專利名稱：預(yù)測碰撞可能性的系統(tǒng)以及防碰撞控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及控制工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī) 碰撞可能性的系統(tǒng)以及一種防碰撞控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在堆取料作業(yè)過程中，在一個堆場中經(jīng)常有需要使用多個取料機(jī)進(jìn)行作業(yè)的情 況，例如，圖1為堆取料機(jī)在堆場作業(yè)的示意圖，其中在一個堆場10中可能有不止一個取料 機(jī)20各沿著一個行走軌道30行走，而在行走過程中，多個取料機(jī)20的大臂之間有可能會
發(fā)生碰撞。目前一直沒有有效的方法來使得工作人員在堆取料機(jī)20之間將要發(fā)生碰撞前提 前得知可能要發(fā)生碰撞，而是只能通過人工觀察，這樣就浪費(fèi)了人力。堆取料機(jī)空間防碰撞 問題也一直是堆取料作業(yè)過程中的難題，舉例來說包括黃驊港在內(nèi)等煤炭碼頭中均無法實(shí) 現(xiàn)對碰撞問題的有效避免。具體來說，一種現(xiàn)有的防碰撞方法中需要結(jié)合堆取料機(jī)的行走 數(shù)據(jù)，而現(xiàn)有的方法獲取的堆取料機(jī)的行走數(shù)據(jù)經(jīng)常不準(zhǔn)，具體來說，由于堆取料機(jī)的行走 距離很長，一般都在1500m以上，而用于獲取堆取料機(jī)的行走數(shù)據(jù)的行走編碼器一般都安 裝在行走輪上，由于堆取料機(jī)的行走軌道與堆取料機(jī)的行走輪之間的摩擦力不均，一旦堆 料機(jī)的行走輪出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，行走數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)不準(zhǔn)確的情況，長時間累積會造成誤差越 來越大，即使通過行走定點(diǎn)校正對編碼器進(jìn)行修正，但不準(zhǔn)確因素仍無法徹底克服。其次， 對大臂的空間位置計(jì)算過程非常復(fù)雜，該計(jì)算過程需要結(jié)合行走、俯仰、回轉(zhuǎn)三個編碼器的 數(shù)值進(jìn)行空間建模，而這三個編碼器都有不同程度的誤差，這就造成累積誤差，故大臂空間 坐標(biāo)的準(zhǔn)確性不高。另一種現(xiàn)有的防碰撞方法一般是根據(jù)兩個堆取料機(jī)是否處于一個場垛 進(jìn)行判斷，如果兩個堆取料機(jī)不在同一個場垛就可以正常作業(yè)，一旦兩個堆取料機(jī)進(jìn)入一 個場垛進(jìn)行作業(yè)，就對其中一個堆取料機(jī)進(jìn)行鎖定，使其不能工作，由此避免堆取料機(jī)之間 發(fā)生碰撞，但是這嚴(yán)重影響了堆取料機(jī)的工程作業(yè)。由于以上原因，現(xiàn)有的防碰撞方法無法有效避免目前國內(nèi)煤炭碼頭的堆取料機(jī)空 間防碰撞問題，使得兩個堆取料機(jī)無法同時在同一個場垛中作業(yè)，嚴(yán)重影響效率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中無法自動提前得知堆取料機(jī)發(fā)生碰撞的可 能性的問題，提供一種用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)碰撞可能性的系統(tǒng)以及一種防碰撞控 制系統(tǒng)。本實(shí)用新型提供一種用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)的碰撞可能性的系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括基準(zhǔn)站；多個流動站，與基準(zhǔn)站通信，分別設(shè)置在每個堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和該 堆取料機(jī)的大臂頭部中心處，以檢測堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和堆取料機(jī)的大臂頭部中心 基于基準(zhǔn)站的位置信息；處理單元，用于接收來自每個流動站的位置信息，根據(jù)對每個堆取 料機(jī)檢測到的所述位置信息確定多個堆取料機(jī)中任意兩個堆取料機(jī)的大臂之間的最小距離，并且根據(jù)該最小距離判斷該兩個堆取料機(jī)的大臂發(fā)生碰撞的可能性。本實(shí)用新型還提供一種用于堆場中多個堆取料機(jī)的防碰撞控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括上述用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)的碰撞可能性的系統(tǒng)；以及控制單元，根據(jù)所述用 于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)的碰撞可能性的系統(tǒng)判斷出的可能性來控制堆取料機(jī)的動作。根據(jù)本實(shí)用新型提供的用于堆取料機(jī)的防碰撞控制系統(tǒng)，通過獲得堆取料機(jī)上的 流動站的位置信息，得出兩個堆取料機(jī)之間的最小距離從而可以判斷出堆取料機(jī)發(fā)生碰撞 的可能性，使得工作人員根據(jù)該可能性進(jìn)行相應(yīng)處理，解決了行走編碼器不準(zhǔn)確、誤差累積 的問題，可以實(shí)時計(jì)算出堆取料機(jī)的大臂的相對位置和距離，可以實(shí)現(xiàn)兩臺甚至多臺堆取 料機(jī)在同一個場垛中安全作業(yè)。根據(jù)本實(shí)用新型提供的防碰撞控制系統(tǒng)也具有上述優(yōu)點(diǎn)， 并且可以根據(jù)堆取料機(jī)碰撞的可能性采取相應(yīng)的措施，從而避免碰撞的發(fā)生。本實(shí)用新型的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式
部分予以詳細(xì)說明。

附圖是用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面 的具體實(shí)施方式
一起用于解釋本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。在附圖中圖1是堆取料機(jī)在堆場作業(yè)的示意圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式提供的用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)碰 撞可能性的方法的流程圖；圖3是流動站在堆取料機(jī)上的安裝位置示意圖；圖4(a)是兩個取料機(jī)共面時的狀態(tài)示意圖；圖4(b)是兩個堆取料機(jī)異面時的狀態(tài)示意圖；圖5是本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式提供的用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)碰撞可 能性的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處 所描述的具體實(shí)施方式
僅用于說明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限制本實(shí)用新型。本實(shí)用新型提供一種用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)碰撞可能性的方法，如圖2所 示，該方法包括在步驟201，檢測設(shè)置在每個堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和該堆取料機(jī)的大 臂頭部中心的流動站基于基準(zhǔn)站的位置信息；在步驟202，根據(jù)對每個堆取料機(jī)檢測到的 所述位置信息確定多個堆取料機(jī)中任意兩個堆取料機(jī)的大臂之間的最小距離；以及在步驟 203，根據(jù)該最小距離判斷該兩個堆取料機(jī)的大臂發(fā)生碰撞的可能性。從而能夠判斷出堆取 料機(jī)之間發(fā)生碰撞的可能性，以便于工作人員根據(jù)該可能性進(jìn)行下一步處理。其中在步驟201中，檢測設(shè)置在每個堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和該堆取料機(jī) 的大臂頭部中心的流動站基于基準(zhǔn)站的位置信息的過程可以通過使用如RTK系統(tǒng)中的 流動站和基準(zhǔn)站來實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)镽TK系統(tǒng)采用了載波相位動態(tài)實(shí)時差分(Real-time kinematic)方法，能夠在野外實(shí)時得到厘米級定位精度的測量。高精度的GPS測量必須采 用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)是基于載波相位觀測值的實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)，能夠?qū)崟r地 提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。在使用RTK系統(tǒng)作業(yè)時，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈 接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處 理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不到一秒鐘。其中可以首先在每臺堆取料機(jī)上設(shè)置兩臺流動站，例如可以分別安裝在大機(jī)回轉(zhuǎn) 中心50 (即大臂轉(zhuǎn)動所沿著的中心軸線處)和大臂頭部中心40處，流動站安裝位置如圖3 所示，基準(zhǔn)站的位置可以根據(jù)具體需要設(shè)置在任意位置，例如可以在堆取料機(jī)的中控室內(nèi) 安裝基準(zhǔn)站。兩個流動站實(shí)時檢測空間的三維坐標(biāo)信息，這樣根據(jù)兩點(diǎn)確定一條直線原理，就 可以實(shí)時地知道堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和堆取料機(jī)的大臂頭部中心所在的直線。通過使用流動站和基準(zhǔn)站來檢測的大臂位置信息可以使得檢測結(jié)果精確較高 (可以達(dá)到厘米級)，并且不受堆取料機(jī)自身行走輪打滑和其他編碼器累積誤差的影響，因 此比現(xiàn)有的防碰撞方法更加準(zhǔn)確高效?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中由于大臂空間位置反饋都是采用 行走、回轉(zhuǎn)、俯仰三個編碼器的數(shù)值計(jì)算得出的，而造成的誤差累積問題。在步驟202中可以通過多種方法來根據(jù)所述位置信息確定多個堆取料機(jī)中任意 兩個堆取料機(jī)的大臂之間的最小距離，其中由于堆取料機(jī)的大臂較長，兩個堆取料機(jī)之間 的距離可以近似看作是兩個堆取料機(jī)的大臂之間的距離。其中所述位置信息可以為三維坐標(biāo)，優(yōu)選地，兩個堆取料機(jī)之間的最小距離可以 為一堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段、與另一堆取料機(jī)的大機(jī)回 轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段之間的最小距離。其中當(dāng)兩個堆取料機(jī)的大臂共面時，所述最小距離可以為一堆取料機(jī)的大臂頭部 中心到另一個堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段的垂直距離或兩個 堆取料機(jī)的大臂頭部中心之間的最小距離；當(dāng)兩個堆取料機(jī)的大臂異面時，所述最小距離 可以為一堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段、與另一堆取料機(jī)的大機(jī) 回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段的公垂線段的長度或兩個堆取料機(jī)的大臂頭部中 心之間的最小距離。優(yōu)選地，所述預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)碰撞可能性的方法還可以包括將所述最 小距離與第一預(yù)定距離和第二預(yù)定距離進(jìn)行比較；以及當(dāng)所述最小距離小于第一預(yù)定距 離，判斷可能性為較高；當(dāng)所述最小距離小于第一預(yù)定距離而大于第二預(yù)定距離時，判斷可 能性為中等；當(dāng)所述最小距離大于第二預(yù)定距離時，判斷可能性為較低?？蛇x地，所述預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)碰撞可能性的方法還可以包括當(dāng)判斷可 能性為較高時，進(jìn)行碰撞報警，使得工作人員得知堆取料機(jī)之間即將發(fā)生碰撞，可以進(jìn)行停 機(jī)等處理；當(dāng)判斷可能性為中等時，進(jìn)行減速報警，使得工作人員得知堆取料機(jī)之間可能要 發(fā)生碰撞，需要減慢堆取料機(jī)運(yùn)行速度；當(dāng)判斷可能性為較低時，不進(jìn)行報警，堆取料機(jī)可 以安全地進(jìn)行作業(yè)。其中第一預(yù)定距離可以小于第二預(yù)定距離，并且都可以根據(jù)需要預(yù)先設(shè)定，舉 例來說，第一預(yù)定距離取值范圍可以為3-6m，例如為: ，第二預(yù)定距離取值范圍可以為 6-20m，例如為8m。下面通過舉例描述一種可以用于在步驟202中用于確定最小距離方法的過程。采集到各臺堆取料機(jī)的位置信息后，可以通過以下過程來建立堆取料機(jī)大機(jī)回轉(zhuǎn)
5中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段的空間直線方程，現(xiàn)在以兩個堆取料機(jī)為例具體介紹， 兩個堆取料機(jī)可以稱為第一堆取料機(jī)和第二堆取料機(jī)。設(shè)第一堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心A和大臂頭部中心B處的三維坐標(biāo)分別為A(xl， yl,zl)、B(x2，y2，z2)，第二堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心C和大臂頭部中心D處的三維坐標(biāo)分 別為C(x3, y3，z3)、D(x4，y4，z4)。也就是說通過RTK采集了四個點(diǎn)的坐標(biāo)，每兩個點(diǎn)可以 確定一條線段。根據(jù)空間立體幾何，兩條直線線段的關(guān)系有兩種情況共面和異面。所謂共 面是指兩條直線在一個平面內(nèi)，而異面則指兩條直線不在一個平面內(nèi)，現(xiàn)在分別介紹兩種 情況下如何兩個堆取料機(jī)之間的最小距離。如圖4(a)所示，兩條直線共面存在兩種情況，一種是兩條直線平行，一種是兩條 直線相交。兩條直線平行的情況是指兩個堆取料機(jī)的大臂在空間坐標(biāo)中平行時的狀態(tài)；而 兩條直線相交在實(shí)際中則不能發(fā)生，因?yàn)榇蟊凼菍?shí)體，不可能出現(xiàn)相交的情況，由于大臂的 長度有限，所以在共面的情況下，除了平行，另一個狀態(tài)則是不平行，有相交的趨勢。在這兩 種情況下，出現(xiàn)兩個堆取料機(jī)的大臂相碰撞的可能情形有以下三種一是第一堆取料機(jī)的 大臂的頭部碰到第二堆取料機(jī)的大臂的頭部，二是第一堆取料機(jī)的大臂的頭部碰到第二堆 取料機(jī)的大臂的上下左右側(cè)部，三是第二堆取料機(jī)的大臂的頭部碰到第一堆取料機(jī)的大臂 的上下左右側(cè)部。在共面的情況下，不可能出現(xiàn)兩個大臂的側(cè)部相碰。所以共面情況下算法的原理是求出一個大臂的頭部中心到另一個大機(jī)回轉(zhuǎn)中心 和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段的垂直距離，當(dāng)每個大臂頭部中心到另一個堆取料機(jī)的大機(jī) 回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段都沒有垂線時，可直接求出兩個大臂頭部中心之間 的最小距離，當(dāng)該最小距離小于第一預(yù)定距離而大于第二預(yù)定距離例如小于8m而大于: 時，這時將兩個堆取料機(jī)的行走、俯仰、回轉(zhuǎn)的速度降至低速運(yùn)行，并且可以發(fā)出警告；當(dāng)最 小距離小于第一預(yù)定距離例如小于:3m時，兩個堆取料機(jī)同時停止各種動作，并發(fā)出碰撞報
Sfc目。如圖4(b)所示，在異面的情況下，求兩個大臂的最小距離可以采用兩條直線間計(jì) 算公垂線段長度的方法來實(shí)現(xiàn)，但是由于兩條大臂的長度有限，有可能不存在公垂線，這時 則需要將兩條大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段延長為兩條直線，求出直線的公 垂線和兩條大臂的交點(diǎn)pl、p2，首先檢查交點(diǎn)pi有沒有在第一堆取料機(jī)的大臂上，如果在 則選定Pl為第一個點(diǎn)，如果不在則選擇第一堆取料機(jī)的大臂頭部的點(diǎn)A作為第一點(diǎn)；然后 檢查P2點(diǎn)有沒有在第二堆取料機(jī)的大臂上，同理如果在，則作為第二個點(diǎn)，如果不在，則選 中第二堆取料機(jī)的大臂頭部的點(diǎn)C作為第二點(diǎn)。兩點(diǎn)選擇完畢后計(jì)算兩點(diǎn)之間的最小距 離，當(dāng)最小距離小于第一預(yù)定距離而大于第二預(yù)定距離例如小于8m而大于: 時，兩個堆取 料機(jī)進(jìn)入慢速區(qū)間運(yùn)行并發(fā)出警告，當(dāng)最小距離小于第一預(yù)定距離例如小于:3m時，兩個堆 取料機(jī)停止各種動作，并進(jìn)行停機(jī)報警。根據(jù)以上原理，可以按照如下過程來確定最小距離。首先需要判斷A、B、C、D四個點(diǎn)是否在同一個平面即共面還是異面，具體過程如 下計(jì)算A(xl，yl, zl)、B(x2，y2, z2)、C(x3，y3, z3)、D(x4，y4, z4)四個點(diǎn)構(gòu)成的四 個向量 AB(al，bl，cl)、AC(a2，b2，c2)、AD(a3，b3，c3)、CD(a4，b4，c4)分別為AB :al = xl_x2 ；bl = yl-y2 ；cl = zl_z2[0039]AC :a2 = xl_x3 ；b2 = yl-y3 ；c2 = zl_z3AD :a3 = xl_x4 ；b3 = yl-y4 ；c3 = zl_z4CD :a4 = x4_x3 ；b4 = y4-y3 ；c4 = z4_z3。首先，需要判斷A、B、C、D四個點(diǎn)是否處于一個平面內(nèi)。根據(jù)四點(diǎn)共面定理，若三 個向量的混合積(AB，AC，AD) = 0，即如果 al*b2*c3+a2*b3*cl+a3*bl*c2-a3*b2*cl-al*b3 *c2-a2*bl*c3 = 0，則四點(diǎn)共面，否則，說明不共面即異面。在判斷出共面的情況下，如果(a2*a4+b2*b4+c2*c4)/(sqrt(a2*a2+b2*b2+c2*c2)*sqrt(a4*a4+b4*b4+c4*c4) >=0，說明兩個向量之間的夾角為0-90°，則第一堆取料機(jī)的大臂頭部中心到第二堆取 料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段有垂線。其中sqrtO代表平方根運(yùn)算。根據(jù)兩點(diǎn)確定一條直線原則，第二堆取料機(jī)的大臂的直線方程可以設(shè)為(x-x3)/ a4 = (y-y3) /b4 = (z_z3)/c4，則過已知點(diǎn)A(xl，yl，zl)且與已知直線⑶相垂直的平面的方程為 a4 (x-xl)+b4(y-yl)+c4 (z-zl) = 0，可以通過以上兩個方程求出第二堆取料機(jī)的直線與垂 直平面的交點(diǎn)(x5，y5, z5)，所以，可以通過兩點(diǎn)之間的距離計(jì)算出第一堆取料機(jī)的大臂頭 部中心與第二堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段的距離為第一堆取料機(jī)的大臂頭部中心與第二堆取料機(jī)的大臂頭部中心距離，即點(diǎn)A、C之 間的距離為Distl = sqrt((xl_x5)^(xl_x5) + (yl_y5)^(yl_y5) + (zl_z5)^(zl_z5))。否則，如果 (a2*a4+b2*b4+c2*c4)/(sqrt(a2*a2+b2*b2+c2*c2)氺sqrt(a4*a4+b4*b4+c4*c4) < 0,則計(jì)算 Dist3 = sqrt (a2*a2+b2*b2+c2*c2)。同理，如果(al*a2+bl*b2+cl*c2) / (sqrt (al氺al+bl氺bl+cl氺cl)氺sqrt (a2*a2+b2*b2+c2*c2)) >=0，說明兩個向量之間的夾角為0-90°，則第二堆取料機(jī)的大臂頭部中心到第一堆取 料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段有垂線。根據(jù)兩點(diǎn)確定一條直線原則，第一堆取料機(jī)的大臂的直線方程為(x-xl)/al = (y-yl)/bl = (z-zl)/cl，則過已知點(diǎn)C(x3，y3，z3)且與已知直線AB相垂直的平面的方程為 al(x-x3)+bl(y-y3)+cl(z-z3) = 0，可以通過以上兩個方程求出第二堆取料機(jī)的直線與垂 直平面的交點(diǎn)(x6，y6, z6)，所以，可以通過兩點(diǎn)之間的距離計(jì)算出第一堆取料機(jī)的大臂頭 部中心與第二堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段的距離為Dist2 = sqrt((x3_x6)*(x3_x6+(y3-y6)*(y3-y6)+(z3_z6)*(z3_z6))。否則，如果<0，則計(jì)算第一堆取料機(jī)的大臂頭部中心與第二堆取料機(jī)的大臂頭部 中心距離為Dist3 = sqrt(a2氺a2+b2氺b2+c2氺c2)。然后選取上面所計(jì)算的三個距離Distl，Dist2，Dist3中最小的距離計(jì)算Mindist =MIN(Distl，Dist2，Dist3)為兩個堆取料機(jī)之間的最小距離。[0060]在判斷異面的情況下首先求出AB、⑶所在直線的公垂線與AB、⑶所在直線的交點(diǎn)即公垂點(diǎn)pi、p2，計(jì) 算過程如下設(shè)兩根大臂直線的方程如下第一堆取料機(jī)的大臂所在直線方程為(X-Xl)/al = (y_yl)/bl = (z~zl)/cl,第二堆取料機(jī)的大臂所在直線方程為(x-x3) /a4 = (y-y3) /b4 = (z-z3) /c4。設(shè) pi, p2 的坐標(biāo)分別為 pl(al*tl+xl，bl*tl+yl，cl*tl+zl)，p2(a4*t2+x3， b4*t2+y3，c4*t2+z3)；因?yàn)閜i、p2點(diǎn)所在的直線垂直于AB所在直線、并垂直于⑶所在直線，所以(a4*t2+x3-al*tl+xl, b4氺t2+y3_bl氺tl+yl, c4氺t2+z3_cl氺tl+zl)氺(al, bl, cl)= 0，(a4*t2+x3-al*tl+xl, b4氺t2+y3_bl氺tl+yl, c4氺t2+z3_cl氺tl+zl)氺(a4, b4, c4)= 0，由此可以求出11和12，從而可以求出ρ 1和p2兩點(diǎn)的坐標(biāo)ρ 1 (x7，y7，ζ7)，p2 (x8， y8, z8)。然后判斷點(diǎn)pi和p2是否分別在線段AB和線段CD中，具體過程如下如果同時滿足 xl < x7 < x2 或 x2 < x7 < xl、并且 x3 < x8 < x4 或 x4 < x8 < x3， 表明都在，則此時兩公垂點(diǎn)Pl、p2之間的距離為兩個堆取料機(jī)之間的最小距離Mindist2 = sqrt((x8-x7)*(x8_x7+ (y8-y7)* (y8-y7) + (z8_z7)* (z8_z7))。否則，如果滿足xl < x7 < x2 或 x2 < x7 < xl、或者 x3 < x8 < x4 或 x4 < x8 < x3，表明點(diǎn)pi在線段AB中或p2在線段⑶中，則大臂頭部中心與另一個公垂點(diǎn)的距離 為兩個堆取料機(jī)之間的最小距離。其中，如果僅滿足xl < χ7 < x2或x2 < x7 < xl，表明 點(diǎn) pi 在線段 AB 中而 p2 不在線段 CD 中，則 Mindist2 = sqrt ((x3_x7) * (x3_x7+ (y3_y7) * ( y3-y7) + (z3-z7)*(z3-z7))；如果僅滿足 x3 < x8 < x4 或 x4 < x8 < x3，表明點(diǎn) pi 不在線 段 AB 中而 p2 在線段 CD 中，則 Mindist2 = sqrt ((x8_xl) * (x8_xl+ (y8_yl) * (y8_yl) + (z8_ zl)*(z8-zl))。如果都不在，則求出兩個大臂頭部中心的距離Mindist2 = sqrt ((x3-xl) * (x3_xl + (y3-yl)*(y3-y 1) + (z3_z 1)*(z3-zl))為兩個堆取料機(jī)之間的最小距離。本實(shí)用新型還提供一種用于堆場中多個堆取料機(jī)的防碰撞控制方法，該方法包 括根據(jù)上述用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)碰撞可能性的方法判斷堆場中多個堆取料機(jī)的 碰撞可能性；以及根據(jù)可能性來控制堆取料機(jī)的動作。其中所述堆取料機(jī)的動作可以包括例如大臂的旋轉(zhuǎn)、俯仰以及堆取料機(jī)的行走等等。優(yōu)選地，該用于堆場中多個堆取料機(jī)的防碰撞控制方法還可以包括當(dāng)判斷可能 性為較高時，控制所述堆取料機(jī)停機(jī)；當(dāng)判斷可能性為中等時；控制所述堆取料機(jī)減速，當(dāng) 判斷可能性較低時，可以控制堆取料機(jī)正常作業(yè)。從而可以在堆取料機(jī)之間有碰撞可能性 時，及時防止碰撞發(fā)生。本實(shí)用新型還提供了一種用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)的碰撞可能性的系統(tǒng)，該 系統(tǒng)包括基準(zhǔn)站501 ；多個流動站502，與基準(zhǔn)站501通信，分別設(shè)置在每個堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和該堆取料機(jī)的大臂頭部中心處，以檢測堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和堆取料機(jī) 的大臂頭部中心基于基準(zhǔn)站501的位置信息；處理單元503，用于接收來自每個流動站502 的位置信息，根據(jù)對每個堆取料機(jī)檢測到的所述位置信息確定多個堆取料機(jī)中任意兩個堆 取料機(jī)的大臂之間的最小距離，并且根據(jù)該最小距離判斷該兩個堆取料機(jī)的大臂發(fā)生碰撞 的可能性。從而能夠判斷出堆取料機(jī)之間發(fā)生碰撞的可能性，以便于工作人員根據(jù)該可能 性進(jìn)行下一步處理。其中處理單元503可以由集成電路、PLC等實(shí)現(xiàn)，并且其可以通過多種方式來確定 兩個堆取料機(jī)的之間的距離，上面通過舉例描述的確定兩個堆取料機(jī)的之間的距離的計(jì)算 方法同樣適用于本實(shí)用新型所提供的用于堆取料機(jī)的防碰撞控制系統(tǒng)。處理單元503通過 多種方式接收來自流動站502的位置信息，例如通過網(wǎng)絡(luò)如以太網(wǎng)等接收來自流動站502 的位置信息。其中兩個堆取料機(jī)之間的最小距離可以為一堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和大臂頭 部中心所構(gòu)成的線段、與另一堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段之間
的最小距離。當(dāng)兩個堆取料機(jī)的大臂共面時，所述最小距離可以為一堆取料機(jī)的大臂頭部中心 到另一個堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段的垂直距離或兩個堆取 料機(jī)的大臂頭部中心之間的最小距離；當(dāng)兩個堆取料機(jī)的大臂異面時，所述最小距離可以 為一堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段、與另一堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn) 中心和大臂頭部中心所構(gòu)成的線段的公垂線段的長度或兩個堆取料機(jī)的大臂頭部中心之 間的最小距離。優(yōu)選地，處理單元503還可以將所述最小距離與第一預(yù)定距離和第二預(yù)定距離進(jìn) 行比較；并且當(dāng)所述最小距離小于第一預(yù)定距離，處理單元503判斷可能性為較高；當(dāng)所述 最小距離小于第一預(yù)定距離而大于第二預(yù)定距離時，處理單元503判斷可能性為中等；當(dāng) 所述最小距離大于第二預(yù)定距離時，處理單元503判斷可能性為較低。優(yōu)選地，所述用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)的碰撞可能性的系統(tǒng)還可以包括報警 單元504，該報警單元504與處理單元503耦合，并且當(dāng)處理單元503判斷可能性為較高時， 所述處理單元503控制所述報警單元504發(fā)出減速報警信號；當(dāng)判斷可能性為中等時，所述 處理單元503控制所述報警單元504發(fā)出碰撞報警信號；當(dāng)處理單元503判斷可能性為較 低時，所述處理單元503不控制所述報警單元504報警。其中所述第一預(yù)定距離取值范圍可以3_6m，例如為3m，第二預(yù)定距離取值范圍可 以為6-20m，例如為8m。本實(shí)用新型還提供一種用于堆場中多個堆取料機(jī)的防碰撞控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以 包括上述用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)的碰撞可能性的系統(tǒng)；以及控制單元，根據(jù)所述 用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)的碰撞可能性的系統(tǒng)判斷出的可能性來控制堆取料機(jī)的動作。其中所述堆取料機(jī)的動作可以包括例如大臂的旋轉(zhuǎn)、俯仰以及堆取料機(jī)的行走等寸。優(yōu)選地，當(dāng)所述用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)的碰撞可能性的系統(tǒng)中的處理單元 503判斷可能性為較高時，所述控制單元可以控制所述堆取料機(jī)停機(jī)；當(dāng)處理單元503判斷可能性為中等時，所述控制單元可以控制所述堆取料機(jī)減速；當(dāng)處理單元503判斷可能性 為較低時，所述堆取料機(jī)可以正常作業(yè)。從而可以在堆取料機(jī)之間有碰撞可能性時，及時防
止碰撞發(fā)生。根據(jù)本實(shí)用新型提供的用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)碰撞可能性的方法和系統(tǒng) 以及一種防碰撞控制方法和系統(tǒng)，解決了行走打滑的問題，而且不需要使用編碼器數(shù)據(jù)，降 低了誤差；同時，計(jì)算過程相對簡單、精度高，可以實(shí)現(xiàn)兩個堆取料機(jī)同場作業(yè)，并且能夠?qū)?時檢測兩大臂之間的最小距離，提高了安全性和作業(yè)效率，可以用于多種類型的堆取料機(jī)。以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本實(shí)用新型并不限 于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實(shí)用新型的技 術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。例如，雖然在上面 的描述過程中將本實(shí)用新型提供的用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)的碰撞可能性的系統(tǒng)中 的處理單元503和報警單元504描述為兩個獨(dú)立的元件，但是也可以將二者集成在一個模 塊中由單獨(dú)的元件實(shí)現(xiàn)。另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式
中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛 盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本實(shí)用新型對各 種可能的組合方式不再另行說明。此外，本實(shí)用新型的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違 背本實(shí)用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實(shí)用新型所公開的內(nèi)容。
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權(quán)利要求1.一種用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)的碰撞可能性的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括基準(zhǔn)站(501)；多個流動站(502)，與基準(zhǔn)站(501)通信，分別設(shè)置在每個堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和 該堆取料機(jī)的大臂頭部中心處，以檢測堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和堆取料機(jī)的大臂頭部中 心基于基準(zhǔn)站(501)的位置信息；以及處理單元(503)，用于接收來自每個流動站(502)的位置信息，根據(jù)對每個堆取料機(jī)檢 測到的所述位置信息確定多個堆取料機(jī)中任意兩個堆取料機(jī)的大臂之間的最小距離，并且 根據(jù)該最小距離判斷該兩個堆取料機(jī)的大臂發(fā)生碰撞的可能性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括報警單元(504)，該報警單 元(504)與處理單元(50 耦合，并且當(dāng)所述最小距離小于第一預(yù)定距離時，所述報警單元(504)在所述處理單元(503)的 控制下發(fā)出減速報警信號；當(dāng)所述最小距離小于第一預(yù)定距離而大于第二預(yù)定距離時，所述報警單元(504)在所 述處理單元(503)的控制下發(fā)出碰撞報警信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，處理單元(50 通過網(wǎng)絡(luò)接收來自流 動站(502)的位置信息。
4.一種用于堆場中多個堆取料機(jī)的防碰撞控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)；以及控制單元，根據(jù)所述用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)的碰撞可能性的系統(tǒng)判斷出的可能 性來發(fā)出控制堆取料機(jī)動作的信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)最小距離小于第一預(yù)定距離時，所述控制單元向所述堆取料機(jī)發(fā)出停機(jī)信號；當(dāng)所 述最小距離小于第一預(yù)定距離而大于第二預(yù)定距離時，所述控制單元向所述堆取料機(jī)發(fā)出 減速信號。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)碰撞可能性的系統(tǒng)、以及一種防碰撞控制系統(tǒng)，該用于預(yù)測堆場中多個堆取料機(jī)碰撞可能性的方法包括基準(zhǔn)站；多個流動站，與基準(zhǔn)站通信，分別設(shè)置在每個堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和該堆取料機(jī)的大臂頭部中心處，以檢測堆取料機(jī)的大機(jī)回轉(zhuǎn)中心和堆取料機(jī)的大臂頭部中心基于基準(zhǔn)站的位置信息；處理單元，用于接收來自每個流動站的位置信息，根據(jù)對每個堆取料機(jī)檢測到的所述位置信息確定多個堆取料機(jī)中任意兩個堆取料機(jī)的大臂之間的最小距離，并且根據(jù)該最小距離判斷該兩個堆取料機(jī)的大臂發(fā)生碰撞的可能性。從而能夠判斷出堆取料機(jī)之間發(fā)生碰撞的可能性，以便于工作人員根據(jù)該可能性進(jìn)行下一步處理。
文檔編號B65G65/00GK201923668SQ20102066396
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者李長安, 李靖宇, 董傳博 申請人:中國神華能源股份有限公司, 神華黃驊港務(wù)有限責(zé)任公司