坐标和第二中轴线坐标时，第一中轴线坐标和第二中轴线坐标之间的距离越大越好，第一中轴线坐标与大臂轴心距离越近越好，第二中轴线坐标与附属器具的轴心距离越近越好。
示例性的，图4提供了一种机械设备的俯视图，图中示例性的对第一中轴线坐标对应的点31以及第二中轴线坐标对应的点32进行展示，同时对GNSS天线的主天线相位中心33和辅天线相位中心34，以及大臂轴心中心35进行展示。图中的X轴和Y轴即为车体坐标系的X轴和Y轴，Z轴垂直于车身，并且以背离车身方向为正，图中未对Z轴进行展示，车体坐标系b的原点为大臂轴心中心35。大臂轴心有两个，图2中仅展示了一个大臂轴心，在未展示出的另一侧，存在一个与大臂轴心105对称的另一个大臂轴心，两个大臂轴心之间的中点即为大臂轴心中心35。
S208、基于第一中轴线坐标和第二中轴线坐标计算第一方位角。
在本实施例中，第一方位角具体可以理解为两个点之间的连线与工程北方向之间的夹角，如图4所示，X轴方向即为工程北方向。预先确定第一方位角的计算公式，将第一中轴线坐标和第二中轴线坐标带入到计算公式中进行计算，得到第一方位角。
示例性的，本申请实施例提供一种第一方位角的计算公式：
β＝arctan2(y4-y3，x4-x3)
其中，β为第一方位角；(x3,y3,z3)为第一中轴线坐标；(x4,y4,z4)为第二中轴线坐标。
S209、将第一方位角和采集到的第二方位角的差值确定为目标方位角。
其中，第二方位角为机械设备上的全球卫星导航系统天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在工程坐标系下的方位角。
第二方位角可以通过GNSS双天线设备采集，直接获取GNSS双天线输出值作为第二方位角。计算第一方位角和采集到的第二方位角的差值，将此差值确定为目标方位角，得到机械设备上的GNSS天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在车体坐标系下的方位角。
S210、基于各机械臂的长度，各倾角传感器的安装偏差和目标方位角对初始机械设备模型的参数进行校准。
需要知道的是，初始机械设备模型的参数还可以包括其他类型的参数，因此，在进行模型校准时，还可以获取其他的参数进行模型校准。本申请实施例还提供了其他类型参数的校准方法。
机械臂至少包括小臂和连杆，机械设备还包括附属器具。
作为本实施例的一个可选实施例，本可选实施例进一步优化包括：
A1、获取第一水平角度和第二水平角度，第一水平角度为小臂轴心与附属器具的轴心连线和水平面之间的角度，第二水平角度为连杆与水平面之间的角度。
在本实施例中，第一水平角度和第二水平角度为机械设备上的两点连线与水平面之间的角度。在附属器具的轴心为多个时，步骤A1中的附属器具的轴心为小臂末端连接的轴心。第一水平角度和第二水平角度均可以通过传感器采集，其中，采集第一水平角度的传感器安装在小臂上，采集第二水平角度的传感器安装在连杆上。
A2、根据第二水平角度和第一水平角度的差值确定角度差。
将第二水平角度减去第一水平角度，得到的差值即为角度差∠K。
A3、获取至少一个连杆的第一连杆轴心与附属器具的轴心的长度，各第一连杆轴心与附属器具的轴心的长度在附属器具不同姿态下确定。
在本实施例中，连杆有两个轴心，其中一个轴心记为第一连杆轴心，另一个轴心记为第二连杆轴心；附属器具的轴心为小臂末端连接的轴心。
示例性的，图5a提供了一种机械设备的展示示例图，以附属器具为挖斗为例。如图所示，第一连杆轴心为连杆的轴心B，第二连杆轴心为连杆的轴心A；附属器具的轴心包括轴心C和轴心D，其中，轴心D与小臂末端连接；小臂轴心为轴心E。图5b提供了一种角度的示例图。
为保证数据的准确性，减少误差，可以采集附属器具不同姿态下连杆的第一连杆轴心与附属器具的轴心的长度，即BD，得到至少一个第一连杆轴心与附属器具的轴心的长度。示例性的，以附属器具为挖斗为例，调整挖斗为外展、内收和居中三个姿态，分别测量BD的长度，得到三个BD的长度。本申请实施例中，BD的长度可以直接测距得到，例如，通过卷尺测量；或者，确定第一连杆轴心B和附属器具的轴心D的坐标，通过坐标计算BD的长度，第一连杆轴心B和附属器具的轴心D的坐标可以通过惯导RTK采集。
A4、根据各第一连杆轴心与附属器具的轴心的长度确定目标长度。
在本实施例中，目标长度具体可以理解为去除误差后得到的相对准确的第一连杆轴心与附属器具的轴心之间的长度。对各第一连杆轴心与附属器具的轴心的长度进行运算，例如，计算BD长度的平均值、加权平均等，或者对各BD进行平差处理、粗差探测等处理，得到的值作为目标长度。
A5、基于连杆的长度、目标长度以及连杆的第二连杆轴心与附属器具的轴心的长度确定目标角度。
基于余弦定理，在已知连杆的长度AB、目标长度BD以及连杆的第二连杆轴心与附属器具的轴心的长度AD的情况下，可以计算得到目标角度∠BAD。
A6、将目标角度与角度差的差值确定为小臂夹角，初始机械设备模型的参数进行校准。
计算目标角度与角度差的差值，此差值即为小臂夹角，即：
小臂夹角∠m＝∠BAD-∠K。
机械设备还包括附属器具，作为本实施例的一个可选实施例，本可选实施例进一步对附属器具进行优化，当附属器具为挖斗时，该方法还包括：
B1、确定挖斗的斗边缘和第一挖斗轴心之间的第一距离，斗边缘与第二挖斗轴心之间的第二距离，第一挖斗轴心和第二挖斗轴心之间的第三距离。
在本实施例中，挖斗有两个轴心(在挖斗的同一侧的轴心)，第一挖斗轴心和第二挖斗轴心分别为挖斗的轴心，以图2为例，第一挖斗轴心和第二挖斗轴心即为挖斗轴心107和挖斗轴心108，本实施例以第一挖斗轴心为挖斗轴心107，第二挖斗轴心为挖斗轴心108为例。
挖斗的斗边缘和第一挖斗轴心之间的距离即为斗轴心点向挖斗边缘所做垂线的长度；第一距离、第二距离和第三距离可以通过采集斗边缘上垂点的坐标、第一挖斗轴心和第二挖斗轴心的坐标计算得到，也可以通过卷尺测量得到，其中，斗边缘上垂点为挖斗轴心点向挖斗边缘所做的垂点，在挖斗包含斗齿时，垂点可以落在斗齿上，也可以悬空。由于挖斗的斗边缘和第二挖斗轴心之间的可能存在其他器件，通过卷尺测量可能存在较大误差，因此第二距离可以优选采用坐标计算的方式得到。
示例性的，图6提供了一种挖斗的展示示例图，挖斗包括斗边缘，图中点J1和点J2之间的边为挖斗的斗边缘，图中示例性对第一挖斗轴心B和第二挖斗轴心C，斗边缘上垂点J’进行展示。
B2、根据第一距离、第二距离和第三距离计算挖斗的挖斗张角，挖斗张角用于对初始机械设备模型的参数进行校准。
斗边缘的垂点、第一挖斗轴心和第二挖斗轴心可以构成一个三角形，通过余弦定理即可计算得到挖斗张角。本步骤得到的挖斗张角可以用于对初始机械设备模型的参数进行校准，得到张角与实际机械设备的张角匹配的模型。
示例性的，本申请实施例提供一种挖斗张角的计算公式：
其中，∠b为挖斗张角；IBC为第三距离；IBJ为第一距离；ICJ为第二距离。
作为本实施例的一个可选实施例，本可选实施例进一步将确定挖斗的斗边缘和第一挖斗轴心之间的第一距离，斗边缘与第二挖斗轴心之间的第二距离，第一挖斗轴心和第二挖斗轴心之间的第三距离，优化为：
C1、采集至少一个挖斗的斗边缘上的垂点坐标，至少一个第一挖斗轴心的坐标以及至少一个第二挖斗轴心的坐标。
通过惯导RTK采集挖斗的斗边缘的垂点的坐标，即图6中J’点的坐标，得到垂点坐标，同时通过惯导RTK采集第一挖斗轴心的坐标以及第二挖斗轴心的坐标。对于垂点坐标、第一挖斗轴心的坐标以及第二挖斗轴心的坐标，均可以采集一个或者多个坐标。
C2、基于各垂点坐标确定目标垂点坐标，基于各第一挖斗轴心的坐标确定第一目标挖斗轴心坐标，基于各第二挖斗轴心的坐标确定第二目标挖斗轴心坐标。
在本实施例中，目标垂点坐标具体可以理解为根据一个或者多个垂点坐标所最终确定的垂点的坐标，用于对斗边缘上的垂点进行准确定位；第一目标挖斗轴心坐标具体可以理解为根据一个或者多个第一挖斗轴心的坐标所最终确定的坐标，用于对第一挖斗轴心进行准确定位；第二目标挖斗轴心坐标具体可以理解为根据一个或者多个第二挖斗轴心的坐标所最终确定的坐标，用于对第二挖斗轴心进行准确定位。
在垂点坐标为一个时，直接将垂点坐标确定为目标垂点坐标；当垂点坐标为多个时，可以通过计算平均值、中位数、加权平均，平差运算等方式对多个垂点坐标进行处理，得到目标垂点坐标。同理可以得到第一目标挖斗轴心坐标和第二目标挖斗轴心坐标。
采集多组数据求得目标垂点坐标，准确度更高。用户可以根据对精度的要求确定采集的数据数量，满足不同用户的不同精度需求。
C3、基于目标垂点坐标和第一目标挖斗轴心坐标计算第一距离。
将目标垂点坐标和第一目标挖斗轴心坐标带入到距离计算公式中进行计算，得到第一距离。
C4、基于目标垂点坐标和第二目标挖斗轴心坐标计算第二距离。
将目标垂点坐标和第二目标挖斗轴心坐标带入到距离计算公式中进行计算，得到第二距离。
C5、基于第一目标挖斗轴心坐标和第二目标挖斗轴心坐标计算第三距离。
将第一目标挖斗轴心坐标和第二目标挖斗轴心坐标带入到距离计算公式中进行计算，得到第三距离。
作为本实施例的一个可选实施例，本可选实施例进一步将确定挖斗的斗边缘和第一挖斗轴心之间的第一距离，斗边缘与第二挖斗轴心之间的第二距离，第一挖斗轴心和第二挖斗轴心之间的第三距离，优化为：
D1、采集至少一个第一挖斗轴心的坐标以及至少一个第二挖斗轴心的坐标。
通过惯导RTK采集第一挖斗轴心的坐标和第二挖斗轴心的坐标。对于第一挖斗轴心的坐标以及第二挖斗轴心的坐标，均可以采集一个或者多个坐标。
D2、基于各第一挖斗轴心的坐标确定第一目标挖斗轴心坐标，基于各第二挖斗轴心的坐标确定第二目标挖斗轴心坐标。
在第一挖斗轴心的坐标为一个时，直接将第一挖斗轴心的坐标确定为第一目标挖斗轴心坐标；当第一挖斗轴心的坐标为多个时，可以通过计算平均值、中位数、加权平均，平差运算等方式对多个第一挖斗轴心的坐标进行处理，得到第一目标挖斗轴心坐标。同理可以得到第二目标挖斗轴心坐标。
D3、采集至少两个挖斗的斗边缘上的边缘点坐标，基于各边缘点坐标进行直线拟合，得到拟合直线。
在本实施例中，边缘点坐标具体可以理解为挖斗的斗边缘上的边缘点的坐标。通过惯导RTK采集斗边缘上的边缘点的坐标，得到边缘点坐标，以图6为例，边缘点可以为点J1、点J2，以及点J1和点J2之间的任意点；采集至少两个边缘点的坐标，得到至少两个边缘点坐标。根据最小二乘法、梯度下降法和高斯牛顿法等直线拟合算法对各斗尖的坐标进行直线拟合，得到拟合直线。
D4、根据第一目标挖斗轴心坐标计算第一挖斗轴心到拟合直线的距离，得到第一距离。
根据点到直线距离的公式，计算第一目标挖斗轴心坐标对应的第一挖斗轴心到拟合直线的距离，得到第一距离。
D5、根据第二目标挖斗轴心坐标计算第二挖斗轴心到拟合直线的距离，得到第二距离。
根据点到直线距离的公式，计算第二目标挖斗轴心坐标对应的第二挖斗轴心到拟合直线的距离，得到第二距离。
D6、基于第一目标挖斗轴心坐标和第二目标挖斗轴心坐标计算第三距离。
将第一目标挖斗轴心坐标和第二目标挖斗轴心坐标带入到距离计算公式中进行计算，得到第三距离。
传统方法的挖斗张角确定方法包含铅锤尺寸法以及特定姿态法两种。铅锤尺寸法是使用铅锤和全站仪进行挖斗张角的计算，示例性的，图7提供了一种挖斗的姿态展示示例图，数据采集包括如下步骤：一个人使用全站仪瞄准挖斗轴心C点和挖斗轴心D点，查看CD两点是否水平；在驾驶室一个操作手依据全站仪的观测结果，调整挖斗从而使得CD水平；一个人挂铅锤使得IF垂直；一个人进行距离测量。若不考虑挖机液压缸掉缸的问题，则需要两个人，如果液压缸掉缸，则需要4个人进行同步操作。
特定姿态法则需要使用其他传感器和尺寸值辅助计算，从而引入了其他传感器和尺寸值的误差，精度不足。图8提供了另一种挖斗的姿态展示示例图，将挖斗轴心D和斗尖J连线调整为竖直姿态，然后由此推测挖斗张角。在这个计算过程中，使用了小臂、连杆的角度数据，连杆尺寸值，以及其他尺寸或者角度值，同时还需要操作挖斗并使用铅锤进行检核，从而使得挖斗处于竖直状态，该过程中同样会引入多个误差。因此该方法的误差源较多，从而使得计算精度不可靠、鲁棒性差。
本申请实施例通过挖斗的斗尖、第一挖斗轴心和第二挖斗轴心之间的距离确定挖斗张角，误差较小，人力成本较低。
作为本实施例的一个可选实施例，本可选实施例进一步优化还包括：
E1、确定目标点，并获取目标点在车体坐标系下的第一坐标，以及目标点在工程坐标系下的第二坐标，其中，目标点为附属器具的边缘点。
在本实施例中，目标点为附属器具的边缘上的一个点，只需保证边缘点在车体坐标系下的坐标可通过计算或其他方式得到即可。
预先确定附属器具上的那些点可以确定车体坐标系下的坐标，从此部分点中选择一个点作为目标点，确定计算目标点在车体坐标系下的坐标所需的参数，通过机械模型对此部分参数进行运算，确定目标点在车体坐标系下的第一坐标。通过惯导RTK采集目标点的第二坐标，第二坐标为工程坐标系下的坐标。
可选的，当附属器具为挖斗时，目标点为挖斗的斗尖或斗尖之间的点，即目标点可以是两个斗尖中的任意一个，或者，目标点可以为两个斗尖之间的任意一个点。
以图6为例，目标点在点J1、点J2以及点J1和点J2之间的线段上选择。
在挖斗的斗边缘的两端，以及斗边缘上选择一个点作为目标点，例如，选择距离斗边缘的左端点10cm处的一点作为目标点。采集机械设备的参数，例如，挖斗的长度、宽度、张角等，基于机械模型和所采集的机械设备的参数进行运算，得到目标点的第一坐标，第一坐标为车体坐标系下的坐标。通过惯导RTK采集目标点的第二坐标，第二坐标为工程坐标系下的坐标。
E2、确定主天线相位中心在工程坐标系下的坐标。
通过惯导RTK采集主天线相位中心在工程坐标系下的坐标。
E3、根据采集到的翻滚角、俯仰角和航向角确定第一旋转矩阵和第二旋转矩阵，其中，第一旋转矩阵用于将车体坐标系下的坐标转换到工程坐标系下，第二旋转矩阵用于将工程坐标下的坐标转换到车体坐标系下。
在本实施例中，第一旋转矩阵和第二旋转矩阵为两个不同坐标系互相进行坐标转换的矩阵，其中，第一旋转矩阵用于将车体坐标系下的坐标转换到工程坐标系下，第二旋转矩阵用于将工程坐标下的坐标转换到车体坐标系下。翻滚角、俯仰角和航向角为惯性坐标系到车体坐标系的欧拉角。
建立惯性坐标系，以惯性坐标系X轴正方向指向载体前方为例，Z轴竖直向下，相应的Y轴即可确定，此时依次绕Z轴转过的角度为航向角，绕Y轴转过的角度为俯仰角，绕X轴转过的角度为翻滚角。工程坐标系的xoy面和惯性坐标系的XOY面平行。通过imu惯导设备采集翻滚角、俯仰角和航向角，带入预先确定的矩阵公式中得到第一旋转矩阵和第二旋转矩阵。
示例性的，本申请实施例提供一种第一旋转矩阵和第二旋转矩阵/>的公式：
其中，r为翻滚角，p为俯仰角，h为航向角。
需要知道的是，本申请实施例中提供的第一旋转矩阵和第二旋转矩阵/>与惯性坐标系以及欧拉角的定义相关，本领域技术人员可以根据需求设置不同的惯性坐标系，选择不同的欧拉角旋转顺序以及对应的旋转矩阵的公式，但不影响最终的主关线相位中心在车体坐标系下的坐标得计算结果。本申请实施例仅示例性提供一种惯性坐标系及对应的旋转矩阵的公式，本领域技术人员可以根据需求设置不同的惯性坐标系及对应的旋转矩阵的公式，本申请实施例对此不进行限定。
E4、计算第一坐标和第一旋转矩阵的乘积，将第二坐标与得到的乘积的差确定为中间值。
在本实施例中，中间值为主天线和大臂轴心在工程坐标系下的相对关系。将第一坐标和第一旋转矩阵进行相乘，将第二坐标减去得到的乘积，得到的值即为中间值。
示例性的，本申请实施例提供一种坐标误差的计算公式：
其中，Vw为中间值；Jw为第二坐标；Jb为第一坐标；为第一旋转矩阵。
E5、将主天线相位中心在工程坐标系下的坐标减去中间值，得到的差值与第二旋转矩阵相乘，得到主天线相位中心在车体坐标系下的坐标，主天线相位中心在车体坐标系下的坐标用于对初始机械设备模型的参数进行校准。示例性的，本申请实施例提供一种主天线相位中心在车体坐标系下的坐标的计算公式：
其中，Mb为主天线相位中心在车体坐标系下的坐标；为第二旋转矩阵；MW为主天线相位中心在工程坐标系下的坐标；Vw为中间值。
本步骤可以通过计算得到主天线相位中心在车体坐标系下的坐标，即主天线的安装位置。初始机械设备模型中的参数包括主天线相位中心在车体坐标系下的坐标，本步骤计算得到主天线相位中心在车体坐标系下的坐标用于对初始机械设备模型的参数进行校准，带入到初始机械设备模型后可以将主天线坐标归算到机械设备的任一兴趣点。
传统的GNSS主天线相位中心使用GNSS静态观测，采集主天线相位中心M点、辅天线相位中心A点以及大臂轴心两侧的坐标，附属器具中点坐标，此步骤需要60分钟以上时间。另一种传统方式是通过多次调整机械的姿态和朝向，然后不断的去逼近真值，从而求解出M的车体坐标系下的坐标以及MA在车体坐标系下的方位角。上述方式实现过程繁琐，耗费时间。本申请实施例提供的方案，在确定主天线相位中心在车体坐标系下的坐标和目标方位角时，实现过程简单易操作，极大地节省了时间。
作为本实施例的一个可选实施例，本可选实施例进一步优化包括了通过惯导RTK采集工程坐标系下的坐标。通过采集到的坐标辅助确定不同类型的参数，进而实现模型校准，相比于使用全站仪进行测量，操作简单，成本较低。
本申请实施例中的工程坐标系下的坐标均可以通过惯导RTK采集。
示例性的，图9提供了一种现有技术中的机械设备模型参数校准流程的实现示例图，以机械设备中的附属器具为挖斗为例，校准流程包括如下步骤：
S301、开始校准。
S302、使用卷尺测量机械臂的长度。
此步骤需要依据模型中的机械臂数量重复执行，直到测量完所有的机械臂的长度。
S303、通过全站仪观测机械臂两侧轴心，并调整机械臂使其水平或竖直。
此步骤同样依据模型中的机械臂数量重复执行。实现对传感器倾角的安装偏差的测量。
S304、测量挖斗宽度、挖斗长度。
S305、使用全站仪或者铅锤观测挖斗轴心和斗边缘，使其连线处于水平姿态。
步骤S306-S310用于确定主天线相位中心在车体坐标系下的高程，即坐标中的z坐标，也就是主天线相位中心相对于车体坐标系x-o-y平面的高。
S306、使用RTK采集斗边缘坐标并记录机械模型计算出的斗边缘坐标。
S307、旋转车体朝向。
S308、使用RTK采集斗边缘坐标并记录机械模型计算出的斗边缘坐标。
S309、判断是否完成东南西北数个方向的斗边缘坐标采集，若是执行S310；否则，返回执行S307。
S310、使用校准公式计算尺寸改正值，修正尺寸参数。
步骤S311-S315用于确定主天线相位中心在车体坐标系下的y坐标，即相对于x轴的距离。
S311、机械朝向正北，伸展机械臂。
S312、使用RTK采集斗边缘坐标并记录机械模型计算出的斗边缘坐标。
S313、机械朝向正南，伸展机械臂。
S314、使用RTK采集斗边缘坐标并记录机械模型计算出的斗边缘坐标。
S315、使用校准公式计算尺寸改正值，修正尺寸参数。
步骤S316-S320用于确定主天线相位中心的航向偏差，即主天线相位中心到辅天线相位中心在车体坐标系下的方位角。
S316、机械朝向正北，伸展机械臂。
S317、使用RTK采集斗边缘坐标并记录机械模型计算出的斗边缘坐标。
S318、收缩机械臂。
S319、使用RTK采集斗边缘坐标并记录机械模型计算出的斗边缘坐标。
S320、使用校准公式计算尺寸改正值，手动修正尺寸参数。
步骤S321-S325用于确定主天线相位中心在车体坐标系下的x坐标。
S321、伸展机械臂。
S322、使用RTK采集斗边缘坐标并记录机械模型计算出的斗边缘坐标。
S323、收缩机械臂。
S324、使用RTK采集斗边缘坐标并记录机械模型计算出的斗边缘坐标。
S325、使用校准公式计算尺寸改正值，手动修正尺寸参数。
S326、坐标核验。
在S325步骤完成后，实现对机械设备模型的初步校准，得到的机械设备模型可以与实际的机械设备匹配，机械设备模型可以计算机械设备上任意一个点的坐标。S326步骤可以对得到的机械设备模型进行验证，验证方式可以是采集一个机械设备上的任意一个点的坐标，并通过机械设备模型对同一个点的坐标进行计算，将采集到的坐标与机械设备模型计算得到的坐标进行比较，判断修正后的机械设备模型是否准确。若准确，可确认完成校准。示例性的，坐标检核可以使用rtk采集一个斗尖坐标，然后和机械设备模型计算出的坐标，进行对比，如果坐标差满足用户的需求，则认为校准通过。
示例性的，图10是本申请实施例提供的一种机械设备模型参数校准流程的实现示例图，同样以附属器具为挖斗为例，本方法包括如下步骤：
S401、开始校准。
S402、测量机械臂两端的轴心坐标。
本步骤可以依据初始机械设备模型中的机械臂的数量重复执行，根据机械臂两端的轴心的坐标计算机械臂的长度以及倾角传感器的安装偏差。
S403、测量连杆尺寸以及挖斗宽度、挖斗长度。
S404、调整挖斗为外展、内收和居中三个姿态，并分别测量连杆的对角线尺寸。
本步骤可以测量得到如图5a中所示的BD长度，进而计算得到小臂夹角。
S405、测量挖斗上的第一挖斗轴心和第二挖斗轴心以及斗边缘上一点或多点的坐标。
本步骤测量得到的坐标可以计算挖斗张角。
S406、测量第一中轴线坐标和第二中轴线坐标。
此步骤可以确定目标方位角。
S407、测量斗边缘上的任一点的坐标。
本步骤测量的坐标点即为目标点，用于确定主天线相位中心在车体坐标系下的坐标。
需要知道的是，本申请实施例提供的校准方法，对初始机械设备模型中的机械臂的长度、倾角传感器的安装偏差、小臂夹角、挖斗张角、目标方位角、主天线相位中心在车体坐标系下的坐标进行快速校准，初始机械设备模型中还可以有其他参数，校准方式可参考现有的校准方式。
本发明实施例提供了一种机械设备模型参数校准方法，解决了机械设备模型参数校准过程繁琐等问题，通过机械臂在机械设备上对应的轴心坐标计算机械臂的长度和机械臂倾角传感器的安装偏差，操作过程简单，只需要测量轴心坐标即可，无需多名操作人员参与，也不需要专业的技术人员，减少人力成本；通过机械设备中轴线上的第一中轴线坐标和第二中轴线坐标确定目标方位角，测量过程简单，校准过程较快，极大地节省了时间，无需专业设备，成本较低。通过距离计算挖斗张角，极大地减少了人力和操作复杂度；通过测量一个目标点，结合旋转矩阵可以确定主天线相位中心在车体坐标系下的坐标，大减少了操作步骤和校准时间。
实施例三
图11为本发明实施例三提供的一种机械设备模型参数校准装置的结构示意图。如图11所示，该装置包括：模型获取模块51、机械臂长度确定模块52、方位角确定模块53和校准模块54。
其中，模型获取模块51，用于获取机械设备对应的初始机械设备模型，确定所述初始机械设备模型中所包含的机械臂；
机械臂长度确定模块52，用于针对每个机械臂，根据所述机械臂在所述机械设备上对应的轴心坐标确定所述机械臂的长度以及倾角传感器的安装偏差，所述倾角传感器设置在所述机械设备的机械臂上；
方位角确定模块53，用于根据所述机械设备的中轴线坐标确定目标方位角，所述目标方位角为所述机械设备上的全球卫星导航系统天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在车体坐标系下的方位角；
校准模块54，用于基于各所述机械臂的长度，各所述倾角传感器的安装偏差和目标方位角对所述初始机械设备模型的参数进行校准。
本发明实施例提供了一种机械设备模型参数校准装置，解决了机械设备模型参数校准过程繁琐等问题，通过机械臂在机械设备上对应的轴心坐标计算机械臂的长度和机械臂倾角传感器的安装偏差，操作过程简单，只需要测量轴心坐标即可，无需多名操作人员参与，也不需要专业的技术人员，减少人力成本；通过机械设备的中轴线坐标确定目标方位角，测量过程简单，校准过程较快，极大地节省了时间，无需专业设备，成本较低。
可选的，机械臂长度确定模块52包括：
轴心坐标获取单元，用于获取所述机械臂在所述机械设备上对应的轴心坐标，所述轴心坐标包括第一轴心坐标和第二轴心坐标，所述第一轴心坐标和第二轴心坐标分别为机械臂两端的轴心的坐标；
机械臂长度确定单元，用于根据所述第一轴心坐标和第二轴心坐标进行距离计算，得到机械臂的长度。
可选的，机械臂长度确定模块52，包括：
距离差确定单元，根据所述第一轴心坐标和第二轴心坐标确定高程距离差；
第一角度确定单元，根据基于所述高程距离差与机械臂的长度的比值确定第一角度；
安装偏差确定单元，根据将所述第一角度与所述倾角传感器所采集的第二角度的差值确定为所述倾角传感器的安装偏差；
其中，采集所述第二角度和所述轴心坐标时的机械臂姿态相同。
可选的，所述中轴线坐标包括第一中轴线坐标和第二中轴线坐标，方位角确定模块53，包括：
中轴线坐标获取单元，用于获取第一中轴线坐标和第二中轴线坐标；
第一方位角确定单元，用于基于所述第一中轴线坐标和第二中轴线坐标计算第一方位角；
目标方位角确定单元，用于将所述第一方位角和采集到的第二方位角的差值确定为目标方位角；
其中，所述第二方位角为所述机械设备上的全球卫星导航系统天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在工程坐标系下的方位角。
可选的，机械臂至少包括小臂和连杆，所述机械设备还包括附属器具，该装置还包括：
水平角度获取模块，用于获取第一水平角度和第二水平角度，所述第一水平角度为小臂轴心与附属器具的轴心连线和水平面之间的角度，所述第二水平角度为连杆与水平面之间的角度；
角度差确定模块，用于根据所述第二水平角度和第一水平角度的差值确定角度差；
第一长度确定模块，用于获取至少一个连杆的第一连杆轴心与附属器具的轴心的长度，各所述第一连杆轴心与附属器具的轴心的长度在附属器具不同姿态下确定；
目标长度确定模块，用于根据各所述第一连杆轴心与附属器具的轴心的长度确定目标长度；
目标角度模块，用于基于所述连杆的长度、所述目标长度以及所述连杆的第二连杆轴心与附属器具的轴心的长度确定目标角度；
小臂夹角确定模块，用于将所述目标角度与所述角度差的差值确定为小臂夹角，所述小臂夹角用于对所述初始机械设备模型的参数进行校准。
可选的，所述机械设备还包括附属器具，当所述附属器具为挖斗时，该装置还包括：
距离确定模块，用于确定所述挖斗的斗边缘和第一挖斗轴心之间的第一距离，所述斗边缘与第二挖斗轴心之间的第二距离，所述第一挖斗轴心和第二挖斗轴心之间的第三距离；
张角确定模块，用于根据所述第一距离、第二距离和第三距离计算所述挖斗的挖斗张角，所述挖斗张角用于对所述初始机械设备模型的参数进行校准。
可选的，距离确定模块，包括：
第一坐标采集单元，用于采集至少一个所述挖斗的斗边缘上的垂点坐标，至少一个第一挖斗轴心的坐标以及至少一个第二挖斗轴心的坐标；
第一目标坐标确定单元，用于基于各所述垂点坐标确定目标垂点坐标，基于各所述第一挖斗轴心的坐标确定第一目标挖斗轴心坐标，基于各所述第二挖斗轴心的坐标确定第二目标挖斗轴心坐标；
第一距离确定单元，用于基于所述目标垂点坐标和第一目标挖斗轴心坐标计算第一距离；
第二距离确定单元，用于基于所述目标垂点坐标和第二目标挖斗轴心坐标计算第二距离；
第三距离确定单元，用于基于所述第一目标挖斗轴心坐标和第二目标挖斗轴心坐标计算第三距离。
可选的，距离确定模块，包括：
第二坐标采集单元，用于采集至少一个第一挖斗轴心的坐标以及至少一个第二挖斗轴心的坐标；
第二目标坐标确定单元，用于基于各所述第一挖斗轴心的坐标确定第一目标挖斗轴心坐标，基于各所述第二挖斗轴心的坐标确定第二目标挖斗轴心坐标；
直线拟合单元，用于采集至少两个挖斗的斗边缘上的边缘点坐标，基于各所述边缘点坐标进行直线拟合，得到拟合直线；
第四距离确定单元，用于根据所述第一目标挖斗轴心坐标计算所述第一挖斗轴心到所述拟合直线的距离，得到第一距离；
第五距离确定单元，用于根据所述第二目标挖斗轴心坐标计算所述第二挖斗轴心到所述拟合直线的距离，得到第二距离；
第六距离确定单元，用于基于所述第一目标挖斗轴心坐标和第二目标挖斗轴心坐标计算第三距离。
可选的，该装置还包括：
目标点确定模块，用于确定目标点，并获取所述目标点在车体坐标系下的第一坐标，以及所述目标点在工程坐标系下的第二坐标，其中，所述目标点为附属器具的边缘点；
第一主天线坐标确定模块，用于确定主天线相位中心在工程坐标系下的坐标；
旋转矩阵确定模块，用于根据采集到的翻滚角、俯仰角和航向角确定第一旋转矩阵和第二旋转矩阵，其中，所述第一旋转矩阵用于将车体坐标系下的坐标转换到工程坐标系下，所述第二旋转矩阵用于将工程坐标下的坐标转换到车体坐标系下；
坐标误差确定模块，用于计算所述第一坐标和第一旋转矩阵的乘积，将所述第二坐标与得到的乘积的差确定为中间值；
第二主天线坐标确定模块，用于将所述主天线相位中心在工程坐标系下的坐标减去中间值，得到的差值与所述第二旋转矩阵相乘，得到主天线相位中心在车体坐标系下的坐标，所述主天线相位中心在车体坐标系下的坐标用于对所述初始机械设备模型的参数进行校准。
可选的，通过惯导RTK采集工程坐标系下的坐标。
本发明实施例所提供的机械设备模型参数校准装置可执行本发明任意实施例所提供的机械设备模型参数校准方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图12示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备60的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图12所示，电子设备60包括至少一个处理器61，以及与至少一个处理器61通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)62、随机访问存储器(RAM)63等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器61可以根据存储在只读存储器(ROM)62中的计算机程序或者从存储单元68加载到随机访问存储器(RAM)63中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 63中，还可存储电子设备60操作所需的各种程序和数据。处理器61、ROM 62以及RAM 63通过总线64彼此相连。输入/输出(I/O)接口65也连接至总线64。
电子设备60中的多个部件连接至I/O接口65，包括：输入单元66，例如键盘、鼠标等；输出单元67，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元68，例如磁盘、光盘等；以及通信单元69，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元69允许电子设备60通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器61可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器61的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器61执行上文所描述的各个方法和处理，例如机械设备模型参数校准方法。
在一些实施例中，机械设备模型参数校准方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元68。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 62和/或通信单元69而被载入和/或安装到电子设备60上。当计算机程序加载到RAM 63并由处理器61执行时，可以执行上文描述的机械设备模型参数校准方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器61可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行机械设备模型参数校准方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (13)

1.一种机械设备模型参数校准方法，其特征在于，包括：
获取机械设备对应的初始机械设备模型，确定所述初始机械设备模型中所包含的机械臂；
针对每个机械臂，根据所述机械臂在所述机械设备上对应的轴心坐标确定所述机械臂的长度以及倾角传感器的安装偏差，所述倾角传感器设置在所述机械设备的机械臂上；
根据所述机械设备的中轴线坐标确定目标方位角，所述目标方位角为所述机械设备上的全球卫星导航系统天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在车体坐标系下的方位角；
基于各所述机械臂的长度，各所述倾角传感器的安装偏差和目标方位角对所述初始机械设备模型的参数进行校准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述机械臂在所述机械设备上对应的轴心坐标确定所述机械臂的长度，包括：
获取所述机械臂在所述机械设备上对应的轴心坐标，所述轴心坐标包括第一轴心坐标和第二轴心坐标，所述第一轴心坐标和第二轴心坐标分别为机械臂两端的轴心的坐标；
根据所述第一轴心坐标和第二轴心坐标进行距离计算，得到机械臂的长度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定倾角传感器的安装偏差，包括：
根据所述第一轴心坐标和第二轴心坐标确定高程距离差；
基于所述高程距离差与机械臂的长度的比值确定第一角度；
将所述第一角度与所述倾角传感器所采集的第二角度的差值确定为所述倾角传感器的安装偏差；
其中，采集所述第二角度和所述轴心坐标时的机械臂姿态相同。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中轴线坐标包括第一中轴线坐标和第二中轴线坐标，所述根据所述机械设备的中轴线坐标确定目标方位角，包括：
获取第一中轴线坐标和第二中轴线坐标；
基于所述第一中轴线坐标和第二中轴线坐标计算第一方位角；
将所述第一方位角和采集到的第二方位角的差值确定为目标方位角；
其中，所述第二方位角为所述机械设备上的全球卫星导航系统天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在工程坐标系下的方位角。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械臂至少包括小臂和连杆，所述机械设备还包括附属器具，所述方法还包括：
获取第一水平角度和第二水平角度，所述第一水平角度为小臂轴心与附属器具的轴心连线和水平面之间的角度，所述第二水平角度为连杆与水平面之间的角度；
根据所述第二水平角度和第一水平角度的差值确定角度差；
获取至少一个连杆的第一连杆轴心与附属器具的轴心的长度，各所述第一连杆轴心与附属器具的轴心的长度在附属器具不同姿态下确定；
根据各所述第一连杆轴心与附属器具的轴心的长度确定目标长度；
基于所述连杆的长度、所述目标长度以及所述连杆的第二连杆轴心与附属器具的轴心的长度确定目标角度；
将所述目标角度与所述角度差的差值确定为小臂夹角，所述小臂夹角用于对所述初始机械设备模型的参数进行校准。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械设备还包括附属器具，当所述附属器具为挖斗时，所述方法还包括：
确定所述挖斗的斗边缘和第一挖斗轴心之间的第一距离，所述斗边缘与第二挖斗轴心之间的第二距离，所述第一挖斗轴心和第二挖斗轴心之间的第三距离；
根据所述第一距离、第二距离和第三距离计算所述挖斗的挖斗张角，所述挖斗张角用于对所述初始机械设备模型的参数进行校准。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述挖斗的斗边缘和第一挖斗轴心之间的第一距离，所述斗边缘与第二挖斗轴心之间的第二距离，所述第一挖斗轴心和第二挖斗轴心之间的第三距离，包括：
采集至少一个所述挖斗的斗边缘上的垂点坐标，至少一个第一挖斗轴心的坐标以及至少一个第二挖斗轴心的坐标；
基于各所述垂点坐标确定目标垂点坐标，基于各所述第一挖斗轴心的坐标确定第一目标挖斗轴心坐标，基于各所述第二挖斗轴心的坐标确定第二目标挖斗轴心坐标；
基于所述目标垂点坐标和第一目标挖斗轴心坐标计算第一距离；
基于所述目标垂点坐标和第二目标挖斗轴心坐标计算第二距离；
基于所述第一目标挖斗轴心坐标和第二目标挖斗轴心坐标计算第三距离。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述挖斗的斗边缘和第一挖斗轴心之间的第一距离，所述斗边缘与第二挖斗轴心之间的第二距离，所述第一挖斗轴心和第二挖斗轴心之间的第三距离，包括：
采集至少一个第一挖斗轴心的坐标以及至少一个第二挖斗轴心的坐标；
基于各所述第一挖斗轴心的坐标确定第一目标挖斗轴心坐标，基于各所述第二挖斗轴心的坐标确定第二目标挖斗轴心坐标；
采集至少两个挖斗的斗边缘上的边缘点坐标，基于各所述边缘点坐标进行直线拟合，得到拟合直线；
根据所述第一目标挖斗轴心坐标计算所述第一挖斗轴心到所述拟合直线的距离，得到第一距离；
根据所述第二目标挖斗轴心坐标计算所述第二挖斗轴心到所述拟合直线的距离，得到第二距离；
基于所述第一目标挖斗轴心坐标和第二目标挖斗轴心坐标计算第三距离。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定目标点，并获取所述目标点在车体坐标系下的第一坐标，以及所述目标点在工程坐标系下的第二坐标，其中，所述目标点为附属器具的边缘点；
确定主天线相位中心在工程坐标系下的坐标；
根据采集到的翻滚角、俯仰角和航向角确定第一旋转矩阵和第二旋转矩阵，其中，所述第一旋转矩阵用于将车体坐标系下的坐标转换到工程坐标系下，所述第二旋转矩阵用于将工程坐标下的坐标转换到车体坐标系下；
计算所述第一坐标和第一旋转矩阵的乘积，将所述第二坐标与得到的乘积的差确定为中间值；
将所述主天线相位中心在工程坐标系下的坐标减去中间值，得到的差值与所述第二旋转矩阵相乘，得到主天线相位中心在车体坐标系下的坐标，所述主天线相位中心在车体坐标系下的坐标用于对所述初始机械设备模型的参数进行校准。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，通过惯导RTK采集工程坐标系下的坐标。
11.一种机械设备模型参数校准装置，其特征在于，包括：
模型获取模块，用于获取机械设备对应的初始机械设备模型，确定所述初始机械设备模型中所包含的机械臂；
机械臂长度确定模块，用于针对每个机械臂，根据所述机械臂在所述机械设备上对应的轴心坐标确定所述机械臂的长度以及倾角传感器的安装偏差，所述倾角传感器设置在所述机械设备的机械臂上；
方位角确定模块，用于根据所述机械设备的中轴线坐标确定目标方位角，所述目标方位角为所述机械设备上的全球卫星导航系统天线的主天线相位中心和辅天线相位中心连线在车体坐标系下的方位角；
校准模块，用于基于各所述机械臂的长度，各所述倾角传感器的安装偏差和目标方位角对所述初始机械设备模型的参数进行校准。
12.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-10中任一项所述的机械设备模型参数校准方法。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-10中任一项所述的机械设备模型参数校准方法。
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