一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置的製造方法

2023-05-14 21:05:06 2

一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置，目的在於，使無人裝載機進行自主操作，從而提高工作效率，裝置所採用的技術方案為：包括設置在工作場地內的若干個螢光柱，若干個螢光柱構成工作場地的X和Y坐標，無人裝載機上設置有能夠獲取無人裝載機位置信息的攝像頭，攝像頭連接至無人裝載機的控制系統；工作場地的卸料平臺處設置有若干標杆，標杆上設置有雷射發射器，無人裝載機上設置有雷射接收器，雷射接收器連接至所述控制系統；所述卸料平臺上設置有用於檢測卸料平臺壓力變化的壓力傳感器，壓力傳感器連接至控制系統。
【專利說明】
-種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置
技術領域
[0001] 本實用新型屬於工程機械領域，具體設及一種基於計算機視覺的無人裝載機標定 裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著科技的發展，無人化機械由於綜合成本低、效率高、風險小而逐漸受到了廠家 和用戶的追捧，而在工程機械領域，由於工程機械面對的工況非常的複雜，所W目前無人化 的工程機械非常之少。所W根據裝載機簡單的、重複性的工況，需要無人裝載機進行自動標 定操作，使無人裝載機不僅可W完全進行無人自主操作，無需進行人工的遠程操控，而且可 W在夜間工作，提高了其工作效率。 【實用新型內容】
[0003] 為了解決現有技術中的問題，本實用新型提出一種能夠使無人裝載機進行自主操 作，提高工作效率的基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置。
[0004] 為了實現W上目的，本實用新型所採用的技術方案為:包括設置在工作場地內的 若干個巧光柱，若干個巧光柱構成工作場地的X和Y坐標，無人裝載機上設置有能夠獲取無 人裝載機位置信息的攝像頭，攝像頭連接至無人裝載機的控制系統;工作場地的卸料平臺 處設置有若干標杆，標杆上設置有雷射發射器，無人裝載機上設置有雷射接收器，雷射接收 器連接至所述控制系統；無人裝載機的前軸上設置有用於檢測伊鬥壓力信息的壓力應變 片，壓力應變片連接至所述控制系統，控制系統連接伊鬥的支撐液壓缸。
[0005] 所述若干個巧光柱包括第一紅色柱、第二紅色柱、第一綠色柱和第二綠色柱，四個 色柱呈矩形分布，第一紅色柱和第一綠色柱所在的直線為X坐標，第一紅色柱和第二紅色柱 所在的直線為Y坐標。
[0006] 所述無人裝載機上水平設置有兩個攝像頭，兩個攝像頭連接有用於帶動攝像頭水 平旋轉的電機。
[0007] 所述兩個攝像頭的底座固定連接有豎直設置的液壓缸。
[000引所述兩個攝像頭的底座固連有=個液壓缸。
[0009] 所述兩個攝像頭內設置有巧螺儀，巧螺儀連接至控制系統。
[0010] 所述兩個攝像頭內設置有水平儀，水平儀連接至控制系統。
[0011] 所述兩個攝像頭的拍攝方向連線平行於第一紅色柱和第二紅色柱所在的直線。
[0012] 所述卸料平臺的一側設置有第一標杆，第一標杆上設置有第一雷射發射器；另一 側設置有第二標杆，第二標杆上設置有第二雷射發射器，所述無人裝載機的車身兩側均設 置有雷射接收器。
[0013] 所述卸料平臺上設置有用於檢測卸料平臺壓力變化的壓力傳感器，壓力傳感器連 接至控制系統。
[0014] 與現有技術相比，本實用新型的裝置通過巧光柱建立矩形的工作場地，通過無人 裝載機上的攝像頭拍攝巧光柱，並將照片信息傳送給控制系統，控制系統根據照片信息得 到無人裝載機在工作場地內的位置信息並控制無人裝載機的行走方向；通過無人裝載機上 的雷射接收器採集雷射發射器發射的雷射信號，並傳送給控制系統，控制系統判斷無人裝 載機距離卸料平臺的位置信息後調整無人裝載機的位置;通過壓力應變片採集伊鬥的壓力 信號，並傳送給控制系統，控制系統判斷伊鬥的壓力信號後通過支撐液壓缸控制伊鬥的動 作，本實用新型裝置使無人裝載機不僅能夠完全進行無人自主操作，無需進行人工的遠程 操控，而且能夠在夜間工作，大大提高了其工作效率。
[0015] 進一步，通過兩個紅色柱和兩個綠色柱建立二位坐標，通過攝像頭拍攝不同顏色 的巧光柱從而是控制系統容易判斷無人裝載機的位置，位置判斷準確，提高了控制了精準 度。
[0016] 更進一步，通過巧螺儀可W獲取攝像頭及無人裝載機所處的方向位置，攝像頭通 過電機控制實現水平旋轉，W保證在車輛行走時攝像頭拍照時始終處於某一方向，，相機的 底座由=個液壓缸支撐，攝像頭在車輛行駛過程中液壓缸通過水平儀反饋信息動態調整， 確保相機保持水平。無人裝載機工作前標定之後，在工作時通過兩邊攝像頭獲取的照片信 息迅速查找到無人裝載機現在對應的位置，而巧螺儀能夠確定無人裝載機目前所處的方向 位姿。攝像頭在拍照的同時，攝像頭的水平儀的測量信息也會作為照片的信任指標被記錄 並與照片信息儲存在一起。
[0017] 進一步，在無人裝載機向卸料平臺靠近的過程中，兩側的雷射接收器通過接收標 杆上兩排不同波段的雷射發射器的信號來確定相對於卸料平臺的位置和距離，W精確的調 整自己的行走。當接收到雷射信號的傳感器均靠右，此時控制系統判定無人裝載機位置偏 左，當無人裝載機上的接收到雷射信號的傳感器均靠左，此時控制系統可判定無人裝載機 位置偏右，又當只有左側傳感器接收到雷射信號時，控制系統會根據雷射信號的波段來辨 識是第一雷射發射器還是第二雷射發射器發出的信號，如果是第一雷射發射器發出的，那 麼確定無人裝載機位置嚴重靠左，如果是第二雷射發射器發出的信號，則確定無人裝載機 嚴重靠右。從而無人裝載機能夠評價自身位置是否準確從而做出調整，最後精準的停泊在 卸料平臺正中間的方向上，當控制系統測得無人裝載機與平臺的距離處於卸料距離範圍內 時，放下伊鬥，物料傾瀉在停靠在平臺上的運輸車上。
【附圖說明】

[0018] 圖1為無人裝載機的工作場地示意圖；
[0019] 圖2為無人裝載機的示意圖；
[0020] 圖3為無人裝載機的工作流程圖；
[0021 ]圖4為無人裝載機的行走模式圖；
[0022] 圖5為無人裝載機邊界中斷子程序流程圖；
[0023] 圖6為無人裝載機裝料中斷子程序流程圖；
[0024] 圖7為卸料平臺的布置示意圖；
[0025] 圖8為無人裝載機卸料中斷子程序流程圖；
[0026] 圖9為無人裝載機警告中斷子程序流程圖；
[0027] 其中，1-第一紅色柱、2-第二紅色柱、3-第一綠色柱、4-第二綠色柱、5-攝像頭、6- 電機、7-邊界區域、8-壓力應變片、9-支撐液壓缸、10-卸料平臺、11-雷射接收器、12-第一標 杆、13-第二標杆、14-第一雷射發射器、15-第二雷射發射器、16-液壓缸。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合具體的實施例和說明書附圖對本實用新型作進一步的解釋說明。
[0029] 參見圖1，本實用新型裝置包括設置在工作場地內的若干個巧光柱，若干個巧光柱 構成工作場地的X和Y坐標，若干個巧光柱包括第一紅色柱1、第二紅色柱2、第一綠色柱3和 第二綠色柱4,四個色柱呈矩形分布，第一紅色柱1和第一綠色柱3所在的直線為X坐標，第一 紅色柱1和第二紅色柱2所在的直線為Y坐標。參見圖2,無人裝載機上設置有能夠獲取無人 裝載機位置信息的攝像頭5,攝像頭5連接至無人裝載機的控制系統;工作場地的卸料平臺 10處設置有若干標杆，標杆上設置有雷射發射器，無人裝載機上設置有雷射接收器11，雷射 接收器11連接至所述控制系統;無人裝載機的前軸上設置有用於檢測伊鬥壓力信息的壓力 應變片8,壓力應變片8連接至所述控制系統，控制系統連接伊鬥的支撐液壓缸9。無人裝載 機上水平設置有兩個攝像頭5,兩個攝像頭5連接有用於帶動攝像頭水平旋轉的電機6。兩個 攝像頭5的底座固定連接有豎直設置的=個液壓缸16。兩個攝像頭5內設置有巧螺儀和水平 儀，巧螺儀和水平儀連接至控制系統。兩個攝像頭5的拍攝方向連線平行於第一紅色柱1和 第二紅色柱2所在的直線。參見圖7,卸料平臺10的一側設置有第一標杆12,第一標杆12上設 置有第一雷射發射器14;另一側設置有第二標杆13,第二標杆13上設置有第二雷射發射器 15,所述無人裝載機的車身兩側均設置有雷射接收器11。卸料平臺10上設置有用於檢測卸 料平臺壓力變化的壓力傳感器，壓力傳感器連接至控制系統。
[0030] 本實用新型通過巧光柱建立矩形的工作場地，通過無人裝載機上的攝像頭拍攝巧 光柱，並將照片信息傳送給控制系統，控制系統根據照片信息得到無人裝載機在工作場地 內的位置信息並控制無人裝載機的行走方向；通過無人裝載機上的雷射接收器11採集雷射 發射器發射的雷射信號，並傳送給控制系統，控制系統判斷無人裝載機距離卸料平臺10的 位置信息後調整無人裝載機的位置;通過壓力應變片8採集伊鬥的壓力信號，並傳送給控制 系統，控制系統判斷伊鬥的壓力信號後通過支撐液壓缸9控制伊鬥的動作。參見圖3,具體包 括:首先無人裝載機進行每個坐標點的信息並進行儲存，然後無人裝載機行走至工作場地 中央開始工作，通過壓力應變片檢測伊鬥的壓力信息並傳送給控制系統，控制系統判斷伊 鬥是否為空載，若是則進行裝料模式，若否進入卸料模式。
[0031] 本實用新型的定位:參見圖1，在無人裝載機的工作場地由四根發光的巧光柱，由 第一紅色柱1、第二紅色柱2、第一綠色柱3和第二綠色柱4來限定，裝載機在工作前會被輸入 矩形工作場地的長度和寬度的參數，在裝載機工作前，工作人員將裝載機工作的矩形場的 第一紅色柱1和第二紅色柱2所在的直線當做Y坐標，第一綠色柱3和第二綠色柱4所在的直 線當作X坐標，運樣，地面上將會有若干整數坐標交叉點，無人裝載機在經過每一個矩形工 作場地內的交叉點坐標時通過裝載機上的一對攝像頭5拍照和記錄對應坐標位置來標定， 兩側攝像頭所得的兩張照片內紅色柱和綠色柱的像素位置W及像素距離對應一個坐標位 置，如下表所示：
[0032]
[0033]
[0034] 參見圖2,攝像頭5內置有水平儀和巧螺儀，攝像頭5固定於電機6上，電機根據巧螺 儀的反饋信息旋轉使兩個攝像頭的方向保持在與柱1和柱2連線方向平行的位置，W保證車 輛在標定或工作過程中攝像頭的方向始終保持一致。相機的底座由=個液壓缸16支撐，攝 像頭在車輛行駛過程中液壓缸通過水平儀反饋信息動態調整，確保相機保持水平。無人裝 載機工作前標定之後，在工作時可W通過兩邊攝像頭獲取的照片信息迅速查找到無人裝載 機現在對應的位置，而無人裝載機內置的巧螺儀可W確定無人裝載機目前所處的方向位 姿。攝像頭在拍照的同時，攝像頭的水平儀的測量信息也會作為照片的信任指標被記錄並 與照片信息儲存在一起。
[0035] 無人裝載機行走:裝載機在工作前會被第一紅色柱1、第二紅色柱2、第一綠色柱3 和第二綠色柱4標定工作範圍，在裝載機工作過程中，參見圖1，裝載機接近邊界區域範圍7 內時，控制系統會調整無人裝載機的行走方向W免走出標定範圍。無人裝載機在走的過程 中，如圖4所示，當無人裝載機通過定位得到自己的位置坐標A時，通過將目標坐標B的與A相 減得到自己的目標向量，通過目標向量調整自己的行走方向，在行走的過程中不斷獲得目 標向量，不斷調整，最終到達目標點。邊界中斷子程序流程圖如圖5所示:控制系統判斷無人 裝載機是否處於場地邊界，若是則調整位姿，向靠近場地中央的方向行駛。
[0036] 無人裝載機裝料:裝料中斷子程序流程如圖6所示，在無人裝載機工作前，物料方 向W及卸料方向會被標定。裝載機前軸上的壓力應變片8可W將壓力信息傳至裝載機的控 制中屯、，當壓力低於一定值時無人裝載機進入卸料模式。此時，裝載機W物料方向為工作方 向，將車身方向調整為面對物料方向，然後放下料鬥，通過不斷的定位調整自己的行走方向 和位姿確保自己W平行於第一紅色柱1和第一綠色柱3的方向物料靠近。當伊鬥的支撐液壓 缸9內的壓力達到一定值時，控制系統確定料W裝滿，將伊鬥收起並原地倒退，當控制系統 確定無人裝載機倒退回標定區時停止，無人裝載機進入卸料模式。
[0037] 無人裝載機卸料:參見圖7和卸料中斷子程序流程圖8,當無人裝載機進入卸料模 式後，控制系統將無人裝載機的位姿調整為朝向卸料平臺10方向，無人裝載機在前進中通 過不斷的定位來調整自己的行走方向，在無人裝載機向平臺靠近的過程中，無人裝載機兩 側排列的雷射接收器11通過接收平臺的第一標杆13和第二標杆12上兩排不同波段的第一 雷射發射器14和第二雷射發射器15的信號來確定自己相對於平臺的位置和距離，W精確的 調整自己的行走。例如，當無人裝載機上的接收到雷射信號的傳感器均靠右，此時控制系統 可判定無人裝載機位置偏左，當無人裝載機上的接收到雷射信號的傳感器均靠左，此時控 制系統可判定無人裝載機位置偏右，又例如當只有左側傳感器接收到雷射信號時，控制系 統會根據雷射信號的波段來辨識是第一標杆12還是第二標杆13發出的信號，如果是第一標 杆12發出的，那麼可W確定無人裝載機嚴重靠左，如果是第二標杆13發出的信號，則可W確 定無人裝載機嚴重靠右。通過W上方法，無人裝載機能夠評價自己的位置是否準確從而做 出調整，最後精準的停泊在卸料平臺正中間的方向上，當控制系統測得無人裝載機與平臺 的距離處於卸料距離範圍內時，無人裝載機放下伊鬥，物料傾瀉在停靠在平臺上的運輸車 上。
[0038] 無人裝載機的調整與警報:警告中斷子程序如圖9所示，卸料平臺的壓力傳感器會 將卸料平臺的壓力變化傳送到控制系統，當在3分鐘時間範圍內壓力的增加小於一定值時， 控制系統會將機器在卸料時的距離範圍進行微調。若在連續的10分鐘內壓力的增加小於一 定值時，控制系統會將機器行駛到矩形工作場地中央重啟系統。當在連續的20分鐘壓力的 增加小於一定值或車輛無法通過照片信息獲得定位時系統會發出警報提醒人工介入。
[0039] 本實用新型使無人裝載機不僅可W完全進行無人自主操作，無需進行人工的遠程 操控，而且可W在夜間工作，大大提高了其工作效率。
【主權項】
1. 一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置，其特徵在於，包括設置在工作場地內 的若干個螢光柱，若干個螢光柱構成工作場地的X和Y坐標，無人裝載機上設置有能夠獲取 無人裝載機位置信息的攝像頭(5)，攝像頭(5)連接至無人裝載機的控制系統;工作場地的 卸料平臺（10)處設置有若干標杆，標杆上設置有雷射發射器，無人裝載機上設置有雷射接 收器（11)，雷射接收器（11)連接至所述控制系統;所述卸料平臺（10)上設置有用於檢測卸 料平臺壓力變化的壓力傳感器，壓力傳感器連接至控制系統。2. 根據權利要求1所述的一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置，其特徵在於，所 述若干個螢光柱包括第一紅色柱（1 )、第二紅色柱(2)、第一綠色柱(3)和第二綠色柱(4)，四 個色柱呈矩形分布，第一紅色柱（1)和第一綠色柱(3)所在的直線為X坐標，第一紅色柱（1) 和第二紅色柱(2)所在的直線為Y坐標。3. 根據權利要求2所述的一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置，其特徵在於，所 述無人裝載機上水平設置有兩個攝像頭(5 )，兩個攝像頭(5)連接有用於帶動攝像頭水平旋 轉的電機(6)。4. 根據權利要求3所述的一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置，其特徵在於，所 述兩個攝像頭(5)的底座固定連接有豎直設置的液壓缸(16)。5. 根據權利要求4所述的一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置，其特徵在於，所 述兩個攝像頭(5)的底座固連有三個液壓缸(16)。6. 根據權利要求5所述的一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置，其特徵在於，所 述兩個攝像頭(5)內設置有陀螺儀，陀螺儀連接至控制系統。7. 根據權利要求6所述的一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置，其特徵在於，所 述兩個攝像頭(5)內設置有水平儀，水平儀連接至控制系統。8. 根據權利要求7所述的一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置，其特徵在於，所 述兩個攝像頭(5)的拍攝方向連線平行於第一紅色柱(1)和第二紅色柱(2)所在的直線。9. 根據權利要求1所述的一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置，其特徵在於，所 述卸料平臺（10)的一側設置有第一標杆（12)，第一標杆（12)上設置有第一雷射發射器 (14);另一側設置有第二標杆(13)，第二標杆（13)上設置有第二雷射發射器（15)，所述無人 裝載機的車身兩側均設置有雷射接收器(11)。10. 根據權利要求1所述的一種基於計算機視覺的無人裝載機標定裝置，其特徵在於， 所述無人裝載機的前軸上設置有用於檢測鏟鬥壓力信息的壓力應變片(8)，壓力應變片(8) 連接至所述控制系統，控制系統連接鏟鬥的支撐液壓缸(9)。
【文檔編號】G05B19/04GK205721374SQ201620670486
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】郭輝, 呂水明, 李嘉波
【申請人】長安大學