【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程机械，尤其涉及一种挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法、控制系统、介质及其挖掘机。
技术介绍
1、在现有的工程机械
中，挖掘机作为重要的土方作业设备，其挖掘效率和质量直接关系到整个工程项目的进度和成本。当挖掘环境发生变化时，如介质分布不均、地质条件变化等，控制系统难以及时调整挖掘机的操作参数和挖掘轨迹，导致挖斗空斗率进一步上升。这主要是由于挖掘机的挖掘轨迹和操作参数往往依赖于操作人员的经验和技能，难以实现对挖掘环境的精确感知和自适应调整。然而，在自主挖掘过程中，挖掘机普遍面临着挖斗空斗率较高的问题。
2、具体来说，现有技术中的挖掘机在自主挖掘时，往往无法实时获取挖掘介质分布、地质条件等关键信息，导致挖掘轨迹的规划不够精准，挖掘深度和角度的调整不够及时。同时，挖掘机的铲斗姿态和角度也可能因为缺乏精确的控制而调整不到位，使得挖斗在装载介质时容易出现空斗现象。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：如何解决挖掘机在自主挖掘过程中，挖斗空斗率高的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
3、第一方面，本专利技术提供一种挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，包括以下步骤：
4、获取挖掘轨迹起始点、挖掘轨迹终止点以及挖掘机铲斗宽度；
5、在挖掘轨迹起始点和挖掘轨迹终止点之间预设多个轨迹中间点，根据挖掘任务的特点，在预设的多个轨迹中间点中选取轨迹中间点；
6、利用所选取
7、根据挖掘机铲斗宽度，结合所述轨迹中间点的挖掘轨迹实时关系式，建立轨迹中间点的挖掘介质体积实时关系式，计算每个轨迹中间点的挖掘介质体积；
8、依次比较每个轨迹中间点的挖掘介质体积与挖掘机铲斗装载容量，当每个轨迹中间点的挖掘介质体积大于等于铲斗装载容量的90%，将所述轨迹中间点作为新的挖掘轨迹终止点；
9、利用机器人轨迹规划算法，对选取的轨迹中间点进行轨迹规划，获得新的轨迹中间点；
10、根据每个轨迹中间点的挖掘介质体积，调整挖掘机的操作参数后，基于所述挖掘轨迹起始点、新的轨迹中间点以及新的挖掘轨迹终止点，继续执行挖掘任务，所述操作参数包括铲斗宽度、铲斗容量。
11、进一步地，利用选取的轨迹中间点、挖掘轨迹起始点和挖掘轨迹终止点，建立的轨迹中间点的挖掘轨迹实时关系式，表示为：
12、 （1）；
13、其中，f(x)为被积函数，f(x)>0，表示当前轨迹中间点的挖掘轨迹长度，a表示挖掘轨迹的起始点，b表示挖掘轨迹的终止点。
14、根据权利要求2所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，根据挖掘机铲斗宽度，结合所述轨迹中间点的挖掘轨迹实时关系式，建立轨迹中间点的挖掘介质体积实时关系式，将所述每个轨迹中间点的挖掘介质体积的实时关系式表示为：
15、 （2）；
16、其中，v表示当前轨迹中间点p的挖掘介质体积，p表示当前的轨迹中间点，a表示挖掘轨迹起始点，b表示挖掘轨迹终止点，|fp(x)|表示当前轨迹中间点p的挖掘轨迹长度，表示挖掘机铲斗宽度。
17、根据权利要求3所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，如果建立的轨迹中间点的挖掘轨迹为曲边梯形，采用曲边梯形面积计算法将每个轨迹中间点的挖掘介质体积的实时关系式表示为：
18、（3）；
19、其中，vdis建立的轨迹中间点的挖掘轨迹为曲边梯形时，当前轨迹中间点的挖掘介质体积，yi+yi+1表示第i个轨迹中间点运动轨迹的曲边梯形的上底和下底的和，xi+1-xi表示第i个轨迹中间点运动轨迹的曲边梯形的高，其中，，n表示采样频率，表示挖掘机铲斗宽度。
20、进一步地，所述机器人轨迹规划算法包括三次多项轨迹插值算法、五次多项轨迹插值算法以及nurbs轨迹规划算法。
21、第二方面，本专利技术提供一种挖掘机自动挖掘过程满斗率提升控制系统，包括以下模块：
22、初始化模块，用于获取挖掘轨迹起始点、挖掘轨迹终止点以及挖掘机铲斗宽度；
23、中间点预设与选取模块，用于在挖掘轨迹起始点和挖掘轨迹终止点之间预设多个轨迹中间点，根据挖掘任务的特点，在预设的多个轨迹中间点中选取轨迹中间点；
24、轨迹实时关系建立模块，用于利用所选取的轨迹中间点、挖掘轨迹起始点和挖掘轨迹终止点，建立轨迹中间点的挖掘轨迹实时关系式；
25、挖掘介质体积建立计算模块，用于根据挖掘机铲斗宽度，结合所述轨迹中间点的挖掘轨迹实时关系式，建立轨迹中间点的挖掘介质体积实时关系式，计算每个轨迹中间点的挖掘介质体积；
26、铲斗装载容量比较模块，用于依次比较每个轨迹中间点的挖掘介质体积与挖掘机铲斗装载容量，当每个轨迹中间点的挖掘介质体积大于等于铲斗装载容量的90%，将所述轨迹中间点作为新的挖掘轨迹终止点；
27、轨迹规划模块，用于利用机器人轨迹规划算法，对选取的轨迹中间点进行轨迹规划，获得新的轨迹中间点；
28、操作参数调整与轨迹优化模块，用于根据每个轨迹中间点的挖掘介质体积，调整挖掘机的操作参数后，基于所述挖掘轨迹起始点、新的轨迹中间点以及新的挖掘轨迹终止点，继续执行挖掘任务，所述操作参数包括铲斗宽度、铲斗容量。
29、第三方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
30、第四方面，本专利技术提供一种挖掘机，包括座舱、大臂、斗杆、铲斗、齿间、大臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸，所述座舱连接所述大臂，所述大臂连接所述斗杆，所述斗杆连接所述铲斗，所述大臂油缸推动所述大臂运动，所述斗杆油缸推动所述斗杆运动，所述铲斗油缸推动所述铲斗运动，还包括控制器，所述控制器用于执行上述任一项所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法。
31、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
32、本专利技术通过机器人轨迹规划算法规划新的挖掘轨迹，实现了挖掘机挖掘物料轨迹的动态调整。能够实时适应环境变化，确保挖掘轨迹与挖掘任务匹配，提升作业效率。同时，利用中间点建立轨迹与体积关系，精确计算挖掘体积，提高满斗率。先进轨迹规划方法确保路径平滑连续，减少移动和能耗，优化挖掘效率。根据规划结果调整操作参数，进一步提升挖掘效率和质量，实现高效、精准自动挖掘。解决了现有技术中挖掘机在自主挖掘过程中，挖斗空斗率较高的问题。
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1.一种挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，利用选取的轨迹中间点、挖掘轨迹起始点和挖掘轨迹终止点，建立的轨迹中间点的挖掘轨迹实时关系式，表示为：
3.根据权利要求2所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，根据挖掘机铲斗宽度，结合所述轨迹中间点的挖掘轨迹实时关系式，建立轨迹中间点的挖掘介质体积实时关系式，将所述每个轨迹中间点的挖掘介质体积的实时关系式表示为：
4.根据权利要求3所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，如果建立的轨迹中间点的挖掘轨迹为曲边梯形，采用曲边梯形面积计算法将每个轨迹中间点的挖掘介质体积的实时关系式表示为：
5.根据权利要求1所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，所述机器人轨迹规划算法包括多项轨迹插值算法。
6.根据权利要求1所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，所述机器人轨迹规划算法包括NURBS轨迹规划算法。
7.一种挖掘机自动挖掘过程满斗
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述方法的步骤。
9.一种挖掘机，包括座舱、大臂、斗杆、铲斗、齿间、大臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸，所述座舱连接所述大臂，所述大臂连接所述斗杆，所述斗杆连接所述铲斗，所述大臂油缸推动所述大臂运动，所述斗杆油缸推动所述斗杆运动，所述铲斗油缸推动所述铲斗运动，其特征在于，还包括控制器，所述控制器用于执行权利要求1-6任一项所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法。
...【技术特征摘要】
1.一种挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，利用选取的轨迹中间点、挖掘轨迹起始点和挖掘轨迹终止点，建立的轨迹中间点的挖掘轨迹实时关系式，表示为：
3.根据权利要求2所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，根据挖掘机铲斗宽度，结合所述轨迹中间点的挖掘轨迹实时关系式，建立轨迹中间点的挖掘介质体积实时关系式，将所述每个轨迹中间点的挖掘介质体积的实时关系式表示为：
4.根据权利要求3所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，如果建立的轨迹中间点的挖掘轨迹为曲边梯形，采用曲边梯形面积计算法将每个轨迹中间点的挖掘介质体积的实时关系式表示为：
5.根据权利要求1所述的挖掘机自动挖掘过程满斗率提升方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫跃兴，薛力戈，陈学海，孟宪洋，朱洪睿，
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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