作业机械回转参数判定方法、装置及作业机械与流程

1.本发明涉及作业机械智能化技术领域，尤其涉及一种作业机械回转参数判定方法、装置及作业机械。


背景技术：

2.随着智能化技术的不断提高，智能化的作业机械也逐渐普及，为了更好地实现作业机械的智能化操控，则需要准确地测量得出作业机械各种的不同工作参数。对于挖掘机等带回转机构的作业机械而言，准确地掌握回转角度等参数则显得尤为重要。目前，对于挖掘机回转角度的测量主要是依靠通过传感器测量回转马达转速的方式进行测量。
3.但是，仅通过测量回转马达转速的方式进行挖掘机回转参数的测量，测量结果准确率相对较低。


技术实现要素：

4.本发明提供一种作业机械回转参数判定方法、装置及作业机械，用以解决现有技术中回转参数测量准确率低的缺陷，实现通过将预测结果与测量结果的融合，有效地提高回转参数的测量准确率。
5.本发明提供一种作业机械回转参数判定方法，包括：
6.获取作业机械在当前时刻的上一时刻的第一回转参数；
7.基于所述第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数；
8.确定所述当前时刻实际测量的第三回转参数；
9.对所述第二回转参数和所述第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数。
10.根据本发明提供的一种作业机械回转参数判定方法，所述基于所述第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数，包括：
11.确定所述作业机械当前时刻的状态方程；
12.基于预设条件，根据所述状态方程和所述第一回转参数，预测所述当前时刻的第二回转参数。
13.根据本发明提供的一种作业机械回转参数判定方法，所述确定所述当前时刻实际测量的第三回转参数，包括：
14.获取作业机械的第一航向参数和第二航向参数，所述第一航向参数由设置于作业机械上车架上的姿态传感器采集，所述第二航向参数由设置于作业机械下车架上的姿态传感器采集；
15.基于所述第一航向参数和所述第二航向参数，确定所述当前时刻实际测量的第三回转参数。
16.根据本发明提供的一种作业机械回转参数判定方法，所述基于所述第一航向参数和所述第二航向参数，确定所述当前时刻实际测量的第三回转参数，包括：
17.计算所述第一航向参数与所述第二航向参数的差值；
18.确定所述差值为当前时刻的第三回转参数。
19.根据本发明提供的一种作业机械回转参数判定方法，所述确定所述差值为当前时刻的第三回转参数之后，还包括：
20.确定所述姿态传感器的测量值与回转参数需求值的转换关系；
21.基于所述转换关系，更新所述第三回转参数，以更新后的回转参数作为所述当前时刻实际测量的第三回转参数。
22.根据本发明提供的一种作业机械回转参数判定方法，还包括：
23.通过导电滑环获取所述下车架上的姿态传感器采集的第二航向参数。
24.根据本发明提供的一种作业机械回转参数判定方法，所述对所述第二回转参数和所述第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数，包括：
25.确定卡尔曼滤波系数；
26.基于所述卡尔曼滤波系数和卡尔曼滤波关系，对所述第二回转参数和所述第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数。
27.根据本发明提供的一种作业机械回转参数判定方法，所述回转参数包括回转角度、回转角速度、回转加速度中的至少一项。
28.本发明还提供一种作业机械回转参数判定装置，包括：
29.获取模块，用于获取作业机械在当前时刻的上一时刻的第一回转参数；
30.预测模块，用于基于所述第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数；
31.确定模块，用于确定所述当前时刻实际测量的第三回转参数；
32.融合模块，用于对所述第二回转参数和所述第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数。
33.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述作业机械回转参数判定方法。
34.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述作业机械回转参数判定方法。
35.本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述作业机械回转参数判定方法。
36.本发明还提供一种作业机械，所述作业机械执行如上述任一项所述的作业机械回转参数判定方法。
37.本发明提供的一种作业机械回转参数判定方法、装置及作业机械，方法通过获取作业机械在当前时刻的上一时刻的第一回转参数；基于所述第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数；确定所述当前时刻实际测量的第三回转参数；对所述第二回转参数和所述第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数，由于通过将当前时刻的回转参数预测值和实际测量值进行融合，与单纯地通过测量获取回转参数相比，能够更好地保证计算得出的回转参数更加准确，更好地辅助对智能挖掘机的操控。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1是本发明提供的作业机械回转参数判定方法的流程示意图；
40.图2是本发明提供的作业机械回转参数测量的原理示意图；
41.图3是本发明提供的作业机械回转参数判定装置的结构示意图；
42.图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
44.下面结合图1-图4描述本发明的一种作业机械回转参数判定方法、装置及作业机械。
45.图1是本发明提供的作业机械回转参数判定方法的流程示意图。
46.如图1所示，本发明实施例提供的一种作业机械回转参数判定方法，执行主体可以是作业机械控制系统，主要包括以下步骤：
47.101、获取作业机械在当前时刻的上一时刻的第一回转参数。
48.在一个具体的实现过程中，作业机械以挖掘机为例进行说明，首先获取作业机械当前时刻的上一时刻的第一回转参数，其中回转参数包括回转角度、回转角速度和回转加速度中的至少一种，本实施例中以回转参数为回转角度和回转角速度为例进行说明。
49.其中，上一时刻指的是当前时刻的前一时刻，例如回转参数的采集可以是间隔预设时长，当前时刻可以定义为k时刻，则当前时刻的上一时刻便定义为k-1时刻，获取当前时刻的上一时刻的第一回转参数即获取k-1时刻的第一回转参数，即第一回转角度和第一回转角速度。
50.102、基于第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数。
51.具体的，在准确的获取到当前时刻的上一时刻对应的第一回转参数之后，便可以基于第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数。即根据k-1时刻的回转角度和回转角速度，预测k时刻的回转角度和回转角速度。其中，预测的具体方式可以是根据人工经验判定，也可以是基于预设算法进行计算，在本实施例中不进行明确具体的限定，只要能够准确地根据k-1时刻的回转参数预测得出k时刻的回转参数即可。
52.103、确定当前时刻实际测量的第三回转参数。
53.具体的，确定挖掘机在当前时刻对应的实际测量的第三回转参数，其中实际测量得到第三回转参数可以包括有多种方式，包括通过测量转速得到第三回转参数，测量角度得到第三回转参数，或者是其他的通过算法模型的方式测量计算得到第三回转参数，只要是能够计算得出第三回转参数即可。
54.其中，第三回转参数与第二回转参数的相同点便是均属于当前时刻的回转参数，而第三回转参数与第二回转参数的区别主要是在于第二回转参数是通过当前时刻的上一时刻的回转参数预测得出的，而第三回转参数是通过实际测量得出的。
55.104、对第二回转参数和第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数。
56.具体的，在得到预测出的第二回转参数和实际测量的第三回转参数之后，便可以根据两者的不同权重对第二回转参数和第三回转参数进行融合，以使得最终得出的回转参数更接近实际值。预测得出的第二回转参数为理论值，存在一定的误差，测量得出的第三回转参数为测量值，受到传感器等测量设备的影响，也存在一定的误差，因此将两者按照一定的权重进行融合之后，便能够在一定程度上缩小实际回转参数的误差，也就是得到更接近真实情况下的回转角度和回转角速度。
57.本实施例提供的一种作业机械回转参数判定方法，通过获取作业机械在当前时刻的上一时刻的第一回转参数；基于所述第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数；确定所述当前时刻实际测量的第三回转参数；对所述第二回转参数和所述第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数，由于通过将当前时刻的回转参数预测值和实际测量值进行融合，与单纯地通过测量获取回转参数相比，能够更好地保证计算得出的回转参数更加准确，更好地辅助对智能挖掘机的操控。
58.进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中的基于第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数，具体可以包括：确定作业机械当前时刻的状态方程；基于预设条件，根据状态方程和第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数。通过状态方程的方式，能够快速、准确地预测出第二回转参数，能够最大限度的减小第二回转参数的误差，而且原理简单，占用内存小，运算速度快，更符合作业机械的智能化要求。
59.具体的，确定作业机械当前时刻的状态方程，可以定义为k时刻的状态方程为公式(1)：
[0060][0061]
然后通过计算公式，根据当前时刻的上一时刻的回转参数即k-1时刻的回转参数，预测得出k时刻的回转参数，以回转角度和回转角速度为例进行说明，则预测公式为公式(2)：
[0062][0063]
其中，表示k时刻的预测回转角度，表示k时刻的预测回转角速度，x
k-1
表示k-1时刻的回转角度，表示k-1时刻的回转角速度，a可以理解为中间变量，在公式(1)中可以得到。
[0064]
因此，通过上述公式(1)和公式(2)便可以预测得出对应的k时刻的回转参数，放到本实施例中便是根据k-1时刻的回转角度x
k-1
和回转角速度预测得出k时刻的回转角度和回转角速度
[0065]
进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中的确定当前时刻实际测量的第三回转参数，则可以包括：获取作业机械的第一航向参数和第二航向参数，第一航向参数由设置于作业机械上车架上的姿态传感器采集，第二航向参数由设置于作业机械下车架上的姿态传感器采集；基于第一航向参数和第二航向参数，确定当前时刻实际测量的第三回转参数。而具体的基于第一航向参数和第二航向参数，确定当前时刻实际测量的第三回转参数，便可以是计算第一航向参数与第二航向参数的差值；确定差值为当前时刻的第三回转参数。
[0066]
其中，航向参数包括航向角和航向角速度等参数，通过航向角可以快速的计算得出回转角度，通过航向角速度可以快速的确定出回转角速度。通过准确地获取到上车架的航向角、航向角速度，下车架的航向角、航向角速度，可以更好地减小实际测量得到的第三回转参数，即第三回转角和第三回转角速度的误差。
[0067]
具体的，确定实际测量的第三回转参数，则可以是通过姿态传感器获取，图2是本发明提供的作业机械回转参数测量的原理示意图；如图2所示，可以设置有两个姿态传感器，而姿态传感器可以是九轴姿态传感器，包含三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计等，并且可以测量物体的俯仰角、侧倾角和航向角等。如图2所示，在上车架上设置有姿态传感器定义为第一姿态传感器3，在下车架上设置有姿态传感器定义为第二姿态传感器5，然后姿态传感器中的数据分别传输至数据处理单元2，数据处理单元进行数据处理之后，可以发送至显示终端1进行显示。
[0068]
九轴姿态传感器是基于mems技术的高性能三维运动姿态测量系统，通过内嵌的低功耗arm处理器得到经过温度补偿的三维姿态与方位等数据。利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据。内部采用高分辨力差分数模转换器，内置自动补偿和滤波算法，最大程度减小了环境变化引起的误差。把静态重力场的变化转换成倾角变化，通过数字方式直接输出当前的横滚角和俯仰角，产品安装方便、使用简单、体积小、抗外界电磁干扰、承受振动冲击姿态传感器通过采集传感器的数据，融合卡尔曼滤波，输出实时的姿态数据。由于采用三轴加速度计和三轴磁传感器辅助陀螺以及温度补偿的算法技术，可以实现全姿态优异的稳定性和实时性。
[0069]
其中，需要进行说明的是，与下车架上设置的姿态传感器进行数据通信的方式可以是通过导电滑环4获取下车架上的姿态传感器5采集的第二航向参数。通过设置导电滑环4，使得在上车架进行自由旋转的过程中不会发生线缆缠绕的问题，保证控制系统与姿态传感器的通信连接。导电滑环的主要作用是将下车架上的姿态传感器采集得到的第二航向参数传递至上车架的数据处理单元，由于导电滑环自身的特性，使得在上车架与下车架发生相对转动的时候，不会影响姿态传感器与数据处理单元的通信，保证了姿态传感器与数据处理单元的稳定数据通信。
[0070]
而通过上车架和下车架分别设置的姿态传感器测量挖掘机回转角度和回转角速度的方式，则可以是通过上车架的九轴姿态传感器测量上车架航向角记为yaw_u，上车架航向角速度记为yaw_rate_u，同理，下车架的九轴姿态传感器测量下车架航向角记为yaw_d，下车架航向角速度记为yaw_rate_d。然后便可以根据具体的航向角和航向角速度计算得出对应的k时刻的实际测量值即回转角度xk和回转角速度计算公式如(3)：
[0071][0072]
进一步的，在上述实施例的基础上，由于通过公式(3)计算得出的实际测量回转角度和回转角速度收到滤波的干扰，噪声较大，因此在确定差值为当前时刻的第三回转参数之后，还包括：确定姿态传感器的测量值与回转参数需求值的转换关系；基于转换关系，更新第三回转参数，以更新后的回转参数作为当前时刻实际测量的第三回转参数。通过进行关系转换，更好地降低实际测量的回转角和回转角速度受到的滤波的干扰，提高数据的准确度。
[0073]
具体的，由于姿态传感器的测量值与最终得到的计算值直接存在一定的转换关系，也就是说为了保证两者之间的量程保持一致，首先确定转换关系，例如，可以如公式(4)：
[0074][0075]
然后再根据转换关系，将上述公式(3)得到的实际测量值即回转角度xk和回转角速度进行转换，得到转换后的实际第三回转参数，可以记为zk，具体的计算过程如公式(5)：
[0076][0077]
进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中的对第二回转参数和第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数，具体可以包括：确定卡尔曼滤波系数；基于卡尔曼滤波系数和卡尔曼滤波关系，对第二回转参数和第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数。由于无论是预测得出的第二回转参数，还是实际测量得出的第三回转参数，都会存在一定的误差，为了更好地减小误差的影响，选用卡尔曼滤波的方式进行回转参数的融合，从而实现将得到的实时回转参数的误差降到最小，通过卡尔曼融合使得最终得到的实时回转参数误差比预测或者是实时测量得出的误差值都小，从而有助于后续更精准地实现自动化控制。
[0078]
具体的，确定卡尔曼滤波系数kk，即k时刻的卡尔曼滤波系数，则可以是通过公式(6)进行迭代得出，公式(6)如下：
[0079][0080]
其中，kk为卡尔曼系数，q为系统观测噪声协方差，r是系统测量噪声协方差，可以通过查询传感器手册获得，其他值可作为中间变量，从而便可以计算得出卡尔曼系数。
[0081]
在准确地得出卡尔曼系数之后，便可以通过卡尔曼滤波算法对预测得到的回转角度、回转角速度和实际测量得到的回转角度、回转角速度进行融合，具体如公式(7)：
[0082][0083]
其中，表示融合后的当前时刻的实时回转参数中的回转角度，表示融合后的当前时刻的实时回转参数中的回转角速度。
[0084]
由于公式(7)中的其他变量在上述公式中可以计算得出，因此将上述公式带入公式(7)中，便可以计算得出融合后的当前时刻的实时回转角度和实时回转角速度。还可以通过如图2所示的显示终端将最终计算得出的实时回转角度和实时回转角速度进行显示。需说明的是，本实施例中以回转参数为回转角度和回转角速度为例进行的说明，在实际应用中回转加速度等其他的回转参数也采用同样的原理实现，不再进行一一举例说明。
[0085]
基于同一总的发明构思，本技术还保护一种作业机械回转参数判定装置，下面对本发明提供的作业机械回转参数判定装置进行描述，下文描述的作业机械回转参数判定装置与上文描述的作业机械回转参数判定方法可相互对应参照。
[0086]
图3是本发明提供的作业机械回转参数判定装置的结构示意图。
[0087]
如图3所示，本发明实施例提供的一种作业机械回转参数判定装置，包括：
[0088]
获取模块301，用于获取作业机械在当前时刻的上一时刻的第一回转参数；
[0089]
预测模块302，用于基于第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数；
[0090]
确定模块303，用于确定当前时刻实际测量的第三回转参数；
[0091]
融合模块304，用于对第二回转参数和第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数。
[0092]
本实施例提供的一种作业机械回转参数判定装置，通过获取作业机械在当前时刻的上一时刻的第一回转参数；基于所述第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数；确定所述当前时刻实际测量的第三回转参数；对所述第二回转参数和所述第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数，由于通过将当前时刻的回转参数预测值和实际测量值进行融合，与单纯地通过测量获取回转参数相比，能够更好地保证计算得出的回转参数更加准确，更好地辅助对智能挖掘机的操控。
[0093]
进一步的，本实施例中的预测模块302，具体用于：
[0094]
确定所述作业机械当前时刻的状态方程；
[0095]
基于预设条件，根据所述状态方程和所述第一回转参数，预测所述当前时刻的第二回转参数。
[0096]
进一步的，本实施例中的确定模块303，具体用于：
[0097]
获取作业机械的第一航向参数和第二航向参数，所述第一航向参数由设置于作业机械上车架上的姿态传感器采集，所述第二航向参数由设置于作业机械下车架上的姿态传感器采集；
[0098]
基于所述第一航向参数和所述第二航向参数，确定所述当前时刻实际测量的第三回转参数。
[0099]
进一步的，本实施例中的确定模块303，具体还用于：
[0100]
计算所述第一航向参数与所述第二航向参数的差值；
[0101]
确定所述差值为当前时刻的第三回转参数。
[0102]
进一步的，本实施例中的确定模块303，具体还用于：
[0103]
确定所述姿态传感器的测量值与回转参数需求值的转换关系；
[0104]
基于所述转换关系，更新所述第三回转参数，以更新后的回转参数作为所述当前时刻实际测量的第三回转参数。
[0105]
进一步的，本实施例中的确定模块303，具体还用于：
[0106]
通过导电滑环获取所述下车架上的姿态传感器采集的第二航向参数。
[0107]
进一步的，本实施中的融合模块304，具体用于：
[0108]
确定卡尔曼滤波系数；
[0109]
基于所述卡尔曼滤波系数和卡尔曼滤波关系，对所述第二回转参数和所述第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数。
[0110]
进一步的，本实施例中的所述回转参数包括回转角度、回转角速度、回转加速度中的至少一项。
[0111]
基于同一总的发明构思，本技术还保护一种作业机械，所述作业机械执行如上述任一实施例的作业机械回转参数判定方法，作业机械包括挖掘机、起重机等。
[0112]
图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。
[0113]
如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(communications interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行作业机械回转参数判定方法，该方法包括：获取作业机械在当前时刻的上一时刻的第一回转参数；基于所述第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数；确定所述当前时刻实际测量的第三回转参数；对所述第二回转参数和所述第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数。
[0114]
此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0115]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的作业机械回转参数判定方法，该方法包括：获取作业机械在当前时刻的上一时刻的第一回转参数；基于所述第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数；确定所述当前时刻实际测量的第三回转参数；对所述第二回转参数和所述第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数。
[0116]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的作业机械回转参数判定方
法，该方法包括：获取作业机械在当前时刻的上一时刻的第一回转参数；基于所述第一回转参数，预测当前时刻的第二回转参数；确定所述当前时刻实际测量的第三回转参数；对所述第二回转参数和所述第三回转参数进行融合，得到当前时刻的实时回转参数。
[0117]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0118]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0119]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。