[发明专利]一种堆场堆取料机与物料堆的防碰撞方法

说明书

本发明公开了一种堆场堆取料机与场垛料堆的防碰撞方法，属于堆取料机无人化自动控制系统。本发明利用3D扫描仪对物料堆进行扫描，获取物料堆的三维点云数据，然后进行坐标变换，在堆场坐标系中建立物料堆的三维模型，利用待作业堆场的三维模型进行大机的自动作。在自动作业的过程中，获取与作业堆场的相邻物料堆的三维模型，实时计算出堆场单机空间三维姿态及动态三维模型。在一定的行走位置和俯仰角度下根据大机臂架的回转、俯仰角度，利用防碰撞检测方法，计算物料堆点云数据与大机臂架的距离，找到大机臂架的最大回转角度，主动避免物料堆与大机发生碰撞的风险，使得自动取料更加安全、高效。

技术领域

本发明属于堆取料机无人化自动控制系统；涉及一种堆场堆取料机与物料堆的防碰撞方法。

背景技术

堆取料机是港口、矿山、电厂等企业运输煤炭、矿石的重要工具和设备。随着无人化自动堆取料控制技术的不断提高，企业越来越重视无人化堆场中自动作业设备的安全性，其中堆取料机与物料堆的碰撞时有发生，造成巨大的经济损失。为了解决这一技术问题，各散货港口采用多种方法用于防碰撞检测，例如拉绳检测法(当与物料堆接触时，拉绳牵引碰撞开关，输出报警，实现臂架与物料堆的0.5米范围内检测)、微波开关检测法(在臂架两侧各安装一对对射式微波开关，实现臂架与物料堆的1米范围内检测)、雷达测距检测法(在臂架上的关键位置安装高频雷达进行单点测量，实现臂架与物料堆的2-15米范围内检测)。由于以上检测手段大多为被动检测，受安装位置、安装精度及现场环境的影响，或设备费用较高(雷达需要多点布置)，并且仍然存在检测盲区，存在碰撞的风险，且后期维护难度较大，设备损坏后，其设备的维修换新成本较高。随着港口堆取料机自动化技术的发展，实现堆取料机自动控制的关键就是要获物料堆的三维模型，目前物料堆的三维模型仅用于当前作业物料堆的自动控制，而在堆取料机与与之相邻物料堆之间，尚未利用三维特征的主动检测及避让中使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种堆场堆取料机与物料堆的防碰撞方法，旨在通过三维建模技术，结合物料堆与堆取料机的三维特征，来确定堆取料机在自动作业过程中的最大回转角度，来达到主动避让的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种堆场堆取料机与物料堆的防碰撞方法，其特征在于：其步骤如下：

在堆场安置堆取料机进行堆取料作业，利用3D扫描仪获取物料堆的点云数据，选出与堆取料机可能发生碰撞的物料堆的点云数据；在堆取料机所有回转角度下，计算选出的物料堆点云数据与堆取料机大机臂架的垂直距离，确定出在不碰撞安全距离下的最大回转角度；然后在实际回转角度小于最大回转角度的范围内控制堆取料机进行堆取料作业。

进一步的技术方案在于，其步骤如下：

(1)利用3D扫描仪获取物料堆的三维点云数据，将扫描到的数据坐标转化到堆场坐标系下；

(2)在堆场安置堆取料机，执行堆取料作业，选出与堆取料机可发生碰撞的物料堆的点云数据；在堆取料机所有回转角度下，计算选出的物料堆点云数据与堆取料机大机臂架的垂直距离，确定出在不碰撞安全距离下的最大回转角度；

(3)在堆取料机移动到指定位置进行堆取料作业时，将大机臂架实际回转角度与最大回转角度对比判断并作出碰撞规避动作，当实际回转角度大于最大回转角度，堆取料机大机臂架则自动回转或报警停机；否则继续作业。

进一步的技术方案在于，其具体步骤如下：

步骤1：根据中控下发的堆取料作业指令，堆取料机根据指令沿轨道衡水平运动，到达目标位置执行大机臂架俯仰操作；

步骤2：从数据库中选择相邻物料堆的点云数据，根据堆取料机的位置，大机臂架俯仰角度，计算此物料堆点云数据中可能与大机发生碰撞的数据与堆取料机所有回转角度下大机臂架的垂直距离，获到大机臂架可旋转的最大回转角度；