[发明专利]一种装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法

权利要求书

1.一种装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将装载机开至指定工作区域，首先进行全局地图的建立，所述全局地图的建立方法包括无人机搭载遥感设备、手持遥感设备或车载遥感设备，所述遥感设备包括激光雷达、结构光相机、飞行时间测距相机和立体相机；

S2.使用聚类算法在全局地图中将装载机的自主铲掘作业工作对象-料堆分割出来，得到了料堆的三维点云数据；所述的三维点云数据的来源是激光雷达或深度相机采集的图像；

S3.依据料堆点云数据，进行铲掘点的规划，铲掘点规划模块将规划好的铲掘点坐标和方向发送给控制系统；

S4.控制系统控制装载机在规划好的铲掘点进行一次自主铲掘作业，装载机上安装遥感设备并进行实时扫描环境变化，完成一次铲掘作业后将新料堆点云与原料堆点云进行配准和拼接，得到更新后的料堆点云，完成一个工作循环；

S5.根据更新后的料堆点云规划下一个铲掘点，进行下一次工作循环。

2.根据权利要求1所述的装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，其特征在于，根据S3，所述三维点云数据的处理步骤如下：

步骤1.铲掘点规划模块以料堆点云数据作为输入，首先对点云数据进行下采样处理，减少点云数据量，提高后续处理速度；

步骤2.对点云进行统计滤波，剔除离群点；

步骤3.基于处理好的点云进行料堆曲面重构，得到料堆表面形状；

步骤4.基于处理后的点云数据以及重构出来的曲面寻找最佳铲掘点；首先，在料堆的底部轮廓线上假设铲掘点的位置和方向，随后进行铲掘点的量化评估，量化指标包括偏载度、凸度和满斗率。

3.根据权利要求2所述的装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，其特征在于，根据步骤3，所述曲面重构方法包括三角剖分、克里金插值等算法。

4.根据权利要求2所述的装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，其特征在于，根据步骤4，所述偏载度指的是铲斗内物料重心偏移铲斗中心的程度。

5.根据权利要求2所述的装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，其特征在于，根据步骤4，所述凸度指的是料堆轮廓相对于铲斗主切削刃的凹凸程度。

6.根据权利要求2所述的装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，其特征在于，根据步骤4，所述满斗率指的是铲斗铲入的物料体积与铲斗的额定容积的比值。

7.根据权利要求2所述的装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，其特征在于，根据步骤4，所述偏载度与凸度评估方法如下：

Step1.在假设好一个可铲掘的铲掘点后，将铲掘局部邻域的点云提取出来；

Step2.将提取出来的铲掘局部邻域点云变换到以铲掘点为原点，以铲掘点方向为y轴正方向，竖直向上为z轴正方向的坐标系；

Step3.铲掘局部邻域点云曲面拟合；

Step4.将点云拟合成平面时，将平面相对于xz平面的斜率表征为偏载度；将点云拟合成二次曲面时，将二次曲面x项系数表征为偏载度，将x²项系数表征为凸度。

8.根据权利要求2所述的装载机自主铲掘作业铲掘点规划方法，其特征在于，根据步骤4，所述满斗率评估方法为假设一个可铲掘的铲掘点后，根据料堆轮廓和铲掘轨迹两个信息进行满斗率预测。