【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于挖掘机，涉及一种挖掘机自主作业规划系统及方法。
技术介绍
1、挖掘机是一种常见的工程机械，被广泛应用于各种土方作业的场所。现有的挖掘机半自动或者自动作业的实现方式一般为通过视觉传感器获取挖掘面的整体信息，并根据挖掘区域进行挖掘面的分区和规划，在规划完成后下发给车辆进行执行并完成预定次数的工作循环。此过程没有考虑每次挖掘后的物料轮廓变化，因此无法保证挖掘满斗的要求，经常出现超挖、欠挖的情况。
2、挖掘机自主作业的过程中，自动作业规划能提高挖掘机工作的安全性和控制的准确性，但也存在超挖和欠挖的问题，对浮动较大的挖掘面缺乏适应性。例如公开号为cn114819256a提出了一种反铲式挖掘机连续实时轨迹规划方法，采用神经网络离线训练的方式，结合手动输入的沟槽的长度、宽度、深度自动生成铲斗齿尖轨迹；该方法需要给定需要挖掘的沟槽尺寸信息，且需要大量的样本训练，不适用于一般挖掘作业。例如公开号为cn109778939 a提出了一种可自主规划轨迹的挖掘机臂智能控制系统及方法，该方法通过环境感知系统获取车辆周围的障碍物信息，以达到在规划的过程中实现避障的效果，但并未考虑实际挖掘面的情况信息和如何保证挖掘满斗的要求。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于克服现有技术中的不足，提供一种挖掘机自主作业规划系统及方法，通过采集的施工环境数据，获取本次挖掘区域，并对本次挖掘区域进行垂直高度离散化，建立铲斗齿尖路径规划同挖掘体积之间的关系函数，结合挖掘控制点的位姿条件和挖掘机本身的限制条
2、为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
3、一方面，本专利技术提供了一种挖掘机自主作业规划方法，包括：
4、采集施工过程中挖掘机的施工环境数据；
5、利用所述施工环境数据，获取本次挖掘区域；
6、离散化所述本次挖掘区域并结合挖掘机作业过程，获取铲斗齿尖路径规划；对所述铲斗齿尖路径规划进行重规划，生成符合运动条件的铲斗齿尖路径轨迹；
7、通过所述符合运动条件的铲斗齿尖路径轨迹，对挖掘机进行控制操作。
8、可选的，所述施工环境数据包括挖掘机回转、动臂、斗杆和铲斗的角度信息、挖掘机定位信息、挖掘表面信息和障碍物信息。
9、可选的，所述的角度信息通过安装在挖掘机回转、动臂、斗杆和铲斗关节节点的角度传感器获得。
10、可选的，所述得挖掘机定位信息的获取方法包括：
11、通过安装在挖掘机驾驶室上方的rtk导航传感器建立rtk定位系统坐标系；
12、利用rtk定位系统坐标系和角度信息，并通过坐标转换关系，实时获取挖掘机定位信息。
13、可选的，所的述挖掘表面信息和障碍物信息通过安装在挖掘机驾驶室上方的激光雷达获取。
14、可选的，所述利用施工环境数据，获取本次挖掘区域，包括：
15、利用挖掘机定位信息，划定挖掘机的作业区域；
16、在挖掘机的作业区域，根据挖掘机的铲斗尺寸，设置挖掘机的初始挖掘范围，以及挖掘的最大深度；
17、通过挖掘表面信息和挖掘机的初始挖掘范围，获取本次挖掘区域。
18、可选的，所述本次挖掘区域包括区域最高点坐标、区域四个顶点坐标以及入铲点位姿坐标和出铲点位姿坐标。
19、可选的，所述离散化所述本次挖掘区域并结合挖掘机作业过程，获取铲斗齿尖路径规划；对所述铲斗齿尖路径规划进行重规划，生成符合运动条件的铲斗齿尖路径轨迹，包括：
20、对获取的本次挖掘区域进行垂直高度离散化，并计算平均高度；
21、根据挖掘机作业过程，将铲斗齿尖的路径轨迹分为铲入、拖拽、提升三个过程，并分别用三次样条曲线进行表示；
22、通过离散化的挖掘区域，获得离散化高度信息；利用离散化高度信息，并结合铲斗齿尖的路径轨迹，建立本次挖掘区域的铲斗齿尖路径规划和挖掘体积之间的函数关系：
23、通过铲斗齿尖路径规划和挖掘体积之间的函数关系和入铲点位姿坐标、出铲点位姿坐标，同时添加挖掘机的约束条件，计算铲斗齿尖路径规划；
24、利用iptp时间最优轨迹算法对铲斗齿尖路径规划进行重规划，生成符合运动条件的铲斗齿尖路径轨迹。
25、可选的，所述挖掘机的约束条件包括：挖掘机机械臂的最大加速度、最大限速、入铲角度和出铲角度。
26、另一方面，本专利技术还提供了一种挖掘机自主作业规划系统，应用于第一方面所述的挖掘机自主作业规划方法，包括：
27、数据采集模块，用于采集施工过程中挖掘机的施工环境数据；
28、数据处理模块，用于实时处理数据采集单元采集的施工环境数据，并获取本次挖掘区域；
29、路径规划模块，利用数据处理模块获取的本次挖掘区域并结合挖掘机作业过程，生成符合运动条件的铲斗齿尖路径轨迹；
30、执行模块，用于接收来自路径规划模块下发的路径规划，并将其转换为挖掘机控制信号对挖掘机进行控制操作。
31、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
32、本专利技术提供了一种挖掘机自主作业规划系统及方法，通过采集的施工环境数据，获取本次挖掘区域，并对本次挖掘区域进行垂直高度离散化，建立铲斗齿尖路径规划同挖掘体积之间的关系函数，结合挖掘控制点的位姿条件和挖掘机本身的限制条件，求解出符合挖掘作业习惯、并能够满足满斗要求的铲斗齿尖路径轨迹；随着每次挖掘后物料轮廓的变化，保证挖掘满斗的要求，避免经常出现超挖、欠挖的情况。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述施工环境数据包括挖掘机回转、动臂、斗杆和铲斗的角度信息、挖掘机定位信息、挖掘表面信息和障碍物信息。
3.根据权利要求2所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述角度信息通过安装在挖掘机回转、动臂、斗杆和铲斗关节节点的角度传感器获得。
4.根据权利要求2所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述挖掘机定位信息的获取方法包括：
5.根据权利要求2所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述挖掘表面信息和障碍物信息通过安装在挖掘机驾驶室上方的激光雷达获取。
6.根据权利要求2所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述利用施工环境数据，获取本次挖掘区域，包括：
7.根据权利要求6所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述本次挖掘区域包括区域最高点坐标、区域四个顶点坐标以及入铲点位姿坐标和出铲点位姿坐标。
8.根据权利要求1所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述离散化
9.根据权利要求8所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述挖掘机的约束条件包括：挖掘机机械臂的最大加速度、最大限速、入铲角度和出铲角度。
10.一种挖掘机自主作业规划系统，应用于权利要求1-9中任一项所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述施工环境数据包括挖掘机回转、动臂、斗杆和铲斗的角度信息、挖掘机定位信息、挖掘表面信息和障碍物信息。
3.根据权利要求2所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述角度信息通过安装在挖掘机回转、动臂、斗杆和铲斗关节节点的角度传感器获得。
4.根据权利要求2所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述挖掘机定位信息的获取方法包括：
5.根据权利要求2所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述挖掘表面信息和障碍物信息通过安装在挖掘机驾驶室上方的激光雷达获取。
6.根据权利要求2所述的挖掘机自主作业规划方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑爽，薛力戈，陈学海，朱洪睿，闫跃兴，盛荣，张润泽，
申请(专利权)人：徐州威卡电子控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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