一种运输车辆装载点自动规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种运输车辆装载点自动规划方法及系统，使用一个激光雷达在挖掘机作业的过程中对装载物料的铲斗和运输车辆的车厢进行扫描，对挖掘机铲斗挖掘的物料和装载车辆车厢的物料的体积和凹凸性进行三维建模，反馈挖掘情况和车厢的装载情况；减少挖掘机装载过程中的物料抛洒，增加挖掘机的装载效率；在最大化装载量的前提下，实现运输车辆装载物料的理想载荷分布，以提高运输车辆的工作效率和安全性；可以在挖掘机回转装载的过程中规划出合理的装载点，降低对操作员的经验依赖，减少失误，提高作业效率和质量。

【技术实现步骤摘要】
一种运输车辆装载点自动规划方法及系统
本专利技术属于工程机械
，具体涉及一种运输车辆装载点自动规划方法及系统。
技术介绍
随着人工智能的发展，人工控制机械的场景更多会由机械本身自动控制代替。在土石方工程领域里挖掘机向运输车辆装载物料是一种非常普遍的作业场景，装载过程中装载点的选取通常是由操作手根据经验来判断，装载效果往往依赖于个人习惯、经验、熟练程度等，从智能化的角度分析解决挖掘机选取装载的最优点的问题具有重要意义。合理的装载点能保证运输车辆车厢装载量最大化，载荷分布合理化，还能避免挖掘机装载时的物料抛洒。现有技术存在以下缺陷：(1)根据操作手的经验预估，完全依赖操作手的个人习惯、经验和熟练程度，无法保证装载的载荷量最大化和载荷重心位置最优化。(2)现有技术中没有进行挖掘机装载点规划，无法实现装载车辆的最大载荷和最优载荷分布，无法避免挖掘机装载过程中的物料抛洒。
技术实现思路
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种运输车辆装载点自动规划方法及系统。一种运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，包括：获取挖掘机铲斗、运输车辆车厢的三维点云数据；基于获取的挖掘机铲斗的三维点云数据，结合预设的铲斗参数，对铲斗物料进行三维体素建模得到铲斗的三维立体图，计算得到铲斗中物料体积信息；基于获取的运输车辆车厢的三维点云数据，结合预设车厢参数，对运输车辆车厢进行表面凹凸性三维立体建模得到车厢内的三维立体深度直方图，计算得到车厢中物料信息，包括车厢中物料体积信息及车厢中物料载荷分布信息；根据预设的车厢参数以及车厢内的三维立体深度直方图、车厢中物料信息和铲斗中物料体积信息，规划挖掘机铲斗在运输车辆车厢中的装载点。进一步的，所述的运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，还包括：对挖掘机铲斗、运输车辆车厢的三维点云数据进行融合处理，得到融合后的点云数据，对融合后的点云数据进行过滤及去除噪声点、离群点处理，然后对处理后的点云数据进行长方形拟合，分割出挖掘机铲斗、运输车辆车厢的点云信息，得到挖掘机铲斗、运输车辆车厢的点云信息；对挖掘机铲斗、运输车辆车厢的点云信息进行三维体素网格化，网格化的单位长度与深度直方图的建立时候的单位长度相同。进一步的，所述的运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，将挖掘机铲斗、运输车辆车厢的三维点云数据进行三维体素网格化，设置网格的大小与车厢内的三维立体深度直方图的栅格大小相同，根据单位体素网格的体积得到当前挖掘机铲斗物料和运输车辆车厢内所占有的体素网格的数量；根据每一铲斗物料体积所形成的网格化单位立方体的个数来对应在车厢中体素网格化的立方体数，通过深度直方图寻找合适的卸载点；采用点云深度直方图的方法来对三维的点云凹凸性进行分析建模，更新车辆车厢的三维立体深度直方图。进一步的，所述的运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，根据预设车厢参数、车厢内的三维立体深度直方图、车厢中物料信息和铲斗中物料体积信息，规划挖掘机铲斗在运输车辆车厢中的装载点，具体包括：根据预设的车厢参数、车厢内的三维立体深度直方图、车厢中物料信息，根据设定的运输车辆车厢额定载荷的百分比作为阈值，对车厢中物料载荷与阈值进行比较，选取装载优先原则；在铲斗的安全卸载范围内，根据铲斗中物料体积信息和选取的装载优先原则，对装载点进行规划。进一步的，所述的运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，所述装载优先原则包括装满优先原则和重心优先原则，所述装满优先原则是指装载目标为物料平铺整个车厢，保证装载量最大化；所述重心优先原则是指装载目标为使得装载后的物料重心位置为理想重心位置；根据设定的运输车辆车厢额定载荷的百分比作为阈值划分阶段对装载点进行规划：第一阶段，车厢中物料载荷不超过所述阈值，装载点选取为装满优先原则；第二阶段，车厢中物料载荷大于所述阈值，装载点选取为重心优先原则。进一步的，所述的运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，在铲斗的安全卸载范围内，根据铲斗中物料体积信息和选取的装载优先原则，对装载点进行规划：在车厢内的三维立体深度直方图的较深较大的凹区域或是重心偏移相对原点的对称区域的三维体素网格中，计算满足铲斗中物料体积的体素网格数量是否大于此时铲斗的体素网格数量，并且仍保持安全的装载范围，从而生成规划的装载点。进一步的，所述的运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，还包括：获取激光雷达三维点云数据，并获取当前挖掘机的回转角度值，基于当前挖掘机的回转角度值，判断挖掘机处于挖掘工位还是装载工位，进而判断获取的激光雷达三维点云数据为挖掘机铲斗三维点云数据或为运输车辆车厢三维点云数据。另一方面，本专利技术还提供一种运输车辆装载点自动规划系统，包括：数据获取模块，用于获取挖掘机铲斗、运输车辆车厢的三维点云数据；计算规划模块，用于基于获取的挖掘机铲斗的三维点云数据，结合预设的铲斗参数，对铲斗物料进行三维体素建模得到铲斗的三维立体图，计算得到铲斗中物料体积信息；基于获取的运输车辆车厢的三维点云数据，结合预设车厢参数，对运输车辆车厢进行表面凹凸性三维立体建模得到车厢内的三维立体深度直方图，计算得到车厢中物料信息，包括车厢中物料体积信息及车厢中物料载荷分布信息；根据预设的车厢参数以及车厢内的三维立体深度直方图、车厢中物料信息和铲斗中物料体积信息，规划挖掘机铲斗在运输车辆车厢中的装载点。进一步的，所述的运输车辆装载点自动规划系统，其特征在于，还包括数据处理模块，用于：对挖掘机铲斗、运输车辆车厢的三维点云数据进行融合处理，得到融合后的点云数据，对融合后的点云数据进行过滤及去除噪声点、离群点处理，然后对处理后的点云数据进行长方形拟合，分割出挖掘机铲斗、运输车辆车厢的点云信息，得到挖掘机铲斗、运输车辆车厢的点云信息；对挖掘机铲斗、运输车辆车厢的点云信息进行三维体素网格化，网格化的单位长度与深度直方图的建立时候的单位长度相同。进一步的，所述的运输车辆装载点自动规划系统，还包括：参数设定模块，用于设定输入挖掘机铲斗参数和运输车辆车厢参数。数据采集模块，用于采集激光雷达扫描得到三维点云数据；判断模块，基于当前挖掘机的回转角度值，判断挖掘机处于挖掘工位还是装载工位，进而判断获取的激光雷达三维点云数据为挖掘机铲斗三维点云数据或为运输车辆车厢三维点云数据；显示模块，用于显示铲斗中物料体积信息和车厢中物料信息，并将铲斗的三维立体图、车厢内的三维立体深度直方图以及规划的装载点进行显示，以引导操作者装置进行合理装载。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：有益效果：本专利技术提供的运输车辆装载点自动规划方法及系统，使用一个激光雷达在挖掘机作业的过程中对装载物料的铲斗和运输车辆的车厢进行扫描，对进行装载车辆的装载点规划。具有以下优点：(1)减少挖掘机装载过程中的物料抛洒，增加挖掘机的装载效率。(2)在最大化装载量的前提下，实现运输车辆装载物料的理想载荷分布，以提高运输车辆的工作效率和安全性。(3)可以在挖掘机回转装载的过程中规划出合理的装载点，降低对操作员的经验依赖，减少失误，提高作业效率和质量。附图说明图1为实施例的控制系统框图；图2为实施例激光雷达传感器在挖掘机上的安装示意图；图3为实施例矿用卡车与挖掘机的位置关系图；图4为实施例装载点自动规划方法的原理流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，包括：获取挖掘机铲斗、运输车辆车厢的三维点云数据；基于获取的挖掘机铲斗的三维点云数据，结合预设的铲斗参数，对铲斗物料进行三维体素建模得到铲斗的三维立体图，计算得到铲斗中物料体积信息；基于获取的运输车辆车厢的三维点云数据，结合预设车厢参数，对运输车辆车厢进行表面凹凸性三维立体建模得到车厢内的三维立体深度直方图，计算得到车厢中物料信息，包括车厢中物料体积信息及车厢中物料载荷分布信息；根据预设的车厢参数以及车厢内的三维立体深度直方图、车厢中物料信息和铲斗中物料体积信息，规划挖掘机铲斗在运输车辆车厢中的装载点。

【技术特征摘要】
1.一种运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，包括：获取挖掘机铲斗、运输车辆车厢的三维点云数据；基于获取的挖掘机铲斗的三维点云数据，结合预设的铲斗参数，对铲斗物料进行三维体素建模得到铲斗的三维立体图，计算得到铲斗中物料体积信息；基于获取的运输车辆车厢的三维点云数据，结合预设车厢参数，对运输车辆车厢进行表面凹凸性三维立体建模得到车厢内的三维立体深度直方图，计算得到车厢中物料信息，包括车厢中物料体积信息及车厢中物料载荷分布信息；根据预设的车厢参数以及车厢内的三维立体深度直方图、车厢中物料信息和铲斗中物料体积信息，规划挖掘机铲斗在运输车辆车厢中的装载点。2.根据权利要求1所述的运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，还包括：对挖掘机铲斗、运输车辆车厢的三维点云数据进行融合处理，得到融合后的点云数据，对融合后的点云数据进行过滤及去除噪声点、离群点处理，然后对处理后的点云数据进行长方形拟合，分割出挖掘机铲斗、运输车辆车厢的点云信息，得到挖掘机铲斗、运输车辆车厢的点云信息；对挖掘机铲斗、运输车辆车厢的点云信息进行三维体素网格化，网格化的单位长度与深度直方图的建立时候的单位长度相同。3.根据权利要求1所述的运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，将挖掘机铲斗、运输车辆车厢的三维点云数据进行三维体素网格化，设置网格的大小与车厢内的三维立体深度直方图的栅格大小相同，根据单位体素网格的体积得到当前挖掘机铲斗物料和运输车辆车厢内所占有的体素网格的数量；根据每一铲斗物料体积所形成的网格化单位立方体的个数来对应在车厢中体素网格化的立方体数，通过深度直方图寻找合适的卸载点；和/或，采用点云深度直方图的方法来对三维的点云凹凸性进行分析建模，更新车辆车厢的三维立体深度直方图。4.根据权利要求1所述的运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，根据预设车厢参数、车厢内的三维立体深度直方图、车厢中物料信息和铲斗中物料体积信息，规划挖掘机铲斗在运输车辆车厢中的装载点，具体包括：根据预设的车厢参数、车厢内的三维立体深度直方图、车厢中物料信息，根据设定的运输车辆车厢额定载荷的百分比作为阈值，对车厢中物料载荷与阈值进行比较，选取装载优先原则；在铲斗的安全卸载范围内，根据铲斗中物料体积信息和选取的装载优先原则，对装载点进行规划。5.根据权利要求4所述的运输车辆装载点自动规划方法，其特征在于，所述装载优先原则包括装满优先原则和重心优先原则，所述装满优先原则是指装载目标为物料平铺整个车厢，保证装载量最大化；所述重心优先原则是指装载目标为使得装载后的物料重心位置为理想重心位置；根据设定的运输车辆车厢额定载荷的百分比作为阈值划分阶段对装载点进行规划：第一阶段，车厢中物料载荷不超过所述阈值，装载点选...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，鲁小伟，艾云峰，马厚雪，任良才，王飞跃，
申请(专利权)人：江苏徐工工程机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32