无人驾驶工程机械的智能化作业系统及作业方法技术方案

无人驾驶工程机械的智能化作业系统及作业方法，涉及无人驾驶及智能控制领域，解决现有工程机械在应用过程中，由于工作量大且工作环境恶劣，导致人力资源的浪费、工作效率低且作业准确度较差，同时严重危害司机的身心健康以及无法实现智能化操作等问题，本发明专利技术的系统中以3D地形、车辆状态、工作任务进度、作业介质和实际场景为输入，以车辆耗能和作业效率为优化目标，基于深度学习方法不断调整改进工作装置作业方式。深度学习作为人工智能一种重要方法，能够使无人工程机械面对不同复杂的工作介质、不同的工作场景和不同的作业方式时，都能根据自身采集的数据，动态合理的改变其作业任务和作业方式，提高其工作效率、工作精度和降低工作能耗。

Intelligent Operation System and Method of Unmanned Construction Machinery

【技术实现步骤摘要】
无人驾驶工程机械的智能化作业系统及作业方法
本专利技术涉及无人驾驶及智能控制领域，涉及一种无人驾驶，多机协同工作以及智能化作业的工程机械，具体涉及一种无人驾驶工程机械的智能化作业系统及作业方法。
技术介绍
工程机械主要包括挖掘机、装载机、压路机、起重机等，被广泛应用于建筑工程、交通运输，农林水利等领域。当前的工程机械存在以下几个问题：1、工程机械工作环境恶劣，噪声大、污染大，路面崎岖不平容易引起翻车事故，严重危害司机的身心健康。2、工程机械工作量大，大多数工作对于司机来说属于重复性劳动，造成了人力资源的浪费。3、司机操作工程机械实施作业任务时，工作效率较低，作业准确度较差，也不能在作业任务中智能的调整操作手柄的方式以达到节约能量的目的。4、工程机械的智能化作业需要实时感知工作地形和环境，但是仅仅在工程机械上安装摄像头，会有一定的视野盲区，而且工程机械的震动会影响拍摄效果。
技术实现思路
本专利技术为解决现有工程机械在应用过程中，由于工作量大且工作环境恶劣，导致人力资源的浪费、工作效率低且作业准确度较差，同时严重危害司机的身心健康以及无法实现智能化操作等问题，提供一种无人驾驶工程机械的智能化作业系统及作业方法。无人驾驶工程机械的智能化作业系统，包括无人机、无人工程机械和基于云计算的控制中心；所述无人机用于采集无人工程机械工作的地形数据，并将采集的工作地形数据传输至无人工程机械，所述无人工程机械将接收的数据以及自身采集工作地形数据、障碍物数据以及自身运行状态数据进行汇总后传输至基于云计算的控制中心，所述基于云计算的控制中心对接收的无人工程机械的数据进行分析处理后传输至用户；所述无人工程机械将接收的数据以及自身采集工作地形数据、障碍物数据以及自身运行状态数据实现无人驾驶导航、智能避障、多机协调工作以及智能化作业；所述无人工程机械包括第一感知模块、第一中央控制模块、第一通信模块和第一执行模块；所述无人机包括第二感知模块、第二中央控制模块、第二通信模块和第二执行模块；所述第二感知模块采集数据传输至第二中央控制模块；所述第二中央控制模块对数据进行处理后传输至第二通信模块，并对无人机的运行状态数据进行处理；同时接收第二通信模块传输的无人工程机械实时的地理位置数据；并向第二执行模块发送控制指令；所述第二通信模块将数据传输至无人工程机械的第一通信模块，并接收第一通信模块传输的无人工程机械实时的地理位置数据；所述第二执行模块接收第二中央控制模块发送的控制指令，实现无人机的正常飞行；第一感知模块采集的数据传输至第一中央控制模块，所述第一通信模块将第一中央控制模块中的所有数据实时上传至云计算控制中心，并接收云计算控制中心的下达指令；第一执行模块接收第一中央控制模块的控制指令后，实现工程机械的无人驾驶导航、智能避障和智能化作业。无人驾驶工程机械的智能化作业方法，由以下步骤实现：步骤一、无人机检测工程机械工作环境的3D地形，并通过第二通信模块传输至无人工程机械；步骤二、所述无人工程机械接收无人机发送的数据以及根据第一感知模块实时采集车辆状态、3D地形、工作任务进度、作业介质、实际场景和障碍物数据，并将上述数据实时传输至数据处理模块和基于云计算的控制中心；步骤三、所述工程机械根据第一中央控制模块中的数据处理模块、动态任务规划模块、无人驾驶导航模块和智能避障模块的运算处理，向第一执行模块发送控制指令；所述第一执行模块接收到指令后，无人工程机械实现无人驾驶导航和智能避障，前往工作地点；步骤四、所述无人工程机械到达工作地点后，智能作业模块根据深度学习模型中的卷积神经网络模型调整改进作业的方式，实现无人工程机械工作装置的智能化作业，并将工作任务进度实时反馈至第一中央控制模块中的数据处理模块；所述第一中央控制模块通过第一通信模块将无人工程机械的地理位置、车辆状态数据及工作任务进度信息传输至基于云计算的控制中心；所述基于云计算的控制中心根据第一中央控制模块上传的无人工程机械数据进行集中管理，并能向无人工程机械下发远程控制和多机协同工作指令。本专利技术的有益效果：本专利技术基于无人机、无人驾驶、人工智能和云计算等方法，设计一辆能够无人驾驶，多机协同工作以及智能化作业的工程机械。本专利技术具有以下特点：一、本专利技术所述的智能化作业系统实现无人机和无人工程机械协同工作：无人机利用摄像机和相机实时采集工程机械的工作环境3D地形，并传输给无人工程机械，辅助其完成动态任务规划、无人驾驶导航和工作装置智能化作业任务。无人机和无人工程机械的协同工作，可以消除工程机械上相机的拍摄视野盲区，也能够消除工程机械振动引起相机抖动带来拍摄质量的影响。二、本专利技术所述的智能化作业系统可同时对多品种多数量无人工程机械协同完成任务：本专利技术能够通过云计算控制中心实现对多品种多数量无人工程机械的协同工作，能够合理化分配作业任务，提高众多工程机械的作业效率，减少作业时间，降低作业过程中的能量消耗。三、本专利技术所述的智能化作业系统实现了工程机械的无人驾驶导航和智能避障能够实现人力资源的解放，也保护由于翻车、噪声等对司机造成身体健康的影响，而且无人工程机械可以全天无眠的工作，能够提高工程机械的工作效率。四、本专利技术所述的智能化作业系统中以3D地形、车辆状态、工作任务进度、作业介质和实际场景为输入，以车辆耗能和作业效率为优化目标，基于深度学习方法不断调整改进工作装置作业方式。深度学习作为人工智能一种重要方法，能够使无人工程机械面对不同复杂的工作介质(大石头、杂物、细沙等)、不同的工作场景和不同的作业方式时，都能根据自身采集的数据，动态合理的改变其作业任务和作业方式，提高其工作效率、工作精度和降低工作能耗。五、本专利技术所述的智能化作业系统基于云计算集中管理无人工程机械，不仅能够向不同用户提供有用的功能模块，而且能够有效解决大数据存储和计算问题。云计算控制中心以云服务收费的模式，向不同用户定制不同服务，能够降低这些用户的开发和管理费用。而且云计算控制中心将有用的数据共享给政府部门、生产厂家和部件制造商等，便于他们对工程机械数据的合理使用。六、本专利技术所述的智能化作业系统具有可扩展性，通过设计的无人驾驶导航、智能避障、智能化作业、多机协调工作、联合无人机工作和基于云计算集中管理等方法不仅能够应用在工程机械上，而且能够有效的扩展应用于农业机械和矿山机械上。附图说明图1为本专利技术所述的无人驾驶工程机械的智能化作业系统的原理框图；图2为本专利技术所述的无人驾驶工程机械的智能化作业系统中无人机和无人工程机械的结构框图；图3为本专利技术所述的无人驾驶工程机械的智能化作业系统中无人机的原理框图；图4为无人工程机械中第一感知模块的组成关系示意图；图5为无人工程机械中第一中央控制模块的组成关系示意图；图6为基于深度学习的模型结构图；图7为基于云计算控制中心的组成关系示意图；图8为采用本专利技术所述的无人驾驶工程机械的智能化作业系统智能化作业的流程图。具体实施方式具体实施方式一、结合图1至图7说明本实施方式，无人驾驶工程机械的智能化作业系统，包括无人机、无人工程机械和基于云计算的控制中心；所述每架无人机对应一台无人工程机械；所述无人机利用搭载的摄像头采集工作地形数据，以TCP/IP的形式将数据传输给无人工程机械；接着无人工程机械汇总无人机传送给本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.无人驾驶工程机械的智能化作业系统，包括无人机、无人工程机械和基于云计算的控制中心；其特征是：所述无人机用于采集无人工程机械工作的地形数据，并将采集的工作地形数据传输至无人工程机械，所述无人工程机械将接收的数据以及自身采集工作地形数据、障碍物数据以及自身运行状态数据进行汇总后传输至基于云计算的控制中心，所述基于云计算的控制中心对接收的无人工程机械的数据进行分析处理后传输至用户；所述无人工程机械将接收的数据以及自身采集工作地形数据、障碍物数据以及自身运行状态数据实现无人驾驶导航、智能避障、多机协调工作以及智能化作业；所述无人工程机械包括第一感知模块、第一中央控制模块、第一通信模块和第一执行模块；所述无人机包括第二感知模块、第二中央控制模块、第二通信模块和第二执行模块；所述第二感知模块采集数据传输至第二中央控制模块；所述第二中央控制模块对数据进行处理后传输至第二通信模块，并对无人机的运行状态数据进行处理；同时接收第二通信模块传输的无人工程机械实时的地理位置数据；并向第二执行模块发送控制指令；所述第二通信模块将数据传输至无人工程机械的第一通信模块，并接收第一通信模块传输的无人工程机械实时的地理位置数据；所述第二执行模块接收第二中央控制模块发送的控制指令，实现无人机的正常飞行；第一感知模块采集的数据传输至第一中央控制模块，所述第一通信模块将第一中央控制模块中的所有数据实时上传至基于云计算的控制中心，并接收基于云计算的控制中心的下达指令；第一执行模块接收第一中央控制模块的控制指令后，实现工程机械的无人驾驶导航、智能避障和智能化作业。...

【技术特征摘要】
1.无人驾驶工程机械的智能化作业系统，包括无人机、无人工程机械和基于云计算的控制中心；其特征是：所述无人机用于采集无人工程机械工作的地形数据，并将采集的工作地形数据传输至无人工程机械，所述无人工程机械将接收的数据以及自身采集工作地形数据、障碍物数据以及自身运行状态数据进行汇总后传输至基于云计算的控制中心，所述基于云计算的控制中心对接收的无人工程机械的数据进行分析处理后传输至用户；所述无人工程机械将接收的数据以及自身采集工作地形数据、障碍物数据以及自身运行状态数据实现无人驾驶导航、智能避障、多机协调工作以及智能化作业；所述无人工程机械包括第一感知模块、第一中央控制模块、第一通信模块和第一执行模块；所述无人机包括第二感知模块、第二中央控制模块、第二通信模块和第二执行模块；所述第二感知模块采集数据传输至第二中央控制模块；所述第二中央控制模块对数据进行处理后传输至第二通信模块，并对无人机的运行状态数据进行处理；同时接收第二通信模块传输的无人工程机械实时的地理位置数据；并向第二执行模块发送控制指令；所述第二通信模块将数据传输至无人工程机械的第一通信模块，并接收第一通信模块传输的无人工程机械实时的地理位置数据；所述第二执行模块接收第二中央控制模块发送的控制指令，实现无人机的正常飞行；第一感知模块采集的数据传输至第一中央控制模块，所述第一通信模块将第一中央控制模块中的所有数据实时上传至基于云计算的控制中心，并接收基于云计算的控制中心的下达指令；第一执行模块接收第一中央控制模块的控制指令后，实现工程机械的无人驾驶导航、智能避障和智能化作业。2.根据权利要求1所述的无人驾驶工程机械的智能化作业系统，其特征在于，所述第一感知模块包括第一三维激光雷达、车辆监测模块、计算机视觉模块和工作介质感知模块；所述第一三维激光雷达安装在工程机械驾驶室的正上方和车身两侧，用于检测前方和两侧障碍物的距离和方位信息；车辆监测模块实时监测工程机械的运行状态，包括监测工程机械实时地理位置信息的GPS模块，获取工程机械实时姿态信息的姿态传感器组，实时监测工程机械上液压参数的液压控制模块，以及收集发动机运行参数的发动机控制模块；所述计算机视觉模块包括摄像头组和图像处理系统，所述摄像头组包括多个摄像头，用于采集工程机械工作环境的3D地形，图像处理系统用于对工作环境的图片和视频进行分析处理；所述工作介质感知模块包括第二三维激光雷达、摄像头和超声波硬质传感器；三维激光雷达采集作业介质的距离和方位信息，摄像头用于分辨作业介质的类型，所述超声波硬质传感器采集作业介质的硬度；第二三维激光雷达、摄像头和超声波硬度传感器安装在工作装置上。3.根据权利要求1所述的无人驾驶工程机械的智能化作业系统，其特征在于，所述第二感知模块包括摄像机、云台、相机和传感器组；所述摄像机和相机采集工作场地3D地形数据，相机固定在云台上，传感器组采集无人机运行的状态数据；所述传感器组包括采集地理位置信息的GPS模块，获得飞行速度的传感器和采集三轴姿态角的陀螺仪。4.根据权利要求1所述的无人驾驶工程机械的智能化作业系统，其特征在于，所述第一中央控制模块包括数据处理模块、动态任务规划模块、无人驾驶导航模块、智能避障模块和智能作业模块；数据处理模块用于采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昕晖，徐飞翔，陈伟，周晨，曹丙伟，谭鹏，张勇，杨阔，牛平方，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22