挖掘机自主移动作业控制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及挖掘机自主移动作业控制方法和系统，为解决现有挖掘机要实现自主移动作业成本高的问题；提供一种挖掘机自主移动作业控制方法和系统，其中控制方法的步骤是在作业地面标识出行进路径标记；选择设定工况模式和工作任务参数；对作业动作进行规划并确定作业顺序、在每个工作循环中工作装置和挖掘机上部机构的运行轨迹以及每预定工作循环次数后下部机构的行走轨迹；控制器按照姿态传感器检测的参数、所确定相关轨迹与作业顺序控制工作装置、回转马达、左右行走马达进行相应的动作。控制方法不依赖卫星或基站信号额数字化地图，实现自主移动作业，成本较低，满足小用户单机自主作业需求。

Control method and system of excavator self moving operation

【技术实现步骤摘要】
挖掘机自主移动作业控制方法和系统
本专利技术涉及一种挖掘机移动控制方法，更具体地说，涉及一种挖掘机自主移动作业控制方法和系统。
技术介绍
自动化或智能化挖掘机可行实现自主行走移动，以便在某些工况下自主作业。现有挖掘机要实现自主行走，要在机器上安装卫星收发通讯设备，通过接收定位导航卫星信号获得机器位置信息。如果需要高精度的位置信息，还需要附近有高精度定位基站卫星信号进行修正。同时还需要有施工场地的数字化地图上对机器移动路径进行规划，制定导航路线。在机器上安装卫星收发通讯设备或附近有基站，同时还需要数字化地图。这会导致很高的成本，这使得这种做法只比较适合大工地机群化作业，不适合用户单机自主作业需求，否则会造成拥有单机或少量挖掘机的用户负担高额的成本费用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有挖掘机要实现自主移动作业成本高的问题，而提供一种实施成本低的挖掘机自主移动作业控制方法和系统。本专利技术为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机自主移动作业控制方法，其特征在于包括如下步骤：S1：在作业地面标识出挖掘机可识别的行进路径标记；该行进路径标记可以是操作员驾驶室挖掘机碾压出的痕迹、用石灰粉标识出的明显路径、激光在地面上照射而成的标记线、又或者是其他标记如小旗帜等标识而成的线路。S2：通过挖掘机的人机交互界面选择设定工况模式和工作任务参数并将挖掘机停放在行进路径起点；S3：控制器依据挖掘机设计参数、设定的工况模式和工作任务参数、通过视觉传感器识别出的行进路径、下部机构与行进路径的相对方向对作业动作进行规划并确定作业顺序、在每个工作循环中工作装置和挖掘机上部机构的运行轨迹以及每预定工作循环次数后下部机构的行走轨迹；S4：进入自主移动作业模式后控制器按照姿态传感器检测的参数、所确定的工作装置和上部机构运行轨迹以及下部机构行走轨迹、确定的作业顺序控制工作装置、回转马达、左右行走马达进行相应的动作。在本专利技术中，挖掘机利用视觉传感器识别机器移动路径，通过控制器控制挖掘机移动避免操作者目测或凭感觉操作导致机器行走偏离施工路线，在某些工况下实现挖掘机自主移动、自主作业，不需要人实时操作，减轻操作者工作强度。该控制方法控制下，挖掘机自主移动不依赖卫星或基站信号，也不需要绘制施工场地的数字化地图，实现自主移动作业的成本较低，满足小用户单机自主作业需求。上述控制方法中，在进行步骤S4时，在每进行了预定个工作循环次数或每移动了预定长度距离后，控制器重新识别出行进路径并对作业动作进行规划、确定每个工作循环中工作装置和挖掘机上部机构的运行轨迹以及每预定工作循环次数后下部机构的行走轨迹；，控制器按照姿态传感器检测的参数、重新确定的工作装置和上部机构运行轨迹和下部机构行走轨迹、以及原确定的作业顺序控制工作装置、回转马达进行、左右行走马达进行相应的动作。每进行了预定个工作循环次数或每移动了预定长度距离后重新对作业动作进行规划，可消除挖掘机位置偏离的累计误差，提高作业精度。同时，若作业长度太长，视觉传感器未必能够一次就能识别整个行进路径，需要分多次识别。上述控制方法中，每完成预定次数的工作循环后通过视觉传感器识别出行进路径并重新确定下部机构与行进路径的相对方向，以便下部机构在向下一个作业停靠点移动时调整下部机构的方向。上述控制方法中，所述步骤S3中作业动作规划时还检测挖掘机的倾斜角度，例如挖掘机在不平的地面作业，挖掘机的机身本身就存在一定倾斜，在对作业动作进行规划时考虑机身本身的倾斜，可提高作业的精度。上述控制方法中，所述步骤S3中作业动作规划包括在识别出的行进路径上确定各个作业停靠点的位置、在各个作业停靠点处铲斗作业顺序以及各次工作循环中的工作装置和挖掘机上部机构的运行轨迹以及每预定工作循环次数后下部机构的行走轨迹。上述控制方法中，预先设定与工况对应的作业停靠点作业分布顺序表，控制器根据工作任务参数和对应工况的作业分布顺序表确定挖掘机在每个作业停靠点处的铲斗作业顺序以及各个工作循环中的工作装置和挖掘机上部机构的运行轨迹。。上述控制方法中，当设定工况模式为挖沟模式时设定的工作任务参数包括沟槽的长度、宽度、深度、卸料高度、卸料回转方向、挖沟方向、铲斗宽度。或者当设定工况模式为挖沟修坡模式时设定的工作任务参数包括坡面角度和坡面高度。本专利技术为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机自主移动作业控制系统，其特征在于包括：视觉传感器，用于识别作业地面上挖掘机行进路径标记；人机交互界面，用于输入和设置挖掘机的工况模式和工作任务参数；姿态传感器，用于检测工作装置和上部机构的姿态；控制器，其输入端与视觉传感器、人机交互界面、姿态传感器连接且输出端与挖掘机液压系统的电控端连接，所述控制器依据挖掘机设计参数、设定的工况模式、工作任务参数、识别出的行进路径、下部机构与行进路径的相对方向对作业动作进行规划，确定作业顺序、在每个工作循环中工作装置和挖掘机上部机构的运行轨迹以及每预定工作循环次数后下部机构的行走轨迹；进入自主移动作业模式后控制器按照姿态传感器检测的参数、所确定的工作装置和上部机构运行轨迹以及下部机构行走轨迹、确定的作业顺序控制工作装置、回转马达、左右行走马达进行相应的动作。其中所述姿态传感器包括：用于检测铲斗与斗杆相对角度的铲斗角度传感器；用于检测斗杆与动臂相对角度的斗杆角度传感器；用于检测动臂与回转平台相对角度的动臂角度传感器；用于检测上部机构与下部机构相对角度的回转角度传感器；用于检测行走马达转速的行走速度传感器；用于检测挖掘机倾斜角度的机身倾斜角度传感器。本专利技术与现有技术相比，本专利技术挖掘机利用视觉传感器识别机器移动路径，通过控制器控制挖掘机移动避免操作者目测或凭感觉操作导致机器行走偏离施工路线，在某些工况下实现挖掘机自主移动、自主作业，不需要人实时操作，减轻操作者工作强度。该控制方法控制下，挖掘机自主移动不依赖卫星或基站信号，也不需要绘制施工场地的数字化地图，实现自主移动作业的成本较低，满足小用户单机自主作业需求。附图说明图1是本专利技术挖掘机自主移动作业控制系统的框图。图2是本专利技术的挖掘机挖沟工况示意图。图3是本专利技术挖沟工况作业分布顺序及挖掘轨迹路径示意图。图4是本专利技术挖沟和修坡工况控制方法流程图。图5是本专利技术的挖掘机修坡工况示意图。图6是本专利技术修坡工况作业分布顺序及坡面示意图。图中零部件名称及序号：人机交互界面300、控制器301，视觉传感器302、行走速度传感器303、回转角度传感器304、铲斗角度传感器305、斗杆角度传感器306、动臂角度传感器307、机身倾角传感器308、动臂提升电磁阀309、动臂下降电磁阀310、斗杆打开电磁阀311、斗杆回收电磁阀312、铲斗打开电磁阀313、铲斗回收电磁阀314、左回转电磁阀315、右回转电磁阀316、左行走电磁阀317、右行走电磁阀318。具体实施方式下面结合附图说明具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种挖掘机自主移动作业控制方法，其特征在于包括如下步骤：/nS1：在作业地面标识出挖掘机可识别的行进路径标记；/nS2：通过挖掘机的人机交互界面选择设定工况模式和工作任务参数并将挖掘机停放在行进路径起点；/nS3：控制器依据挖掘机设计参数、设定的工况模式和工作任务参数、通过视觉传感器识别出的行进路径、下部机构与行进路径的相对方向对作业动作进行规划并确定作业顺序、在每个工作循环中工作装置和挖掘机上部机构的运行轨迹以及每预定工作循环次数后下部机构的行走轨迹；/nS4：进入自主移动作业模式后控制器按照姿态传感器检测的参数、所确定的工作装置和上部机构运行轨迹以及下部机构行走轨迹、确定的作业顺序控制工作装置、回转马达、左右行走马达进行相应的动作。/n

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机自主移动作业控制方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：在作业地面标识出挖掘机可识别的行进路径标记；
S2：通过挖掘机的人机交互界面选择设定工况模式和工作任务参数并将挖掘机停放在行进路径起点；
S3：控制器依据挖掘机设计参数、设定的工况模式和工作任务参数、通过视觉传感器识别出的行进路径、下部机构与行进路径的相对方向对作业动作进行规划并确定作业顺序、在每个工作循环中工作装置和挖掘机上部机构的运行轨迹以及每预定工作循环次数后下部机构的行走轨迹；
S4：进入自主移动作业模式后控制器按照姿态传感器检测的参数、所确定的工作装置和上部机构运行轨迹以及下部机构行走轨迹、确定的作业顺序控制工作装置、回转马达、左右行走马达进行相应的动作。


2.根据权利要求1所述的挖掘机自主移动作业控制方法，其特征在于在进行步骤S4时，在每进行了预定个工作循环次数或每移动了预定长度距离后，控制器重新识别出行进路径并对作业动作进行规划、确定每个工作循环中工作装置和挖掘机上部机构的运行轨迹以及每预定工作循环次数后下部机构的行走轨迹；，控制器按照姿态传感器检测的参数、重新确定的工作装置和上部机构运行轨迹和下部机构行走轨迹、以及原确定的作业顺序控制工作装置、回转马达进行、左右行走马达进行相应的动作。


3.根据权利要求2所述的挖掘机自主移动作业控制方法，其特征在于每完成预定次数的工作循环后通过视觉传感器识别出行进路径并重新确定下部机构与行进路径的相对方向。


4.根据权利要求1所述的挖掘机自主移动作业控制方法，其特征在于所述步骤S3中作业动作规划时还检测挖掘机的倾斜角度。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的挖掘机自主移动作业控制方法，其特征在于所述步骤S3中作业动作规划包括在识别出的行进路径上确定各个作业停靠点的位置、在各个作业停靠点处铲斗作业顺序以及各个工作循环中的工作装置和挖掘机上部机构的运行轨迹以及每预定工作循环次数后下部机构的行走轨迹。


6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗冰，莫家幼，李军，蔡登胜，孙金泉，
申请(专利权)人：广西柳工机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45