[发明专利]挖掘机卸料作业辅助系统及轨迹规划方法

权利要求书

1.一种挖掘机自动卸料轨迹规划方法，基于如下系统实现：

在挖掘机上设置数据采集单元、轨迹控制单元、误差控制单元、动作执行单元、人工操作单元、参数输入单元、位置计算单元、轨迹规划单元、数据储存单元、误差计算单元、触控显示屏；

数据采集单元采集机体转台、动臂、斗杆和铲斗绕各自铰接点的旋转角度信息；

动作执行单元包括：油箱、发动机、先导泵、主泵、回转马达、电控方向阀、主阀、铲斗液压油缸、斗杆液压油缸、动臂液压油缸和铲斗、斗杆、动臂、机体；回转马达驱动机体，铲斗液压油缸驱动铲斗，斗杆液压油缸驱动斗杆，动臂液压油缸驱动动臂；

其特征在于：包括如下步骤：

(1)在挖掘机上建立D-H坐标系，并确定铲斗斗尖的位置表述形式；

(2)在卸料车上建立车体坐标系，车体坐标系中的坐标值都用D-H坐标表示；

(3)建立卸料轨迹约束点；

(4)规划卸料轨迹；

其中，在第(2)步中，按如下方法建立车体坐标系：

(2-1)确定两个点，第一个点是靠近驾驶室的货厢底板中心线上前端一点，第二个点是远离驾驶室的货厢底板中心线上末端一点；以第一个点作为车体坐标系原点O，第二个点作为建系辅助点B；

(2-2)车体坐标系X轴方向为O、B两点连线方向，Y轴方向为在货厢底板平面上垂直于X轴的方向，Z轴方向为垂直于货厢底板平面的方向；

其中，在第(3)步中，以卸料起点、卸料目标点和卸料转折点作为路径约束点，

(3-1)卸料起点C(x_c,y_c,z_c)即铲斗斗尖铲起物料时的位置；

(3-2)卸料目标点P_i(x_i,y_i,z_i)按如下算法计算：时；i＝1,2…,表示各个卸料目标点位置

式中，(x₀,y₀,z₀)为车体坐标系原点O坐标值，(x_b,y_b,z_b)为建系辅助点B坐标值，a为卸料步长，综合考虑物料种类和铲斗尺寸人为确定；

(3-3)卸料转折点N_ij按如下算法计算：

N_i1(x_i1,y_i1,z_i1)＝(x_i,y_i+β*d,z_i)；

N_i2(x_i2,y_i2,z_i2)＝(x_i,y_i-β*d,z_i)；

N₃₃(x₃₃,y₃₃,z₃₃)＝(x_b+a,y_b,z_b)；

式中，(x_i,y_i,z_i)为目标卸料点坐标值，(x_b,y_b,z_b)为建系辅助点B坐标值，β为防碰撞系数，选择大于0.5，d为车体宽度，i表示第i个卸料目标点，j表示车厢某一侧：当j＝1时，表示转折点在车体坐标系Y轴正向一侧，当j＝2时，表示转折点在车体坐标系Y轴负向一侧；当j＝3时，表示转折点在车厢后侧；

并且以满足如下条件确定卸料转折点N_ij：

使E最小。