[发明专利]一种工程机械料斗定位系统及方法

摘要

本发明公开了一种工程机械料斗定位系统及方法，包括：工程机械车体位置及姿态测量系统、料斗位置及姿态测量系统和数据处理装置。针对工程机械作业环境的不同制定相应的料斗定位系统方案，满足不同作业任务时的定位需求。本发明使用超宽带定位系统定位料斗的位置，使用料斗姿态测量系统测量料斗的姿态，并对料斗的位置进行推算，使用数据处理装置将不同定位系统的定位数据转换到同一地理参考坐标系下进行融合处理，从而实现对工程机械料斗的精确定位，适用于不同类型不同作业环境的工程机械料斗定位，不需要进行复杂的解耦，与已有定位系统相比更为简单、效率更高，并且定位精度高，可靠性好。

主权项

1.一种工程机械料斗定位系统，包括：车体位姿测量装置、料斗位姿测量装置和数据处理装置；所述车体位姿测量装置包括：车体定位单元和车体姿态测量单元，所述车体定位单元用于定位工程机械车体在一定的地理参考坐标系下的空间位置，所述车体姿态测量单元用于测量车体的航向角、俯仰角和横滚角；所述料斗位姿测量装置包括：超宽带定位单元和料斗姿态测量单元，所述超宽带定位单元包括定位基站和定位标签，通过随车体移动的定位基站定位料斗的位置，所述料斗姿态测量单元用于测量料斗的姿态角和推算料斗的位置；所述数据处理装置采集所述车体位姿测量装置和所述料斗位姿测量装置的定位数据进行融合处理，输出工程机械车体及料斗的空间位置和姿态；所述定位系统是通过以下方法来实现的：以作业区域内任一点为原点建立东北天坐标系作为主坐标系，惯性器件输出的姿态角信息的坐标轴与主坐标系的坐标轴重合；使用安装在工程机械车体上的差分GNSS接收机测量工程机械车体在大地坐标系下的位置，经坐标系变换得到其在主坐标系下精确的三维位置；工程机械车体姿态测量单元输出无长时间漂移的航向角、俯仰角和横滚角数据，实现对车体姿态的精确测量；车体姿态测量单元同时能够输出各轴向的加速度信息，结合工程机械在主坐标系下的初始位置、车体姿态角信息，可以对工程机械车体在主坐标系下的空间位置进行推算，保证在车体定位系统失效或定位误差增大时的情况下车体定位的准确性；超宽带定位单元使用定位基站确定定位标签的位置，进而确定料斗相对于定位基站的位置；超宽带定位基站固定在车体上，随着车体的移动其在主坐标系下的空间位置也会发生变化，根据已经测得的车体的空间位置及姿态角信息，结合超宽带定位基站的安装位置，可以确定超宽带定位基站在主坐标系下的空间位置；将料斗相对于超宽带定位基站的位置通过坐标系转换可以得到其在主坐标系下的位置；安装在料斗上的料斗姿态测量单元输出无长时间漂移的航向角、俯仰角和横滚角测量数据，实现对料斗姿态的精确测量；料斗姿态测量单元输出的加速度信息用于推算料斗的位置，通过对加速度数据进行积分，然后结合料斗的初始位置、输出的姿态角信息即可实现对料斗在主坐标系下的实时位置的准确推算；超宽带定位单元得到的料斗位置的定位精度和数据更新率较低，且受遮挡时会导致定位误差增大，料斗姿态测量单元推算得到的料斗位置的数据更新率高、短期精度高，但定位误差会随时间累积，使用数据融合算法综合处理两种定位系统的数据，既能利用料斗姿态测量单元的结果减少超宽带定位单元受遮挡时的影响，又能利用超宽带定位单元的测距或解算信息抑制料斗姿态测量单元的累积误差，获得定位精度高、数据更新快的料斗位置信息；所述数据处理装置包括车载显示终端和数据通信模块；所述车载显示终端安装于驾驶室内，用于引导操作人员完成精准作业，所述数据通信模块用于发送定位数据和接收作业指令；所述数据处理装置采集各定位模块的数据，然后完成对数据的分析和融合处理，解算出工程机械车体和料斗的位姿信息，所述车载显示终端用于直观地显示工程机械车体和料斗当前的位姿信息，引导操作人员完成相应的作业任务，所述数据通信模块将定位信息传输到远程控制中心，同时接收新的作业指令，下达给操作人员。