[發(fā)明專利]一種基于激光雷達(dá)的同步建圖和自動作業(yè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010126902.5
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111364549B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙斌;艾云峰;楊超;高嬌
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇徐工工程機(jī)械研究院有限公司
• 主分類號: E02F9/20
• 分類號: E02F9/20;E02F9/26
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 劉艷艷

本發(fā)明公開了一種基于激光雷達(dá)的同步建圖和自動作業(yè)方法及系統(tǒng)，建圖和自動作業(yè)同時進(jìn)行，互相依賴，互相促進(jìn)；自動作業(yè)系統(tǒng)控制挖掘機(jī)工作裝置（回轉(zhuǎn)、動臂、斗桿、鏟斗等）運(yùn)動，安裝在挖掘機(jī)上的激光雷達(dá)、角度傳感器等會實(shí)時采集，結(jié)合特殊數(shù)據(jù)處理邏輯，獲得具有顯著優(yōu)勢的環(huán)境感知信息，同步建立地圖，同步建圖是自動作業(yè)的前提條件，其優(yōu)質(zhì)性對自動作業(yè)有根本影響。在生成的環(huán)境地圖中提取作業(yè)面和作業(yè)區(qū)域物體信息，提供給自動作業(yè)系統(tǒng)，輔助其系統(tǒng)做出決策和規(guī)劃，完成自動作業(yè)流程。采用本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)面檢測、作業(yè)區(qū)域內(nèi)物體檢測，同時根據(jù)同步建圖的地圖信息，也可以實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)械的自動作業(yè)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動作業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于激光雷達(dá)的同步建圖和自動作業(yè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

工程機(jī)械的智能化甚至無人化是目前發(fā)展的趨勢，如何能夠通過自身傳感器感知周圍環(huán)境，并利用這些信息輔助或者代替人作業(yè)，其作業(yè)的安全性、生產(chǎn)效率都能夠獲得很大提升。

中國專利CN104090279A，設(shè)計(jì)了一種基于激光雷達(dá)的挖掘作業(yè)面檢測裝置，通過步進(jìn)電機(jī)帶動一線激光雷達(dá)在俯仰方向±45°范圍內(nèi)做勻速運(yùn)動，將一線激光雷達(dá)的二維掃描轉(zhuǎn)換為三維掃描，實(shí)現(xiàn)一線激光雷達(dá)俯仰運(yùn)動控制、挖掘作業(yè)面掃描和三維重構(gòu)功能。

中國專利CN104476548A提出了一個完整的自動化挖掘作業(yè)系統(tǒng)，使用立體激光雷達(dá)進(jìn)行挖掘作業(yè)面檢測，使用操控盒將工業(yè)機(jī)器人示教和再現(xiàn)功能與挖掘機(jī)器人自主作業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，下位機(jī)采用自調(diào)整模糊PID控制技術(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷：中國專利CN104090279A和中國專利CN104476548A(為同一個單位申請，是同一套控制系統(tǒng))的缺點(diǎn)之一在于需要俯仰機(jī)構(gòu)配合單線雷達(dá)進(jìn)行掃描，需要將二維轉(zhuǎn)換為三維，效率有待提高；其缺點(diǎn)之二在于需要等到檢測完畢后才能夠進(jìn)行三維重建，并不是同時建圖。

發(fā)明內(nèi)容

目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于激光雷達(dá)的同步建圖和自動作業(yè)方法及系統(tǒng)。采用本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)面檢測、作業(yè)區(qū)域內(nèi)物體檢測，同時根據(jù)同步建圖的地圖信息，也可以實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)械的自動作業(yè)控制，滿足惡劣環(huán)境及不適宜有人參與情況下挖掘作業(yè)需求。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

第一方面，提供一種基于激光雷達(dá)的同步建圖和自動作業(yè)系統(tǒng)，包括工作裝置角度傳感器、回轉(zhuǎn)角度傳感器、多線激光雷達(dá)、主控計(jì)算裝置；

所述工作裝置角度傳感器，安裝在工作裝置動臂、斗桿、鏟斗上，用于檢測挖掘機(jī)工作裝置動臂、斗桿、鏟斗相對于水平面的角度，通過計(jì)算得到動臂、斗桿、鏟斗位置姿態(tài)信息；

所述回轉(zhuǎn)角度傳感器，用于檢測挖掘機(jī)車體在水平面的旋轉(zhuǎn)角度信息；

所述多線激光雷達(dá)，用于檢測挖掘機(jī)周圍作業(yè)環(huán)境信息；

所述主控計(jì)算裝置，包括：

位姿計(jì)算模塊，用于獲取角度傳感器信息，計(jì)算激光雷達(dá)的位姿和挖掘機(jī)工作裝置位姿；

環(huán)境建圖模塊，用于接收多線激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理建立環(huán)境地圖，并感知得到作業(yè)面以及在作業(yè)面內(nèi)的物體；

自動作業(yè)控制模塊：根據(jù)位置姿態(tài)信息、工作裝置環(huán)境地圖和作業(yè)面以及在作業(yè)面內(nèi)的物體，做出決策及規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)自動作業(yè)。

在一些實(shí)施例中，所述多線激光雷達(dá)，其中至少一個激光雷達(dá)安裝在駕駛室頂部，用于感知車體360度范圍內(nèi)環(huán)境信息，掃描面平行于地面，用于對車體周圍360度范圍內(nèi)的物體進(jìn)行感知；至少兩個對稱安裝在挖掘機(jī)動臂左右側(cè)面，掃描面均垂直地面，用于對局部作業(yè)面環(huán)境信息進(jìn)行感知。