本申請涉及挖掘機，尤其涉及一種面向非結(jié)構(gòu)工況的挖掘機控制方法和控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有自動化作業(yè)方法大都是在對環(huán)境做出結(jié)構(gòu)化假設(shè)的前提下對任務(wù)進行逐級分解的。但是，在實際作業(yè)，工況往往表現(xiàn)出非結(jié)構(gòu)化特性。例如，在連續(xù)土方挖掘環(huán)節(jié)，在鏟斗與環(huán)境可塑性交互過程中，土方所表現(xiàn)出的動態(tài)重塑特性，其形貌往往不會按照理想情況進行改變，這樣，一方面可能導(dǎo)致挖掘成型面精度下降；另一方面，在挖掘過程中，難以精確控制鏟斗的裝滿程度，進一步的，對滿斗率控制的不準(zhǔn)確性會導(dǎo)致挖掘能耗增加，導(dǎo)致任務(wù)自主作業(yè)效果變差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N面向非結(jié)構(gòu)工況的挖掘機控制方法和控制系統(tǒng)，用以解決土方的動態(tài)重塑特性導(dǎo)致的挖掘成型面精度下降和挖掘能耗增大的問題，提升任務(wù)自主作業(yè)效果，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本。

2、具體地，本申請是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、本申請第一方面提供一種挖掘機控制方法，所述方法包括：

4、所述感知設(shè)備實時采集所述挖掘機的作業(yè)區(qū)域的環(huán)境狀態(tài)、以及所述挖掘機的自身狀態(tài)，并將所述環(huán)境狀態(tài)和所述自身狀態(tài)反饋給所述客戶端；

5、所述客戶端基于所述環(huán)境狀態(tài)和所述自身狀態(tài)對所述挖掘機和所述作業(yè)區(qū)域進行建模，并將得到的建模結(jié)果展示給用戶；

6、所述客戶端響應(yīng)于所述用戶基于所述建模結(jié)果設(shè)置作業(yè)任務(wù)的操作，將所述作業(yè)任務(wù)反饋給所述控制設(shè)備；

7、所述控制設(shè)備在接收到所述作業(yè)任務(wù)時，從所述感知設(shè)備獲取所述作業(yè)區(qū)域當(dāng)前的稠密點云數(shù)據(jù)；

8、所述控制設(shè)備將所述稠密點云數(shù)據(jù)和上一時刻的挖掘動作軌跡輸入到土方狀態(tài)獲取模型中，以由所述土方狀態(tài)獲取模型根據(jù)該稠密點云數(shù)據(jù)和該挖掘動作軌跡確定當(dāng)前土方狀態(tài)；其中，所述當(dāng)前土方狀態(tài)包括對土方的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移的描述；

9、所述控制設(shè)備將所述當(dāng)前土方狀態(tài)輸入到挖掘動作規(guī)劃模型中，以由所述挖掘動作規(guī)劃模型規(guī)劃當(dāng)前土方狀態(tài)下的挖掘動作軌跡；

10、所述控制設(shè)備按照所述挖掘動作軌跡控制所述挖掘機作業(yè)，并在作業(yè)結(jié)束后，再次執(zhí)行從所述感知設(shè)備獲取所述作業(yè)區(qū)域當(dāng)前的稠密點云數(shù)據(jù)的步驟，直至所述作業(yè)任務(wù)執(zhí)行完畢。

11、本申請第二方面提供一種控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)用于對面向非結(jié)構(gòu)工況的挖掘機進行控制，所述控制系統(tǒng)包括客戶端、設(shè)置在挖掘機上的感知設(shè)備和設(shè)置在挖掘機上的控制設(shè)備；其中，

12、所述感知設(shè)備，用于實時采集所述挖掘機的作業(yè)區(qū)域的環(huán)境狀態(tài)、以及所述挖掘機的自身狀態(tài)，并將所述環(huán)境狀態(tài)和所述自身狀態(tài)反饋給所述客戶端；

13、所述客戶端，用于基于所述環(huán)境狀態(tài)和所述自身狀態(tài)對所述挖掘機和所述作業(yè)區(qū)域進行建模，并將得到的建模結(jié)果展示給用戶；

14、所述客戶端，用于響應(yīng)于所述用戶基于所述建模結(jié)果設(shè)置作業(yè)任務(wù)的操作，將所述作業(yè)任務(wù)反饋給所述控制設(shè)備；

15、所述控制設(shè)備，用于在接收到所述作業(yè)任務(wù)時，從所述感知設(shè)備獲取所述作業(yè)區(qū)域當(dāng)前的稠密點云數(shù)據(jù)；

16、所述控制設(shè)備，用于將所述稠密點云數(shù)據(jù)和上一時刻的挖掘動作軌跡輸入到土方狀態(tài)獲取模型中，以由所述土方狀態(tài)獲取模型根據(jù)該稠密點云數(shù)據(jù)和該挖掘動作軌跡確定當(dāng)前土方狀態(tài)；其中，所述當(dāng)前土方狀態(tài)包括對土方的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移的描述；

17、所述控制設(shè)備，用于將所述當(dāng)前土方狀態(tài)輸入到挖掘動作規(guī)劃模型中，以由所述挖掘動作規(guī)劃模型規(guī)劃當(dāng)前土方狀態(tài)下的挖掘動作軌跡；

18、所述控制設(shè)備，用于按照所述挖掘動作軌跡控制所述挖掘機作業(yè)，并在作業(yè)結(jié)束后，再次執(zhí)行從所述感知設(shè)備獲取所述作業(yè)區(qū)域當(dāng)前的稠密點云數(shù)據(jù)的步驟，直至所述作業(yè)任務(wù)執(zhí)行完畢。

19、本申請?zhí)峁┑拿嫦蚍墙Y(jié)構(gòu)工況的挖掘機控制方法和控制系統(tǒng)，第一方面，針對挖掘過程中土方的動態(tài)重塑特性，通過土方狀態(tài)獲取模型和挖掘動作規(guī)劃模型來規(guī)劃挖掘動作軌跡，能夠適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化的工況，確保作業(yè)效果穩(wěn)定；第二方面，通過實時感知和數(shù)據(jù)反饋，能夠在作業(yè)過程中實時調(diào)整挖掘動作軌跡，并根據(jù)土方狀態(tài)進行優(yōu)化，可以提高作業(yè)的靈活性和效果；第三方面，通過自主規(guī)劃挖掘動作軌跡，能夠減少對人工操作員的依賴，降低了人工干預(yù)的需求，提高了自主作業(yè)的能力；第四方面，通過挖掘動作規(guī)劃模型來優(yōu)化挖掘動作軌跡，能夠降低挖掘過程中的能耗，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本。

20、進一步的，本申請?zhí)峁┑拿嫦蚍墙Y(jié)構(gòu)工況的挖掘機控制方法和控制系統(tǒng)，第一方面，通過建立第一經(jīng)驗知識庫，可基于第一經(jīng)驗知識庫來訓(xùn)練策略評估模型，以使得策略評估模型能夠準(zhǔn)確的評估挖掘動作價值。

21、第二方面，通過訓(xùn)練好的策略評估模型，可以準(zhǔn)確的獲取由土方狀態(tài)和挖掘動作軌跡構(gòu)成的數(shù)據(jù)對的挖掘動作價值，進而基于此來構(gòu)建第二經(jīng)驗知識庫，以使得第二經(jīng)驗知識庫能夠積累的大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以覆蓋各種不同的挖掘工況，這樣，后續(xù)來基于第二經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫來訓(xùn)練挖掘動作規(guī)劃模型，不僅可以增強模型的泛化能力，使其能在不同的環(huán)境和條件下有效作業(yè)，還能夠使得模型可以基于第二經(jīng)驗知識庫進行自主學(xué)習(xí)和進化，逐步提高決策和控制的精度，使得挖掘動作規(guī)劃模型可以在未來的挖掘作業(yè)中更精確地規(guī)劃動作軌跡，提高整體作業(yè)精度和效果。

22、第三方面，通過建立第二經(jīng)驗知識庫，后續(xù)在訓(xùn)練挖掘動作規(guī)劃模型時，可以利用挖掘動作價值作為監(jiān)督信號來訓(xùn)練挖掘動作規(guī)劃模型，不僅能夠使挖掘動作規(guī)劃模型能夠快速識別和學(xué)習(xí)最優(yōu)挖掘動作軌跡，減少訓(xùn)練時間，提高學(xué)習(xí)效率，還能夠通過監(jiān)督信號指導(dǎo)模型訓(xùn)練，優(yōu)化挖掘機的作業(yè)路徑，提升整體作業(yè)效果和效率。此外，通過持續(xù)的反饋和優(yōu)化，模型可以不斷改進挖掘動作規(guī)劃的能力，降低對人工干預(yù)的依賴，提升挖掘機的自主作業(yè)水平。

技術(shù)特征：

1.一種面向非結(jié)構(gòu)工況的挖掘機控制方法，其特征在于，所述方法面向非結(jié)構(gòu)工況的挖掘機控制方法應(yīng)用于控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)包括客戶端、設(shè)置在挖掘機上的感知設(shè)備和設(shè)置在挖掘機上的控制設(shè)備；所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)該稠密點云數(shù)據(jù)和該挖掘動作軌跡確定當(dāng)前土方狀態(tài)，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述作業(yè)任務(wù)定義二維軌跡矩陣，并將該挖掘動作軌跡中的各個軌跡點映射到所述二維軌跡矩陣中，得到所述挖掘動作軌跡動作的目標(biāo)二維軌跡矩陣，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述土方狀態(tài)矩陣和所述軌跡矩陣序列確定當(dāng)前土方狀態(tài)，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述效果參數(shù)包括作業(yè)時間、能量損耗、工作臂系統(tǒng)摩擦損耗和滿斗率；所述根據(jù)所述效果參數(shù)，評估所述挖掘動作軌跡的獎勵反饋值，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述策略評估模型包括編碼器、雙評價網(wǎng)絡(luò)和雙目標(biāo)評價網(wǎng)絡(luò)；其中，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用所述第一經(jīng)驗知識庫中的經(jīng)驗訓(xùn)練策略評估模型，得到訓(xùn)練好的策略評估模型，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)該條經(jīng)驗的td誤差和策略臨近系數(shù)計算該條經(jīng)驗的權(quán)重，包括：

10.一種控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)用于對面向非結(jié)構(gòu)工況的挖掘機進行控制，所述控制系統(tǒng)包括客戶端、設(shè)置在挖掘機上的感知設(shè)備和設(shè)置在挖掘機上的控制設(shè)備；其中，

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N面向非結(jié)構(gòu)工況的挖掘機控制方法和控制系統(tǒng)。本申請?zhí)峁┑拿嫦蚍墙Y(jié)構(gòu)工況的挖掘機控制方法和控制系統(tǒng)，第一方面，針對挖掘過程中土方的動態(tài)重塑特性，通過土方狀態(tài)獲取模型和挖掘動作規(guī)劃模型來規(guī)劃挖掘動作軌跡，能夠適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化的工況，確保作業(yè)效果穩(wěn)定；第二方面，通過實時感知和數(shù)據(jù)反饋，能夠在作業(yè)過程中實時調(diào)整挖掘動作軌跡，并根據(jù)土方狀態(tài)進行優(yōu)化，可以提高作業(yè)的靈活性和效果；第三方面，通過自主規(guī)劃挖掘動作軌跡，能夠減少對人工操作員的依賴，降低了人工干預(yù)的需求，提高了自主作業(yè)的能力；第四方面，通過挖掘動作規(guī)劃模型來優(yōu)化挖掘動作軌跡，能夠降低挖掘過程中的能耗，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：張斌,楊騰,胡嘉陽,洪昊岑,楊華勇
受保護的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9