一种基于分离框的异轨堆、取料机防碰撞运动规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分离框的异轨堆、取料机防碰撞运动规划方法，通过防撞框确定、碰撞检测，最后基于分离框的大机运动策略规划，通过GJK算法检测到两个大机的矩形虚拟框发生碰撞预警时，自动判断大机防碰撞运动策略，本发明专利技术的方法当检测到两个大机的矩形虚拟框发生碰撞预警时，能够自动规划大机的防碰撞运动策略，大大提高了堆场作业效率。大大提高了堆场作业效率。大大提高了堆场作业效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分离框的异轨堆、取料机防碰撞运动规划方法


[0001]本专利技术涉及港口堆场作业
，尤其涉及的是一种基于分离框的异轨堆料机、取料机防碰撞运动规划方法。

技术介绍

[0002]现有的大机间防碰撞方法多基于大机的行走、俯仰以及回转数据，这些数据一般通过安装在大机上的编码器获得，然而一旦出现行走轮打滑、刹车制动偏移等情况，会直接影响数据的准确性，进而导致初始的防碰撞方法失效。另外一种方法是通过在大机悬臂上安装激光、雷达设备，利用目标的反射波来检测周围的障碍物以避免大臂和障碍物发生碰撞，然而散料堆场中往往粉尘较大、气候恶劣，这些因素都会在一定程度上对激光雷达信号产生干扰。
[0003]在一些文献中，还有一类堆、取料机防碰撞方法是基于北斗或者GPS数据。GPS的定位精度可达到10mm级，且不易受外界环境气候的影响[艾立军.基于GPS开发的堆取料机定位系统[J].冶金设备管理与维修,2018,36(2):3.]。尹艳艳等[尹艳艳,吕崇晓.一种基于OBB矩形碰撞检测算法的堆取料机防碰撞方法[J].水运工程,2017(12):4.]采用GPS定位模块对大机进行定位，基于定位数据采用2D的OBB(orient bounding box)碰撞检测算法对大机悬臂进行空间建模与碰撞检测，实现机器臂碰撞预警与安全停机的目的。李长安[李长安.堆取料机空间防碰撞系统设计与实现[J].硅谷,2012(21):3.]通过GPS数据计算出两个大机之间的最小距离，从而判断出堆取料机发生碰撞的可能性大小，然后需要工作人员进行相应处理。
[0004]这些方法的结论一般都是当出现碰撞预警的时候进行停机操作，在进行停机操作后往往都需要人工判断确定大机的进退、旋转等后续动作，没有自动给出后续大机防碰撞作业的运动策略，大大降低了堆场作业效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于分离框的异轨堆、取料机防碰撞运动规划方法。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于分离框的异轨堆料机、取料机防碰撞运动规划方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一：防撞框确定
[0009]首先根据堆料机、取料机上GPS的空间数据确定大机的虚拟防撞框；虚拟防撞框预留了足够的空间来保证虚拟防撞框发生碰撞时大机不会发生碰撞，而且又能保证最大限度保留大机的作业空间；虚拟防撞框的位置和姿态随着大机的位置和姿态的变化而变化，通过自适应算法动态确定虚拟防撞框的位置和姿态；
[0010]步骤二：碰撞检测
[0011]基于虚拟防撞框来进行碰撞检测；采用Gilbert
‑
Johnson
‑
Keerthi(GJK)算法来对
堆、取料机的虚拟防撞框进行碰撞检测；
[0012]步骤三：基于分离框的大机运动策略规划
[0013]当通过GJK算法检测到两个大机的矩形虚拟框发生碰撞预警时，自动判断大机防碰撞运动策略；
[0014]在大机坐标系xoy中，堆、取料机的位姿根据大机头部在第一、二、三、四象限的情况分为四类；从俯视堆场的角度看，大机的运动有四种：前进、后退、悬臂左转、悬臂右转；定义X轴正方向为大机前进方向，Y轴负方向为大机后退方向，逆时针为悬臂左转，顺时针为悬臂右转；当检测发生碰撞时，那么至少有一台大机的虚拟框一条边和另一台大机的虚拟框一条边相交，通过两线段直线方程求交点很容易确定两个虚拟框的碰撞位置；运动策略从大机前进、后退运动以及大机悬臂左转、右转运动两个方面来进行设计；假设堆料机为B2D，取料机为B3Q；
[0015]31)、判断大机的前进、后退动作，此时不需要考虑两台大机虚拟碰撞框的焦点位置，具体运动策略如下：
[0016]311)堆、取料机一台头部在一、二象限，一台头部在三、四象限，则只可能是堆料机虚拟框头部与取料机虚拟框头部发生碰撞，那么，
[0017]a、当X
5_B2D
≤X
5_B3Q
，B2D禁止前进，B3Q禁止后退；
[0018]b、当X
5_B2D
＞X
5_B3Q
，B2D禁止后退，B3Q禁止前进；
[0019]其中，X
5_B2D
、X
5_B3Q
分别为B2D和B3Q虚拟防撞框的点a5的横坐标；
[0020]312)堆料机或取料机头部都在一、二象限，或都在三、四象限，则只可能是堆料机B2D虚拟框头部与取料机B3Q虚拟框配重发生碰撞，那么：
[0021]a、当X
5_B2D
≤X
6_B3Q
，B2D禁止前进，B3Q禁止后退；
[0022]b、当X
5_B2D
＞X
6_B3Q
，B2D禁止后退，B3Q禁止前进；
[0023]其中，X
6_B3Q
为B3Q虚拟防撞框的点a6的横坐标；
[0024]32)、判断大机的左转右转动作，此时，将虚拟碰撞框分离为左右两个半区进行考虑，一个半区为左半区a1a4a6a5，一个半区为右半区a2a3a6a5；
[0025]321)堆、取料机一台在一、二象限，一台在三、四象限，则只可能是堆料机B2D虚拟框头部与取料机B3Q虚拟框头部发生碰撞，此时堆、取料机碰撞位置左半区只考虑线段a1a4和a1a5，右半区只考虑线段a2a3和a2a5：
[0026]a、当B2D左半区与B3Q右半区碰撞，此时，B2D禁止左转，B3Q禁止右转；
[0027]b、B2D右半区与B3Q右半区碰撞，B2D禁止右转，B3Q禁止右转；
[0028]c、B2D左半区与B3Q左半区碰撞，B2D禁止左转，B3Q禁止左转；
[0029]d、B2D右半区与B3Q左半区碰撞，B2D禁止右转，B3Q禁止左转；
[0030]e、B2D右半区与B3Q左半区和右半区都碰撞，即同时出现情况b和d时，B2D禁止右转，B3Q禁止左转和右转；
[0031]以下f、g、h与此情况类似，将对应的碰撞线段替换即可；
[0032]f、B2D左半区与B3Q左半区和右半区都碰撞，即同时出现情况a和c时，B2D禁止左转，B3Q禁止左转和右转；
[0033]g、B2D左半区和右半区与B3Q左半区碰撞，即同时出现情况c和d时，B2D禁止左转和右转，B3Q禁止左转；
[0034]h、B2D左半区和右半区与B3Q右半区碰撞，即同时出现情况a和b时，B2D禁止左转和右转，B3Q禁止右转；
[0035]i、B2D左半区和右半区与B3Q左半区和右半区都碰撞，即同时出现情况a、b、c或a、b、d或a、c、d或b、c、d或a、b、c、d时，B2D禁止左转和右转，B3Q禁止左转和右转；
[0036]322)堆、取料机都在一、二象限，或都在三、四象限，则只可能是堆料机B2D虚拟框头部与取料机B3Q虚拟框配重发生碰撞，此时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分离框的异轨堆、取料机防碰撞运动规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：防撞框确定首先根据堆料机、取料机上GPS的空间数据确定大机的虚拟防撞框；虚拟防撞框预留了足够的空间来保证虚拟防撞框发生碰撞时大机不会发生碰撞，而且又能保证最大限度保留大机的作业空间；虚拟防撞框的位置和姿态随着大机的位置和姿态的变化而变化，通过自适应算法动态确定虚拟防撞框的位置和姿态；步骤二：碰撞检测基于虚拟防撞框来进行碰撞检测；采用Gilbert
‑
Johnson
‑
Keerthi(GJK)算法来对堆、取料机的虚拟防撞框进行碰撞检测；步骤三：基于分离框的大机运动策略规划当通过GJK算法检测到两个大机的矩形虚拟框发生碰撞预警时，自动判断大机防碰撞运动策略；在大机坐标系xoy中，堆、取料机的位姿根据大机头部在第一、二、三、四象限的情况分为四类；从俯视堆场的角度看，大机的运动有四种：前进、后退、悬臂左转、悬臂右转；定义X轴正方向为大机前进方向，Y轴负方向为大机后退方向，逆时针为悬臂左转，顺时针为悬臂右转；当检测发生碰撞时，那么至少有一台大机的虚拟框一条边和另一台大机的虚拟框一条边相交，通过两线段直线方程求交点很容易确定两个虚拟框的碰撞位置；运动策略从大机前进、后退运动以及大机悬臂左转、右转运动两个方面来进行设计；假设堆料机为B2D，取料机为B3Q；31)、判断大机的前进、后退动作，此时不需要考虑两台大机虚拟碰撞框的焦点位置，具体运动策略如下：311)堆、取料机一台头部在一、二象限，一台头部在三、四象限，则只可能是堆料机虚拟框头部与取料机虚拟框头部发生碰撞，那么，a、当X
5_B2D
≤X
5_B3Q
，B2D禁止前进，B3Q禁止后退；b、当X
5_B2D
＞X
5_B3Q
，B2D禁止后退，B3Q禁止前进；其中，X
5_B2D
、X
5_B3Q
分别为B2D和B3Q虚拟防撞框的点a5的横坐标；312)堆料机或取料机头部都在一、二象限，或都在三、四象限，则只可能是堆料机B2D虚拟框头部与取料机B3Q虚拟框配重发生碰撞，那么：a、当X
5_B2D
≤X
6_B3Q
，B2D禁止前进，B3Q禁止后退；b、当X
5_B2D
＞X
6_B3Q
，B2D禁止后退，B3Q禁止前进；其中，X
6_B3Q
为B3Q虚拟防撞框的点a6的横坐标；32)、判断大机的左转右转动作，此时，将虚拟碰撞框分离为左右两个半区进行考虑，一个半区为左半区a1a4a6a5，一个半区为右半区a2a3a6a5；321)堆、取料机一台在一、二象限，一台在三、四象限，则只可能是堆料机B2D虚拟框头部与取料机B3Q虚拟框头部发生碰撞，此时堆、取料机碰撞位置左半区只考虑线段a1a4和a1a5，右半区只考虑线段a2a3和a2a5：a、当B2D左半区与B3Q右半区碰撞，此时，B2D禁止左转，B3Q禁止右转；b、B2D右半区与B3Q右半区碰撞，B2D禁止右转，B3Q禁止右转；
c、B2D左半区与B3Q左半区碰撞，B2D禁止左转，B3Q禁止左转；d、B2D右半区与B3Q左半区碰撞，B2D禁止右转，B3Q禁止左转；e、B2D右半区与B3Q左半区和右半区都碰撞，即同时出现情况b和d时，B2D禁止右转，B3Q禁止左转和右转；以下f、g、h与此情况类似，将对应的碰撞线段替换即可；f、B2D左半区与B3Q左半区和右半区都碰撞，即同时出现情况a和c时，B2D禁止左转，B3Q禁止左转和右转；g、B2D左半区和右半区与B3Q左半区碰撞，即同时出现情况c和d时，B2D禁止左转和右转，B3Q禁止左转；h、B2D左半区和右半区与B3Q右半区碰撞，即同时出现情况a和b时，B2D禁止左转和右转，B3Q禁止右转；i、B2D左半区和右半区与B3Q左半区和右半区都碰撞，即同时出现情况a、b、c或a、b、d或a、c、d或b、c、d或a、b、c、d时，B2D禁止左转和右转，B3Q禁止左转和右转；322)堆、取料机都在一、二象限，或都在三、四象限，则只可能是堆料机B2D虚拟框头部与取料机B3Q虚拟框配重发生碰撞，此时堆料机碰撞位置左半区只考虑线段a1a4和a1a5，右半区只考虑线段a2a3和a2a5，取料机左半区只考虑线段a1a4和a4a6，右半区只考虑线段a2a3和a3a6：a、B2D左半区与B3Q右半区碰撞，此时，B2D禁止左转，B3Q禁止左转；b、B2D右半区与B3Q右半区碰撞，B2D禁止右转，B3Q禁止左转；c、B2D左半区与B3Q左半区碰撞，B2D禁止左转，B3Q禁止右转；d、B2D右半区与B3Q左半区碰撞，B2D禁止右转，B3Q禁止右转；e、堆料机B2D右半区与取料机B3Q左半区和右半区都碰撞，即同时出现情况b和d时，B2D禁止右转，B3Q禁止左转和右转；f、B2D左半区与B3Q左半区和右半区都碰撞，即同时出现情况a和c时，B2D禁止左转，B3Q禁止左转和右转；g、B2D...

【专利技术属性】
技术研发人员：董建伟，张岩松，张亚坤，贾璐，杜雨杭，李世龙，孟祥峰，刘志明，李梦尧，李文杰，苏青，李海滨，
申请(专利权)人：秦皇岛燕大滨沅科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：