1.本发明属于工程机械领域，具体涉及一种基于电镐施工辅助装置。
背景技术：
2.在一些具有点线状分布的施工领域中，比如山区输电线路塔基桩孔、接地沟、地锚坑的开挖、道路管线修补工程、房屋装修拆建等场景，大型设备不能进入，或者进出转场成本较高，广泛应用便携式工具，其中电镐因为技术成熟、可大规模生产、价格低廉、小巧轻便，较受欢迎。
3.电镐是以电能为动力，利用高频高速冲击作用破碎坚硬物体的手持施工机具。电镐工作时，镐钎和石头等坚硬物体撞击，反作用力将通过电镐机壳传送给操作者，振动强烈，造成手臂发麻；为降低振动幅度，操作者需要弯腰辅助支撑，极易造成劳动损伤；电镐重量一般超过10kg，频繁移动电镐，操作者劳动强度大。
4.迫使其向自动化、智能化、无人化发展；在一些危险领域，比如基坑开挖，因存在重物坠落、缺氧、危险气体沉积等危险，无人手持和远程操控更是成为迫切需求。
5.为了解决电镐工作时降低振动、降低劳动强度等问题，现有技术提出了很多技术方案，一类是对电镐本身结构进行改进，如申请号202110329395.x的专利申请提出了一种电镐的减震吸能装置，通过吸能来减震，申请号202022449105.9的专利申请提出了一种通过增加支撑杆、滑块和滑槽的电镐手柄的减震装置。这些方案涉及到对电镐内部进行改进，不能完全消除对操作者的振动，不适用于现有大量在用电镐，有一定的局限性。另外一类是给电镐增加一个支撑装置和夹持装置，增加隔振措施，来降低振动。如申请号200920196528.5的专利申请提出一种电镐小车，将电镐安装在小车上，通过升降装置来调整工作位置，控制手柄集中在把手上，以降低劳动强度。申请号202010188180.6的专利申请提出一种电镐装置及具有其的机器人，将电镐安装在带有一定自由度的机械臂和机械装置上，提高其稳定性，无需人工手持，在其一个实施例说明中，提出了利用激光测距仪实时反馈电镐装置和被加工部位的距离，在bim地图的指导下到达指定工作区域，利用视觉机构完成机器人本体定位后由操作人员控制操作。该方案虽然提出了对电镐工作方位的控制方法，但是未提出对电镐、小车及整个机器人的控制方法，包括对激光测距仪、bim地图、视觉机构的具体应用，对电镐的控制也还离不开具体操作者。
6.在用于矿山、隧道等领域的大型凿岩装备领域，对凿岩过程的自动化和智能化提出了一些方案，可作借鉴。申请号201521042846.8的发明公开了一种远程控制的井下智能凿岩机器人，在通过破碎工作机构上安装有摄像头，实时显示工作画面，实现远程控制。该方案可实现操作人员不在恶劣的环境内工作，避免人员伤害。该方案中，摄像头获取的图像信息传送给显示器，由操作人员通过观察，再去控制破碎工作机构，需要操作人员实时监测工作状态，其生产效率取决于系统特性和人的反应能力，未能实现完全智能化。
7.申请号20181098456.2的专利申请中提出一种具有视觉信息采集装置的轮腿式凿岩机器人，将液压劈裂机安装在机械臂上，机械臂安装在轮腿式车辆上，并且安装四组视觉
信息采集装置获取到的视觉信息的指导下，通过车身移动和机械臂的调节，调整劈裂机的工作位置和工作距离，代替工作人员执行复杂的操作任务。但是在方案中仅提及装有视觉信息采集装置，未说明具体的方法去解决破岩问题。
8.申请号202011268807.5中提出了一种凿岩机器人电气控制系统及凿岩机器人，内含对钻头姿态的控制设备，设有多个影像采集设备用于辅助钻头进行寻位以及获得环境信息，从而实现远程控制，实现自动寻找凿岩爆破位置。但是在方案中，仅仅提及增加了多个影像采集设备和为其工作辅助的照明设备，并未说明影像采集的原则、顺序和方法，也未说明是否是由操作者操控给出凿岩爆破位置，也未给出对凿岩结果的评估。
技术实现要素：
9.本发明的目的在于提供一种基于电镐施工辅助装置，该装置有利于提高电镐作业的自动化程度，降低劳动强度，提高作业安全性。
10.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于电镐施工辅助装置，包括：一种基于电镐施工辅助装置，包括：可移动支架底盘，用于在计算控制设备的控制下，相对于待处理表面进行位置调整；电镐头调整机构，安装于可移动支架底盘上，用于相对于可移动支架底盘调整电镐头的位置和角度，所述电镐头调整机构包括与电镐连接的连接部；图像设备，用于对电镐操作前后的待处理表面进行图像采集及处理，并反馈处理结果到计算控制设备；以及计算控制设备，与可移动支架底盘、电镐头调整机构、图像设备电连接，用于对可移动支架底盘、电镐头调整机构和图像设备的工作状态进行监测和控制；所述计算控制设备对图像设备反馈的处理结果进行计算并控制可移动支架底盘和电镐头调整机构动作，调整电镐头的位置和角度。
11.进一步地，所述图像设备包括图像采集模块、图像处理模块和图像识别模块，所述图像采集模块包括光学成像模块，所述光学成像模块对准电镐操作的待处理表面。
12.进一步地，所述图像采集模块上设有照明组，所述照明组用于给光学成像模块拍照时补光。
13.进一步地，所述图像处理模块对图像采集模块采集的图像进行图像增强、图像锐化以及特殊场景处理；所述图像识别模块基于图像处理模块处理得到的图像获得被破碎部分的轮廓及坐标特征。
14.进一步地，所述图像设备拍摄和记录电镐工作点的第一表面图像和第二表面图像，所述第一表面图像为电镐操作前拍摄的表面图像，所述第二表面图像为基于第一表面图像进行电镐操作后拍摄的表面图像；所述图像设备对所述第一表面图像和第二表面图像进行相减对比，得到被破碎部分图像。
15.进一步地，所述图像设备基于得到的被破碎部分图像，计算被破碎部分图像的x轴向跨度和y轴向跨度，进而用于确定电镐头下一个工作周期的操作角度。
16.进一步地，所述计算控制设备对所述被破碎部分图像及剩余部分图像进行进一步处理，计算剩余部分y轴最大值所在的点的x轴值，确定下一个工作周期内电镐头点位的x轴
值；所述计算控制设备还根据电镐历史工作点破碎岩石所用的时间，计算破碎速度，判断岩石破碎的难易程度，并计算出下一个工作周期的预期破碎厚度，进而确定下一个工作周期内电镐头点位的y轴值。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明针对输电线路桩基挖孔时操作者手持电镐作业，劳动强度大、有损健康的问题，提供一种基于电镐施工辅助装置，通过计算控制设备来控制可移动支架底盘、电镐头调整机构和图像设备工作，进而辅助实现电镐的自动化作业；到达指定地点后，仅需人工确定工作区域即可，在破碎过程中几乎不需要人工干预，不仅极大地减轻劳动强度，降低劳动损伤的可能，提高作业安全性，而且提高工作效率。
附图说明
18.图1是本发明实施例的装置构成原理图。
19.图2a是本发明实施例中装置的坐标示意图。
20.图2b是本发明实施例中电镐镐头端面角度的示意图。
21.图3是本发明实施例中图像设备的实现原理图。
22.图4是本发明实施例的装置工作流程示意图。
23.图5是本发明实施例中电镐操作处理图像示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明的技术方案。
26.除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本发明的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本发明的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
27.在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
28.当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或
不具有中间部件。
29.为了描述性目的，本发明可使用诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“在
……
下”、“下”、“在
……
上方”、“上”、“在
……
之上”、“较高的”和“侧(例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。
30.这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
31.如图1所示，本实施例提供了一种基于电镐施工辅助装置，包括：电镐头调整机构101、图像设备102、计算控制设备103和可移动支架底盘104。
32.可移动支架底盘104用于在计算控制设备的控制下，相对于待处理表面进行位置调整。
33.电镐头调整机构101安装于可移动支架底盘上，用于相对于可移动支架底盘调整电镐头的位置和角度，所述电镐头调整机构包括与电镐主体连接的连接部。
34.图像设备102用于对电镐操作前后的待处理表面进行图像采集及处理，并反馈处理结果到计算控制设备。
35.计算控制设备103安装于可移动支架底盘上，与可移动支架底盘、电镐头调整机构、图像设备电连接，用于对可移动支架底盘、电镐头调整机构和图像设备的工作状态进行监测和控制；所述计算控制设备对图像设备反馈的处理结果进行计算并控制可移动支架底盘和电镐头调整机构动作，调整电镐头的位置和角度。
36.为了便于理解，引入如图2a、图2b的坐标系。以可移动支架底盘104移动的前后方向为x轴，左右方向为y轴，上下方向为z轴。
37.电镐头调整机构101为一个具有至少四个自由度的机械臂，包括夹持电镐的连接器；一般电镐都配备有不同端面形状的镐头，如圆形、长方形铲状等，以适用于不同的岩石类型，设电镐的镐头方位角θ为镐头顶端端面长边（长轴）和x轴之间的夹角。电镐头调整机构101能够根据指令，至少进行至少四个自由度（前后x、左右y、上下z、绕电镐轴转动镐头方位角θ）的调整。基于多关节机械臂，实现前后x、左右y、上下z上的调整，调整范围可控制在米级上，精度可设置在毫米级别；在夹持电镐的连接器上安装电机，实现镐头方位角θ的调整，调整范围为180度以内，精度可达1度。
38.图像设备102为一整套机器视觉装置，具有图像采集、轮廓识别和图像处理等功
能，处理作业区域内的图形数据，送至计算控制设备103处理。
39.计算控制设备103能够对电镐头调整机构101、图像设备102和可移动支架底盘104的工作状态进行监测和控制。计算控制设备103内部有控制程序，按照一定的算法对作业面作业顺序进行控制。
40.可移动支架底盘104为四轮驱动、四轮转弯小车，带有激光测距仪等观测设备，可在操作人员控制下或者在计算控制设备103控制下移动到待处理表面的任何位置。同时，可移动支架底盘104还带有动力装置，如储电池或汽油机、柴油机等。
41.工作过程如下：在电镐操作辅助用装置上安装电镐，抵达作业面后，计算控制设备103控制可移动支架底盘104抵达某一作业区域的中心点，该作业区域由作业需要和电镐头调整机构101调整的最大范围决定；以可移动支架底盘104上的某一点，如可移动支架底盘104或者电镐头调整机构101的中心为坐标原点，通过图像设备102获取作业区域的轮廓和数据，在计算控制设备103控制下，控制电镐头调整机构101和图像设备102按照一定的算法和顺序工作，指导整个作业区域完成，再由计算控制设备103控制可移动支架底盘104抵达下一作业区域的中心点，开始新的循环。
42.如图3所示，所述图像设备包括图像采集模块301、图像处理模块302和图像识别模块303。
43.图像采集模块301包括含有cmos元件的光学成像模块，比如分辨率为3072
×
2048 像素的焦距为2m 相机；光学成像模块对准电镐的镐头部分的地面，根据指令对其进行拍照，转换成电子-数字信号送给图像处理模块302。
44.图像采集模块301还包括照明组，如led灯或者闪光灯，用来给所述光学成像模块拍照时补光，保证在夜晚、浓雾、雨天等能见度不佳时也能采集图像。
45.图像处理模块302内含有计算机处理硬件和软件，对图像采集模块301采集的图像进行图像增强、图像锐化和/或特殊场景处理，以获取图像的轮廓，并进行存储；图像识别模块303内含有计算机处理硬件和软件，对图像处理模块得到的图像轮廓直接进行相减处理，得到被破碎部分的轮廓及其坐标特征。
46.所述图像设备拍摄和记录电镐工作点的第一表面图像和第二表面图像，所述第一表面图像为电镐操作前拍摄的表面图像，所述第二表面图像为基于第一表面图像进行电镐操作后拍摄的表面图像；所述图像设备对所述第一表面图像和第二表面图像进行相减对比，得到被破碎部分图像。然后，基于得到的被破碎部分图像，计算被破碎部分图像的x轴向跨度和y轴向跨度，进而用于确定电镐头下一个工作周期的操作角度。所述计算控制设备对所述被破碎部分图像进行处理，计算y轴最大值所在的点的x轴值，确定下一个工作周期内电镐头点位的x轴值；所述计算控制设备还根据电镐历史工作点破碎岩石所用的时间，计算破碎速度，判断岩石破碎的难易程度，并计算出下一个工作周期合理的预期破碎厚度，进而确定下一个工作周期内电镐头点位的y轴值。
47.图4是本发明实施例的装置工作流程示意图。
48.图5是本发明实施例中电镐操作处理图像示意图。
49.下面结合图4和图5，对本发明的工作流程作进一步阐述。
50.步骤401：将电镐、电镐头调整机构、图像设备、计算控制设备和可移动支架底盘在内的所有设备移动至作业区域相应的地点。
51.步骤402：启动图像设备，对作业区域进行拍照，并储存记录画面，判断轮廓，选取轮廓边缘某一点作为工作起始点的基准点，如选取轮廓上y值最高的点为基准点。作业点的x坐标值等于起始点的基准点x坐标值，作业点的x坐标值等于基准点上的y值减去作业厚度y0，作业点的z坐标值等于电镐初始高度。
52.设置[i]为某次电镐动作序号，i=1,2,3
…
。
[0053]
步骤403：启动电镐头调整机构，将电镐头送达需要的位置w(x[i],y[i],z1[i])；镐头方位角θ初始值先设置为任意值。
[0054]
步骤404：启动图像设备，对待处理表面进行拍照，并储存记录画面，将该画面信息编号为t[i-]。
[0055]
步骤405：启动电镐头调整机构，将镐头方位角θ设置为θ[i]，控制镐头垂直下压，到达作业地面（x[i],y[i],z0[i]）后启动电镐后继续下压，镐头到达设定的深度（x[i],y[i],z1[i]）、即电镐运行设定的垂直距离z=z1[i]-z0[i]后停止，记录电镐镐头垂直运动z距离需要的时间t[i],然后垂直提起电镐到初始位置w(x[i],y[i],z0[i])。
[0056]
使用各种方式，如真空抽吸、机械手等方式移走被破碎部分。
[0057]
步骤406：启动图像设备，对电镐作业后的工作表面进行拍照，并储存记录画面，将该画面信息编号为为t[i+]。
[0058]
步骤407：比较电镐操作前后的画面，即t[i-]和t[i+]的画面，进行图像处理，两者之差即为被破碎部分t[i]。
[0059]
确定被破碎部分t[i]的最高、最低、最左、最右的点a（xa,ya）、b(xb,yb)、c（xc,yc）、d（xd,yd），其中，ya=ymax，yb=ymin，xc=xmin，xd=xmax。
[0060]
计算确定剩余部分的最高点（y最大）的点e(xe,ye)。
[0061]
步骤408：确定下一个电镐操作点的所需要的坐标和角度信息。如此操作的原因是，电镐所处理的岩石是有纹理、分层的，如果顺着纹理去破碎，可以加快速度、提高效率。
[0062]
因此，先判断上一次被破碎部分的长轴和短轴，即比较（xmax-xmin）和（ymax-ymin），以二者大值作为长轴，然后将镐头端面的长轴和上一次破碎部分的长轴平行。
[0063]
如果（xmax-xmin）小于等于（ymax-ymin），则如果（xmax-xmin）大于等于（ymax-ymin），则然后，找到下一个点w，为此，根据最高点（y最大）的点坐标轴e(xe,ye)，然后保持x坐标值不变，镐头沿着y轴往下移动，这样程序才能控制自动把所有的部分破碎完。
[0064]
计算镐头沿着y轴移动的距离时，考虑了上两次破碎相同深度（z轴方向）的岩石花的时间，来评估破碎的难易程度（岩石的坚硬程度）。如果岩石变硬（对应的相同深度操作时间变长），就把要破的厚度（y轴方向）缩短一点；如果岩石变软（对应的相同深度操作时间变短），就把要破的厚度（y轴方向）变长一点。
[0065]
确定电镐端头的下一个位置w坐标为(x[i+1],y[i+1],z1[i+1])，其中，
x[i+1]=xey[i+1]=ye-(ya-yb)*k; k=t[i-1]/t[i]z1[i+1]=zl[i]步骤409：判断作业区域是否全部完成，如没有全部完成，则转到步骤403，将电镐头进行位置和角度调整，进行下一个破碎操作循环。
[0066]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
[0067]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0068]
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。