本發(fā)明涉及一種銑刨機找平零位自動校準系統(tǒng)及方法，屬于路面施工機械及自動化控制。

背景技術(shù)：

1、隨著道路養(yǎng)護施工標準的不斷提高和工期要求的日益嚴格，高質(zhì)、高效、智能化的銑刨施工已成為行業(yè)發(fā)展的新趨勢。傳統(tǒng)的銑刨機找平零位校準方法多依賴于人工操作，存在校準精度低、耗時長、施工中斷、易受人為因素與地形因素影響等問題，難以滿足現(xiàn)代道路施工的高精度要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種銑刨機找平零位自動校準系統(tǒng)及方法，通過集成激光測距和數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)對銑刨機找平零位的精確、快速校準，從而提高銑刨施工的質(zhì)量和效率。

2、為達到上述目的/為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。

3、第一方面，本發(fā)明提供一種銑刨機找平零位自動校準系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)庫、安裝于車體上的gnss天線、多線激光雷達，控制器和pid調(diào)節(jié)器；

4、gnss天線，用于獲取銑刨路段位置數(shù)據(jù)，并將位置數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器，

5、多線激光雷達，用于掃描銑刨路段邊緣，獲取銑刨路段邊緣兩側(cè)路面與多線激光雷達之間的距離數(shù)據(jù)，并將距離數(shù)據(jù)上傳至控制器；

6、控制器，用于接收gnss天線的位置數(shù)據(jù)，根據(jù)位置數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中獲取銑刨路段的預設銑刨深度，并傳輸至pid調(diào)節(jié)器；

7、控制器還用于接收多線激光雷達掃描的距離數(shù)據(jù)，計算出銑刨路段的實際銑刨深度，并傳輸至pid調(diào)節(jié)器；

8、數(shù)據(jù)庫：用于存儲銑刨路段位置數(shù)據(jù)及對應預設銑刨深度，數(shù)據(jù)庫與控制器通過can網(wǎng)絡通信連接；

9、pid調(diào)節(jié)器，用于根據(jù)接收的銑刨路段預設銑刨深度和實際銑刨深度之間的誤差值校準銑刨機銑刨鼓的高度。

10、進一步的，所述激光雷達垂直于地面安裝，安裝軸線位于銑刨機銑刨鼓兩端邊沿正后方，所述gnss天線安裝在銑刨鼓正上方。

11、進一步的，還包括鼓風機，鼓風機安裝在銑刨機銑刨鼓后緣兩端，用于吹凈銑刨路段邊緣的瀝青顆粒。

12、第一方面，本發(fā)明提供一種銑刨機找平零位自動校準方法，包括以下步驟：

13、預先進行若干米的銑刨過程，

14、在銑刨過程中，通過gnss天線獲取銑刨路段位置數(shù)據(jù)，并將位置數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器；

15、通過激光雷達掃描銑刨路段對應位置邊緣，獲取對應位置銑刨路段邊緣兩側(cè)路面與多線激光雷達之間的距離數(shù)據(jù)，并將對應位置的距離數(shù)據(jù)上傳給控制器；

16、控制器根據(jù)接收的位置數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中獲取銑刨路段的預設銑刨深度，根據(jù)接收的掃描數(shù)據(jù)計算出銑刨路段的實際銑刨深度，并將所述預設銑刨深度和實際銑刨深度傳輸至pid調(diào)節(jié)器；

17、pid調(diào)節(jié)器根據(jù)接收的銑刨路段預設銑刨深度和實際銑刨深度之間的誤差值校準銑刨機銑刨鼓的高度。

18、進一步的，所述激光雷達掃描前，通過鼓風機將銑刨路面散落的瀝青顆粒吹凈。

19、進一步的，所述獲取對應位置銑刨路段邊緣兩側(cè)路面與多線激光雷達之間的距離數(shù)據(jù)具體方法包括：

20、以激光雷達掃描銑刨路段邊緣左右兩側(cè)分別與激光雷達軸線夾角為θ的路面采樣點為起始采樣點，以激光雷達掃描銑刨路段邊緣左右兩側(cè)分別與激光雷達軸線夾角為φ的采樣點為最終采樣點，且兩側(cè)分別共取用m個采樣點，φ大于θ；起始采樣點距離銑刨路面邊緣2~4cm，最終采樣點距離銑刨路面邊緣14~16cm。

21、進一步的，所述計算出銑刨路段的實際銑刨深度具體計算方法為：

22、對m個采樣點的距離從小到大進行排序得到數(shù)組m，在數(shù)組m中找到一個長度為n的連續(xù)子數(shù)組n，使得子數(shù)組n在m所有的長度為n的連續(xù)子數(shù)組子數(shù)組中方差最小，n≤m-3；

23、其中：子數(shù)組n的方差計算公式為：

24、，

25、其中，i是子數(shù)組的起始索引（從1到m?n+1），是數(shù)組m的第j個元素，?是數(shù)組n的平均值，其計算方式為：

26、，

27、帶入后化簡得：

28、，

29、之后，遍歷所有可能的起始索引i（從1到m?n+1），更新最小方差值minn：

30、，

31、最小方差值minn所對應的索引i即為子數(shù)組n的初始索引，

32、則為計算得到的當前位置的激光雷達和銑刨路段邊緣兩側(cè)的距離值；

33、分別計算當前位置激光雷達和銑刨路段邊緣兩側(cè)的距離值，可得銑刨路段的銑刨深度h為：

34、，

35、其中：h1為激光雷達與未銑刨過路面的垂直距離，h2為激光雷達與銑刨過路面的垂直距離。

36、進一步的，所述根據(jù)接收的銑刨路段預設銑刨深度和實際銑刨深度之間的誤差值校準銑刨機銑刨鼓的高度具體包括：

37、，

38、其中：designh為預設銑刨深度，errorh為預設銑刨深度和實際銑刨深度之間的誤差值；

39、將銑刨的誤差值errorh輸入pid調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)pid調(diào)節(jié)器輸入的三個參數(shù)比例系數(shù)kp、積分系數(shù)ki和微分系數(shù)kd，輸出為銑刨鼓的升降高度。

40、進一步的，所述通過gnss天線獲取銑刨路段位置數(shù)據(jù)具體為：

41、通過gnss天線獲取銑刨機銑刨路段的經(jīng)緯度與銑刨機航向信息，將當前位置經(jīng)緯度與銑刨機航向信息傳輸至控制器，控制器從數(shù)據(jù)庫中讀取當前位置預設的銑刨深度；通過多線激光雷達與gnss天線的相對位置結(jié)合銑刨機當前位置經(jīng)緯度與銑刨機航向信息，完成多線激光雷達掃描位置與銑刨機當前位置的校準。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果：本發(fā)明集成激光雷達測距、數(shù)據(jù)處理算法和銑刨控制系統(tǒng)，通過多線激光雷達測量出當前位置的實際銑刨深度值并通過多次測量和處理算法保證測量的準確，結(jié)合銑刨控制系統(tǒng)針對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)提取，進行銑刨深度值比較，將誤差傳給pid調(diào)整器，實現(xiàn)誤差的自動消除，實現(xiàn)對銑刨機找平零位的精確、自動校準，該方法能夠?qū)崟r采集銑刨機工作狀態(tài)和路面信息，通過高精度校準算法計算找平零位，并自動控制銑刨機進行校準，提高了施工質(zhì)量和效率；

43、本發(fā)明無需暫停施工并由工人員測量并校準，校準精度高速度快不影響施工進度；針對邊板搭在路緣石或邊板與銑刨路面有落差的場景下，能夠動態(tài)自動校準，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的銑刨平整度并縮短施工時間。

技術(shù)特征：

1.一種銑刨機找平零位自動校準系統(tǒng)，其特征在于，包括：數(shù)據(jù)庫、安裝于車體上的gnss天線、多線激光雷達，控制器和pid調(diào)節(jié)器；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銑刨機找平零位自動校準系統(tǒng)，其特征在于，所述激光雷達垂直于地面安裝，安裝軸線位于銑刨機銑刨鼓兩端邊沿正后方，所述gnss天線安裝在銑刨鼓正上方。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銑刨機找平零位自動校準系統(tǒng)，其特征在于，還包括鼓風機，鼓風機安裝在銑刨機銑刨鼓后緣兩端，用于吹凈銑刨路段邊緣的瀝青顆粒。

4.一種基于權(quán)利要求1~3任一項所述的銑刨機找平零位自動校準系統(tǒng)的銑刨機找平零位自動校準方法，其特征在于，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銑刨機找平零位自動校準方法，其特征在于，所述激光雷達掃描前，通過鼓風機將銑刨路面散落的瀝青顆粒吹凈。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銑刨機找平零位自動校準方法，其特征在于，所述獲取對應位置銑刨路段邊緣兩側(cè)路面與多線激光雷達之間的距離數(shù)據(jù)包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的銑刨機找平零位自動校準方法，其特征在于，所述計算出銑刨路段的實際銑刨深度包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的銑刨機找平零位自動校準方法，其特征在于，所述根據(jù)接收的銑刨路段預設銑刨深度和實際銑刨深度之間的誤差值校準銑刨機銑刨鼓包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銑刨機找平零位自動校準方法，其特征在于，所述通過gnss天線獲取銑刨路段位置數(shù)據(jù)包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種銑刨機找平零位自動校準系統(tǒng)，包括：安裝于車體上的GNSS天線、多線激光雷達，控制器，PID調(diào)節(jié)器、數(shù)據(jù)庫和鼓風機；通過鼓風機清理顆粒雜物，通過多線激光雷達測量出當前位置的實際銑刨深度，利用GNSS天線在銑刨機上的獲取測量位置的經(jīng)緯度坐標，在數(shù)據(jù)庫中獲取當前位置的預設銑刨深度，預設銑刨深度與測量的實際銑刨深度進行比較從而得到當前的銑刨找平誤差值，通過PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)誤差的自動消除，從而實現(xiàn)不間斷施工并找平自動校準；本發(fā)明無需暫停施工并由工人員測量并校準，校準精度高速度快不影響施工進度；針對銑刨路面有落差的場景下，能夠動態(tài)自動校準，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的銑刨平整度并縮短施工時間。

技術(shù)研發(fā)人員：范慶泉,張宇航,邵珠楓
受保護的技術(shù)使用者：徐工集團工程機械股份有限公司道路機械分公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9