CN103738739A - 用于防止堆/取料机彼此碰撞的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用防止堆/取料机彼此碰撞的方法和系统，该方法包括：建立堆/取料机所在的堆场的平面坐标系；在每个堆/取料机的悬臂的长度方向上设置多个取样点；在每个堆/取料机的机身上设置机身跟踪点；获取每个堆/取料机的机身跟踪点在平面坐标系的坐标；计算任意两个堆/取料机的机身跟踪点之间的坐标距离；计算每个堆/取料机的多个取样点中的每一个的地面投影坐标；当两个堆/取料机的机身跟踪点之间的坐标距离小于安全距离时，计算其中一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标与另外一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标之间的距离；以及当有两个取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离时输出报警。

Description

用于防止堆/取料机彼此碰撞的方法及系统

技术领域

本发明涉及监控领域，具体地，涉及一种用于防止堆/取料机彼此碰撞的方法及系统。

背景技术

由于堆料机和取料机都是可回转和行走的大型设备，在同一堆场内堆料机悬臂与取料机悬臂有很长一段可能发生碰撞的长度区域，如果堆、取料机在回转和行走的过程中，没有注意到相互之间的距离，特别是在晚上以及能见度比较低的天气情况下，很可能发生相互碰撞，造成的经济财产损失将是十分巨大的，所以设计一套合理有效的防碰撞系统是相当重要的。

堆料机与取料机本身就是一个三维的空间立体结构，它们之间的碰撞也是发生在三维空间，然而从悬臂结构的不规则性、PLC计算处理能力以及程序编制难度等各方面考虑，控制系统是无法准确地计算出堆、取料机的空间最小距离的，因此，必须对堆、取料机的模型加以简化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于防止堆/取料机彼此碰撞的方法及系统，可以通过将堆/取料机的采样点投影到地面来计算堆/取料机之间的最小距离并报警。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于防止堆/取料机彼此碰撞的方法，该方法包括以下步骤：步骤1，建立堆/取料机所在的堆场的平面坐标系；步骤2，在每个所述堆/取料机的悬臂的长度方向上设置多个取样点；步骤3，在每个所述堆/取料机的机身上设置机身跟踪点；步骤4，获取每个所述堆/取料机的所述机身跟踪点在所述平面坐标系的坐标；步骤5，计算任意两个所述堆/取料机的所述机身跟踪点之间的坐标距离；步骤6，根据所述每个堆/取料机的各自悬臂的俯仰角度、回转角度以及所述机身跟踪点的坐标，计算每个所述堆/取料机的所述多个取样点中的每一个的地面投影坐标；步骤7，当两个堆/取料机的所述机身跟踪点之间的坐标距离小于安全距离时，计算其中一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标与另外一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标之间的距离；以及步骤8，当有两个所述取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离时输出报警。

根据本发明的优选实施方式，当所述堆/取料机中具有最长悬臂的堆/取料机的悬臂长度为L时，所述安全距离为2L。

根据本发明的优选实施方式，每个所述采样点被等距离地设置在所述堆/取料机的悬臂的长度方向的中轴线上。

根据本发明的优选实施方式，当所述机身跟踪点之间的坐标距离小于安全距离的两个堆/取料机的悬臂的宽度分别为W₁和W₂、同一悬臂上相邻的所述采样点之间的距离为R以及工艺要求报警距离为D₁时，实际报警距离D₂符合公式：

$D_2=\sqrt{R^2/4+D_1^2}+(W_1+W_2)/2.$

根据本发明的优选实施方式，步骤4至步骤8的执行周期为0.5-1秒。

根据本发明的优选实施方式，用于防止堆/取料机彼此碰撞的方法还包括当有两个所述取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离时停止这两个取样点所在的堆/取料机的运行。

根据本发明的又一个方面，提供了一种用于防止堆/取料机彼此碰撞的系统，该系统包括：定位装置，用于获取每个堆/取料机的机身跟踪点在地面的坐标以及根据所述每个堆/取料机的各自悬臂的俯仰角度、回转角度以及所述机身跟踪点的坐标，计算每个所述堆/取料机的所述多个取样点中的每一个的地面投影坐标；计算装置，用于计算任意两个堆/取料机的所述机身跟踪点之间的距离，并且在两个堆/取料机的所述机身跟踪点之间的距离小于安全距离时，计算其中一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标与另外一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标之间的距离；以及报警装置，用于当有两个所述取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离时输出报警。

根据本发明的优选实施方式，当所述堆/取料机中具有最长悬臂的堆/取料机的悬臂长度为L时，所述安全距离为2L。

根据本发明的优选实施方式，当所述机身跟踪点之间的坐标距离小于安全距离的两个堆/取料机的悬臂的宽度分别为W₁和W₂、同一悬臂上相邻的所述采样点之间的距离为R以及工艺要求报警距离为D₁时，实际报警距离为D₂符合公式：

$D_2=\sqrt{R^2/4+D_1^2}+(W_1+W_2)/2.$

根据本发明的优选实施方式，用于防止堆/取料机彼此碰撞的系统还包括执行装置，用于当有两个所述取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离时停止这两个取样点所在的堆/取料机的运行。

本发明提供的用于防止堆/取料机彼此碰撞的方法及系统采用了将堆/取料机悬臂投影到堆场平面坐标系，再对采样点在平面坐标系内的投影点进行计算并取最小距离值的防碰撞方案，只要保证堆/取料机在平面内保持一定距离，就能避免发生空间碰撞，从而可以提供安全稳定的运行环境。

附图说明

图1是根据本发明提供的用于防止堆/取料机彼此碰撞的方法的逻辑框图；

图2是根据本发明优选实施方式的堆场平面坐标系示意图；

图3是根据本发明提供的用于防止堆/取料机彼此碰撞的系统的结构框图；以及

图4是根据本发明的优选实施方式的用于防止堆/取料机彼此碰撞的系统的结构框图。

附图标记说明

10  定位装置     20  计算装置

30  报警装置     40  执行装置

具体实施方式

下面参考附图详细描述本发明。

如图1所示，本发明提供了一种用于的方法，该方法包括以下步骤：S1，建立堆/取料机所在的堆场的平面坐标系；S2，在每个堆/取料机的悬臂的长度方向上设置多个取样点；S3，在每个所述堆/取料机的机身上设置机身跟踪点；S4，获取每个所述堆/取料机的所述机身跟踪点在所述平面坐标系的坐标；S5，计算任意两个所述堆/取料机的所述机身跟踪点之间的坐标距离；S6，根据所述每个堆/取料机的各自悬臂的俯仰角度、回转角度以及所述机身跟踪点的坐标，计算每个所述堆/取料机的所述多个取样点中的每一个的地面投影坐标；S7，判断两个堆/取料机的所述机身跟踪点之间的坐标距离是否小于安全距离；S8，当判断结果为是时，计算其中一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标与另外一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标之间的距离；S9，判断是否有两个所述取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离；以及S10，当判断结果为是时输出报警信号。

其中，为了在计算过程中不出现负坐标，可以将原点设置在如图2所示的堆场的西北角。优选地，为了计算方便，每个所述采样点被等距离地设置在所述堆/取料机的悬臂的长度方向的中轴线上。每个所述采样点设置位置是已知并固定的，因此在每个堆/取料机中，其悬臂上的每个所述采样点与其机身跟踪点的直线距离是已知的。因此可以根据投影原理计算出每个采样点在平面坐标系上的坐标。

例如，在图2所示的实施方式中，堆/取料机的机身跟踪点被设置在其悬臂的长度方向的中轴线对于机身底座的垂面上。某堆料机的悬臂上的一个采样点A与其机身跟踪点的直线距离为8m，当4#堆料机的机身跟踪点在平面坐标系的坐标为（0，24）、堆/取料机的悬臂上仰30°并且回转方向为南偏西45°时，采样点A在平面坐标系上的投影点A1距离坐标点（0，24）的距离是大约6.9m，因此采样点A的坐标是

即（4.9，7.1）。

根据本发明的优选实施方式，当所述堆/取料机中具有最长悬臂的堆/取料机的悬臂长度为L时，所述安全距离为2L。例如，某煤炭码头有大取料机、小取料机和堆料机，其中大取料机的悬臂长度是60m，则安全距离是120m。也就是说，当两个堆/取料机的所述机身跟踪点之间的坐标距离不小于120m时，不必计算二者的取样点之间的距离，从而减少了计算量。

可以理解的是，同一悬臂中轴线上的取样点之间距离越小，越精准，但相应的计算量越大。因此，可以根据误差允许范围适当地选择取样点之间的距离。

根据本发明的优选实施方式，当所述机身跟踪点之间的坐标距离小于安全距离的两个堆/取料机的悬臂的宽度分别为W₁和W₂、同一悬臂上相邻的所述采样点之间的距离为R以及工艺要求报警距离为D₁时，实际报警距离D₂符合公式：

$D_2=\sqrt{R^2/4+D_1^2}+(W_1+W_2)/2.$

其中，工艺要求报警距离可以堆场的安全管理规则来确定，也可以由行业标准来确定。例如，在一种实施方式中，工艺要求报警距离为8米，每个堆/取料机的取样点之间的距离被设置为15m。其中，P1和P2是取料机P的悬臂中轴线上的相邻的两个取样点，取料机P的悬臂宽度是9m；Q1是堆料机Q的悬臂中轴线上的一个取样点，堆料机Q的悬臂宽度是6m。随着取料机P和堆料机Q的移动，当Q1距离P1和P2的距离相等时会出现最大误差。考虑到采样点到悬臂边缘的距离，也就是取料机P和堆料机Q各自的悬臂宽度的二分之一，实际报警距离应该为：

$\sqrt{{15m}^2/4m+{8m}^2}+(9m+6m)/2\≈18.46m.$

可以理解的是，步骤S4至步骤S8的执行周期越短，越精准，但相应的计算量越大。根据本发明的优选实施方式，步骤S4至步骤S8的执行周期为0.5-1秒。

优选地，根据本发明的用于防止堆/取料机彼此碰撞的方法还包括当有两个所述取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离时停止这两个取样点所在的堆/取料机的运行。

如图3所示，根据本发明的又一个方面，提供了一种用于防止堆/取料机彼此碰撞的系统，该系统包括：定位装置10，用于获取所述每个堆/取料机的所述机身跟踪点在地面的坐标以及根据所述每个堆/取料机的各自悬臂的俯仰角度、回转角度以及所述机身跟踪点的坐标，计算每个所述堆/取料机的所述多个取样点中的每一个的地面投影坐标；计算装置20，与所述定位装置10连接，用于计算任意两个堆/取料机的所述机身跟踪点之间的距离，并且在两个堆/取料机的所述机身跟踪点之间的距离小于安全距离时，计算其中一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标与另外一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标之间的距离；以及报警装置30，与所述计算装置20连接，用于当有两个所述取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离时输出报警。

例如，计算装置20可以是位于中控室的处理器，堆场中每个堆/取料机被编号，并且每个堆/取料机悬臂上设置的采样点的位置被存储在该处理器中。处理器通过现场总线或无线网络接收堆场上每个堆/取料机的机身跟踪点的坐标位置以及悬臂的俯仰角度和回转角度，从而计算任意两个堆/取料机的机身跟踪点之间的距离，并且在两个堆/取料机的机身跟踪点之间的距离小于安全距离时，计算其中一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标与另外一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标之间的距离。

在另一种实施方式中，可以在中控室设置总处理器的同时在每个堆/取料机中设置分处理器。其中每个分处理器根据自身所在的堆/取料机的机身跟踪点的坐标以及其悬臂的俯仰角度和回转角度计算其悬臂上的每个采样点的平面坐标，并将其机身跟踪点的坐标和每个采样点的坐标发送给总处理器以用于接下来的计算。

优选地，所述报警装置30可以是与计算装置20相连接的报警器，通过语音的形式提示操作人员；或者是与计算装置20连接的显示器，用于显示报警信息。

根据本发明的优选实施方式，当所述堆/取料机中具有最长悬臂的堆/取料机的悬臂长度为L时，所述安全距离为2L。

根据本发明的优选实施方式，当所述机身跟踪点之间的坐标距离小于安全距离的两个堆/取料机的悬臂的宽度分别为W₁和W₂、同一悬臂上相邻的所述采样点之间的距离为R以及工艺要求报警距离为D₁时，实际报警距离为D₂符合公式：

$D_2=\sqrt{R^2/4+D_1^2}+(W_1+W_2)/2.$

优选地，如图4所示，根据本发明的用于防止堆/取料机彼此碰撞的系统还包括与所述计算装置20连接的执行装置40，用于当有两个所述取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离时停止这两个取样点所在的堆/取料机的运行。

本发明提供的用于防止堆/取料机彼此碰撞的方法及系统通过建立堆场的平面坐标系，堆/取料机的机身跟踪点和采样点在该平面坐标系上的投影坐标，从而将对立体空间的简化为对平面上的若干点的，在提供安全稳定的运行环境的同时大大简化了计算，节省了处理时间和成本。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的全部内容。

Claims (10)

1.一种用于防止堆/取料机彼此碰撞的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，建立堆/取料机所在的堆场的平面坐标系；

步骤2，在每个所述堆/取料机的悬臂的长度方向上设置多个取样点；

步骤3，在每个所述堆/取料机的机身上设置机身跟踪点；

步骤4，获取每个所述堆/取料机的所述机身跟踪点在所述平面坐标系的坐标；

步骤5，计算任意两个所述堆/取料机的所述机身跟踪点之间的坐标距离；

步骤6，根据所述每个堆/取料机的各自悬臂的俯仰角度、回转角度以及所述机身跟踪点的坐标，计算每个所述堆/取料机的所述多个取样点中的每一个的地面投影坐标；

步骤7，当两个堆/取料机的所述机身跟踪点之间的坐标距离小于安全距离时，计算其中一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标与另外一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标之间的距离；以及

步骤8，当有两个所述取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离时输出报警。

2.根据权利要求1所述的方法，其中当所述堆/取料机中具有最长悬臂的堆/取料机的悬臂长度为L时，所述安全距离为2L。

3.根据权利要求1所述的方法，其中每个所述采样点被等距离地设置在所述堆/取料机的悬臂的长度方向的中轴线上。

4.根据权利要求3所述的方法，其中当所述机身跟踪点之间的坐标距离小于安全距离的两个堆/取料机的悬臂的宽度分别为W₁和W₂、同一悬臂上相邻的所述采样点之间的距离为R以及工艺要求报警距离为D₁时，实际报警距离D₂符合公式：

$D_2=\sqrt{R^2/4+D_1^2}+(W_1+W_2)/2.$

5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤4至步骤8的执行周期为0.5-1秒。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括当有两个所述取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离时停止这两个取样点所在的堆/取料机的运行。

7.一种用于防止堆/取料机彼此碰撞的系统，该系统包括：

定位装置，用于获取每个堆/取料机的机身跟踪点在地面的坐标以及根据所述每个堆/取料机的各自悬臂的俯仰角度、回转角度以及所述机身跟踪点的坐标，计算每个所述堆/取料机的所述多个取样点中的每一个的地面投影坐标；

计算装置，用于计算任意两个堆/取料机的所述机身跟踪点之间的距离，并且在两个堆/取料机的所述机身跟踪点之间的距离小于安全距离时，计算其中一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标与另外一个堆/取料机上的任意一个取样点的地面投影坐标之间的距离；以及

报警装置，用于当有两个所述取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离时输出报警。

8.根据权利要求7所述的系统，其中当所述堆/取料机中具有最长悬臂的堆/取料机的悬臂长度为L时，所述安全距离为2L。

9.根据权利要求8所述的系统，其中当所述机身跟踪点之间的坐标距离小于安全距离的两个堆/取料机的悬臂的宽度分别为W₁和W₂、同一悬臂上相邻的所述采样点之间的距离为R以及工艺要求报警距离为D₁时，实际报警距离为D₂符合公式：

$D_2=\sqrt{R^2/4+D_1^2}+(W_1+W_2)/2.$

10.根据权利要求7所述的系统，还包括执行装置，用于当有两个所述取样点之间的地面投影坐标之间的距离小于报警距离时停止这两个取样点所在的堆/取料机的运行。

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