[发明专利]一种360°自适应装卸载无人驾驶矿用自卸车及其控制方法

权利要求书

1.一种360°自适应装卸载无人驾驶矿用自卸车控制方法，包括货箱（1）、感知定位系统（2）、360°自适应转动平台（3）、控制箱（4）、车架（5）和动力系统（6）；

360°自适应转动平台（3）包括回转平台（307）、升举装置（301）、液压马达及减速器（303）、回转轴承内圈（302）和回转轴承外圈（305），回转平台（307）底面与回转轴承内圈（302）连接，回转轴承外圈（305）与回转轴承内圈（302）配合并与车架（5）连接，液压马达及减速器（303）固定在车架（5）上，液压马达及减速器（303）输出轴与主动齿轮（304）连接，主动齿轮（304）与回转轴承内圈（302）啮合，货箱（1）的一端与回转平台（307）的一端直接铰接，货箱（1）的另一端与回转平台（307）的另一端通过升举装置（301）铰接；

360°自适应转动平台（3）设置在车架（5）上方，控制箱（4）和动力系统（6）设置在车架（5）下方，货箱（1）设置在360°自适应转动平台（3）上；

感知定位系统（2）包括激光雷达（201）、卫星定位装置（202）、双目相机（203）、毫米波雷达（204）和惯性测量单元（205）；在车架（5）前侧面的左右两侧分别各设置一个激光雷达（201）和卫星定位装置（202），双目相机（203）设置在车架（5）前侧面纵向中线位置上，车架（5）前后左右四个侧面分别设有毫米波雷达（204），惯性测量单元（205）设置在自卸车重心的位置，车架（5）前侧面纵向中线位置上设置一个摄像机（206）；

控制箱（4）中包括电子地图、中央处理单元、路径规划系统、车辆数据及命令收发单元和电控系统；电子地图与中央处理单元CAN线连接，中央处理单元分别与路径规划系统和车辆数据及命令收发单元CAN线连接，感知定位系统（2）通过CAN线与中央处理单元连接，车辆数据及命令收发单元与路径规划单元CAN线连接，电控系统与车辆数据及命令收发单元CAN线连接；

动力系统（6）分为电驱动子系统和辅助子系统，电驱动子系统包括主发电机、整流器/逆变器、电动机、动力电池、轮边减速器和车轮，辅助子系统包括液压制动机构、转向装置、制动电阻和冷却机构；柴油机输出端与主发电机机械连接，主发电机输出端分别与动力电池和整流器/逆变器电气连接，动力电池分别与冷却机构和整流器/逆变器电气连接，制动电阻与整流器/逆变器电气连接，整流器/逆变器与前后轴的转向装置和电动机电气连接，每一个电动机分别通过一个轮边减速器与车轮机械连接，每一个车轮分别与一个液压制动机构机械连接，柴油机分别与360 °自适应转动平台（3）和液压制动机构液压连接，柴油机、主发电机、电动机、360 °自适应转动平台（3）、液压制动机构、转向装置通过CAN线与电控系统连接；

其特征在于，

步骤一：矿车行驶至装载区，感知定位系统（2）收集周围环境数据确定挖机位置；

矿车定位：卫星定位装置（202）接收卫星及地面基站发送的信号，送到中央处理单元，中央处理单元将卫星定位装置（202）传来的信息与惯性测量单元（205）传来的数据进行综合处理确定矿车所处的精确位置，激光雷达（201）与双目相机（203）探测矿车前面与侧面的地形，根据前面获得的定位数据在电子地图中找到大概位置并进行精准地图匹配修正，从而获得矿车的高精度定位信息；

环境感知：激光雷达（201）探测车头前面与两侧面的地形信息，获得300m范围内地形精确信息，双目相机（203）探测车头前方20m范围内的深度信息，毫米波雷达（204）探测距离为250m，获得矿车周围的地形与障碍物的粗略信息，激光雷达（201）、双目相机（203）、毫米波雷达（204）将信息数据传递到中央处理单元，中央处理单元将数据分析处理建立局部地图，并对地图内的信息结合电子地图进行道路、障碍物、车辆的分类；

感知挖机位置：中央处理单元通过控制箱（4）中的无线通讯模块发出信号联系挖机确定其在电子地图中位置及装货地点，然后在感知定位系统（2）所建的局部地图中匹配挖机的感知数据，进而在感知定位系统（2）所建局部地图中确定装货地点的准确位置；

步骤二：根据感知定位系统（2）收集的道路、障碍物、车辆信息，在中央处理单元预设行驶安全距离：行驶前方安全距离为D1，左右两侧安全距离为D2，车头部的激光雷达（201）、双目相机（203）、毫米波雷达（204）探测的实际安全距离为d1，车身左右两侧的毫米波雷达（204）探测的实际安全距离为d2，路径规划系统根据在电子地图中确定的装货地点规划躲避路径，路径规划信息发送到车辆数据及命令收发单元进行动力系统（6）任务的分派，然后发送到电控系统中，电控系统根据收到的命令对动力系统（6）进行精准控制，行驶过程中路径规划系统根据感知定位系统（2）收集的信息动态规划路径，直至行驶到装货位置；

步骤三：感知定位系统（2）根据所建的局部地图确定挖机、障碍物、矿石堆物体的位置，中央处理单元预设与挖机的适宜距离范围为R1，与矿石堆的安全距离为D3，激光雷达（201）、双目相机（203）、毫米波雷达（204）探测与挖机的实际距离为r1，车身周围毫米波雷达（204）探测与矿石堆的实际距离为d3，当r1处在R1范围内且d3大于D3时执行步骤四，否则跳回步骤二；

步骤四：感知定位系统（2）根据所建的局部地图确定挖机挖斗所朝方向，获得挖斗与车架（5）中心位置的角度数据，中央处理单元将角度数据处理为货箱（1）的转动角度信息，通过车辆数据及命令收发单元发送到电控系统，电控系统控制液压马达及减速器（303）工作带动主动齿轮（304）转动最终带动回转平台（307）和货箱（1）转动；

步骤五：货箱（1）调整好后由挖机向货箱（1）内装填矿石，当重量传感器感知重量达到预定值时停止装填矿石；

步骤六：路径规划系统根据在电子地图中确定的卸货位置规划躲避前进路径，路径规划信息发送到车辆数据及命令收发单元进行动力系统（6）任务的分派，然后发送到电控系统中，电控系统根据收到的命令对动力系统（6）进行精准控制，行驶过程中路径规划系统根据感知定位系统（2）收集的信息动态规划路径，直至行驶到卸载区的预定位置；

步骤七：感知定位系统（2）建立当前位置的局部地图，预设矿车离矿石堆的距离范围为R2，激光雷达（201）、双目相机（203）、毫米波雷达（204）探测与矿石堆的适宜距离r2，当r2处在R2范围内时，进行步骤八，否则跳回步骤六，重新选择卸货位置；

步骤八：中央处理单元发出卸货指令到车辆数据及命令收发单元，车辆数据及命令收发单元对命令进行分派后发送到电控系统，电控系统控制发动机为360°自适应转动平台（3）中的升举装置（301）提供液压能，升举装置（301）工作并带动货箱（1）倾斜上升，升举装置（301）上升到定点S秒后降回，随后重量传感器检测矿石重量是否超过最大限值，超过则控制车辆返回停车场清理，否则跳回步骤一。