[发明专利]装载机铲斗接触物料的辨识系统和方法

权利要求书

1.一种装载机铲斗接触物料的辨识系统，包括铰接式装载机，装载机包含用于检测装载机位姿状态的位姿传感器；其特征在于系统还包括：

至少三个UWB基站，布置于装载机作业场地，其中至少有三个UWB基站处于同一个水平面上以确定UWB基站平面坐标系；

所述装载机上设置有数据处理模块、与UWB基站进行单边双向通信测距的车载定位UWB标签；

料堆轮廓标定装置，用于标定待铲装料堆轮廓上若干点位置并传送至所述数据处理模块；

惯性导航模块，安装在与装载机上一个车载定位UWB标签在同一位置，用于作业过程中基于初始位置推算装载机导航定位信息；

所述数据处理模块通过车载定位UWB标签的测距信息、所述惯性导航模块的导航定位信息、装载机外形尺寸和位姿状态确定装载机外形投影轮廓在UWB基站平面坐标系内的位置、通过待铲装料堆轮廓上若干点位置信息解算待铲装料堆轮廓在UWB基站平面坐标系内的位置；

所述数据处理模块根据UWB基站平面坐标系内待铲装料堆轮廓与装载机外形投影轮廓的相对位置和装载机工作参数辨识铲斗是否接触物料，当依据装载机工作参数推定装载机处于铲装预备状态且在预定时间内UWB基站平面坐标系中装载机外形投影轮廓前端与待铲装料堆轮廓相交或距离小于预定值且装载机的连续多次定位位置无明显变化辨识为铲斗与物料接触。

2.根据权利要求1所述的装载机铲斗接触物料的辨识系统，其特征在于所述UWB基站为四个，其中三个UWB基站呈直角三角形布置组成UWB基站平面坐标系的X轴和Y轴，第四个UWB基站与其他三个UWB基站非共面布置，各UWB基站之间的距离已知。

3.根据权利要求1所述的装载机铲斗接触物料的辨识系统，其特征在于所述位姿传感器包括用于测定装载机在坐标系中朝向的陀螺仪或者所述车载定位UWB标签的数量至少为两个且安装在装载机上不同位置。

4.根据权利要求1所述的装载机铲斗接触物料的辨识系统，其特征在于所述装载机上设置有与所述数据处理模块连接的第一无线数据收发模块；所述料堆轮廓标定装置上设置有与UWB基站进行单边双向通信测距的料堆定位UWB标签和用于与第一无线数据收发模块无线通信传递料堆定位UWB标签测距信息的第二无线数据收发模块。

5.根据权利要求1所述的装载机铲斗接触物料的辨识系统，其特征在于所述装载机上设置有用于显示UWB基站平面坐标系、UWB基站平面坐标系中待铲装料堆轮廓和装载机外形投影轮廓的显示模块。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装载机铲斗接触物料的辨识系统，其特征在于所述车载定位UWB标签相对后车架固定安装布置。

7.根据权利要求6所述的装载机铲斗接触物料的辨识系统，其特征在于所述位姿传感器包括：用于检测装载机前后车架相对转动角度的转向角度传感器、用于检测动臂转动角度的动臂传感器、用于检测铲斗转动角度的转斗传感器。

8.一种装载机铲斗接触物料的辨识方法，其特征在于包括如下步骤：

利用至少三个布置于作业现场的UWB基站确定UWB基站平面坐标系；

测定待铲装料堆轮廓并解算待铲装料堆轮廓在UWB基站平面坐标系内的位置；

通过安装在与装载机上一个车载定位UWB标签在同一位置的惯性导航模块在作业过程中基于初始位置推算装载机导航定位信息；

通过装载机上车载定位UWB标签与各UWB基站的测距信息、装载机导航定位信息、装载机外形尺寸和位姿状态确定UWB基站平面坐标系内装载机外形投影轮廓的位置；

依据UWB基站平面坐标系中待铲装料堆轮廓和装载机外形投影轮廓相对位置和装载机工作参数辨识铲斗是否接触物料，当依据装载机工作参数推定装载机处于铲装预备状态且在预定时间内UWB基站平面坐标系中装载机外形投影轮廓前端与待铲装料堆轮廓相交或距离小于预定值且装载机的连续多次定位位置无明显变化时辨识为铲斗与物料接触。

9.根据权利要求8所述的装载机铲斗接触物料的辨识方法，其特征在于测定待铲装料堆轮廓时通过带有与UWB基站进行单边双向通信测距的UWB标签的料堆轮廓标定装置测定待铲装料堆轮廓上多点与各UWB基站的距离，通过待铲装料堆轮廓上多点与各UWB基站的距离解算待铲装料堆轮廓在UWB基站平面坐标系内的位置。