[发明专利]一种实时土体类别识别方法、系统及一种挖掘机

说明书

本发明属于土体类别识别方法，公开了一种实时土体类别识别方法，包括如下步骤：A)采集振动信号：经布置于开挖掘进机构上的传感器采集开挖掘进机构的振动信号；B)获取信号特征：利用设定的信号处理算法实时分析作业过程中振动信号的时域和频域特征；C)识别土体类别：并将分析结果与土体类别数据库中各类土体的时域频域特征的标定值进行对比，以判断土体类别。该土体类别识别方法能够快速准确地识别土体类别。本发明还公开了一种土体类别识别系统，包括传感器、信号收集器和预设有土体类别数据库、振动信号分析程序和土体类别识别程序的控制器；此外还公开了一种具有上述土体类别识别系统的挖掘机。

技术领域

本发明涉及土体类别识别方法，具体涉及一种实时土体类别识别方法。此外本发明还涉及一种实时土体类别识别系统及一种挖掘机。

背景技术

普通挖掘机施工时，挖掘机司机需要依据挖土时挖掘机的反馈，并根据经验控制挖掘机工作时的挖掘姿态、挖斗入土角度、油缸压力大小等参数，以便于挖掘土体，提高工作效率，减小机械零件损耗等。

若想实现挖掘机的自动化操作，在没有挖掘机司机的经验控制挖掘机参数的条件下，想要保证施工效率、减小机械零件损耗等，则需要提前得到施工场地的土体类别，以能够进一步根据不同的土体选用不同的工作参数进行现场施工，此外，挖机施工时还需及时识别是否遇到大块的坚硬障碍物，如孤石等，以避免施工事故的发生。

然而，场地土体变异性大，无论是依据已有的地质勘查资料还是对作业区域的预先勘查均不能准确地得到每一个挖掘点的土体类别，也难以法判断土体下是否有坚硬障碍物，且现有的土类识别技术采用土体破坏时实测阻力大小结合现有土压力计算模型进行土类识别，其需要采集多次挖掘过程中数据才能对土类进行识别，一方面实时性较差，无法实时识别是否遇到坚硬障碍物；另一方面误差大，容易引起土体类别的误判。

有鉴于此需要提供一种土体类别识别方法。

发明内容

本发明第一方面是要提供一种实时土体类别识别方法，以能够实时且准确地识别当前作业点的土体类别以及判断是否遇到坚硬障碍物。

此外,本发明第二方面还要提供一种实时土体类别识别系统,以能够实时识别土体类别。

进一步地,本发明第三方面是要提供一种挖掘机，该挖掘机能够实时且自动地识别土体类别。

为实现以上发明目的，本发明第一方面提供一种实时土体类别识别方法，包括如下步骤：A)采集振动信号：经由布置于开挖掘进设备的开挖掘进机构上的传感器采集所述开挖掘进机构在动作过程中的振动信号；B)获取信号特征：利用设定的信号处理算法实时分析实际作业过程中所述振动信号的时域特征和频域特征；C)识别土体类别：将分析结果与土体类别数据库中所记录的各类土体的时域特征和频域特征的标定值进行对比，以确定当前作业位置的土体类别。

具体地，步骤B)和步骤C)中所述的时域特征包括时域幅值；所述频域特征包括频域特征频率范围和频域特征频率幅值；步骤C)中经实验标定并建立所述土体类别数据库时，记遇到不同土体类别时所述传感器采集到的所述振动信号的幅值集合为X_k＝{x_i|i＝1,2,…,F_s·t}，其中F_s为所述传感器的采样频率，t为采样的持续时间，K为土体以及障碍物的类别，并记所述开挖掘进机构接触土体或障碍物的时刻为t₀时刻。

进一步具体地，所述时域幅值的标定方法为：取所述幅值集合X_k在所述t₀时刻后的a个幅值的平均值A_k为K类土体或障碍物的时域幅值的标定值。