[發(fā)明專利]一種基于車體位姿的作業(yè)部件末端位姿測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110188180.0
• 申請日: 2021-02-18
• 公開（公告）號: CN112987069B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡煉;賴桑愉;何杰;羅錫文;陳高隆;黃浩;劉海龍;高銳濤
• 申請（專利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01S19/53
• 分類號: G01S19/53
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 付茵茵

一種基于車體位姿的作業(yè)部件末端位姿測量方法，a.將姿態(tài)傳感器安裝于車體或載體平臺測量車體姿態(tài)；b.GNSS系統(tǒng)測量車體的位姿信息；激光傳感測量基于基準作業(yè)面的相對位置信息；c.建立車體坐標系Oxyz；d.執(zhí)行機構(gòu)安裝傳感器，檢測姿態(tài)及位置變化，并建立作業(yè)部件坐標系Ox_ny_nz_n；e.獲取衛(wèi)星天線或激光傳感的位置信息和各傳感器所測姿態(tài)及位置信息，建立作業(yè)部件末端中心的位置解算模型；f.計算作業(yè)部件末端基于基準作業(yè)面的高程差Δh；測量作業(yè)部件的姿態(tài)信息，計算作業(yè)部件末端基于基準作業(yè)面的角度差Δα。使用一套GNSS系統(tǒng)便可車體定位和作業(yè)部件末端位姿測量，屬于工程機械和智能農(nóng)機領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程機械和智能農(nóng)機領(lǐng)域，特別涉及一種基于車體位姿的作業(yè)部件末端位姿測量方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對機械的作業(yè)精度與作業(yè)效率的要求不斷提高，這要求對末端作業(yè)部件位姿信息的準確感知。隨著衛(wèi)星定位系統(tǒng)載波相位差分技術(shù)的快速發(fā)展，利用衛(wèi)星定位來測量載體的姿態(tài)信息迅速成為衛(wèi)星定位應(yīng)用研究的熱點。GNSS的位姿信息有著精度高、無誤差累計、無需初始化和成本低等優(yōu)勢。激光技術(shù)是20世紀以來最重要的科技發(fā)明之一，因其準直性強、相干性好、物理性質(zhì)穩(wěn)定、精度高等特性，使其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。激光平整技術(shù)以旋轉(zhuǎn)激光作為校準平面，激光接收器根據(jù)不同高程的光電轉(zhuǎn)換元件接收到的激光信號確定所安裝載體的高程位置。

近年來，在國內(nèi)，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計基于GNSS技術(shù)的水田平地機，將GNSS接收天線固定在平地鏟上以獲取平地鏟的高程定位信息(胡煉等，2015)；該團隊還設(shè)計了高精度的激光平地機激光接收器，應(yīng)用于農(nóng)田平整與混泥土平整(蒙世博等，2020)。在國外，天寶(Trimble)Field LevelⅡSystem平地機與徠卡的Leica iCON grade iGD系列推土機將GNSS雙天線安裝于平地鏟/推土鏟上以得到作業(yè)部件的位置及姿態(tài)信息。

順應(yīng)無人作業(yè)的發(fā)展趨勢，利用多套GNSS實現(xiàn)自動導(dǎo)航及作業(yè)部件姿態(tài)與高程位置信息的測量，不僅增加了成本，而且在作業(yè)部件末端安裝GNSS天線難度大、測量不準，甚至無法安裝，如需前后翻轉(zhuǎn)的作業(yè)部件。此外，作業(yè)部件上的桅桿、電纜和天線一定程度上限制了作業(yè)部件的運行范圍，增加了設(shè)備的損壞風(fēng)險，同時也增加了每天拆卸和重裝所需的時間。因此有必要提供一種僅用一套GNSS系統(tǒng)或激光傳感便可滿足車體定位和作業(yè)部件末端位姿測量的方法。更為重要的是，復(fù)雜造型施工和水下作業(yè)等要求測量快速獲得高精度的作業(yè)部件末端的位置信息，而GNSS系統(tǒng)和激光傳感難以直接測量獲得。

因此，有必要提供一種基于車體位姿的作業(yè)部件末端位姿測量方法以滿足應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提供一種基于車體位姿的作業(yè)部件末端位姿測量方法，使用一套GNSS系統(tǒng)或激光傳感便可滿足車體定位和作業(yè)部件末端位姿測量要求。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于車體位姿的作業(yè)部件末端位姿測量方法，包括如下步驟：

a、將姿態(tài)傳感器安裝于車體或與車體剛性連接的載體平臺上，測量車體姿態(tài)；

b、將GNSS系統(tǒng)中的衛(wèi)星天線安裝于車體頂部，測量車體的位姿信息；或?qū)⒓す鈧鞲邪惭b于車體或載體平臺上，測量基于基準作業(yè)面的相對位置信息；

c、建立車體坐標系Oxyz，以車體前進方向為y軸，x軸與y軸垂直指向車體方向的右側(cè)，z軸垂直于x、y軸向上；

d、在各個執(zhí)行機構(gòu)安裝傳感器，檢測執(zhí)行機構(gòu)的姿態(tài)變化以及位置變化，并建立作業(yè)部件坐標系Ox_ny_nz_n，n＝1,2...；