CN110174689B - 一种自动驾驶矿用车卸料过程云控制***和方法 - Google Patents

一种自动驾驶矿用车卸料过程云控制***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动驾驶矿用车卸料过程云控制***和方法，本发明通过在土机上的GPS位置打点开关、差分GPS天线和接收机，能够对推土机进行实时定位，云控制平台能够从时间查找对应的推土机GPS位置，结合从接收到的推土机GPS轨迹点云，计算得到矿用车卸载泊车区域的位置，使自动驾驶矿用车自动进行卸料，本***结构简单，成本低，可靠程度高。

Description

一种自动驾驶矿用车卸料过程云控制***和方法
技术领域
本发明属于矿用车自动驾驶控制领域，具体涉及一种自动驾驶矿用车卸料过程云控制***和方法。
背景技术
矿用车因为其工作在封闭作业环境，路况相对简单，行驶路线变化小，有利于实现自动驾驶功能。但矿场卸料区域会随着卸料工作进展的不断外扩变化，并且矿用车每次的卸料位置并不固定，会随着进场的先后顺序等条件变化，这使得自动驾驶矿用车难以找到安全卸载泊车区。一般做法是利用矿用车上安装的摄像头，采取图像识别的方法实现对卸载车位的确定，但根据矿区实地调研的情况，矿区粉尘密度高，对图像识别的结果有较大影响；并且摄像头视角有限，盲区较多，卸料场无道路标识，自主寻找卸料泊车位困难；再者单个矿车自主寻找卸料泊车位，实现均匀有序卸料困难。
矿用车卸料时，需要倒车行驶到卸料区的边缘，再进行举升卸料，因为卸料区边缘多为落差较大的斜面，倒车安全风险很大，矿区一般会使用推土机在卸载区的边缘推筑起挡墙，防止车辆卸料时出现翻车事故。但是一方面因为矿区物料密度差异大，装料难以控制均匀，车辆质心往往不在中心，随着大箱的举升，车辆质心变高，车辆容易发生倾翻；另一方面卸料区域地面松软不平，或卸料时质心后移，地面下陷，也会造成车辆倾翻。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种自动驾驶矿用车卸料过程云控制***和方法，能够可靠、安全、低成本的实现自动驾驶矿用车自动卸料功能。
为了达到上述目的，一种自动驾驶矿用车卸料过程云控制***，包括设置在推土机上的GPS位置打点开关、差分GPS天线、接收机和远程终端，以及基于互联网的云控制平台和自动驾驶矿用车；
差分GPS天线连接接收机，差分GPS天线用于接收GPS卫星定位信号，并将GPS卫星定位信号发送至接收机中；
接收机用于对GPS卫星定位信号进行处理解算，得到推土机准确的位置信息；
接收机和GPS位置打点开关连接远程终端，远程终端连接云控制平台，云控制平台连接自动驾驶矿用车；
GPS位置打点开关为一个自复位开关，用于录取卸料边缘轨迹及GPS时间信息；
远程终端用于汇集推土机的实时位置和GPS位置打点开关录取的信息上传给云控制平台；
云控制平台用于从时间查找对应的推土机GPS位置，结合从接收到的推土机GPS轨迹点云，计算得到矿用车卸载泊车区域的位置，并将该位置信息作为泊车指令下发给自动驾驶矿用车。
控制平台为在Internet服务器上构建的矿区自动驾驶车辆数据存储计算、数字地图修订和车辆控制管理平台。
一种自动驾驶矿用车卸料过程云控制***的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，通过推土机上设置的GPS位置打点开关、差分GPS天线和接收机，采集卸料边界信息和推土机位置信息，并通过远程终端发送至云控制平台，云控制平台将收到的信息生成矿用车卸载泊车区域的位置；
步骤二，云控制平台将矿用车卸载泊车区域的位置发送至指定矿用车，矿用车前往指定位置进行卸料。
步骤一中，当卸料区作业车辆较少，或每次开始卸料作业前时，使推土机从起始点开始沿卸料区域的边缘行驶，开始时按下GPS位置打点开关，云平台开始录取卸料区的边界曲线，到卸料边缘终止点时，再次按下GPS位置打点开关，云平台完成边界曲线录取，之后对卸料区的数字地图进行修正，并从曲线起点按安全卸料间距进行分割从而确定矿用车卸载泊车区域的位置。
步骤一中，当卸料区作业车辆较多时，云平台用边缘检测算法从推土机上差分GPS天线和接收机采集到的GPS轨迹点云中抽取边缘点，结合数字地图进行修正，形成卸料区的边界曲线，从曲线起点按安全卸料间距进行分割从而确定矿用车卸载泊车区域的位置。
步骤一中，矿用车卸载泊车区域的位置生成方法如下：
从卸料区边界曲线起点开始，按安全卸料泊车间距进行分割曲线，得到一系列点位，这些点位作为泊车区的右后点，切线方向作为泊车区的左侧，从而根据车长和车宽计算出泊车区的左后点、左前点和右前点的经纬度位置，得到完整的矿用车卸载泊车区域的位置。
步骤二中，矿用车卸料操作时，从卸料边界曲线起点或终点开始分割曲线确定卸载泊车区域；之后卸料时，云控制平台均将卸料边界曲线起点或终点沿曲线向一侧偏移半个安全卸料距离后，再分割曲线确定卸载泊车区域。
与现有技术相比，本发明的控制***通过在土机上的GPS位置打点开关、差分GPS天线和接收机，能够对推土机进行实时定位，云控制平台能够从时间查找对应的推土机GPS位置，结合从接收到的推土机GPS轨迹点云，计算得到矿用车卸载泊车区域的位置，使自动驾驶矿用车自动进行卸料，本***结构简单，成本低，可靠程度高。
本发明的控制方法通过推土机上设置的GPS位置打点开关和差分GPS天线，采集卸料边界信息和推土机位置信息，并通过远程终端发送至云控制平台，云控制平台将收到的信息生成矿用车卸载泊车区域的位置，能够使自动驾驶矿用车据此卸料位置，自动执行卸料任务，本方法智能化程度高，工作可靠，能够解决自动驾驶矿用车卸料过程存在的技术难题和风险。
进一步的，本发明卸料时，采用两种分割方***流依次进行，能够保证卸料区边界平滑。
附图说明
图1为本发明中控制***的逻辑框图；
图2为本发明中结合电子地图选取新卸料边界示意图；
图3为本发明中卸载泊车区域分割示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，一种自动驾驶矿用车卸料过程云控制***,包括设置在推土机上的GPS位置打点开关、差分GPS天线、接收机和远程终端，以及基于互联网的云控制平台和自动驾驶矿用车；
差分GPS天线连接接收机，差分GPS天线用于接收GPS卫星定位信号，并将GPS卫星定位信号发送至接收机中；
接收机用于对GPS卫星定位信号进行处理解算，得到推土机准确的位置信息；
接收机和GPS位置打点开关连接远程终端，远程终端连接云控制平台，云控制平台连接自动驾驶矿用车；
GPS位置打点开关为一个自复位开关，用于录取卸料边缘轨迹及GPS时间信息；
远程终端用于汇集推土机的实时位置和GPS位置打点开关录取的信息上传给云控制平台；
云控制平台用于从时间查找对应的推土机GPS位置，结合从接收到的推土机GPS轨迹点云，计算得到矿用车卸载泊车区域的位置，并将该位置信息作为泊车指令下发给自动驾驶矿用车。
控制平台为在Internet服务器上构建的矿区自动驾驶车辆数据存储计算、数字地图修订和车辆控制管理平台。
参见图2和图3，一种自动驾驶矿用车卸料过程云控制***的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，通过推土机上设置的GPS位置打点开关、差分GPS天线和接收机，采集卸料边界信息和推土机位置信息，并通过远程终端发送至云控制平台，云控制平台将收到的信息生成矿用车卸载泊车区域的位置；
当卸料区作业车辆较少，或每次开始卸料作业前时，采用边界录制法，使推土机从起始点开始沿卸料区域的边缘行驶，开始时按下GPS位置打点开关，云平台开始录取卸料区的边界曲线，到卸料边缘终止点时，再次按下GPS位置打点开关，云平台完成边界曲线录取，之后对卸料区的数字地图进行修正，并从曲线起点按安全卸料间距进行分割从而确定矿用车卸载泊车区域的位置。
当卸料区作业车辆较多时，采用点云提取法，云平台用边缘检测算法从推土机上差分GPS天线采集到的GPS轨迹点云中抽取边缘点，提取的边缘点只有部分是卸料区边界，结合数字地图进行修正，形成卸料区的边界曲线，从曲线起点按安全卸料间距进行分割从而确定矿用车卸载泊车区域的位置。
参见图2，h为电子地图中原规定的卸料区边界，m和n为从从推土机GPS轨迹点云中提取边缘点拟合出的曲线，m为原卸料区边界的内侧曲线，n为外侧曲线，A、B为卸料边界起始点。只有位于h外侧的曲线n才是新形成的卸料区边界。
参见图3，从卸料区边界曲线起点A开始，按安全卸料泊车间距进行分割曲线，得到S1、S2、S3一系列点位，这些点位作为泊车区的右后点，切线方向作为泊车区的左侧，从而根据车长和车宽计算出泊车区的左后点、左前点和右前点的经纬度位置，得到完整的矿用车卸载泊车区域的位置。
步骤二，云控制平台将矿用车卸载泊车区域的位置发送至指定矿用车，矿用车前往指定位置进行卸料，矿用车卸料操作时，从卸料边界曲线起点或终点开始分割曲线确定卸载泊车区域；之后每次卸料时，云控制平台均将卸料边界曲线起点或终点沿曲线向一侧偏移半个安全卸料距离后，再分割曲线确定卸载泊车区域。
矿用车第一轮卸料操作时，从卸料边界曲线起点，如图3所示A点开始分割曲线确定卸载泊车区域。第二轮卸料时，云控制平台将卸料边界曲线起点沿曲线向一侧偏移半个安全卸料距离后，再分割曲线确定卸载泊车区域。第三轮从卸料边界曲线终点，如图3所示B点开始分割曲线确定卸载泊车区域。第四轮卸料时，云控制平台将卸料边界曲线终点沿曲线向一侧偏移半个安全卸料距离后，再分割曲线确定卸载泊车区域。以此类推，依次有序均匀卸料。
泊车卸料过程安全控制。在泊车和卸载过程中，自动驾驶矿车监控自身惯性导航***实时连续输出的姿态角和姿态变化速率。当这两个参数任意一个超过规定的安全范围时，如果车辆处于泊车过程，则先立即停车，将车辆驶回泊车出发位置，并将故障上报给云控制平台；如果车辆处于卸载过程，则停止大箱举升，然后控制回落到位，再次举升大箱卸料，如果仍然超范围，则回落大箱并将故障上报给云控制平台。云控平台变更卸料区，并通知推土机司机平整路面。

Claims (7)

1.一种自动驾驶矿用车卸料过程云控制***，其特征在于，包括设置在推土机上的GPS位置打点开关、差分GPS天线、接收机和远程终端，以及基于互联网的云控制平台和自动驾驶矿用车；
差分GPS天线连接接收机，差分GPS天线用于接收GPS卫星定位信号，并将GPS卫星定位信号发送至接收机中；
接收机用于对GPS卫星定位信号进行处理解算，得到推土机准确的位置信息；
接收机和GPS位置打点开关连接远程终端，远程终端连接云控制平台，云控制平台连接自动驾驶矿用车；
GPS位置打点开关为一个自复位开关，用于录取卸料边缘轨迹及GPS时间信息；
远程终端用于汇集推土机的实时位置和GPS位置打点开关录取的信息上传给云控制平台；
云控制平台用于从时间查找对应的推土机GPS位置，结合接收到的推土机GPS轨迹点云，计算得到矿用车卸载泊车区域的位置，并将该位置信息作为泊车指令下发给自动驾驶矿用车。
2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶矿用车卸料过程云控制***，其特征在于，云控制平台为在Internet服务器上构建的矿区自动驾驶车辆数据存储计算、数字地图修订和车辆控制管理平台。
3.一种根据权利要求1所述的自动驾驶矿用车卸料过程云控制***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，通过推土机上设置的GPS位置打点开关、差分GPS天线和接收机，采集卸料边界信息和推土机位置信息，并通过远程终端发送至云控制平台，云控制平台将收到的信息生成矿用车卸载泊车区域的位置；
步骤二，云控制平台将矿用车卸载泊车区域的位置发送至指定矿用车，矿用车前往指定位置进行卸料。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，步骤一中，当卸料区作业车辆较少，或每次开始卸料作业前，使推土机从起始点开始沿卸料区域的边缘行驶，开始时按下GPS位置打点开关，云控制平台开始录取卸料区的边界曲线，到卸料边缘终止点时，再次按下GPS位置打点开关，云控制平台完成边界曲线录取，之后对卸料区的数字地图进行修正，并从曲线起点按安全卸料间距进行分割从而确定矿用车卸载泊车区域的位置。
5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，步骤一中，当卸料区作业车辆较多时，云控制平台用边缘检测算法从推土机上差分GPS天线和接收机采集到的GPS轨迹点云中抽取边缘点，结合数字地图进行修正，形成卸料区的边界曲线，从曲线起点按安全卸料间距进行分割从而确定矿用车卸载泊车区域的位置。
6.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，步骤一中，矿用车卸载泊车区域的位置生成方法如下：
从卸料区边界曲线起点开始，按安全卸料泊车间距进行分割曲线，得到一系列点位，这些点位作为泊车区的右后点，切线方向作为泊车区的左侧，从而根据车长和车宽计算出泊车区的左后点、左前点和右前点的经纬度位置，得到完整的矿用车卸载泊车区域的位置。
7.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，步骤二中，矿用车卸料操作时，从卸料边界曲线起点或终点开始分割曲线确定卸载泊车区域；之后卸料时，云控制平台均将卸料边界曲线起点或终点沿曲线向一侧偏移半个安全卸料距离后，再分割曲线确定卸载泊车区域。
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