[发明专利]一种智能电铲无人卸料装车系统和方法

权利要求书

1.一种智能电铲无人卸料装车方法，该方法基于智能电铲无人卸料装车系统实现，该系统包括电铲和自卸车，所述电铲包括铲斗、斗杆、起重臂、推压电机、提升电机、回转电机和控制器，其特征在于，还包括：第一摄像机、第二摄像机和激光测距仪，且所述第一摄像机、所述第二摄像机和所述激光测距仪均与所述控制器连接；

所述第一摄像机安装在所述起重臂上，安装高度为所述自卸车的车顶高度，用于检测自卸车和识别标志物，以确定在X轴方向上所述铲斗和所述自卸车车厢的相对位置；

所述第二摄像机安装在所述起重臂顶部，用于识别所述自卸车车厢边缘，以确定在Y轴方向上所述铲斗与所述自卸车车厢的相对位置；

所述激光测距仪设置在所述斗杆上，用于确定在Z轴方向上所述铲斗与所述自卸车车厢的相对距离；

所述自卸车车厢顶部设置有三个所述标志物；其特征在于，方法包括：

S1：以自卸车通过倒车的方式停靠在电铲的左侧进行装车作业为例，挖掘完成后，所述电铲通过回转电机开始向左回转，同时通过提升电机下降铲斗，控制器实时读取激光测距仪读取的距离，在Z轴方向判断是否需要停止下降所述铲斗，达到预设值时即可停止；

S2：同时所述控制器提取第一摄像机获取的图像中的特征点，并与自卸车模板图像进行匹配，检测图像中是否出现了自卸车，若所述第一摄像机没有检测到所述自卸车时，所述控制器向回转电机输出驱动信号，使所述电铲继续向左回转；

在所述第一摄像机捕捉到所述自卸车后，所述控制器对第一摄像机采集图像中的标志物进行识别，并获取所述标志物个数、大小、中心位置，以确定在X轴方向上所述铲斗与自卸车车厢的相对位置；

S3：所述控制器读取第二摄像机采集的图像，通过提取所述自卸车的直线特征，利用特征选择算法，从所有的直线特征中筛选出目标特征，完成所述自卸车车厢边缘的标定：当所述自卸车车厢仅右侧边缘被识别时，推压电机继续推压斗杆，当所述自卸车车厢两侧的边缘仅左侧被识别时，所述推压电机反转，收回所述斗杆至合适位置，当所述自卸车车厢两侧的边缘同时被识别时，所述推压电机停止推压所述斗杆，使所述铲斗在Y轴方向上停留在合适位置；

S4：当确定所述自卸车对准电铲后完成卸料工作，此时所述控制器判断是否装车n-1次，其中n表示自卸车车厢装满时对应的电铲数，如果没有达到上述装车次数，则重复上述步骤S1～S3，使得在X轴方向对准自卸车车厢中部，若装车次数达到n-1次，则重复上述步骤，并使得在X轴方向对准自卸车车厢尾部，完成卸料，结束装车。

2.根据权利要求1所述的一种智能电铲无人卸料装车方法，其特征在于，控制器的功能包括接收电铲自身状态的传感器信息，发送提升电机、回转电机和推压电机的驱动信号功能，还包括图像处理功能，所述图像处理功能包括自卸车识别和标志物识别，其中自卸车识别的算法包括但不限于SIFT特征点提取算法，标志物识别的算法包括但不限于图像颜色识别技术。

3.根据权利要求2所述的一种智能电铲无人卸料装车方法，其特征在于，所述图像颜色识别技术包括HSV颜色空间的选择以及铲斗与自卸车车厢的位置感知。

4.根据权利要求3所述的一种智能电铲无人卸料装车方法，其特征在于，铲斗与自卸车车厢的位置感知，具体步骤为：

(1)使用连通域分割算法检索标志物图像，控制器处理后获得图像中标志物的个数；

(2)计算出每个标志物区域内像素点个数和标志物的面积，并根据像素点坐标值求得区域中心坐标值；

(3)判断铲斗与自卸车车厢相对位置，若控制器没有在图中检索到标志物区域或者检索到图中只有一块标志物区域，说明铲斗未对准自卸车，则控制回转电机驱动所述电铲左转；若检索到图中有两块标志物区域，其中所述区域中心坐标值的横坐标值小的区域，像素点个数多，说明标志物面积大，则说明此时所述铲斗偏左，即铲斗偏向自卸车车头，则控制所述回转电机驱动所述电铲右转；若检索到图中有两块标志物区域，其中所述区域中心坐标值的横坐标值小的区域，像素点个数少，说明标志物面积小，则说明此时所述铲斗偏右，铲斗偏向自卸车尾部，若此时装载次数小于n-1次，则控制所述回转电机驱动所述电铲左转；若控制器检索到第一摄像机中的图像存在三个标志物，说明铲斗对准自卸车中间；

(4)考虑到自卸车车厢的结构为斜坡状，并结合操作员的装载习惯，若已装载次数少于n-1次时，控制器控制所述回转电机驱动所述电铲回转，对准中部进行装载作业，若已装载次数等于n-1次，即对准自卸车车厢尾部进行装载作业。