挖掘机北斗高精度自动定位和引导方法

杜素忠, 张录彬

(万宝矿产有限公司 蒙育瓦铜矿，北京 100053)

0 引言

挖掘机作为一种由动力装置、工作装置、回转机构、操纵机构、传动机构、行走机构和辅助设施等组成的工程机械，广泛应用于国民经济各领域。其中：行走机构主要指履带为基础的底盘(又称“底板”)，工作装置包括大臂、小臂、铲斗、辅助装置等[1]。对挖掘机行走机构和工作装置进行高精度定位[2]并实现自动引导[3]和跟踪，能够提高挖掘机作业效率、优化作业效果及降低工作损耗。如：工程施工可尽量避免对周围物体的破坏，提高作业精度；水下和涵洞等不可见区域可实现设备精准操作；矿山采掘中可降低损失和贫化率[4-5]，实现矿山精益管理。

挖掘机传统引导和跟踪主要依靠人工方式：测量人员提前放样基准线和打桩；现场指挥员和挖掘机操作手根据经验执行引导和跟踪，操作精度往往达不到要求。目前，国内、外部分企业和研究机构推出了挖掘机自动定位和跟踪系统[6-8]，但未公开具体算法，效果评估论述不清晰；部分已公开科研成果和应用案例[9-10]在实现方法、效果评价和数据对比方面尚不全面。

本文将北斗高精度空间信息[11-13]技术与先进传感器相结合，辅以计算机软件程序，提出一种实现挖机行走机构和工作装置动态高精度定位的方法和系统，满足自动引导和跟踪要求，利于挖掘机远程监督和少人化作业管理。

1 系统设计

1.1 设备组成

通过北斗导航卫星系统(BDS,beidou navigation satellite system)高精度接收机[14-15]、测量型接收天线、单轴角度传感器、双轴角度传感器[16]和车载计算机等，组成图1所示的挖掘机高精度定位系统。……