CN117433560A - 一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法及系统，包括基于激光跟踪系统的测量方法以及包含激光跟踪头、陀螺仪传感器、测量用目标镜、标定用目标镜、控制单元及计算机的测量系统。通过实时测量铲斗耳板上的测量用目标镜的三维坐标获取挖掘机铲斗齿尖的实时空间位置，通过铲斗耳板上的陀螺仪获取铲斗的姿态信息，实现了挖掘机工作装置运动轨迹实时、连续、准确的动态测量。本发明中可以实现挖掘机运行轨迹的实时、连续、准确地动态测量。实现了挖掘机运动轨迹的非接触式测量。实现了激光束跟踪的断光续接。实现了复杂作业环境铲斗齿尖的间接式的位置测量。

Description

一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法及系统

技术领域

本发明涉及一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法及系统，属于工程机械技术领域。

背景技术

挖掘机作为工程建设中的通用工程机械，其工作装置是直接参与挖掘、装载、平地等作业任务的部件，运行工况较为复杂。随着技术进步，自动化技术、人工智能技术等应用于挖掘机上，为实现挖掘机自主智能化作业，使其具有盲操作、挖掘机轨迹自主控制等功能，须先获取挖掘机工装装置姿态信息。另外，开展挖掘机操控性能的客观评价，也需要准确测量工作装置的姿态，得到铲斗的轨迹信息。

第一种现有技术提出了一种挖掘机三维姿态显示及远程自动控制系统，采集动臂、斗杆、铲斗拉线式位移传感器的位移值及电子罗盘的回转角度，通过挖掘机工作装置运动学关系，得到关节转角，从而计算得到铲斗齿尖位置坐标。但是，传感器测量姿态的技术方案会由于工作装置与作业目标的碰撞和挖掘机的剧烈振动，在动臂、斗杆、铲斗等位置的接触式传感器极易造成损坏，导致无法及时采集数据，增加维修成本。

第二种现有技术提出了一种用于确定挖掘机的铲斗的位姿的方法和装置，获取设置于挖掘机车体的相机采集到的铲斗的图像，铲斗的图像包含设置于挖掘机的铲斗上的预设标志物；基于铲斗的图像，以及预先获取的预设标志物的三维特征信息，确定相机相对于铲斗的位姿信息；将相机相对于铲斗的位姿信息转换为铲斗相对于挖掘机车体的位姿信息。但是，视觉测量的现有技术会由于挖掘机作业环境负载和挖掘机机身具有的棱角，相机捕获的图像中元素和噪点过多，从角点检测算法检测到较多无效的角点信息，从众多角点特征中筛选有效特征会增加图像检测的时间，也可能出现由于漏检或误判有效特征导致测量失败的现象；此外，人工靶标上的角点信息和其他特征信息在作业过程中不可避免地会被泥土等污染，这也是导致姿态检测失败的原因之一。

因此，本领域技术人员急需要提供一种解决以上技术问题的工程机械工作装置姿态的测量方法。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法及系统。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

第一方面，一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法，包括如下步骤：

步骤1：将激光跟踪测量系统中的激光跟踪头通过仪器支架布置在挖掘机铲斗活动区域的外侧，激光跟踪头布置点处于挖掘机同圆心的圆弧上，激光跟踪头的初始位置均朝向挖掘机；激光跟踪头中的主测量激光跟踪头、副测量激光跟踪头的布置点位置，应确保同一时刻至少有一个激光跟踪头的激光光束可以照射到测量用目标镜。

步骤2：以一个主测量激光跟踪头为空间坐标系原点，与另一个主测量激光跟踪头连线作为X轴方向；以面向挖掘机方向的垂直于主侧量激光跟踪头连线作为Y轴方向；竖直地面向上的连线作为Z轴方向，根据X轴方向、Y轴方向和Z轴方向构建激光跟踪测量区域空间坐标系，获取各激光跟踪头在激光跟踪测量区域空间坐标系内的三维坐标。

步骤3：将一个标定用目标镜布置于激光跟踪测量区域空间坐标系内的位置A，获取第一个标定用目标镜的三维空间坐标；将第二个标定用目标镜布置于激光跟踪测量区域空间坐标系内的位置B，获取第二个标定用目标镜的三维空间坐标，根据激光跟踪测量系统计算位置A、B之间的空间距离s_AB，空间距离s_AB与已知的两个标定用目标镜之间距离l_AB进行比对，完成激光跟踪头的标定，完成激光跟踪头的标定后，移除标定用目标镜。

步骤4：挖掘机进入激光跟踪测量区域空间坐标系内，工作装置位置及姿态固定，启动激光跟踪测量系统，激光跟踪头朝向铲斗表面固定标记点位置，调整激光光束方向照射测量用目标镜。

步骤5：挖掘机进行实时动作，主测量激光跟踪头实时跟踪测量，获取测量用目标镜的测量距离L_i、水平角俯仰角θ_i，根据测量用目标镜的测量距离L_i、水平角/>俯仰角θ_i计算铲斗表面固定标记点的三维坐标(x_si，y_si，z_si)，根据铲斗表面固定标记点的三维坐标(x_si，y_si，z_si)生成伺服电机控制指令发送给激光跟踪头。

步骤6：调整挖掘机铲斗的初始位置时，使铲斗耳板上的陀螺仪传感器的X、Y、Z轴分别于激光跟踪测量区域空间坐标系的X、Y、Z轴平行。挖掘机处于初始位置时，陀螺仪传感器与铲斗齿尖的连线在激光跟踪测量区域空间坐标系的空间向量为(x_t0，y_t0，z_t0)，x_t0、y_t0、z_t0为铲斗齿尖与陀螺仪传感器初始位置x、y、z坐标差值，其中铲斗齿尖初始坐标为(x₀，y₀，z₀)，陀螺仪传感器初始坐标即铲斗表面固定标记点初始坐标(x_s0，y_s0，z_s0)。挖掘机工作时，铲斗位置发生变化，获取铲斗姿态空间坐标变换的旋转矩阵[M_x，M_y，M_z]。根据铲斗姿态空间坐标变换的旋转矩阵，计算陀螺仪传感器与铲斗齿尖连线空间向量的姿态变换矩阵

步骤7：根据陀螺仪传感器与铲斗齿尖连线的实时空间向量的姿态变换矩阵，计算实时的铲斗齿尖空间坐标(x_i，y_i，z_i)。

步骤8：根据实时的铲斗齿尖的空间坐标绘制挖掘机工作装置末端的运动轨迹。

作为优选方案，还包括，实时存储并显示测量用目标镜的三维坐标信息，激光跟踪头的水平角、俯仰角、以及与测量用目标镜距离，陀螺仪传感器姿态角的信息。

作为优选方案，所述步骤5中还包括：若出现主测量激光跟踪头断光提示，由副测量激光跟踪头进行实时跟踪测量。

作为优选方案，所述铲斗表面标记点三维坐标(x_si，y_si，z_si)计算公式如下：

z_si＝L_i·sinθ_i。

作为优选方案，所述铲斗姿态空间坐标变换的旋转矩阵[M_x，M_y，M_z]计算公式如下：

其中，rowi、pitchi、yawi分别为陀螺仪传感器绕x轴、y轴、z轴的姿态角。

作为优选方案，所述陀螺仪传感器与铲斗齿尖连线空间向量的姿态变换计算公式如下：

作为优选方案，所述铲斗齿尖空间坐标(x_i，y_i，z_i)，计算公式如下：

(x_i，y_i，z_i)＝(x₀+x_ti，y₀+x_ti，z₀+x_ti)。

第二方面，一种挖掘机工作装置运动轨迹测量的激光跟踪测量系统，包括：多路激光跟踪头，测量用目标镜，陀螺仪传感器，控制单元，计算机。

所述测量用目标镜用于布置于挖掘机铲斗上的固定标记点位置。

所述陀螺仪传感器用于布置于挖掘机铲斗上的固定标记点位置。

所述多路激光跟踪头，包括：主测量激光跟踪头，副测量激光跟踪头，主测量激光跟踪头的数量与固定标记点位置的测量用目标镜的数量相同，副测量激光跟踪头的数量不少于主测量激光跟踪头的数量。所述主测量激光跟踪头、副测量激光跟踪头至少包括激光测距单元，跟踪经纬仪，伺服电机单元。激光测距单元通过跟踪的固定标记点处的测量用目标镜返回的测量光束，实现激光跟踪头与测量用目标镜距离L的测量。跟踪经纬仪，为激光束提供精确的二维角度指向功能，记录测量光束的水平角和俯仰角θ_i。通过激光跟踪头在测量区域空间坐标系的三维坐标及距离L_i、水平角/>俯仰角θ_i，计算测量用目标镜的三维坐标。伺服电机驱动激光测距单元跟踪测量用目标镜位置。

所述控制单元，用于通过连接单元接收多路激光跟踪头的测量信息，发送测量用目标镜位置信息、伺服电机控制指令，通过无线接收装置接收数据采集器的陀螺仪传感器测量数据，并发送陀螺仪传感器测量数据。

所述计算机，用于根据测量用目标镜的位置信息、铲斗表面固定标记点与铲斗齿尖的位置关系及陀螺仪传感器测量数据对应的铲斗姿态信息，计算得到铲斗齿尖的实时位置。

作为优选方案，还包括，标定用目标镜，所述标定用目标镜通过仪器支架布设在主测量激光跟踪头与副测量激光跟踪头之间，标定用目标镜之间的空间距离已知，用于完成激光跟踪头的标定。

作为优选方案，所述主测量激光跟踪头，副测量激光跟踪头通过仪器支架呈扇形布设在挖掘机工作区域的周边，所述主测量激光跟踪头、副测量激光跟踪头相互配合，使跟踪的测量用目标镜与主测量激光跟踪头由于空间障碍处于断光状态时，副测量激光跟踪头可根据主测量激光跟踪头测得的测量用目标镜位置和角度信息，继续测量任务。

有益效果：本发明提供的一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法及系统，包括基于激光跟踪系统的测量方法以及包含激光跟踪头、陀螺仪传感器、测量用目标镜、标定用目标镜、控制单元及计算机的测量系统。通过实时测量铲斗耳板上的测量用目标镜的三维坐标获取挖掘机铲斗齿尖的实时空间位置，通过铲斗耳板上的陀螺仪获取铲斗的姿态信息，实现了挖掘机工作装置运动轨迹实时、连续、准确的动态测量。与现有的技术相比，本发明具有如下优点：

(1)、本发明中的挖掘机工作装置运动轨迹测量方法及系统可以实现挖掘机运行轨迹的实时、连续、准确地动态测量。

(2)、本发明中的挖掘机工作装置运动轨迹测量方法及系统，实现了挖掘机运动轨迹的非接触式测量。

(3)、本发明中的铲斗表面标记点的目标镜，结构简单、安装位置受作业运动影响小，不易因工作装置与作业目标的碰撞和挖掘机的剧烈振动造成损坏。

(4)、本发明中的主、副激光跟踪头设计，实现了激光束跟踪的断光续接。

(5)、本发明中的双目标镜设计，实现了复杂作业环境铲斗齿尖的间接式的位置测量。

附图说明

图1为本发明激光跟踪测量系统结构示意图。

图2为本发明工作装置运动轨迹测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例介绍一种挖掘机工作装置运动轨迹测量的激光跟踪测量系统，包括：多路激光跟踪头，测量用目标镜，陀螺仪传感器，控制单元，计算机。

所述测量用目标镜用于布置于挖掘机铲斗上的固定标记点位置。

所述陀螺仪传感器用于布置于挖掘机铲斗上的固定标记点位置。

所述多路激光跟踪头，包括：主测量激光跟踪头，副测量激光跟踪头，主测量激光跟踪头的数量与固定标记点位置的测量用目标镜的数量相同，副测量激光跟踪头的数量不少于主测量激光跟踪头的数量。所述主测量激光跟踪头、副测量激光跟踪头至少包括激光测距单元，跟踪经纬仪，伺服电机单元。激光测距单元通过跟踪的固定标记点处的测量用目标镜返回的测量光束，实现激光跟踪头与测量用目标镜距离L的测量。跟踪经纬仪，为激光束提供精确的二维角度指向功能，记录测量光束的水平角和俯仰角θ_i。通过激光跟踪头在测量区域空间坐标系的三维坐标及距离L_i、水平角/>俯仰角θ_i，计算测量用目标镜的三维坐标。伺服电机驱动激光测距单元跟踪测量用目标镜位置。所述伺服电机，也可以用步进电机替代。

所述控制单元，用于通过连接单元接收多路激光跟踪头的测量信息，发送测量用目标镜位置信息、伺服电机控制指令，通过无线接收装置接收数据采集器的陀螺仪传感器测量数据，并发送陀螺仪传感器测量数据。

所述计算机，用于根据测量用目标镜的位置信息、铲斗表面固定标记点与铲斗齿尖的位置关系及陀螺仪传感器测量数据对应的铲斗姿态信息，计算得到铲斗齿尖的实时位置。

进一步的，还包括，标定用目标镜，所述标定用目标镜通过仪器支架布设在主测量激光跟踪头与副测量激光跟踪头之间，标定用目标镜之间的空间距离已知，用于完成激光跟踪头的标定。

进一步的，所述主测量激光跟踪头，副测量激光跟踪头通过仪器支架呈扇形布设在挖掘机工作区域的周边，所述主测量激光跟踪头、副测量激光跟踪头相互配合，使跟踪的测量用目标镜与主测量激光跟踪头由于空间障碍处于断光状态时，副测量激光跟踪头可根据主测量激光跟踪头测得的测量用目标镜位置和角度信息，继续测量任务。

进一步的，所述多路激光跟踪头设置为2路激光跟踪头。每组激光跟踪头包含1个主测量激光跟踪头，1个副测量激光跟踪头。

进一步的，所述测量用目标镜是一个光学逆反射器，它的作用是感受被测对象三维坐标的“测头”，把来自于激光测长系统的光束按原光路发射回去。所述测量用目标镜，可以是角锥棱镜逆反射器，也可以是猫眼逆反射器。所述测量用目标镜包含一个金属防护网，网孔不小于30mm×30mm，网丝直径不大于3mm。

进一步的，所述固定标记点分别靠近铲斗与斗杆铰接轴位置、铲斗与连杆铰接轴位置。

进一步的，所述陀螺仪传感器，用于测量铲斗姿态信息，包括俯仰角、航向角、横滚角。所述陀螺仪传感器布置在铲斗耳板上的固定标记点上，位置与测量用目标镜的位置相同。调整铲斗的初始位置，陀螺仪传感器的X、Y、Z方向，应分别与激光跟踪测量区域空间坐标系的X、Y、Z轴平行。

进一步的，所述数据采集器，包含无线接发模块的数据采集仪，由车载电池供电，通过数据线与陀螺仪传感器连接，采集铲斗的姿态角数据，并通过无线接发模块把测量数据发送给控制单元。

进一步的，所述控制单元，用于当主测量激光跟踪头的光束处于无断光状态时，根据主测量激光跟踪头获取的测量用目标镜距离L_i、水平角俯仰角θ_i信息，计算测量用目标镜的位置信息。并根据测量用目标镜位置信息，计算运动速度、方向，生成伺服电机控制指令，发送给副测量激光跟踪头。当主测量激光跟踪头的光束处于断光状态时，根据副测量激光跟踪头获取的测量用目标镜距离L_i、水平角/>俯仰角θ_i信息，计算测量用目标镜位置信息。并根据测量用目标镜位置信息，计算运动速度、方向，生成伺服电机控制指令，发送给主测量激光跟踪头。

实施例2：

如图2所示，本实施例介绍一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法，包括如下步骤：

步骤1：布置激光跟踪测量系统。将激光跟踪头通过仪器支架布置在挖掘机铲斗活动区域的外侧，激光跟踪头布置点处于挖掘机同圆心的圆弧上，激光跟踪头的初始位置均朝向挖掘机。主测量激光跟踪头、副测量激光跟踪头的布置点位置，应确保同一时刻至少有一个激光跟踪头的激光光束可以照射到测量用目标镜。

步骤2：定义激光跟踪测量区域空间坐标系。以一个主测量激光跟踪头为空间坐标系原点，坐标值为(0,0,0)，与另一个主测量激光跟踪头连线作为X轴方向，另一个主测量激光跟踪头坐标值为(x_主，0,0)；以面向挖掘机方向的垂直于主侧量激光跟踪头连线作为Y轴方向；竖直地面向上的连线作为Z轴方向。获取各激光跟踪头在激光跟踪测量区域空间坐标系内的三维坐标。

步骤3：标定激光跟踪测量系统。将一个标定用目标镜布置于激光跟踪测量区域空间坐标系内的位置A，获取第一个标定用目标镜的三维空间坐标(x_tA,y_tA,z_tA)；将第二个标定用目标镜布置于激光跟踪测量区域空间坐标系内的位置B，获取第二个标定用目标镜的三维空间坐标(x_tB,y_tB,z_tB)，确定位置A、B之间的空间距离s_AB。激光跟踪测量系统计算的AB点距离s_AB与已知两个标定用目标镜之间距离l_AB进行比对，完成激光跟踪头的标定，完成激光跟踪头的标定后，移除标定用目标镜。

步骤4：设置激光跟踪测量系统的初始状态。挖掘机进入测量区域，工作装置位置及姿态固定，启动激光跟踪测量系统，激光跟踪头朝向铲斗表面固定标记点位置，调整激光光束方向照射测量用目标镜。

步骤5：测量用目标镜实时位置跟踪测量。挖掘机进行实时动作，主测量激光跟踪头实时跟踪测量，测量距离L_i、水平角俯仰角θ_i，测量信息传递给控制单元，控制单元按公式(1)～(3)计算铲斗表面标记点三维坐标(x_si，y_si，z_si)，并生成伺服电机控制指令发送给激光跟踪头。若出现主测量激光跟踪头断光提示，由副测量激光跟踪头进行实时跟踪测量，并将测量信息传递给控制单元。

z_si＝L_i·sinθ_i (3)

步骤6：陀螺仪实时姿态跟踪测量。调整挖掘机铲斗的初始位置时，使铲斗耳板上的陀螺仪传感器的X、Y、Z轴分别于激光跟踪测量区域空间坐标系的X、Y、Z轴平行。挖掘机处于初始位置时，陀螺仪传感器与铲斗齿尖的连线在激光跟踪测量区域空间坐标系的空间向量为(x_t0，y_t0，z_t0)，x_t0、y_t0、z_t0为铲斗齿尖与陀螺仪传感器初始位置x、y、z坐标差值，其中铲斗齿尖初始坐标为(x₀，y₀，z₀)，陀螺仪传感器初始坐标即铲斗表面标记点初始坐标(x_s0，y_s0，z_s0)。挖掘机工作时，铲斗位置发生变化，陀螺仪传感器的姿态角为(row_i，pitch_i,yaw_i)。铲斗姿态相当于发生分别绕x轴、y轴、z轴的3次旋转，空间坐标变换的旋转矩阵分别为[M_x，M_y，M_z]，计算公式如下：

陀螺仪传感器与铲斗齿尖连线空间向量的姿态变换为：

步骤7：挖掘机工作装置运动轨迹实时测算。在控制单元上设置初始的陀螺仪传感器与铲斗齿尖连线空间向量信息、控制单元可根据陀螺仪传感器的姿态角信息，结合公式(4)～(7)，实时计算出陀螺仪传感器与铲斗齿尖连线的实时空间向量，根据公式(8)，即可计算出实时的铲斗齿尖空间坐标。

(x_i，y_i，z_i)＝(x₀+x_ti，y₀+x_ti，z₀+x_ti) (8)

步骤8：铲斗齿尖的时间域的三维空间坐标形成挖掘机工作装置末端的运动轨迹。目标镜的三维坐标信息，激光跟踪头的水平角、俯仰角及、目标镜距离及陀螺仪传感器姿态角的信息，实时传送到计算机存储并显示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将激光跟踪测量系统中的激光跟踪头通过仪器支架布置在挖掘机铲斗活动区域的外侧，激光跟踪头布置点处于挖掘机同圆心的圆弧上，激光跟踪头的初始位置均朝向挖掘机；激光跟踪头中的主测量激光跟踪头、副测量激光跟踪头的布置点位置，应确保同一时刻至少有一个激光跟踪头的激光光束可以照射到测量用目标镜；

步骤2：以一个主测量激光跟踪头为空间坐标系原点，与另一个主测量激光跟踪头连线作为X轴方向；以面向挖掘机方向的垂直于主侧量激光跟踪头连线作为Y轴方向；竖直地面向上的连线作为Z轴方向，根据X轴方向、Y轴方向和Z轴方向构建激光跟踪测量区域空间坐标系，获取各激光跟踪头在激光跟踪测量区域空间坐标系内的三维坐标；

步骤3：将一个标定用目标镜布置于激光跟踪测量区域空间坐标系内的位置A，获取第一个标定用目标镜的三维空间坐标；将第二个标定用目标镜布置于激光跟踪测量区域空间坐标系内的位置B，获取第二个标定用目标镜的三维空间坐标，根据激光跟踪测量系统计算位置A、B之间的空间距离s_AB，空间距离s_AB与已知的两个标定用目标镜之间距离l_AB进行比对，完成激光跟踪头的标定，完成激光跟踪头的标定后，移除标定用目标镜；

步骤4：挖掘机进入激光跟踪测量区域空间坐标系内，工作装置位置及姿态固定，启动激光跟踪测量系统，激光跟踪头朝向铲斗表面固定标记点位置，调整激光光束方向照射测量用目标镜；

步骤5：挖掘机进行实时动作，主测量激光跟踪头实时跟踪测量，获取测量用目标镜的测量距离L_i、水平角俯仰角θ_i，根据测量用目标镜的测量距离L_i、水平角/>俯仰角θ_i计算铲斗表面固定标记点的三维坐标(x_si，y_si，z_si)，根据铲斗表面固定标记点的三维坐标(x_si，y_si，z_si)生成伺服电机控制指令发送给激光跟踪头；

步骤6：调整挖掘机铲斗的初始位置时，使铲斗耳板上的陀螺仪传感器的X、Y、Z轴分别于激光跟踪测量区域空间坐标系的X、Y、Z轴平行；挖掘机处于初始位置时，陀螺仪传感器与铲斗齿尖的连线在激光跟踪测量区域空间坐标系的空间向量为(x_t0，y_t0，z_t0)，x_t0、y_t0、z_t0为铲斗齿尖与陀螺仪传感器初始位置x、y、z坐标差值，其中铲斗齿尖初始坐标为(x₀，y₀，z₀)，陀螺仪传感器初始坐标即铲斗表面固定标记点初始坐标(x_s0，y_s0，z_s0)；挖掘机工作时，铲斗位置发生变化，获取铲斗姿态空间坐标变换的旋转矩阵[M_x，M_y，M_z]；根据铲斗姿态空间坐标变换的旋转矩阵，计算陀螺仪传感器与铲斗齿尖连线空间向量的姿态变换矩阵

步骤7：根据陀螺仪传感器与铲斗齿尖连线的实时空间向量的姿态变换矩阵，计算实时的铲斗齿尖空间坐标(x_i，y_i，z_i)；

步骤8：根据实时的铲斗齿尖的空间坐标绘制挖掘机工作装置末端的运动轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法，其特征在于：还包括，实时存储并显示测量用目标镜的三维坐标信息，激光跟踪头的水平角、俯仰角、以及与测量用目标镜距离，陀螺仪传感器姿态角的信息。

3.根据权利要求1或2所述的一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法，其特征在于：所述步骤5中还包括：若出现主测量激光跟踪头断光提示，由副测量激光跟踪头进行实时跟踪测量。

4.根据权利要求1或2所述的一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法，其特征在于：所述铲斗表面标记点三维坐标(x_si，y_si，z_si)计算公式如下：

z_si＝L_i·sinθ_i。

5.根据权利要求1或2所述的一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法，其特征在于：所述铲斗姿态空间坐标变换的旋转矩阵[M_x，M_y，M_z]计算公式如下：

其中，rowi、pitchi、yawi分别为陀螺仪传感器绕x轴、y轴、z轴的姿态角。

6.根据权利要求1或2所述的一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法，其特征在于：所述陀螺仪传感器与铲斗齿尖连线空间向量的姿态变换计算公式如下：

7.根据权利要求1或2所述的一种挖掘机工作装置运动轨迹测量方法，其特征在于：所述铲斗齿尖空间坐标(x_i，y_i，z_i)，计算公式如下：

(x_i，y_i，z_i)＝(x₀+x_ti，y₀+x_ti，z₀+x_ti)。

8.一种挖掘机工作装置运动轨迹测量的激光跟踪测量系统，其特征在于：包括：多路激光跟踪头，测量用目标镜，陀螺仪传感器，控制单元，计算机；

所述测量用目标镜用于布置于挖掘机铲斗上的固定标记点位置；

所述陀螺仪传感器用于布置于挖掘机铲斗上的固定标记点位置；

所述多路激光跟踪头，包括：主测量激光跟踪头，副测量激光跟踪头，主测量激光跟踪头的数量与固定标记点位置的测量用目标镜的数量相同，副测量激光跟踪头的数量不少于主测量激光跟踪头的数量；所述主测量激光跟踪头、副测量激光跟踪头至少包括激光测距单元，跟踪经纬仪，伺服电机单元；激光测距单元通过跟踪的固定标记点处的测量用目标镜返回的测量光束，实现激光跟踪头与测量用目标镜距离L的测量；跟踪经纬仪，为激光束提供精确的二维角度指向功能，记录测量光束的水平角和俯仰角θ_i；通过激光跟踪头在测量区域空间坐标系的三维坐标及距离L_i、水平角/>俯仰角θ_i，计算测量用目标镜的三维坐标；伺服电机驱动激光测距单元跟踪测量用目标镜位置；

所述控制单元，用于通过连接单元接收多路激光跟踪头的测量信息，发送测量用目标镜位置信息、伺服电机控制指令，通过无线接收装置接收数据采集器的陀螺仪传感器测量数据，并发送陀螺仪传感器测量数据；

所述计算机，用于根据测量用目标镜的位置信息、铲斗表面固定标记点与铲斗齿尖的位置关系及陀螺仪传感器测量数据对应的铲斗姿态信息，计算得到铲斗齿尖的实时位置。

9.根据权利要求8所述的激光跟踪测量系统，其特征在于：还包括，标定用目标镜，所述标定用目标镜通过仪器支架布设在主测量激光跟踪头与副测量激光跟踪头之间，标定用目标镜之间的空间距离已知，用于完成激光跟踪头的标定。

10.根据权利要求8所述的激光跟踪测量系统，其特征在于：所述主测量激光跟踪头，副测量激光跟踪头通过仪器支架呈扇形布设在挖掘机工作区域的周边，所述主测量激光跟踪头、副测量激光跟踪头相互配合，使跟踪的测量用目标镜与主测量激光跟踪头由于空间障碍处于断光状态时，副测量激光跟踪头可根据主测量激光跟踪头测得的测量用目标镜位置和角度信息，继续测量任务。