[發明專利]一種挖掘機輔助施工系統及方法

在審

• 申請號: 201810331609.5
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108549771A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 楊濤;王勝利;于明衛;李智全;陳建超;李龍凱;王思又
• 申請（專利權）人: 山東天星北斗信息科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;E02F3/28
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發明公開一種挖掘機輔助施工系統及方法，采用傾角傳感器和GNSS定位相結合，根據挖掘機實際形狀，建立三維模型，實時解算鏟齒坐標，并以此為基礎利用視覺與AR技術相結合實時顯示三維地圖進一步實現輔助施工功能。本發明利用挖掘機和GNSS衛星定位的優勢，實時定位挖掘機的位置提高施工精度；利用視覺技術建立施工場景結合設計圖紙實時顯示，實時反映施工進度信息，同時根據施工要求在其施工作業的同時提供相應的施工提示，提高挖掘機施工的工作效率，實現挖掘機的施工智能化和操作人性化。

技術領域

本發明涉及土木工程建設施工領域，具體涉及一種挖掘機輔助施工系統及方法。

背景技術

目前，隨著現代施工建設作業任務和類型的日益繁多，挖掘機在各種工程領域中的應用日益廣泛，同時各項工程對工程質量和施工工期的要求也越來越高。這對挖掘機的施工精度和用戶的熟練程度提出了較高要求。然而在實際操作過程中，由于挖掘機裝置和用戶等原因，會出現一系列問題，導致了施工效率和精度降低。目前市場上大多數挖掘機都不帶有輔助施工系統，在進行作業時，主要靠挖掘機手的技術和經驗，一次施工后的作業面與標準作業面有較大的差距，需要反復修整，這種施工模式嚴重阻礙了工程建設的進度。

發明內容

為了解決挖掘機在施工現場精確施工與便捷作業的技術問題，本發明提供了一種挖掘機輔助施工系統及方法，通過多傳感器融合及挖掘機鏟斗的三維空間坐標實時解算鏟齒坐標，依據鏟齒坐標進行作業根據，實時提施工步驟；采用視覺技術將挖掘機施工場景實時重建，實時顯示鏟齒坐標和施工場景；將三維施工設計圖與施工場景相結合，實時顯示施工進度信息。

本發明所采用的技術方案是：

一種挖掘機輔助施工系統，包括挖掘機本體，挖掘機本體包括鏟斗、動臂和斗桿鏟斗、動臂和斗桿上分別設有單軸傾角傳感器，用于獲取動臂、斗桿和鏟齒的姿態角度信息，挖掘機本體上設置有IMU測量單元和GNSS雙天線定位定向裝置，通過IMU測量單元獲取挖掘機本體的姿態角度信息，通過GNSS雙天線定位定向裝置獲取挖掘機本體的位置變化信息；挖掘機本體的駕駛室頂部安裝有朝向挖掘機鏟斗的施工方向的雙目相機，用于獲取挖掘機的三維地面坐標；挖掘機本體的操作室內設置有數據處理單元和三維用戶交互界面，所述數據處理單元接收單軸傾角傳感器、IMU測量單元、GNSS雙天線定位定向裝置和雙目相機傳送的信息，計算挖掘機鏟斗齒的三維坐標，構建挖掘機施工場景，并在三維用戶交互界面上顯示。

進一步的，所述GNSS雙天線定位定向裝置包括GNSS主天線、GNSS從天線和GNSS接收機，所述GNSS主天線和GNSS從天線設置在挖掘機本體的后部，GNSS主天線和GNSS從天線的空間連線垂直于挖掘機的航向，當挖掘機車身水平時，GNSS主天線和GNSS從天線處于同一水平面上，用于定位挖掘機的空間位置坐標，計算挖掘機的航向角，發送至GNSS接收機；所述GNSS接收機安裝在挖掘機本體的操作室內，用于計算GNSS主天線的空間位置坐標，并將GNSS主天線的空間位置坐標通過串口傳輸方式傳輸到數據處理單元。

進一步的，在挖掘機車身的頂部安裝有雙軸傾角傳感器，用于測量挖掘機的俯仰角和橫滾角，并傳輸至數據處理單元。

采用上述的挖掘機輔助施工系統進行輔助施工方法，該方法包括以下步驟：

(1)獲取挖掘機本體的各部位姿態角度信息以及各部位的位置變化量，計算挖掘機鏟斗齒的三維坐標；

(2)建立挖掘機三維模型，并進行挖掘機運動仿真；

(3)根據挖掘機本體的各部位姿態角度信息及雙目相機參數，建立立體像對，基于立體像對和挖掘機的三維地理坐標，建立施工區域的三維地面模型；

(4)將預先導入的三維施工設計圖與步驟(2)得到的挖掘機三維模型、步驟(3)得到的施工區域的三維地面模型進行融合，得到挖掘機施工場景，為挖掘機作業提供依據。