(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211240479.7 (22)申请日 2022.10.11 (71)申请人 长安大学 地址 710000 陕西省西安市南 二环中段长 安大学 (72)发明人 胡永彪　赵江营　谭鹏　夏晓华　 (74)专利代理 机构 北京中睿智恒知识产权代理 事务所(普通 合伙) 16025 专利代理师 侯文峰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/12(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种自主挖掘作业轨 迹生成方法及系统 (57)摘要 本发明提供了一种自主挖掘作业轨迹生成 方法及系统， 涉及挖掘机技术领域， 包括： 在挖掘 机实验平台上融合熟练操作员的作业特点分析 挖掘作业运动， 获得挖掘路径模型； 基于所述挖 掘路径模型， 采用分段贝塞尔曲线表示挖掘轨 迹； 基于所述分段贝塞尔曲线， 将挖掘作业运动 的时间作为优化目标， 以连续性约束、 边界约束、 动态可行性约束作为约束条件， 建立时间最优轨 迹生成问题的目标函数； 基于离散化方法， 将时 间最优轨迹生成问题重构成一个可求解的二阶 锥优化问题， 对二阶锥优化问题进行迭代求解， 获得时间最优挖掘轨迹。 本发明使机器在最短的 时间内完成作业任务， 提高了挖掘机的作业效 率。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 115544768 A 2022.12.30 CN 115544768 A 1.一种自主挖掘作业轨 迹生成方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 在挖掘机实验平台上融合熟练操作员的作业特点分析挖掘作业运动， 获得挖掘路径模 型； 基于所述挖掘路径模型， 采用分段贝 塞尔曲线表示挖掘轨 迹； 基于所述分段贝塞尔曲线， 将挖掘作业运动的时间作为优化目标， 以连续性约束、 边界 约束、 动态可 行性约束作为约束条件， 建立时间最优轨 迹生成问题的目标函数； 基于离散化方法， 将时间最优轨迹生成问题重构成一个可求解的二阶锥优化问题， 对 二阶锥优化问题进行迭代求 解， 获得时间最优挖掘轨 迹。 2.根据权利要求1所述的自主挖掘作业轨迹生成方法， 其特征在于， 所述挖掘机实验平 台配置了倾角传感器和绝对编 码器， 所述倾角传感器和所述绝对编 码器分别用于测量挖掘 机运动过程中回转关节和 动臂、 斗杆、 铲斗 关节的角度值的变化量， 并通过计算机进 行数据 采集与处 理， 通过控制器最后进行轨 迹跟踪。 3.根据权利要求1所述的自主挖掘作业轨迹生成方法， 其特征在于， 所述熟练操作员的 作业特点是通过基于所述熟练操作员针对挖掘任务的挖掘路径生成规则分析所述熟练操 作员的挖掘路径拓扑信息获得的。 4.根据权利要求1所述的自主挖掘作业轨迹生成方法， 其特征在于， 在挖掘机实验平台 上融合熟练操作员的作业特点分析挖掘作业 运动， 获得挖掘路径模型， 包括： 在挖掘机实验平台上融合熟练操作员的作业特点分析挖掘作业运动， 得到关节 空间中 轨迹的拓扑信息； 采用时序信号对齐的方式处理所述关节 空间中轨迹的拓扑信 息， 使所述关节 空间中轨 迹的拓扑信息中的数据长度相一 致； 采用移动均值滤波法对所述关节空间中轨 迹的拓扑信息进行降噪处 理； 对所述关节 空间中轨迹的拓扑信 息中的多组关节 空间轨迹取平均值， 得到平均挖掘路 径； 将平均挖掘路径变换到位姿空间， 采用Dougl as‑Peucker算法找到关键路经点， 建立所 述挖掘路径模型。 5.根据权利要求1所述的自主挖掘作业轨迹生成方法， 其特征在于， 所述分段贝塞尔曲 线满足如下约束： 路径点约束， 确保轨 迹经过关键路径点； 边界值约束， 设定轨迹起始与终止点处挖掘作业轨迹的速度和加速度数值， 以满足挖 掘作业的状态要求； 连续性约束， 确保相连两段轨 迹在断点处阶导数 连续， 得到光滑的轨 迹。 6.一种自主挖掘作业轨迹生成系统， 应用于权利要求1 ‑5任一项所述的自主挖掘作业 轨迹生成方法， 其特 征在于， 包括： 获取模块， 用于在挖掘机实验平台上融合熟练操作员的作业特点分析挖掘作业运动， 获得挖掘路径模型； 表示模块， 用于通过分段贝 塞尔曲线表示挖掘轨 迹； 建立模块， 用于将挖掘作业运动的时间作为优化目标， 以连续性约束、 边界约束、 动态 可行性约束作为约束条件， 建立时间最优轨 迹生成问题的目标函数；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115544768 A 2处理模块， 用于将时间最优轨迹生成问题重构成一个可求解的二阶锥优化问题， 对二 阶锥优化问题进行迭代求 解， 获得时间最优挖掘轨 迹。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115544768 A 3