[发明专利]基于5G的矿区无人运输系统及其矿铲车的协同控制方法

权利要求书

1.基于5G的矿区无人运输系统，其特征在于，包括云平台、无人矿车、智能铲车，5G通讯模块；所述无人矿车上安装第一车载终端、第一车辆感知模块、第一车辆控制模块以及第一车辆定位模块，所述智能铲车上安装第二车载终端、第二车辆感知模块、第二车辆控制模块、第二车辆定位模块以及第三车辆定位模块；其中，

所述云平台用于与所述无人矿车上的所述第一车载终端、所述智能铲车上的所述第二车载终端信息交互、信息处理以及历史数据存储，并对所述无人矿车进行路径规划调度；

所述5G通讯模块用于所述云平台与所述无人矿车、所述智能铲车进行信息传输；

所述第一车载终端用于接收和处理所述云平台、所述第一车辆感知模块、所述第一车辆控制模块以及所述第一车辆定位模块的信息；所述第二车载终端用于接收和处理所述云平台、所述第二车辆感知模块、所述第二车辆控制模块以及所述第二车辆定位模块的信息；

所述第一车辆感知模块和所述第二车辆感知模块均包括激光雷达和毫米波雷达，用于感知周围环境信息；

所述第一车辆控制模块用于接收所述第一车载终端控制指令，控制所述无人矿车自主行驶；所述第二车辆控制模块用于接收所述第二车载终端控制指令，控制所述智能铲车自主行驶；

所述第一车辆定位模块为安装于所述无人矿车前端的GPS天线，通过串口连接在所述第一车载终端的输入端，用于所述无人矿车定位；

所述第二车辆定位模块和所述第三车辆定位模块分别为安装于所述智能铲车铲臂底座旋转中心和所述智能铲车铲臂与铲斗铰接部位的GPS天线，均通过串口连接在所述第二车载终端的输入端，用于所述智能铲车铲臂底座旋转中心定位以及铲臂末端部位定位。

2.基于权利要求1所述的无人运输系统的矿铲车协同控制方法，其特征在于，所述矿铲车协同控制方法包括以下步骤：

S1：无人矿车的第一车辆定位模块和智能铲车的第二车辆定位模块实时采集自身位置信息，分别通过串口传输至所述第一车载终端和所述第二车载终端，并分别由第一车载终端和第二车载终端通过5G通讯模块实时上传至云平台；

S2:云平台处理更新步骤S1获取的位置信息，确定当前时刻智能铲车位置和所在装载区域入口位置，以及可用空载无人矿车位置，其中，可用空载无人矿车位置由云平台内部的调度模块基于整体矿区作业状态、装载区域矿料运载需求以及空载无人矿车位置路径可达性确定；

S3:云平台以步骤S2的当前时刻可用空载无人矿车位置为起点、装载区域入口位置为终点规划行驶路径，并将规划路径分别发送至每辆空载无人矿车的第一车载终端；

S4：空载无人矿车由第一车辆感知模块感知路况、第一车辆控制模块控制车体按照步骤S3的规划路径行驶至装载区域入口处排队等候装载矿料；

S5：装载区域入口处空载无人矿车的第一车载终端向智能铲车的第二车载终端发送是否允许驶入的询问信息；

S6：装载区域入口处无人矿车为其在此位置停靠时间内的首辆驶入无人矿车，智能铲车车载终端向首辆驶入无人矿车发送允许驶入指令、无人矿车停靠位置和停靠朝向信息；

装载区域入口处无人矿车不是其在此位置停靠时间内的首辆驶无人入矿车，判断前一辆已满载矿车是否驶出智能铲车正常工作范围，若已经驶出则向入口处无人矿车的第一车载终端发送允许驶入指令、无人矿车停靠位置和停靠朝向信息，若尚未驶出则等待满载矿车驶出智能铲车正常工作范围；

无人矿车停靠位置和停靠朝向信息的确定方法为：

S6-1：以智能铲车铲臂底座旋转中心的GPS天线检测的正北方向为基准0°，智能铲车的第二车载终端接收铲臂挖掘矿料时铲臂与铲斗铰接部位的GPS定位信息，确定此时铲臂相对于正北方向的方位角θ₁；

S6-2：智能铲车的第二车辆控制模块控制铲臂向逆时针或顺时针方向旋转90°，智能铲车的第二车载终端接收此时铲臂末端定位信息，确定此时铲臂相对于正北方向的方位角θ₂；

S6-3：步骤S6-2中智能铲车铲臂与铲斗铰接部位的定位信息即为无人矿车后车厢中心停靠位置，无人矿车停靠朝向为垂直于智能铲车铲臂且无人矿车车头背对矿山的朝向，无人矿车停靠位置能够通过无人矿车后车厢中心停靠位置及无人矿车停靠朝向共同确定；

S7：以云平台下传的规划路径信息为期望路径，由第一车辆控制模块控制无人矿车沿期望路径按照停靠朝向驶入停靠位置；

若步骤S6装载区域入口处无人矿车不是首辆驶入无人矿车，则下传的规划路径信息为前一辆无人矿车上传的历史轨迹；若步骤S6装载区域入口处无人矿车是首辆驶入无人矿车，则所述下传的规划路径信息计算方法如下：

S7-1：确定无人矿车可行驶的规划路径范围：

延伸无人矿车在所述装载区域入口处车身中部纵向轴线L1和无人矿车停靠位置处的车身中部纵向轴线L2得到车头朝向夹角θ₃，两轴线在夹角θ₃之间的区域范围即为无人矿车可行驶的规划路径范围；

S7-2:确定规划路径范围内的可行驶路径集合Φ＝{p₁,p₂...,p_n}，p₁，p₂，...，p_n分别为n个可行驶路径，所有可行驶路径区段半径r_i满足r_i≥r_min，且路径坐标点(X_j,Y_j,Z_j)、矿山边缘点(X_k,Y_k,Z_k)以及装载区域边缘点(X_l,Y_l,Z_l)满足条件(1)，r_min为无人矿车车身的最小物理转弯半径，d为最小安全距离，条件(1)为：

S7-3：在可行驶路径集合中选取长度最小的路径作为下传的规划路径p_choose，即：p_choose＝minΦ；

S8：无人矿车按照期望路径行驶过程中，根据第一车辆感知模块实时感知周围路况，并将路况信息和车辆实际轨迹信息通过5G通讯模块实时传输至云平台，由云平台存储至无人矿车历史轨迹信息模块中；

S9：无人矿车装载完成后，云平台向无人矿车的第一车载终端下发无人矿车装载位置至装载区域出口处的规划路径，由无人矿车的第一车辆控制模块控制执行，完成整个无人矿车装载过程，循环进入步骤S4。