挖掘机电子围墙的建立方法
阅读说明：本技术 挖掘机电子围墙的建立方法 (Method for establishing electronic enclosure wall of excavator ) 是由 张斌 宋之克 耿家文 刘立祥 蔺相伟 王敦坤 邢泽成 魏红敏 尹雪峰 于 2021-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种挖掘机电子围墙的建立方法,其中挖掘机包括车架、可转动地安装在车架上的回转平台、可俯仰摆动地安装在回转平台上的工作臂和可转动地安装在工作臂上的铲斗,工作臂包括与回转平台铰接的第一工作臂和与第一工作臂铰接的第二工作臂,第二工作臂的远离第一工作臂的一端与铲斗铰接,建立方法包括：建立三维坐标系,三维坐标系包括X轴、Y轴、Z轴和原点O；以及获得挖掘机的工作臂和铲斗的工作区域的同一高度在三维坐标系中的边界线,包括：获得工作区域的在高度沿挖掘机的周向上的多个边界点在三维坐标系中的坐标；将相邻的两个边界点相连,以形成依次相连的多条直线,将多条直线形成的边界线作为电子围墙。(The invention relates to a method for establishing an electronic enclosure wall of an excavator, wherein the excavator comprises a frame, a rotary platform rotatably mounted on the frame, a working arm mounted on the rotary platform in a pitching and swinging manner and a bucket rotatably mounted on the working arm, the working arm comprises a first working arm hinged with the rotary platform and a second working arm hinged with the first working arm, and one end of the second working arm far away from the first working arm is hinged with the bucket, and the method for establishing the electronic enclosure wall of the excavator comprises the following steps: establishing a three-dimensional coordinate system, wherein the three-dimensional coordinate system comprises an X axis, a Y axis, a Z axis and an origin O; and obtaining a boundary line of the same height of the working area of the working arm and the bucket of the excavator in the three-dimensional coordinate system, including: obtaining coordinates of a plurality of boundary points of a working area in the height along the circumferential direction of the excavator in a three-dimensional coordinate system; and connecting two adjacent boundary points to form a plurality of sequentially connected straight lines, and taking the boundary line formed by the straight lines as an electronic fence.)
技术领域
本发明涉及工程机械的自动控制技术领域，具体而言，涉及一种挖掘机电子围墙的建立方法。
背景技术
挖掘机包括车架、安装在车架上的回转平台、可俯仰摆动地安装在回转平台上的第一臂、与第一臂铰接的第二臂和与第二臂铰接的铲斗。回转平台被配置成可相对于车架在水平面内转动，第二臂的一端与第一臂铰接，另一端与铲斗铰接。第二臂被配置成可相对于第一臂在竖直平面内摆动，铲斗被配置成可相对于第二臂在竖直平面内俯仰摆动。
挖掘机的液压系统包括驱动回转平台转动的驱动部件，驱动部件包括液压缸和液压马达中的一个。液压系统还包括驱动第一臂相对于回转平台俯仰摆动的第一液压缸、用于驱动第二臂相对于第一臂摆动的第二液压缸和驱动铲斗相对于第二臂摆动的第三液压缸。
挖掘机还包括检测回转平台相对于车架的回转角度的第一角度传感器、检测第一臂相对于回转平台的角度的第二角度传感器、检测第二臂相对于第一臂的角度的第三角度传感器和检测铲斗相对于第二臂的角度的第四角度传感器。
挖掘机的控制器与第一至第四角度传感器以及液压系统信号连接，以限制挖掘机的铲斗的工作范围，从而形成电子围墙。
随着科技的进步，挖掘机的智能化发展也进入了加速期，在一些救援抢险、修坡、平地等特殊作业时，或多或少的使用挖掘机进行无人驾驶施工，但是在一些特殊场合，尤其是活动空间较小，随高度变化活动空间也变化的场合，例如矿洞挖掘，不规则深坑清理作业等，需要对挖机的工作范围进行限制，以免造成撞车事故或者挖到不该挖的地方。
现有技术中，电子围墙仅是考虑铲斗与障碍物的水平距离，以限制铲斗的工作半径，没有考虑复杂的具体工作场景，导致铲斗的活动区域被限制的过大或过小。
发明内容
本发明旨在提供一种挖掘机电子围墙的建立方法，以改善相关技术中存在挖掘机的电子围墙与实际的工作场景不相符的问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种挖掘机电子围墙的建立方法，其中挖掘机包括车架、可转动地安装在车架上的回转平台、可俯仰摆动地安装在回转平台上的工作臂和可转动地安装在工作臂上的铲斗，工作臂包括与回转平台铰接的第一工作臂和与第一工作臂铰接的第二工作臂，第二工作臂的远离第一工作臂的一端与铲斗铰接，建立方法包括：建立三维坐标系，三维坐标系包括X轴、Y轴、Z轴和原点O；以及，获得挖掘机的工作臂和铲斗的工作区域的同一高度在三维坐标系中的边界线，包括：获得工作区域的在上述同一高度沿挖掘机的周向上的多个边界点在三维坐标系中的坐标；将相邻的两个边界点相连，以形成依次相连的多条直线，将多条直线形成的边界线作为电子围墙。
在一些实施例中，三维坐标系的X轴和Y轴位于同一水平面内，三维坐标系的Z轴沿竖直方向延伸。
在一些实施例中，三维坐标系的原点O为工作臂与回转平台的铰接点。
在一些实施例中，X轴和Y轴中的一个沿挖掘机的宽度方向延伸，另一个沿挖掘机的长度方向延伸。
在一些实施例中，建立方法还包括：根据相邻两边界点的坐标计算连接相邻两边界点的直线的函数式y=fn(x),其中，n为自然数且代表直线的编号； 以及，监测工作臂和/或铲斗上的监测点的坐标,并判断监测点的坐标是否位于边界线内。
在一些实施例中，判断监测点的坐标是否位于边界线内包括：将监测点的坐标的X轴的坐标值x和Y轴的坐标值y带入到函数式y-fn(x)中并判断所得结果的正负，若为预定结果，则判断监测点位于边界线内。
在一些实施例中，建立方法还包括设定预定结果，设定预定结果包括：将监测点置于边界线内的一测试点，并将该测试点的X轴的坐标值x和Y轴的坐标值y带入到函数式y-fn(x) 中以判断结果的正负，若所得结果为负数，则预定结果为负，若所得结果为正数，则预定结果为正。
在一些实施例中，获得边界点在三维坐标系中的坐标包括：测量或计算边界点与挖掘机的距离以及相对于所述挖掘机的方位角；以及，根据距离和方位角计算边界点在三维坐标系中的坐标。
在一些实施例中，获得边界点在三维坐标系中的坐标包括：
将工作臂和/或铲斗上的监测点移动到工作区域的一个边界点，并读取监测点的坐标，将该坐标作为边界点的坐标。
在一些实施例中，工作臂和/或铲斗上的被限制在边界线内的监测点包括：第一监测点，位于铲斗的远离第二工作臂的一端的铲尖处；和/或，第二监测点，位于铲斗的底部的远离第二工作臂的一端；和/或，第三监测点，位于铲斗的底部的靠近第二工作臂的一端；和/或，第四监测点，位于铲斗的顶部的靠近第二工作臂的一端；和/或，第五监测点，位于第一工作臂的靠近第二工作臂的一端。
在一些实施例中，获得挖掘机的工作臂和铲斗的工作区域的多个高度在三维坐标系中的边界线，并将多个边界线作为电子围墙。
应用本发明的技术方案，通过多个边界点拟合出作为电子围墙的边界线，改善了相关技术中存在挖掘机的电子围墙与实际的工作场景不相符的问题。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的实施例的挖掘机的结构示意图。
图2示出了本发明的实施例的挖掘机的电子围墙示意图。
图3示出了本发明的实施例的挖掘机的工作原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1和2所示，一种挖掘机电子围墙的建立方法，其中挖掘机包括车架1、可转动地安装在车架上的回转平台2、可俯仰摆动地安装在回转平台2上的工作臂3和可转动地安装在工作臂3上的铲斗4，工作臂3包括与回转平台2铰接的第一工作臂31和与第一工作臂31铰接的第二工作臂32，第二工作臂32的远离第一工作臂31的一端与铲斗4铰接。
建立方法包括：建立三维坐标系，三维坐标系包括X轴、Y轴、Z轴和原点O；以及，获得挖掘机的工作臂3和铲斗4的工作区域的同一高度在三维坐标系中的边界线5，包括：获得工作区域的在上述同一高度沿挖掘机的周向上的多个边界点在三维坐标系中的坐标；将相邻的两个边界点相连，以形成依次相连的多条直线，将多条直线形成的边界线5作为电子围墙。
在本实施例中，通过多个边界点拟合出作为电子围墙的边界线5，改善了相关技术中存在挖掘机的电子围墙与实际的工作场景不相符的问题。
建立方法还包括：根据相邻两边界点的坐标计算连接相邻两边界点的直线的函数式y=fn(x),其中，n为自然数且代表直线的编号；监测工作臂3和/或铲斗4上的监测点的坐标（x,y）,并判断监测点的坐标（x,y）是否位于边界线5内。
判断监测点的坐标x,y是否位于边界线5内包括：将监测点的坐标（x,y）的X轴的坐标值x和Y轴的坐标值y带入到函数式y-fn(x)中并判断所得结果的正负，若为预定结果，则判断监测点位于边界线5内。
建立方法还包括设定预定结果，设定预定结果包括：将监测点置于边界线5内的一测试点（x, y），并将该测试点的X轴的坐标值x和Y轴的坐标值y带入到函数式y-fn(x) 中以判断结果的正负，若所得结果为负数，则预定结果为负，若所得结果为正数，则预定结果为正。
如图2所示，本实施例的边界线5包括5条直线，5条直线的函数式分别为y=f1(x)、y=f2(x)、y=f3(x)、y=f4(x)和y=fn(x)。控制器实时的监测工作臂3和/或铲斗4上的监测点的坐标，并将该坐标的x值和y值分别带入到函数式y-fn(x)中，判断所得结果的正负，若为预定结果，则判断监测点位于边界线5内，其中n为1至5，也即将该坐标的x值和y值分别带入到函数式y-f1(x)、y-f2(x)、y-f3(x)、y-f4(x)和y-f5(x)中判断结果。
在一些实施例中，获得边界点在三维坐标系中的坐标包括：测量或计算边界点与挖掘机的距离以及相对于所述挖掘机的方位角；以及，根据距离和方位角计算边界点在三维坐标系中的坐标。
在另一些实施例中，获得边界点在三维坐标系中的坐标包括：将工作臂3和/或铲斗4上的监测点移动到工作区域的一个边界点，并读取监测点的坐标，将该坐标作为边界点的坐标。
工作臂3和/或铲斗4上的被限制在边界线5内的监测点包括第一监测点A1、第二监测点A2、第三监测点A3、第四监测点B2和第五监测点C1。
第一监测点A1，位于铲斗4的远离第二工作臂32的一端的铲尖处；第二监测点A2，位于铲斗4的底部的远离第二工作臂32的一端；第三监测点A3，位于铲斗4的底部的靠近第二工作臂32的一端；第四监测点B2，位于铲斗4的顶部的靠近第二工作臂32的一端；第五监测点C1，位于第一工作臂31的靠近第二工作臂32的一端。
三维坐标系的X轴和Y轴位于同一水平面内，三维坐标系的Z轴沿竖直方向延伸。
在一些实施例中，三维坐标系的原点O为工作臂3与回转平台2的铰接点。
在一些实施例中，X轴和Y轴中的一个沿挖掘机的宽度方向延伸，另一个沿挖掘机的长度方向延伸。在本实施例中，X轴沿挖掘机的长度方向延伸，也即挖掘机的行进方向；Y轴中的一个沿挖掘机的宽度方向延伸。
在一些实施例中，获得挖掘机的工作臂3和铲斗4的工作区域的多个高度在三维坐标系中的边界线5，并将多个边界线5作为电子围墙。如图3所示，以挖掘一个带阶梯的池塘为例阐述如何根据高度的不同划分不同的活动区域；当Z轴数值介于Z1与Z2之间时，可活动区域为以Z1所指平面为底，高度为Z2减去Z1的柱形区域；当Z轴数值介于Z2与Z3之间时，可活动区域为以Z1所指平面加上Z2所指平面为底，高度为Z3减去Z2的柱形区域的柱形区域；当Z轴数值大于Z3时，可活动区域为以Z1所指平面加上Z2所指平面加上Z3所指平面为底的柱形区域。在该案例中，可以根据池塘的预定尺寸获得池塘的边界，从而计算出池塘边界点与挖掘机的距离和方位角，进而获得边界线5。
以上仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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