一种挖掘机行驶安全系统和方法技术方案

本发明专利技术通过采用特殊安装方法的环境检测设备激光扫描仪对挖掘机周围环境进行实时扫描建模，通过计算机处理后在行走过程中实时提供前方路面的形貌信息，通过评估预测行驶安全性，并在行驶过程中综合位姿和路面信息通过设计的方法进行判断，提高挖掘机自动行驶的效率尤其是在复杂高风险路况下的安全通过性能。

【技术实现步骤摘要】
一种挖掘机行驶安全系统和方法
本专利技术涉及挖掘机，尤其涉及自动行驶挖掘机的行驶安全系统。
技术介绍
挖掘机在自动化作业过程中，自动行驶是一个重要的环节，借助传感设备和计算机技术，挖掘机可以和汽车一样自动从设定的起始位置前往目标工作区域，进行各类作业。然而，由于施工现场的多样性，除一般的基建方面，还存在救援，高危作业等非标准行驶现场。在这些环境恶劣的情况下，具有路面性能不均，形貌不平整等特点。需要考虑挖掘机在行驶过程中的安全性，避免陷入倾覆、卡住等危险情况，影响救援与其他特种作业。现有技术中提出了通过摄像头检测进行避障，通过水平倾角传感器进行挖掘机行走及爬坡过程中的倾角检测，防止发生倾覆危险的方案。但是，传统的基于陀螺仪或者其他类型机身倾角传感器的防倾覆系统，对于自动作业挖掘机而言，是通过对机身姿态角的实时检测，在检测到机身有倾覆危险的同时采用停止机器运行，或作返回等操作而实现的。在灾害现场或狭小空间下，可能发生挖掘机返回困难、无法返回或返回过程中造成新的危险等情况，大大降低了执行效率，更严重情况下还会产生二次风险。...

【技术保护点】
1.一种挖掘机行驶安全系统，其特征在于，包括/n激光扫描装置，所述激光扫描装置被设置在挖掘机动臂的侧方，使得所述激光扫描装置能在包括动臂伸展方向在内的第一平面上具有至少270°的观测范围，且所述激光扫描装置在与所述第一平面垂直的第二平面上的扫描角度为至少30°；所述激光扫描装置被设定为以周期T进行循环扫描并将扫描数据发送至控制装置；位姿检测装置，所述位姿检测装置被设置为可实时监测挖掘机机身平面法向量f与竖直方向的夹角α，并将夹角α数据发送至所述控制装置；所述控制装置，所述控制装置被设置为接收所述激光扫描装置和所述位姿检测装置发送的数据，还包括建图模块，所述建图模块通过将接收到的所述激光扫描装置...

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机行驶安全系统，其特征在于，包括
激光扫描装置，所述激光扫描装置被设置在挖掘机动臂的侧方，使得所述激光扫描装置能在包括动臂伸展方向在内的第一平面上具有至少270°的观测范围，且所述激光扫描装置在与所述第一平面垂直的第二平面上的扫描角度为至少30°；所述激光扫描装置被设定为以周期T进行循环扫描并将扫描数据发送至控制装置；位姿检测装置，所述位姿检测装置被设置为可实时监测挖掘机机身平面法向量f与竖直方向的夹角α，并将夹角α数据发送至所述控制装置；所述控制装置，所述控制装置被设置为接收所述激光扫描装置和所述位姿检测装置发送的数据，还包括建图模块，所述建图模块通过将接收到的所述激光扫描装置扫描的路况形貌的数据进行三维建图，得到挖掘机行进方向前方路段的三维地图；预判及决策模块，所述预判及控制模块根据所述三维地图预测挖掘机在下一路段的姿态，判断行驶安全风险，进而对挖掘机的行驶状态进行控制：当所述三维地图显示下一路段路面的整体法向量F与竖直方向之间的夹角β小于挖掘机的安全倾斜角θ时，挖掘机以正常速度V行驶；当下一路段的所述三维地图数据为空时，则将挖掘机的行驶速度由V降至V1，直至所述三维地图数据不再为空；当所述夹角β大于所述安全倾斜角θ，通过查找备选路线形式进行回避，如没有其他备选路线，则将挖掘机的行驶速度降至V2，并由所述位姿检测装置实时监测所述夹角α，此后：如所述夹角α增大至所述的安全倾斜角度θ的X%，但前方路段的所述夹角β相较于当前路段呈下降趋势，则将挖掘机的行驶速度从V2进一步降至V3；如所述夹角α在时间Z内，与所述安全倾斜角度θ的裕度一直保持在Y%以上，则将挖掘机行驶速度恢复至V2；如所述夹角α增大至所述安全倾斜角度θ的X%，且前方路段的所述夹角β相较于当前路段呈上升趋势，则将挖掘机倒行直至所述夹角β小于所述安全倾斜角度θ处重新选择前进路线；最终无可选路线情况下判断不可行驶情况下停机并向控制中心发出障碍类型安全报警，等待清除路面异常；其中，V>V1>V2>V3；95%≧X%≧90%；Y%≧5%；Z≧5min；当前方路段的所述夹角β小于所述安全倾斜角θ时，则将挖掘机行驶速度恢复至V1。


2.如权利要求1所述的挖掘机行驶安全系统，其中，所述激光扫描装置为两台多线激光扫描仪，且分别设置在动臂的两侧。


3.如权利要求1所述的挖掘机行驶安全系统，其中，所述位姿检测装置为惯性测量单元(IMU)传感器。


4.如权利要求1所述的挖掘机行驶安全系统，其中，所述三维地图至少包括挖掘机前方路段30米。


5.如权利要求1所述的挖掘机行驶安全系统，其中，所述建图模块通过所述激光扫描装置发送的数据得到路况的点云数据，然后通过设定分辨率进行分区，将所述点云数据转换为栅格地图；通过主成分分析去除干扰点，识别实体表面区域及其所在高程；通过随机采样一致性方法得到实体表面的法向量，从而确定各个区域的表面倾斜度。


6.一种挖掘机自动安全行驶方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，杨腾，洪昊岑，包慧铭，程国赞，张志华，杨华勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33