一种无人驾驶压路机路径规划方法及系统与流程

1.本发明涉及工程机械和自动化技术领域，具体为一种无人驾驶压路机路径规划方法及系统。


背景技术：

2.工程机械经常在地震、洪水、海啸等灾害现场以及高温、高寒、高海拔、高辐射的恶劣工况下施工，不仅施工效率低，而且操作人员常常还要冒着生命危险。利用无人技术优化现有工程机械可以提升施工质量、降低人员成本、减少安全隐患，并且为实现产业更新提供了重要依托。特别针对于工程机械中的压路机，其属于道路设备的范畴，广泛应用于公路、铁路、机场跑道、大坝、体育场等大型工程项目的填方压实作业，可以碾压沙性、半粘性及粘性土壤、路基稳定土及沥青混凝土路面层，具有极广阔的施工需求和较高的作业难度。压路机的标准化施工也是目前全世界各施工单位和机械生产厂亟需解决的问题。
3.而现有普通配置压路机不具有无人驾驶和自动规划路径等功能，需要人工操作方向盘和手柄进行行走、转向和施工，压实路径都是司机根据施工工艺要求进行人工规划和手动操作，受司机个人因素影响较大，易发生漏压和过压。
4.市场上现有的无人压力机常见技术和应用是以摊铺设备在前方为引导，由摊铺设备走过的区域作为无人压路机的施工区域，但增加摊铺设备势必增加故障率以及相应工序，所以如何开发一种新的路径规划策略，不需通过摊铺设备引导实现对待碾压区域内的路径规划。


技术实现要素：

5.本发明为了不需通过摊铺设备引导，提供一种无人驾驶压路机路径规划方法，包括以下步骤：s101、司机驾驶压路机沿施工区域的边缘行驶一圈，通过采集拐点位置坐标，完成整个施工区域的标定；
6.s102、设置碾压路径复制方向，重合度、车速、碾压遍数、振动参数，并基于重合度、压实宽度参数计算施工区域内的碾压道数和留边区域；
7.s103、基于碾压道数和留边区域计算出实际压实区域；
8.s104、在实际压实区域上规划出碾压道以及相应的碾压路径。
9.优选地，步骤s101还包括：
10.根据施工范围和压路机数量，规划每台压路机施工范围和碾压道数。
11.优选地，还包括：
12.s105、司机驾驶压路机采集碾压道的起点位置坐标、终点位置坐标；
13.s106、设置压路机自动化模式，压路机开始第一碾压道的自动碾压作业，然后自动更换至第二碾压道直至完成该车完成所有碾压道的碾压作业。
14.优选地，步骤s105还包括：
15.完成起点位置坐标、终点位置坐标采集后，司机驾驶压路机回碾压道的起点。
整车控制器。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
41.除非另有定义，本技术实施例所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本技术实施例中所使用的术语只是为了描述本技术实施例的目的，不是旨在限制本技术。
42.本发明提供的无人驾驶压路机路径规划系统中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
43.本发明提供的无人驾驶压路机路径规划系统的附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
44.在本发明提供的无人驾驶压路机路径规划系统中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
45.所属技术领域的技术人员能够理解，本发明提供的无人驾驶压路机路径规划系统的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
46.对本技术实施例进行进一步详细说明之前，对本技术实施例中涉及的名词和术语进行说明，本技术实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。
47.压实宽度：即压路机碾压一遍实现的压实区域的宽度，与压路机钢轮直径相同。
48.压实重合度：压路机相邻两道重合的宽度与压实宽度的比值，即下图中l2/l1的值。
49.本发明提供一种无人驾驶压路机路径规划系统，如图5所示，系统包括压路机和rtk信号基站。压路机上设有控制终端，控制终端1电连接有定位天线5，控制终端通过定位天线5与rtk信号基站采集压路机的位置坐标，进而实现对拐点位置坐标和碾压道的起点位置坐标、终点位置的采集。控制终端1连接有触控显示屏2，司机通过触控显示屏2对重合度、
压实宽度参数、碾压路径复制方向、车速、碾压遍数、振动参数进行设置。控制终端1接收由触控显示屏2输入的参数信息，通过内置软件以及电路进行相应计算以及控制。
50.控制终端1内置计算模块3和路径规划模块4，控制终端1通过计算模块3基于碾压道数和留边区域计算出实际压实区域，控制终端1通过路径规划模块4在实际压实区域上规划出碾压道以及相应的碾压路径。此外，控制终端1还与整车控制器6协同控制压路机基于碾压路径复制方向、车速、碾压遍数、振动参数自动碾压作业。
51.基于本发明的无人驾驶压路机路径规划系统，本发明还相应提供一种无人驾驶压路机路径规划方法，如图6所示，本发明以施工区域为四边形为例对本发明的一种无人驾驶压路机路径规划策略进行具体说明。
52.s101、司机根据当前待施工范围的大小和压路机数量，规划每台压路机施工范围和碾压道数。司机驾驶其中一台压路机沿施工区域的边缘行驶一圈，通过四点采集法对四边形四个点进行采集，通过触控显示屏2的屏幕在四个拐点采集位置坐标，完成该台压路机所负责的整个施工区域的标定。施工区域可以为规则图形，也可以为不规则图形，均在本技术的保护范围内。
53.s102、设置重合度、压实宽度参数，并基于重合度、压实宽度参数计算施工区域内的碾压道数和留边区域。如图1所示，l2为两个碾压道重合部分，l1为压实宽度参数，l2/l1的值为重合度，压实宽度参数与压路机钢轮直径相同，重合度为相邻碾压道重合的宽度与压实宽度的比值。
54.s103、基于碾压道数和留边区域计算出实际压实区域，如图2所示，图形abcd为施工区域，图形bedf为实际压实区域。留边区域大致为图形ecd和图形afd，即在施工区域扣去实际压实区域的剩余区域，该区域的图形可能为不规整图形。司机驾驶压路机沿施工区域行驶一圈，即从b-c-d-a-b，完成整个施工区域的标定和采集。然后司机通过在显示屏上对重合度、压实宽度等参数设置，系统自动实现施工区域内的道数计算、留边距离计算，根据计算结果系统自动生成压实路径。
55.s104、为满足道路等多场景应用，本发明除四点采集法外还开发了两点采集法。四点采集适合大坝、机场等大面积土方，而对于道路等长条形施工区域，两点采集再进行横向复制更合适。如图4所示，司机驾驶压路机在施工区域内从a点行驶至b点，通过系统操作完成a、b两点的坐标的标定和采集。司机可通过显示屏操作，进行相关参数设置，定义换线距离l3、车速，从而生成相应的换线轨迹。如图3所示，司机根据实际压实区域通过在显示屏上对偏移车道数、偏移方向、道数数量、重合度、以及车速等参数进行设置，系统自动根据参数规划出相应的压实路径。
56.s105、司机驾驶压路机采集碾压道的起点位置坐标、终点位置坐标，司机驾驶压路机在施工区域内从a点行驶至b点，通过系统操作完成第一个碾压道起点位置坐标、终点位置坐标的标定和采集。然后司机通过在显示屏上对偏移方向、道数、重合度、以及车速等参数设置，系统自动根据参数规划出相应的压实路径。
57.s106、工作人员还可以设置碾压路径复制方向，并对车速、碾压遍数、振动参数进行设置。碾压遍数包括换遍策略，换遍策略具体为：施工区域内每个车道都走完一个来回为该区域压实一遍，如原为从右向左压实一遍，换遍后按上一遍相反压实方向从左至右再进行碾压，完成全部压实回到起点后为第二遍。
58.基于上述实施方法，本发明通过实施例一对实施过程进一步说明。
59.s1、司机要根据当前待施工范围大小和压路机数量，规划每台压路机施工区域，碾压道数。
60.s2、司机驾驶压路机选择任一碾压道，通过屏幕进行起点和终点的采集，然后退回起点。
61.s3、点击显示屏创建任务，完成路径复制方向、数量、重合度、车速、碾压遍数、振动等参数；
62.s4、司机下车，按下车体侧面“开始”按钮，压路机开始首道自动作业，然后换道，直至完成该车所有设置车道施工作业。
63.s5、司机下车后，可继续控制第二台车重复相同的操作，直到完成当前施工范围内所有车辆设置并开始自动作业，司机下车。
64.s6、压路机当前区域任务结束后停车，司机上车并人工驾驶压路车至新的工作区域，重复上述步骤。
65.当施工区域为四边形，则本发明通过实施例二对实施过程进一步说明。
66.s1、司机驾驶压路机在施工区域边缘行驶一周，通过屏幕在四边形四个拐点进行采集。
67.s2、点击显示屏创建任务，系统自动完成路径规划和施工参数配置，施工参数包括重合度、车速、碾压遍数、振动等参数。
68.s3、司机下车，按下车体侧面“开始”按钮，压路机开始首道自动作业，然后自动换道，直至完成该车所有规划施工作业。
69.s4、司机下车后，可继续控制第二台车重复相同的操作，直到完成当前施工范围内所有车辆设置并开始自动作业，司机下车。
70.s5、压路机当前区域任务结束后停车，司机上车并人工驾驶压路车至新的工作区域，重复上述步骤。
71.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种无人驾驶压路机路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：s101、司机驾驶压路机沿施工区域的边缘行驶一圈，通过采集拐点位置坐标，完成整个施工区域的标定；s102、设置碾压路径复制方向，重合度、车速、碾压遍数、振动参数，并基于重合度、压实宽度参数计算施工区域内的碾压道数和留边区域；s103、基于碾压道数和留边区域计算出实际压实区域；s104、在实际压实区域上规划出碾压道以及相应的碾压路径。2.根据权利要求1所述的无人驾驶压路机路径规划方法，其特征在于，步骤s101还包括：根据施工范围和压路机数量，规划每台压路机施工范围和碾压道数。3.根据权利要求1所述的无人驾驶压路机路径规划方法，其特征在于，还包括：s105、司机驾驶压路机采集碾压道的起点位置坐标、终点位置坐标；s106、设置压路机自动化模式，压路机开始第一碾压道的自动碾压作业，然后自动更换至第二碾压道直至完成该车完成所有碾压道的碾压作业。4.根据权利要求3所述的无人驾驶压路机路径规划方法，其特征在于，步骤s105还包括：完成起点位置坐标、终点位置坐标采集后，司机驾驶压路机回碾压道的起点。5.根据权利要求2所述的无人驾驶压路机路径规划方法，其特征在于，步骤s106还包括：司机下车后继续控制第二台压路机重复相同操作，直到完成当前施工范围所有压路机设置，司机下车，由压路机自动碾压作业；当施工范围内完成碾压任务，司机上车驾驶压路机至新工作区域，重复上述步骤。6.根据权利要求1所述的无人驾驶压路机路径规划方法，其特征在于，压实宽度参数与压路机钢轮直径相同；压实重合度为相邻碾压道重合的宽度与压实宽度的比值。7.一种无人驾驶压路机路径规划系统，其特征在于，系统采用如权利要求1至6任意一项所述的无人驾驶压路机路径规划方法，系统包括压路机；压路机上设有整车控制器，整车控制器连接有定位天线，通过定位天线采集压路机的位置坐标数据；压路机上设有触控显示屏，通过触控显示屏对重合度、压实宽度参数、碾压路径复制方向、车速、碾压遍数、振动参数进行设置；触控显示屏连接有控制终端，控制终端通过can总线与整车控制器连接；整车控制器将压路机的位置坐标数据传输至控制终端；控制终端包括计算模块和路径规划模块；计算模块，用于基于碾压道数和留边区域规划出实际压实区域；路径规划模块，用于在实际压实区域上规划出碾压道以及相应的碾压路径。8.根据权利要求7所述的无人驾驶压路机路径规划系统，其特征在于，控制终端通过整车控制器控制压路机基于碾压路径复制方向、车速、碾压遍数、振动参数自动碾压作业。

技术总结
本发明涉及工程机械和自动化技术领域，具体为一种无人驾驶压路机路径规划方法及系统。压路机上设有控制终端，控制终端电连接有定位天线，控制终端通过定位天线采集压路机的位置坐标；控制终端连接有触控显示屏，通过触控显示屏对重合度、压实宽度参数、碾压路径复制方向、车速、碾压遍数、振动参数进行设置；通过本发明无人驾驶压路机路径规划策略，可实现司机独立驾驶无人驾驶压路机，进行“两点采集”或“四点采集”，以此策略进行无人驾驶系统的开发，即能通过以上施工流程，帮助用户完成大坝、机场、园区等大型土方场景的无人化施工，一人可同时控制多台设备，实现减人增效的目的。实现减人增效的目的。实现减人增效的目的。


技术研发人员：付衍法 赵明 张帅 邵文博 邓琰琰 赵金光 张磊 王娜 张如伟 许金栋
受保护的技术使用者：山东省共同体工程机械有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/7/21