[发明专利]一种基于激光雷达的同步建图和自动作业方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于激光雷达的同步建图和自动作业方法及系统，建图和自动作业同时进行，互相依赖，互相促进；自动作业系统控制挖掘机工作装置（回转、动臂、斗杆、铲斗等）运动，安装在挖掘机上的激光雷达、角度传感器等会实时采集，结合特殊数据处理逻辑，获得具有显著优势的环境感知信息，同步建立地图，同步建图是自动作业的前提条件，其优质性对自动作业有根本影响。在生成的环境地图中提取作业面和作业区域物体信息，提供给自动作业系统，辅助其系统做出决策和规划，完成自动作业流程。采用本发明，能够实现作业面检测、作业区域内物体检测，同时根据同步建图的地图信息，也可以实现挖掘机械的自动作业控制。

技术领域

本发明属于自动作业控制技术领域，涉及一种基于激光雷达的同步建图和自动作业方法及系统。

背景技术

工程机械的智能化甚至无人化是目前发展的趋势，如何能够通过自身传感器感知周围环境，并利用这些信息辅助或者代替人作业，其作业的安全性、生产效率都能够获得很大提升。

中国专利CN104090279A，设计了一种基于激光雷达的挖掘作业面检测装置，通过步进电机带动一线激光雷达在俯仰方向±45°范围内做匀速运动，将一线激光雷达的二维扫描转换为三维扫描，实现一线激光雷达俯仰运动控制、挖掘作业面扫描和三维重构功能。

中国专利CN104476548A提出了一个完整的自动化挖掘作业系统，使用立体激光雷达进行挖掘作业面检测，使用操控盒将工业机器人示教和再现功能与挖掘机器人自主作业控制系统进行结合，下位机采用自调整模糊PID控制技术。

现有技术存在以下缺陷：中国专利CN104090279A和中国专利CN104476548A(为同一个单位申请，是同一套控制系统)的缺点之一在于需要俯仰机构配合单线雷达进行扫描，需要将二维转换为三维，效率有待提高；其缺点之二在于需要等到检测完毕后才能够进行三维重建，并不是同时建图。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于激光雷达的同步建图和自动作业方法及系统。采用本发明，能够实现作业面检测、作业区域内物体检测，同时根据同步建图的地图信息，也可以实现挖掘机械的自动作业控制，满足恶劣环境及不适宜有人参与情况下挖掘作业需求。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种基于激光雷达的同步建图和自动作业系统，包括工作装置角度传感器、回转角度传感器、多线激光雷达、主控计算装置；

所述工作装置角度传感器，安装在工作装置动臂、斗杆、铲斗上，用于检测挖掘机工作装置动臂、斗杆、铲斗相对于水平面的角度，通过计算得到动臂、斗杆、铲斗位置姿态信息；

所述回转角度传感器，用于检测挖掘机车体在水平面的旋转角度信息；

所述多线激光雷达，用于检测挖掘机周围作业环境信息；

所述主控计算装置，包括：

位姿计算模块，用于获取角度传感器信息，计算激光雷达的位姿和挖掘机工作装置位姿；

环境建图模块，用于接收多线激光雷达数据，经过数据处理建立环境地图，并感知得到作业面以及在作业面内的物体；

自动作业控制模块：根据位置姿态信息、工作装置环境地图和作业面以及在作业面内的物体，做出决策及规划，实现挖掘机自动作业。

在一些实施例中，所述多线激光雷达，其中至少一个激光雷达安装在驾驶室顶部，用于感知车体360度范围内环境信息，扫描面平行于地面，用于对车体周围360度范围内的物体进行感知；至少两个对称安装在挖掘机动臂左右侧面，扫描面均垂直地面，用于对局部作业面环境信息进行感知。