对无人矿用卡车装载位置定位的方法

488 编辑：中冶有色技术网来源：卡特彼勒公司

2023-12-22 14:24:34

权利要求书： 1.一种对无人矿用卡车的装载位置进行定位的方法，所述方法包括：?将针对为无人矿用卡车装载物料的装载装置建立的目标模型存储在处理器上，所述装载装置包括行驶部分和操作部分，所述操作部分能围绕一竖轴线相对于所述行驶部分转动；

?在为无人矿用卡车进行装载前，装载装置检测操作部分的位置和定向以及确定所述操作部分相对于行驶部分的当前角度，并且将检测到的位置、定向和当前角度作为第一信号发送给处理器；

?所述装载装置的操作员输入进入矿场的指令以及期望的装载角度并将其作为第二信号发送给处理器；

?处理器基于接收到的第一信号和第二信号以及所述目标模型的参数计算出所需要的装载位置，并控制无人矿用卡车自动行驶到所述装载位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述处理器安装在无人矿用卡车和/或后台控制装置中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述装载装置通过全球导航卫星系统实时差分定位检测其操作部分的位置和定向。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述装载装置是电铲，所述电铲的操作部分至少包括机身(3)和支承臂(4)，所述目标模型的参数包括所述机身的长度(L2)和所述支承臂(4)的长度(L1)。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述装载角度是所述装载装置的操作部分相对于初始位置的角度，所述初始位置为所述操作部分沿所述装载装置向前行驶方向的位置，通过编码器能检测所述装载装置的装载角度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述装载角度为90°至270°之间。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述装载装置设有可视装置，所述可视装置能够接收并显示所述第一信号以及能够接收对无人矿用卡车的指令。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述期望的装载角度是所述操作部分相对于行驶部分的当前角度和操作员视觉判断的调整角度之和。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述装载装置设有车用无线通信部，所述车用无线通信部接收第一信号和第二信号并将其发送给处理器。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述处理器设有接收装置和计算装置，通过接收装置从所述车用无线通信部接收第一信号和第二信号，所述计算装置基于存储在处理器中的目标模型和所述接收装置接收到的第一信号和第二信号求出无人矿用卡车应到达的装载位置的全球坐标。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述无人矿用卡车具有接收单元，所述接收单元能够从处理器接收进入矿场的指令以及装载位置。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，无人矿用卡车到达装载位置中之后发出第三信号，以告知无人矿用卡车已到达装载位置，所述第三信号能在可视装置上显示或为声音信号或光学信号。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在为无人矿用卡车装载完毕后，装载装置的操作员输入离开矿场的指令并将其发送给所述处理器，所述处理器接收到离开矿场的指令后控制无人矿用卡车自动地行驶离开所述装载位置。

说明书：一种对无人矿用卡车装载位置定位的方法技术领域[0001] 本发明涉及一种对无人矿用卡车的装载位置进行定位的方法。背景技术[0002] 在露天矿山进行采矿时，通常采用矿用卡车在采掘点和卸矿点之间往返运输物料。在采掘点使用挖掘机、例如大型电铲为矿用卡车装载物料；装载完成后，矿用卡车将装载的物料运输到卸矿点卸下。

[0003] 大型电铲由于结构大并且作业时在其上连接有高压线，因此移动不便。在作业时，通常需要将矿用卡车行驶到大型电铲附近的装载位置进行装载，此时仅需使电铲的机身围绕其竖轴线转动就可将物料装载到矿用卡车上。因此，对于无人矿用卡车来说，能够准确地定位并到达装载位置是当前函待解决的问题。如果无人矿用卡车到达的装载位置错误，则将导致无法装载物料，由此引起作业效率低。发明内容[0004] 本发明提供一种对无人矿用卡车的装载位置进行定位的方法，借助该方法能够精确地定位装载装置、例如电铲的位置和定向，并且精确地确定无人矿用卡车相对于电铲的装载位置，由此提高装载效率。[0005] 根据本发明的目的提供一种对无人矿用卡车的装载位置进行定位的方法，所述方法包括：[0006] ?将针对为无人矿用卡车装载物料的装载装置建立的目标模型存储在处理器上，所述装载装置包括行驶部分和操作部分，所述操作部分能围绕一竖轴线相对于所述行驶部分转动；[0007] ?在为无人矿用卡车进行装载前，装载装置检测操作部分的位置和定向以及确定所述操作部分相对于行驶部分的当前角度，并且将检测到的位置、定向和当前角度作为第一信号发送给处理器；[0008] ?所述装载装置的操作员输入进入矿场的指令以及期望的装载角度并将其作为第二信号发送给处理器；[0009] –处理器基于接收到的第一信号和第二信号以及所述目标模型的参数计算出所需要的装载位置，并控制无人矿用卡车自动行驶到所述装载位置。[0010] 通过检测到的位置、定向和当前角度以及目标模型的参数，即几何结构尺寸，能够得出无人矿用卡车的精确的装载位置，进而实现精确装载物料，提高作业效率。[0011] 在优选的实施方式中，所述处理器安装在无人矿用卡车和/或后台控制装置中。由此可更灵活地操控无人矿用卡车。[0012] 在优选的实施方式中，装载装置通过全球导航卫星系统实时差分定位检测其操作部分的位置和定向。通过该全球导航卫星系统实时差分定位可实现厘米级的定位检测，由此获得装载装置更精确的位置。[0013] 在优选的实施方式中，所述装载装置是电铲，所述电铲的操作部分至少包括机身和支承臂，所述目标模型的参数包括所述机身的长度和所述支承臂的长度。基于目标模型可确定装载装置上任一部位的位置和定向。[0014] 在优选的实施方式中，所述装载角度是所述装载装置的操作部分相对于初始位置的角度，所述初始位置为所述操作部分沿所述装载装置向前行驶方向的位置，通过编码器能检测装载角度。通过设置初始位置能够设定基准值，由此能简单地得出最佳的装载角度。[0015] 在优选的实施方式中，所述装载角度为90°至270°之间。在该范围内的装载角度能够实现电铲的方便装载。[0016] 在优选的实施方式中，所述装载装置设有可视装置，所述可视装置能够接收所述第一信号进行显示并且能够在所述可视装置上输入对无人矿用卡车的指令。可视装置能为操作员提供必要的信息并且接收操作员的输入，由此实现了简便的作业。[0017] 在优选的实施方式中，所述期望的装载角度是所述操作部分相对于行驶部分的当前角度和操作员视觉判断的调整角度之和。通过操作员判断最佳的调整角度，并基于当前角度进行调整，由此能获得最佳的装载角度。[0018] 在优选的实施方式中，所述装载装置设有车用无线通信部，所述车用无线通信部接收第一信号和第二信号并将其发送给处理器。通过车用无线通信部实现了简单、方便且可靠的数据传输。[0019] 在优选的实施方式中，所述处理器设有接收装置和计算装置，通过接收装置从所述车用无线通信部接收第一信号和第二信号，所述计算装置基于存储在处理器中的目标模型和所述接收装置接收到的第一信号和第二信号求出无人矿用卡车应到达的装载位置的全球坐标。由此，无人矿用卡车能计算出精确的装载位置。

[0020] 在优选的实施方式中，所述无人矿用卡车具有接收单元，所述接收单元能够从处理器接收进入矿场的指令以及装载位置。通过接收单元，无人矿用卡车能够在接收到进入矿场的指令后自动行驶到装载位置处。[0021] 在优选的实施方式中，无人矿用卡车在到达装载位置中之后发出第三信号，以告知无人矿用卡车已到达装载位置，所述第三信号能在可视装置上显示或为声音信号或光学信号。当然也可想到其他形式的信号来通知例如操作员，无人矿用卡车到达装载位置。由此确保装载装置能准确地获取装载时机，提高作业效率。[0022] 在优选的实施方式中，在为无人矿用卡车装载完毕后，装载装置的操作员输入离开矿场的指令并将其发送给所述处理器，所述处理器接收到离开矿场的指令后控制无人矿用卡车自动行驶离开所述装载位置。由此无人矿用卡车能在可靠地完成装载之后自动地离开装载位置，提高作业效率。[0023] 通过本发明提供的对无人矿用卡车的装载位置进行定位的方法能够精准地定位无人矿用卡车的装载位置，即便在装载姿态有小的偏差的情况下也能精确装载物料。由此节省了人力，提高了效率。

附图说明[0024] 以下结合附图以具体实施例的方式对本发明的技术方案作进一步描述，但本发明并不限于这些实施例。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。[0025] 图1示出了根据本发明的目标模型的示意图。[0026] 图2示出了根据本发明的对无人矿用卡车装载位置定位的方法的流程图。[0027] 图3A示出了根据本发明的对无人矿用卡车装载位置定位的方法，无人矿用卡车进入矿场时的信号传输路径。[0028] 图3B示出了根据本发明的对无人矿用卡车装载位置定位的方法，无人矿用卡车离开矿场时的信号传输路径。具体实施方式[0029] 以下结合附图以具体实施例的方式对本发明的技术方案作进一步描述，但本发明并不限于这些实施例。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。对于附图，方向性的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等，是参照所描述的附图的定向而使用的。由于本发明的实施方式的组件能够被以多种定向实施，这些方向性术语是用于说明的目的，而不是限制的目的。[0030] 图1示出了一种装载装置的示意图，该装载装置在此例如实施成电铲1，电铲1在此主要包括行驶部分和操作部分，行驶部分例如是用于在地面上行驶的履带底盘2，操作部分包括支承在履带底盘2上的机身3和在机身3的前侧从机身3伸出的支承臂4，支承臂4固定在机身3上，其中，机身3能围绕一竖直的转动轴线相对履带底盘2转动。在支承臂4上还支承有铲斗。[0031] 在为矿用卡车装载物料时电铲1的履带底盘2不运动，而是通过机身3围绕竖直的转动轴线转动将支承臂4和铲斗带至矿用卡车的装载位置处，通过与铲斗连接的钢丝绳使铲斗能够围绕铲斗与支承臂4的连接点转动，由此调节装载高度。因此在无人矿用卡车的情况下，无人矿用卡车停放的装载位置对于电铲是否能够精确装载是非常重要的。

[0032] 根据本发明，电铲1安装有用于检测电铲1的机身3的位置和定向的设备，该设备例如可使用全球导航卫星系统实时差分定位GNSS?RTK。GNSS?RTK能够实时地进行厘米级定位精度的测量，由此获得电铲1的机身3的非常精确的定位、例如全球定位。在此，GNSS?RTK优选实施成双天线并且优选安装在电铲1的机身3的后部的配重块处，GNSS?RTK根据GPS信息获得机身3的航向，包括位置和定向。当然，其他的定位设备也是可能的。[0033] 对装载装置、例如电铲1进行数学建模而得到目标模型，将目标模型的参数(例如电铲的相应的几何结构尺寸，例如电铲1的机身3的长度L2和支承臂的长度L1等)存储在处理器中。处理器在此可设置在无人矿用卡车上或设置在后台控制装置中，处理器能接收和存储相应的信息并且能够对接收的信息进行处理，以将其转换成相应指令并控制无人矿用卡车执行相应动作。另外，在GNSS?RTK设置在电铲1的机身上之后，GNSS?RTK相对于电铲的机身的各个部位的位置也是已知的。因此，借助通过GNSS?RTK检测到的当前位置和定向，能够计算出电铲1的机身的任意部位的位置和定向。[0034] 电铲1还设有编码器，编码器可为电铲1的机身设定初始位置并且还可检测电铲1的机身相对于履带底盘2的当前角度。在此优选使用绝对式编码器。

[0035] 通常将电铲1的机身的初始位置设置为操作部分(尤其机身)沿装载装置向前行驶方向的方位，即此时机身3与履带底盘2的相对角度为0°。在此，对应于该初始位置，将编码器设定为0。当然其他的初始位置也是可能的。原则上，无人矿用卡车的装载角度可为围绕电铲的0°至360°之间。一般地，该初始位置在编码器安装完成时即设定好。无人矿用卡车的装载角度优选在电铲1的机身相对于该履带底盘2的90°至270°之间。

[0036] 由此，通过上述GNSS?RTK和编码器还可相应地得出电铲1的机身的当前姿态。[0037] 电铲1的机身还设有可视装置和车用无线通信部2X。可视装置和2X能接收由GNSS?RTK检测到的电铲1的操作部分、确切地说机身的位置和定向以及由编码器检测到的电铲1的机身相对于履带底盘2的当前角度。可视装置将上述信息作为第一信号显示给电铲

1的操作员，而2X将上述信息发送给安装在后台控制装置和/或无人矿用卡车上的处理器。

另外，操作员能在可视装置上输入指令，指令例如包括进入矿场、离开矿场以及期望的装载角度等。在此，操作员例如可基于可视装置上显示的电铲1的机身相对于履带底盘2的当前角度，将该当前角度加上操作员通过视觉判断的调整角度来得到期望的装载角度。操作员通过视觉判断的调整角度在此可理解为，操作员在视觉上判断的相对于操作员当前方位适宜装载的角度。通过操作员在可视装置上输入的指令也可作为第二信号经由2X发送给安装在后台控制装置和/或无人矿用卡车上的处理器。在此需要指出的是，在另外的实施方式中也可取消车用无线通信部2X，例如通过处理器直接地从GNSS?RTK接收第一信号以及直接地从可视装置接收第二信号。

[0038] 2X可按时间顺序优先发送第一信号或同时地发送第一信号和第二信号。另外也可想到在装载装置上设置其他的传输装置。

[0039] 在处理器上设有接收装置和计算装置。接收装置用于接收第一信号和第二信号，即由GNSS?RTK检测到的电铲1的机身的位置和定向、由编码器检测到的电铲1的机身相对于履带底盘2的当前角度、操作员在可视装置上输入的指令。计算装置用于基于存储在处理器中的目标模型或其参数和接收装置接收到的第一信号和第二信号求出无人矿用卡车应到达的装载位置的全球坐标。

[0040] 在此，无人矿用卡车具有接收单元，该接收单元从处理器接收进入矿场的指令以及处理器求出的无人矿用卡车应到达的装载位置的全球坐标，无人矿用卡车基于这些信息自动地行驶到该装载位置处。[0041] 在另一种实施方式中，也可通过无人矿用卡车的接收单元直接地从可视装置或车用无线通信部2X接收操作员输入进入矿场的指令。[0042] 图2示出了根据本发明的对无人矿用卡车装载位置定位的方法。图3A示出了根据本发明的对无人矿用卡车装载位置定位的方法中的无人矿用卡车进入矿场时的信号传输

路径。图3B示出了根据本发明的对无人矿用卡车装载位置定位的方法中的无人矿用卡车离开矿场时的信号传输路径。

[0043] 在步骤S1中，将针对为无人矿用卡车装载物料的装载装置建立的目标模型存储在所述处理器上。[0044] 在步骤S2中，在为无人矿用卡车进行装载前，装载位置检测其操作部分的位置和定向以及确定所述操作部分相对于行驶部分的当前角度，并且将检测到的位置、定向和当前角度作为第一信号发送给处理器。[0045] 确切地说，在电铲1将物料装载到无人矿用卡车上前，通过设置在电铲1上的全球导航卫星系统实时差分定位GNSS?RTK检测电铲1的操作部分、确切地说机身3的位置和定向并且通过设置在电铲1的机身3上的编码器检测电铲1的机身相对于履带底盘2的当前角度，将上述位置和定向以及当前角度作为第一信号发送给处理器。[0046] 在优选的方案中，在该步骤S2中，可将第一信号发送给电铲1上的可视装置和车用无线通信2X，通过2X将第一信号传输给处理器。[0047] 在步骤S3中，装载装置的操作员输入进入矿场的指令以及期望的装载角度并将其作为第二信号发送给处理器。[0048] 在具体的实施例中，电铲1上的可视装置可将接收到的第一信号显示给电铲1上的操作员，供操作员参考和使用。操作员通过视觉判断出无人矿用卡车相对于操作员本身的适合装载的角度作为调整角度，并基于可视装置上显示的电铲1的机身相对于履带底盘2的当前角度，将该当前角度加上调整角度得到期望的装载角度。当需要无人矿用卡车进入矿场时，操作员在可视装置上输入使无人矿用卡车进入矿场的指令以及同时地或随后地输入该期望的装载角度。可视装置将操作员输入的指令和该期望的装载角度作为第二信号发送给处理器。[0049] 优选地，在步骤S3中，将第二信号发送给2X，2X将接收到的第二信号传输给处理器。[0050] 替代地，2X也可在步骤S2中不将接收到的第一信号发送给处理器，然后在步骤S3中将第一信号和第二信号共同地发送给处理器。[0051] 在步骤S4中，在处理器接收到第一信号和第二信号之后，基于存储在处理器中的目标模型的参数和第一信号以及第二信号计算出无人矿用卡车应停放的装载位置，该位置为全球定位位置。[0052] 然后处理器基于接收到的进入矿场的指令以及计算出的装载位置控制无人矿用卡车进入矿场中并且自动地行驶到算出的装载位置处。

[0053] 替代地，无人矿用卡车也可通过接收单元直接地从可视装置或2X接收进入矿场的指令。无人矿用卡车此时基于接收到的进入矿场的指令以及通过接收单元从处理器处接收算出的装载位置后自动地行驶到算出的装载位置处。

[0054] 在步骤S5中，当无人矿用卡车到达装载位置中之后向操作员和/或可视装置发出第三信号，以告知无人矿用卡车已到达装载位置。该第三信号可以作为显示信号在可视装置上显示，也可作为声音信号、光学信号以及任何可用的信号。

[0055] 操作员或电铲1在接收到该第三信号之后可实施向无人矿用卡车装载物料的作业。

[0056] 当装载完成之后，在步骤S6中，操作员可通过在可视装置上输入离开矿场的指令并且通过2X将其发送给处理器或无人矿用卡车。当无人矿用卡车接收到离开矿场的指令时，可自动地行驶离开矿场。[0057] 根据本发明提供的对无人矿用卡车的装载位置进行定位的方法能够精确地(厘米级地)定位无人矿用卡车相对于装载装置的相对位置和相对定向，有利地实现了电铲1对无人矿用卡车的精确装载并提高了装载效率和作业效率。

[0058] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改、补充或采用替代方式，但不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。