无人推耙机的自动清舱系统技术方案

无人推耙机的自动清舱系统，模式切换模块通过实时获取无人推耙机中控系统的控制指令信息并通过有限状态机自动选择将数据指令发送至运动规划模块或是自动生成目标点模块；在区域自动模式指令下，自动生成目标点模块根据物料区信息生成无人推耙机的目标点集合，在单目标点模式指令下，将模式切换模块从中控系统获取的目标点放入目标点集合；运动规划模块获取目标点集合同时从目标点集合逐个取出目标点以生成无人推耙机到达当次目标点路径，并通过执行运动策略后将控制指令发送到无人推耙机执行系统；安全保障模块通过实时获取感知定位系统的船舱距离和IMU信息，同时监测运动模块的运动状态，且在危险情况下执行脱险策略后生成安全控制指令。生成安全控制指令。生成安全控制指令。

【技术实现步骤摘要】
无人推耙机的自动清舱系统


[0001]本专利技术属于智能机器人领域，尤其涉及一种无人推耙机自动清舱作业领域。

技术介绍

[0002]随着工业界对作业安全、生产效率、提高车辆利用率的需求和意识不断提高，再加上劳动力短缺的问题，车辆自动化的重要性正在迅速提升。推耙机是船舶散货进行清舱作业，提高船舶周转率所必需的设备(金丹,季有昌,金山.推耙机的设计研究[J].工程机械,2013,44(11):9
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12.)，由于工作环境单调且作业时间较长，工作人员易产生疲倦，且船舱内环境危险，比如抓斗卸船机在反复从船舱中抓取物料时，工作人员由于分心有可能产生事故。
[0003]由于货船结构设计，船舱开口处比整个船舱面积小，所以抓斗卸船机从船舱开口处从船舱清运船舱物料时，首先面临的问题就是只能将中间开口区域的煤抓出，船舱内未暴露于开口区的物料单纯用抓斗卸船机很难将其抓出。当前通用做法是用人工驾驶推耙机，将遗留在船舱开口区外的物料耙到开口区域内，再用抓斗卸船机将物料抓出。
[0004]手动远程操控推耙机虽然让操作员摆脱了危险的环境，但是仍需要不断的监控现场视频，进行手动远程操控(李玉善,邹广德.遥控推耙机作业视频监视系统[J].山东理工大学学报(自然科学版),2004(03):53
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56.)。这种操作方式与在船舱中人工驾驶的操作相同，在长时间操作中仍会枯燥疲倦，且要求现场监控无监控死角以保证推耙机不碰到船舱壁。
[0005]无人推耙机清舱所涉及的主要要求包括对物料区域清理必须具有覆盖性，即要求遍历整个物料区域，且将物料耙取到船舱开口区，并且要求无人推耙机能够像人工监管一样，保证推耙机的安全操作，另外保证工作的效率，以尽短时间完成物料清舱工作。当前对于用无人推耙机对船舱进行自动清理仍无很好的应用范例，因此，提出一种面向无人推耙机的自动清舱系统是非常有必要的。

技术实现思路

[0006]本专利技术要克服现有技术的上述缺点，提供一种无人推耙机自动清舱系统，以解决无人推耙机在清舱工作中的自主性，进一步有效的减轻人工的工作量，实现自动区域耙取物料以及实时自主检测危险行为以保障自主工作的安全性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0008]一种无人推耙机的自动清舱系统，其特征在于：模式切换模块通过实时获取无人推耙机中控系统的控制指令信息并通过有限状态机自动选择将数据指令发送至运动规划模块或是自动生成目标点模块。在区域自动模式指令下，自动生成目标点模块根据物料区信息生成无人推耙机的目标点集合，在单目标点模式指令下，将模式切换模块从中控系统获取的目标点放入目标点集合。运动规划模块获取目标点集合同时从目标点集合逐个取出目标点以生成无人推耙机到达当次目标点路径，并通过执行运动策略后将控制指令发送到
无人推耙机执行系统。安全保障模块通过实时获取感知定位系统的船舱距离和IMU信息，同时监测运动模块的运动状态保证无人推耙机的安全，且在危险情况下执行脱险策略后生成安全控制指令或危险反馈发送至运动规划模块或中控系统以让无人推耙机回到安全状态，各模块的具体构成是：
[0009]模式切换模块，模式切换模块由有限状态机(FSM)构成,通过通信获取到所述无人推耙机的控制模式作为状态，将控制模式转换作为所述有限状态机的状态转移条件来完成模式间的切换，并将切换到的模式信息发送至自动生成生成目标点模块或运动规划模块。其中有限状态机中设置两个状态，分别为，单目标点耙取模式和区域自动耙取物料模式，所述单目标点耙取模式指通过通信接收到无人推耙机中控系统指定的目标位置和目标角度后，自动前往指定目标位置并调整到目标角度耙取物料；所述区域自动耙取物料模式指在接收到中控系统下达的区域自动模式后，无人推耙机自主生成耙取物料的目标点并自动规划路径前往自主生成的目标点。同时，有限状态机也要设置两个状态转移条件，分别为，非单目标点耙取模式和非区域自动耙取模式，正常自动清舱工作时，无人推耙机处于所述两模式中的某一模式，当模式变化时，有限状态机通过状态转移条件在两个状态间进行模式切换。并且，有限状态机有利于模式的拓展的同时可以将上次状态的数据传递给下一个状态，这样无人推耙机在状态切换后仍可以知道上个状态无人推耙机的运行情况，而且采用有限状态机的方式降低了代码的耦合度。
[0010]自动生成目标点模块，指在模式切换为区域自动模式下时，自动清舱系统根据物料区轮廓信息自动生成耙取物料的目标点集合，并发送给运动规划模块。
[0011]运动规划模块，指通过获取自动清舱系统中的目标点集合并同时从目标点集合逐个取出目标点以生成所述无人推耙机到达当次目标点的路径，并通过执行运动策略将控制指令发送到执行系统，以对区域中的物料进行覆盖式清理。
[0012]安全保障模块，指通过实时获取所述无人推耙机感知定位系统的船舱距离和IMU信息，同时监测运动模块的运动状态保证无人推耙机的安全，且在危险情况下执行脱险策略生成安全控制指令或危险反馈发送至运动规划模块或中控系统以让无人推耙机回到安全状态，安全程序是无人推耙机工作时必要的程序，以防止无人推耙机发生安全事故。
[0013]进一步，自动生成目标点模块具体包括：
[0014]步骤S1、通过通信获取当前封闭舱体的长宽和要耙取的物料区的轮廓信息，所述轮廓信息的轮廓点集合已被映射到相对封闭舱体的坐标系下；坐标系是由所述无人推耙机的感知定位系统得到的，无人推耙机感知定位系统对整个船舱进行了建图，并得到了每个坐标点在船舱中的相对位置，自动清舱系统只需获取感知定位系统计算好的信息即可；其中要耙取的物料区由所述无人推耙机中控系统指定，物料区轮廓信息是无人推耙机感知定位系统确定的物料区域边界位置；自动清舱系统获取到这些信息后就可以进行下一步工作；
[0015]步骤S2、推耙机在清舱作业中有对物料区域清理完备性的要求，即推耙机不是对某个点进行清理，而是对一个物料区域覆盖式的遍历，且无人推耙机由于自身结构设计限制，必须在区域中按照特定的耙取方式将物料耙出，这里的特定性比如是耙铲在车前，且耙铲只能上下浮动，如果要耙取物料就必须采取向后退的动作；故对无人推耙机的自动清舱系统作业必须施加一些作业中的约束；同时为了覆盖式遍历整个区域，且每次尽量将该次
耙取路径上的物料清理干净，且非重复式按此路径清理，将从靠近舱体一侧位置的轮廓点坐标开始按照所述无人推耙机耙铲横向长度的规定比例，以该比例长度等分间隔的取出轮廓上对应的轮廓点作为目标点；从而由将要耙取的物料区信息产生出一组要耙取的目标点集合；
[0016]步骤S3、判断轮廓点集合中是否已存在到达封闭舱壁指定距离的点，即无效点，并将无效点从目标点集合中删除；因为要求清理物料靠近船舱壁即可，又因为产生的目标点是无人推耙机一定要到达的目标点，所以靠近舱壁的目标点可以舍弃，表示以该目标点为中心的区域物料已经很少，无需再耙；
[0017]以上三个步骤在每次耙取物料区的初始时刻和将每次自动生成的目标点集合为空时开始，在耙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无人推耙机的自动清舱系统，其特征在于：模式切换模块通过实时获取无人推耙机中控系统的控制指令信息并通过有限状态机自动选择将数据指令发送至运动规划模块或是自动生成目标点模块；在区域自动模式指令下，自动生成目标点模块根据物料区信息生成无人推耙机的目标点集合，在单目标点模式指令下，将模式切换模块从中控系统获取的目标点放入目标点集合；运动规划模块获取目标点集合同时从目标点集合逐个取出目标点以生成无人推耙机到达当次目标点路径，并通过执行运动策略后将控制指令发送到无人推耙机执行系统；安全保障模块通过实时获取感知定位系统的船舱距离和IMU信息，同时监测运动模块的运动状态保证无人推耙机的安全，且在危险情况下执行脱险策略后生成安全控制指令或危险反馈发送至运动规划模块或中控系统以让无人推耙机回到安全状态，各模块的具体构成是：模式切换模块，模式切换模块由有限状态机(FSM)构成,通过通信获取到所述无人推耙机的控制模式作为状态，将控制模式转换作为所述有限状态机的状态转移条件来完成模式间的切换，并将切换到的模式信息发送至自动生成生成目标点模块或运动规划模块；其中有限状态机中设置两个状态，分别为，单目标点耙取模式和区域自动耙取物料模式，所述单目标点耙取模式指通过通信接收到无人推耙机中控系统指定的目标位置和目标角度后，自动前往指定目标位置并调整到目标角度耙取物料；所述区域自动耙取物料模式指在接收到中控系统下达的区域自动模式后，无人推耙机自主生成耙取物料的目标点并自动规划路径前往自主生成的目标点；同时，有限状态机也要设置两个状态转移条件，分别为，非单目标点耙取模式和非区域自动耙取模式，正常自动清舱工作时，无人推耙机处于所述两模式中的某一模式，当模式变化时，有限状态机通过状态转移条件在两个状态间进行模式切换；并且，有限状态机有利于模式的拓展的同时可以将上次状态的数据传递给下一个状态，这样无人推耙机在状态切换后仍可以知道上个状态无人推耙机的运行情况，而且采用有限状态机的方式降低了代码的耦合度；自动生成目标点模块，在模式切换为区域自动模式下时，自动清舱系统根据物料区轮廓信息自动生成耙取物料的目标点集合，并发送给运动规划模块；具体如下：运动规划模块，通过获取自动清舱系统中的目标点集合并同时从目标点集合逐个取出目标点以生成所述无人推耙机到达当次目标点的路径，并通过执行运动策略将控制指令发送到执行系统，以对区域中的物料进行覆盖式清理；安全保障模块，通过实时获取所述无人推耙机感知定位系统的船舱距离和IMU信息，同时监测运动模块的运动状态保证无人推耙机的安全，且在危险情况下执行脱险策略生成安全控制指令或危险反馈发送至运动规划模块或中控系统以让无人推耙机回到安全状态，安全程序是无人推耙机工作时必要的程序，以防止无人推耙机发生安全事故。2.根据权利要求1所述的无人推耙机的自动清舱系统，其特征在于：所述的自动生成目标点模块通过无人推耙机系统本身得到的物料区轮廓信息自动生成需要耙取物料的目标点集合，具体包括：步骤S1、通过通信获取当前封闭舱体的长宽和要耙取的物料区的轮廓信息，所述轮廓信息的轮廓点集合已被映射到相对封闭舱体的坐标系下；坐标系是由所述无人推耙机的感知定位系统得到的，无人推耙机感知定位系统对整个船舱进行了建图，并得到了每个坐标点在船舱中的相对位置，自动清舱系统只需获取感知定位系统计算好的信息即可；其中要
耙取的物料区由所述无人推耙机中控系统指定，物料区轮廓信息是无人推耙机感知定位系统确定的物料区域边界位置；自动清舱系统获取到这些信息后就可以进行下一步工作；步骤S2、推耙机在清舱作业中有对物料区域清理完备性的要求，即推耙机不是对某个点进行清理，而是对一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹鑫燚，张彪，柯鸥洋，冯远静，欧林林，沈炳华，冯宇，周利波，周琦，
申请(专利权)人：杭州登元科技有限公司，
类型：发明
国别省市：