一种基于GPS定位的堆取料机防碰撞方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于GPS定位的堆取料机防碰撞方法及系统，该方法包括：根据获取的堆场和堆取料机单机的经纬度坐标信息分别对各堆取料机单机的大臂和配重进行轮廓建模，然后根据堆场和各单机的经纬度坐标信息计算选取的各防碰撞特征点的经纬度坐标信息，并计算各堆取料机单机之间的防碰撞目标距离，进而根据各堆取料机单机之间的防碰撞目标距离控制对应的堆取料机单机进行无碰撞作业。采用上述技术方案，克服了现有技术中防碰撞计算精确度过低的问题，同时解决了传统方法中计算过程繁琐，数据冗余量大的问题，不仅对单机的底盘、大臂和配重实现全方位防碰撞，且保障了防碰撞计算的高效性和精确性，相当程度上促进了无人化堆取料技术的发展。

An anti-collision method and system of stacker reclaimer based on GPS positioning

【技术实现步骤摘要】
一种基于GPS定位的堆取料机防碰撞方法及系统
本专利技术涉及机械控制
，尤其涉及一种基于GPS定位的堆取料机防碰撞方法及系统。
技术介绍
在煤炭、矿石港口等大型物资转运基地，堆取料机作为其中的执行器，无论是在翻堆流程(翻车机堆料流程)，还是取装流程(取料机装船流程)，其都扮演着非常重要的角色。一个堆场中一般有多条轨道，一条轨道有多台堆取料机，不可避免地存在两条轨道的单机在同场同垛作业情况和同一条轨道上的相邻单机在相邻场垛作业的情况。此外，智能技术发展蒸蒸日上，港口堆场也逐渐向无人化堆取料作业发展，这就意味着在未来堆取料机作业过程中，单机上就不再有司机，控制人员将会在中控室通过现场监控界面远程控制单机，针对这样的作业模式，采用准确高效的防碰撞方法非常重要。目前在港口和钢厂中的堆取料机使用的传统防碰撞方法有以下两种：一是实时获取所有堆取料机单机编码器的位置数据，在中控PLC(ProgrammableLogicController)中对各个单机编码器的位置数据进行计算和比较，当同一条轨道上的两台单机位置数据的差值小于一定阈值时，单机禁止动作。这种方法中相邻轨道的单机防碰撞主要依靠的是单机司机和现场巡视的配合，在雨雪天气，单机轮子易打滑，造成编码器数据不准，或者夜间作业存在视线或人员疲惫问题，都会严重影响堆取料机防碰撞操作的效果和精度。二是在堆取料机单机的底盘中心部位和大臂外端安装GPS移动站，利用GPS数据实时计算获取堆取料机单机底盘中心的行走、回转和俯仰信息。这种防碰撞方法中，堆取料机大臂之间的防碰撞主要依据的是根据大臂外端的定位数据和单机底盘中心的定位数据计算的距离，计算步骤繁琐，算法运算量大，占用大量中控PLC的CPU内存，易导致CPU卡顿和死机的现象，且计算结果精确度过低，作业过程中防碰撞效果不好，此外，这种防碰撞方法无法对堆取料机的大臂、配重、底盘实现全面的防碰撞。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于GPS定位的堆取料机防碰撞方法，在一个实施例中，所述方法包括：步骤S1、利用GPS定位技术获取堆场和各堆取料机单机的经纬度坐标信息，并对各堆取料机单机的大臂和配重进行轮廓建模；步骤S2、根据堆场和各堆取料机单机的经纬度坐标信息确定选取的各个防碰撞特征点的经纬度坐标信息，并基于所述各个防碰撞特征点的经纬度坐标信息结合建模结果计算各堆取料机单机之间的防碰撞目标距离；步骤S3、根据各堆取料机单机之间的防碰撞目标距离控制对应的堆取料机单机进行无碰撞作业。优选地，在所述步骤S1中，利用GPS定位技术获取堆场和各堆取料机单机的经纬度坐标信息的过程包括：获取各堆场各轨道始发点的经纬度坐标；将堆取料机单机的大臂外端点设置为单机的头部，将堆取料机单机的配重外端点设置为单机的尾部，获取单机头部和尾部的经纬度坐标信息，并以此计算堆取料机单机的位置信息。优选地，在所述步骤S2中，按照如下规则选取各堆取料机单机的所述防碰撞特征点：在各堆取料机单机的头部与尾部之间，按照设定间距插入n-2个附加特征点；选取堆取料机单机的底盘中心作为堆取料机单机的底盘特征点；将堆取料机单机的头部、尾部、附加特征点和底盘特征点作为堆取料机单机的防碰撞特征点。优选地，确定各个防碰撞特征点的经纬度坐标信息，包括下述操作；步骤A1、根据获取的堆取料机单机头部和尾部的经纬度坐标计算各堆取料机单机的附加特征点的经纬度坐标；步骤A2、根据所述堆取料机单机头部和尾部的经纬度坐标及对应的堆场轨道起始点的经纬度坐标计算各堆取料机单机底盘特征点的位置信息。进一步地，在所述步骤A1中，计算各堆取料机单机附加特征点的经纬度坐标的过程包括：设定堆取料机单机头部D的经纬度坐标为(xh,yh)，尾部C的经纬度坐标为(xe,ye)，按照下式计算以头部为起点第i个附加特征点的经纬度坐标(xi,yi)：式中，1＜i＜n，且i取正整数。进一步地，在所述步骤A2中，计算堆取料机单机的底盘特征点位置信息的过程包括：设定堆取料机单机的底盘中心为其回转中心H，按下式计算两种情况下堆取料机单机回转中心与对应轨道起始点的距离GH，作为单机底盘特征点的位置信息：其中，式中，XY为X点与Y点间的距离，点A、G和B为堆场的轨道起始点，H为堆取料机单机的回转中心，F点为堆取料机单机的头部D点与堆场轨道起始线AB的垂足，E为堆取料机单机的尾部C点与堆场轨道起始线AB的垂足，R为地球的平均半径。优选地，在所述步骤S2中，基于所述经纬度坐标信息计算各堆取料机单机之间的目标距离的过程包括：C1、计算一台堆取料机单机回转中心与对应轨道起始点距离GH与另一台堆取料机单机回转中心与对应轨道起始点距离GH的差值作为两台堆取料机单机之间的第一目标距离a；C2、计算一台堆取料机单机头部、尾部和附加特征点与另一台堆取料机单机头部、尾部和附加特征点之间的最小距离作为第二目标距离p。进一步地，所述步骤C2中，通过下式计算堆取料机单机A的第i个特征点(x1i,y1i)与堆取料机单机B的第j个特征点(x2j,y2j)之间的距离p：式中，i,j,n∈N。优选地，所述步骤S3中，根据各堆取料机单机之间的防碰撞目标距离控制对应的堆取料机单机进行无碰撞作业，包括：步骤D1、将不同堆取料机单机间的所述第一目标距离a与设定的第一初级阈值和第一高级阈值进行比较，根据比较结果控制对应的堆取料机单机进行无碰撞作业；步骤D2、将不同堆取料机单机间的所述第二目标距离p与设定的第二初级阈值和第二高级阈值进行比较，根据比较结果控制对应的堆取料机单机进行无碰撞作业。基于上述实施例，本专利技术还提供一种基于GPS定位的堆取料机防碰撞系统，该系统执行上述实施例中方法的步骤。与最接近的现有技术相比，本专利技术还具有如下有益效果：本专利技术提供的一种基于GPS定位的堆取料机防碰撞方法，通过先利用GPS定位技术确定堆场和堆取料机单机的经纬度坐标信息，并对各堆取料机单机的大臂和配重进行轮廓建模，依据设定的规则选取各堆取料机单机的防碰撞特征点，然后利用各个防碰撞特征点的经纬度坐标计算各堆取料机单机之间的防碰撞目标距离，进而根据计算得到的防碰撞目标距离控制对应的堆取料机单机进行无碰撞作业。采用本专利技术的技术方案，根据GPS移动接收站获取的堆场和单机的经纬度坐标信息对单机进行建模，进而对防碰撞特征点的经纬度坐标进行计算，克服了现有技术中由于工作人员操作、雨雪天气或夜间作业导致的精确度过低的问题；利用底盘中心的位置信息和经纬度坐标计算堆取料机单机的防碰撞目标距离，作为控制单机无碰撞作业的依据，解决了现有技术中计算过程繁琐，数据冗余量大的问题，在有效实现单机间无碰撞作业的前提下，相当程度上提升了防碰撞计算的效率和精确性，促进了无人化堆取料技术的发展。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术一个实施例中基于GPS定位的堆取料机防碰撞方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例中基于GPS定位的堆取料机防碰撞方法的数据控制流程图；图3是本专利技术实施例中基于GPS定位的堆取料机防碰撞方法的堆取料机单机建模视图；图4是本专利技术实施例中根据防碰撞目标距离对堆取料机单机进行控制的流程明细图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GPS定位的堆取料机防碰撞方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1、利用GPS定位技术获取堆场和各堆取料机单机的经纬度坐标信息，并对各堆取料机单机的大臂和配重进行轮廓建模；步骤S2、根据堆场和各堆取料机单机的经纬度坐标信息确定选取的各个防碰撞特征点的经纬度坐标信息，并基于所述各个防碰撞特征点的经纬度坐标信息结合建模结果计算各堆取料机单机之间的防碰撞目标距离；步骤S3、根据各堆取料机单机之间的防碰撞目标距离控制对应的堆取料机单机进行无碰撞作业。

【技术特征摘要】
1.一种基于GPS定位的堆取料机防碰撞方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1、利用GPS定位技术获取堆场和各堆取料机单机的经纬度坐标信息，并对各堆取料机单机的大臂和配重进行轮廓建模；步骤S2、根据堆场和各堆取料机单机的经纬度坐标信息确定选取的各个防碰撞特征点的经纬度坐标信息，并基于所述各个防碰撞特征点的经纬度坐标信息结合建模结果计算各堆取料机单机之间的防碰撞目标距离；步骤S3、根据各堆取料机单机之间的防碰撞目标距离控制对应的堆取料机单机进行无碰撞作业。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，利用GPS定位技术获取堆场和各堆取料机单机的经纬度坐标信息的过程包括：获取各堆场各轨道始发点的经纬度坐标；将堆取料机单机的大臂外端点设置为单机的头部，将堆取料机单机的配重外端点设置为单机的尾部，获取单机头部和尾部的经纬度坐标信息，并以此计算堆取料机单机的位置信息。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，按照如下规则选取各堆取料机单机的所述防碰撞特征点：在各堆取料机单机的头部与尾部之间，按照设定间距插入n-2个附加特征点；选取堆取料机单机的底盘中心作为堆取料机单机的底盘特征点；将堆取料机单机的头部、尾部、附加特征点和底盘特征点作为堆取料机单机的防碰撞特征点。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，确定各个防碰撞特征点的经纬度坐标信息，包括下述操作；步骤A1、根据获取的堆取料机单机头部和尾部的经纬度坐标计算各堆取料机单机的附加特征点的经纬度坐标；步骤A2、根据所述堆取料机单机头部和尾部的经纬度坐标及对应的堆场轨道起始点的经纬度坐标计算各堆取料机单机底盘特征点的位置信息。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤A1中，计算各堆取料机单机附加特征点的经纬度坐标的过程包括：设定堆取料机单机头部D的经纬度坐标为(xh,yh)，尾部C的经纬度坐标为(xe,ye)，按照下式计算以头部为起点第i个附加特征点的经纬度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文明，张烁，李海滨，陈贵林，董建伟，贾璐，张建，苏青，
申请(专利权)人：燕山大学，秦皇岛燕大滨沅科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13