挖掘机挖斗关节信息的确定方法、装置及电子设备与流程

本技术涉及机械，尤其是涉及一种挖掘机挖斗关节信息的确定方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、挖掘机的自动化或者半自动化作业需要通过传感器获得挖斗关节的角度和角速度实时信息，现有技术方案主要分为改造挖斗关节结构和粘贴倾角传感器的方案。改造挖斗关节结构会来更大的改造成本代价，同时不便于拆解维修或更换传感器，需要厂商的支持。在挖掘机部件上粘贴倾角传感器的方案由于其很小的硬件改造代价和容易操作，备受业界欢迎。

2、目前，倾角传感器的粘贴位置主要分为直接粘贴在挖斗表面和粘贴在挖斗关节连杆处两种，在挖斗上粘贴倾角传感器的方案可以非常容易的获得挖斗姿态信息，但由于挖斗需要频繁和施工环境产生交互和碰撞，很容易损坏粘贴在挖斗上的倾角传感器。同时由于不同作业类型的需求，挖掘机可能会更换挖斗类型，因此把倾角传感器直接粘贴在挖斗上测量其角度和角速度实时数据的方案不满足更换挖斗的需求。

3、不同于挖掘机其他关节结构，挖斗关节为复杂的四连杆推动结构，其中涉及许多参数需要准确得到才能建立倾角传感器读数和挖斗关节信息的关系。倾角传感器直接粘贴在挖斗关节连杆处的方案目前还未有准确地标定方式。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种挖掘机挖斗关节信息的确定方法、装置及电子设备，通过设置于挖掘机的小臂上以及挖斗关节处第一连杆上的倾角传感器所采集的数据以及预先获取的标定参数，可以准确地确定出挖斗关节信息，并且满足更换挖斗的需求。

2、第一方面，本技术实施例提供一种挖掘机挖斗关节信息的确定方法，挖掘机的小臂上安装有第一倾角传感器；与小臂连接的挖斗关节处的指定连杆上安装有第二倾角传感器；指定连杆为挖斗关节处的四个连杆中的任一个；方法包括：获取第一倾角传感器测量的第一当前角度、第二倾角传感器测量的第二当前角度；根据第一当前角度、第二当前角度以及预先获取的挖掘机的挖斗标定参数，确定挖掘机的当前挖斗关节信息；其中，挖斗标定参数包括：长度参数和角度参数；长度参数包括挖掘机挖斗关节处的四个连杆分别对应的长度；角度参数包括：第一标定角度和第二标定角度；当前挖斗关节信息包括：当前关节角度。

3、在本技术较佳的实施方式中，上述挖斗表面安装有第三倾角传感器；获取第一倾角传感器测量的第一当前角度、第一当前角速度，和第二倾角传感器测量的第二当前角度、第二当前角速度的步骤之前，还包括：获取多组传感器数据；每组传感器数据包括：第一倾角传感器对应的第一角度，第二倾角传感器对应的第二角度、第三倾角传感器对应的第三角度；根据多组传感器数据以及优化算法对目标函数进行最优求解，确定挖掘机的挖斗标定参数；其中，目标函数包括：最小化关节角度偏差与关节角速度偏差之和；关节角度偏差包括第一关节角度与第二关节角度的差值的平方；关节角速度偏差包括第一关节角速度与第二关节角速度的差值的平方；第一关节角度、第一关节角速度基于多组传感器数据中的第一角度、第二角度确定；第二关节角度、第二关节角速度基于多组传感器数据中的第一角度、第三角度确定。

4、在本技术较佳的实施方式中，上述指定连杆为连接挖斗油缸和小臂的可转动连杆；第一关节角度对应的第一角度计算式如下：

5、

6、其中，α(θ1,θ2)表示挖掘机挖斗的第一关节角度；de表示指定连杆的长度；ef表示连接挖斗油缸和挖斗的可转动连杆的长度；af表示挖斗上的不可转动的连杆的长度；ad表示小臂上的不可转动的连杆的长度；k表示第一标定角度；m表示第二标定角度；θ1表示第一倾角传感器测量的第一角度；θ2表示第二倾角传感器测量的第二角度；

7、第一关节角速度对应的第一角速度计算式通过对第一角度计算式中的第一角度、第二角度求导得到；第一角速度计算式表征关节角速度与第一倾角传感器测量的第一角速度、第二倾角传感器测量的第二角速度的对应关系。

8、在本技术较佳的实施方式中，上述第一角度计算式的确定过程如下：

9、根据四连杆模型图，得到关节角度的第一表达式；第一表达式如下：

10、α(θ1,θ2)＝∠cab＝2π-∠cad-∠dae-∠eaf-∠fab；

11、其中，2π-∠cad-∠fab＝k；

12、根据余弦定理，确定第二表达式；第二表达式如下：

13、

14、其中，

15、∠eda＝θ2-θ1+m；

16、将第二表达式代入第一表达式，得到第一角度计算式。

17、在本技术较佳的实施方式中，上述第二关节角度对应的第二角度计算式如下：

18、α(θ1,θ3)＝θ3-θ1+n；

19、其中，α(θ1,θ3)表示基于第一角度、第三角度确定出的第二关节角度；θ3表示第三倾角传感器测量的第三角度；n表示固定常数参数；

20、第二关节角速度对应的第二角速度计算式，通过对第二角度计算式中的第三角度、第一角度求导得到，第二角速度计算式如下：

21、

22、表示基于第一角度、第三角度确定出的第二关节角速度；ω3表示第三倾角传感器测量的第三角速度；ω1表示第一倾角传感器测量的第一角速度。

23、在本技术较佳的实施方式中，上述根据多组传感器数据以及优化算法对目标函数进行最优求解，确定挖掘机的挖斗标定参数的步骤，还包括：获取挖斗标定参数中长度参数对应的测量值；将测量值与多组传感器数据同时代入目标函数进行最优化求解，确定出角度参数对应的最优解。

24、在本技术较佳的实施方式中，上述根据所述第一当前角度、所述第二当前角度以及预先获取的所述挖掘机的挖斗标定参数，确定所述挖掘机的当前挖斗关节信息的步骤，包括：将第一当前角度、第二当前角度以及挖斗标定参数代入第一角度计算式中，得到挖斗的当前关节角度。

25、在本技术较佳的实施方式中，上述当前挖斗关节信息还包括：当前关节角速度；方法还包括：获取第一倾角传感器测量的第一当前角速度、第二倾角传感器测量的第二当前角速度；将第一当前角速度、第二当前角速度代入第一角速度计算式中，得到挖斗的当前关节角速度。

26、第二方面，本技术实施例还提供一种挖掘机挖斗关节信息的确定装置，挖掘机的小臂上安装有第一倾角传感器；与小臂连接的挖斗关节处的指定连杆上安装有第二倾角传感器；指定连杆为挖斗关节处的四个连杆中的任一个；装置包括：测量值获取模块，用于获取第一倾角传感器测量的第一当前角度、第二倾角传感器测量的第二当前角度；信息确定模块，用于根据第一当前角度、第二当前角度以及预先获取的挖掘机的挖斗标定参数，确定挖掘机的当前挖斗关节信息；其中，挖斗标定参数包括：长度参数和角度参数；长度参数包括挖掘机挖斗关节处的四个连杆分别对应的长度；角度参数包括：第一标定角度和第二标定角度；当前挖斗关节信息包括：当前关节角度。

27、第三方面，本技术实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的计算机可执行指令，处理器执行计算机可执行指令以实现上述第一方面所述的方法。

28、第四方面，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现上述第一方面所述的方法。

29、本技术实施例提供的挖掘机挖斗关节信息的确定方法、装置及电子设备中，挖掘机的小臂上安装有第一倾角传感器；与小臂连接的挖斗关节处的指定连杆上安装有第二倾角传感器；指定连杆为挖斗关节处的四个连杆中的任一个；首先获取第一倾角传感器测量的第一当前角度、第二倾角传感器测量的第二当前角度；然后获取挖掘机的挖斗标定参数；挖斗标定参数包括：长度参数和角度参数；长度参数包括挖掘机挖斗关节处的四个连杆分别对应的长度；角度参数包括：第一标定角度和第二标定角度；最后根据第一当前角度、第二当前角度以及标定参数，确定挖掘机的当前挖斗关节信息；当前挖斗关节信息包括：当前关节角度。本技术实施例中，通过设置于挖掘机的小臂上以及挖斗关节处指定连杆上的倾角传感器所采集的数据以及预先获取的标定参数，可以准确地确定出挖斗关节信息，并且满足更换挖斗的需求。