CN103922150B - 一种散货港口堆场单机设备防碰撞系统及防碰撞方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散货港口堆场单机设备防碰撞系统及防碰撞方法，包括：单机设备，其包括：行走机构，所述行走机构设置在单机设备底部；悬臂支架，其设置在行走机构上；悬臂，其一端与所述悬臂支架枢接；GPS差分定位基站，其设置在地面上的两个单机设备之间；取料机；定位支座，其包括固定部和移动部，所述固定部固定设置在所述取料机枢转轴贯通孔内，所述移动部中部与所述固定部滑动连接；陀螺仪传感器，其设置在移动部另一端上；行走信息识别装置，其设置在所述行走机构上；控制终端，其设置在地面上。本发明使用寿命长，无需频繁的检修和保养，大大节省人力降低劳动作业强度，可应用于大规模推广。

Description

一种散货港口堆场单机设备防碰撞系统及防碰撞方法

技术领域

本发明涉及三维定位技术领域，主要涉及一种散货港口堆场单机设备防碰撞系统及防碰撞方法。

背景技术

目前采用的单机设备定位及防碰撞方式，大多沿用于20年前的设计思路，虽然单机上配置的是先进的设备，但其原理并没有改进，在使用中存在着诸多问题。首先，单机设备上安装的光电编码器基本都在设备的转动轴承上，由于设备安装时产生的公差和移动时产生的滑差，必定造成设备的实际运动与检测装置所采集的信号存在一定的误差，而且在长时间的使用中，该误差会越来越大，最终影响生产作业。其次，光电编码器本身属于精密检测仪器，单机现场环境大多比较恶劣，对检测设备的长期工作有一定的影响，根据经验大多数单机上的编码器平均寿命均超不过5年，而且在日常设备保养中需要由专业技术人员定期的进行精度调整。此外，目前由于检测设备产生的不规律误差，造成现有的单机防碰撞系统只能做到二维报警，其报警的预设范围也很大，大大降低了作业的效率。

鉴于上述描述，亟待有一种定位精确、使用寿命长、易于维护并实现三维定位报警的散货港口堆场单机设备防碰撞系统及防碰撞方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种定位精确、使用寿命长、易于维护并实现三维定位报警的散货港口堆场单机设备防碰撞系统及防碰撞方法。

本发明所述散货港口堆场单机设备防碰撞系统主要是采用差分GPS定位装置为单机进行精确定位，差分GPS系统目前可达到的厘米级的测量精度，误差可以控制在±2cm之间。同时利用射频扫描技术对单机的行走位置进行精确校正。此外，在地面控制系统中建立一套独立的三维空间防碰撞系统监控平台，可精确的监控和发出作业预碰撞报警信息。

为了实现上述目的和一些其他目的，本发明提供的技术方案为：

一种散货港口堆场单机设备防碰撞系统，其特征在于，包括：

单机设备，其包括：行走机构，所述行走机构设置在单机设备底部；悬臂支架，其设置在行走机构上；悬臂，其一端与所述悬臂支架枢接；取料机，其枢接在悬臂另一端，所述取料机为由多个料斗相对枢转轴旋转取料装置，沿所述枢转轴轴向方向设置有一个贯通孔；

GPS差分定位基站，其设置在地面上的两个单机设备之间；

定位支座，其包括固定部和移动部，所述固定部固定设置在所述取料机枢转轴贯通孔内，所述移动部中部与所述固定部滑动连接，所述移动部相对于固定部可左右滑动，所述移动部轴线与所述贯通孔轴线平行；

至少两个移动GPS定位站点，第一移动GPS定位站点设置在单机设备的所述悬臂与悬臂支架枢接位置上；第二移动GPS定位站点滑动设置在所述移动部上；

陀螺仪传感器，其设置在固定部上；

行走信息识别装置，其设置在所述行走机构上；

控制终端，其设置在地面上。

陀螺仪传感器在检测到悬臂旋转角度后通过驱动移动部件和第二移动GPS定位站点在贯通孔内滑动向悬臂旋转同侧，使第二移动GPS定位站点所在的三维移动坐标可以向悬臂旋转同侧移动，这样可以更精确的测定悬臂旋转同侧的位置，防止发生碰撞。

优选的是，所述行走机构还包括导轨和驱动装置，所述单机设备在所述行走机构的驱动装置带动下沿导轨在地面上做水平位移。

优选的是，所述行走信息识别器还包括：

多个信息识别器，其设置在所述导轨上，每两个信息识别器之间间隔10米；

行走数据读取器，其设置在悬臂支架底部。

优选的是，所述行走数据读取器读取所述信息识别器数据为非接触式读取。行走数据读取器可以为射频读取器，非接触的读取信息识别器上的数据对单机的水平位移进行定位，结合第一移动GPS定位站点和第二移动GPS定位站点的水平位移进行定位误差校正。

优选的是，所述移动部长度为悬臂长度的1/10-1/13。

优选的是，所述的散货港口堆场单机设备防碰撞系统还包括：

驱动机构，其设置在所述固定部上，其驱动所述移动部和所述第二移动GPS定位站点。

一种应用散货港口堆场单机设备防碰撞系统的防碰撞方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、如权利要求1所述GPS差分定位基站自动获取三维坐标作为基准坐标，并每隔3-5s将基准坐标值发送给控制终端一次；

步骤二、如权利要求1所述第一移动GPS定位站点和所述第二移动GPS定位站点对单机行走位置、悬臂回转角度和悬臂俯仰高度的移动三维坐标数据进行测量每隔2-4s将两组移动三维坐标数据发送给控制终端一次；

步骤三、在单机行走过程中，行走数据读取器通过读取信息识别器中的第一水平位移值并每隔2-4s将第一水平位移值发送给控制终端一次，控制终端通过比较第一移动GPS定位站点和所述第二移动GPS定位站点的移动三维坐标数据进行比较，当出现误差时控制终端自动进行校正；

步骤四、控制终端将基准坐标和两组移动三维坐标数据进行比较对货场中的多个单机进行定位，并对多个单机进行防碰撞监控。

优选的是，所述步骤三中行走数据读取器通过读取信息识别器在读取单机行走的第一水平位移值与所述第一移动GPS定位站点和所述第二移动GPS定位站点的水平位移值比对误差超过2cm时，控制终端自动对单机的所述第一移动GPS定位站点和所述第二移动GPS定位站点的移动三维坐标数据进行校正。

优选的是，所述步骤四中控制终端的防碰撞监控过程设置有两个监控值为：

预碰撞报警值，其为当相邻单机设备之间三维空间上距离大于40米且小于60米时控制终端发出预碰撞报警；

防碰撞停机值，其为当相邻单机设备之间三维空间上距离小于20米时对相邻单机下达停机指令，避免相邻单机之间发生碰撞。

本发明所述散货港口堆场单机设备防碰撞系统的防碰撞方法是先建立一个三维的坐标系，模拟整个港口堆场的空间，其中在坐标系中加入单机上的一个移动GPS基站坐标点，以这个点为圆心，做一个半径为5米的空间球体，这样就在散货港口堆场这个大的三维坐标系内形成了一个球体模型，以此为每个单机都建立一个空间内的球体模型，这样就有了整个港口作业区域内各个单机位置的模型。由于单机的运动方向是较固定的，只能是在水平位移或高度和角度的变化，每个球体模型在空间中是不断运动和变化的，控制终端实时监控2个空间球体的距离，当2个球体的接近距离小于安全距离后，便发出报警，提示会有碰撞的风险。

本发明的有益效果是：陀螺仪传感器在检测到悬臂旋转角度后通过驱动移动部件和第二移动GPS定位站点在贯通孔内滑动向悬臂旋转同侧，使第二移动GPS定位站点所在的三维移动坐标可以向悬臂旋转同侧移动，这样可以更精确的测定悬臂旋转同侧的位置，防止发生碰撞。行走数据读取器可以为射频读取器，非接触的读取信息识别器上的数据对单机的水平位移进行定位，结合第一移动GPS定位站点和第二移动GPS定位站点的水平位移进行定位误差校正。本发明满足了单机设备的精确定位和三维空间内的防碰撞预警要求，而且由于GPS设备自身接收卫星信号，无需和任何设备进行接触，大大减少了对设备寿命的影响，基本一台设备可达到10年的使用需求，而无需频繁的检修和保养。三维空间防碰撞预警系统可以最大程度的降低由于人为或其他因素造成的安全事故，同时还可以最大程度的提高作业效率。同时精确的定位数据，可以为单机自动行走作业提供有效的帮助，大大节省人力降低劳动作业强度，可广泛应用于港口工程项目中。

附图说明

图1为本发明所述的散货港口堆场单机设备防碰撞系统的结构示意图。

图2为本发明所述散货港口堆场单机设备防碰撞系统的取料机内设置第二移动GPS定位站点的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明所述的散货港口堆场单机设备定位及防碰撞系统的结构为：

如图1所示，一种散货港口堆场单机设备防碰撞系统，其特征在于，包括：

单机设备，其包括：行走机构12，所述行走机构12设置在单机设备底部；悬臂支架1，其设置在行走机构12上；悬臂2，其一端与所述悬臂支架1枢接；取料机3，其枢接在悬臂2另一端，所述取料机3为由多个料斗相对枢转轴旋转取料装置，沿所述枢转轴10轴向方向设置有一个贯通孔11，如图2所示；

GPS差分定位基站，其设置在地面上的两个单机设备之间；

如图2所示，定位支座，其包括固定部9和移动部8，所述固定部9固定设置在所述取料机3枢转轴10贯通孔11内，所述移动部8中部与所述固定部9滑动连接，所述移动部8相对于固定部9可左右滑动，所述移动部8轴线与所述贯通孔11轴线平行；

至少两个移动GPS定位站点，第一移动GPS定位站点4设置在单机设备的所述悬臂2与悬臂支架1枢接位置上；第二移动GPS定位站点5滑动设置在所述移动部8上；

陀螺仪传感器，其设置在固定部9上；

行走信息识别装置，其设置在所述行走机构12上；

控制终端，其设置在地面上。

所述行走机构12还包括导轨6和驱动装置，所述单机设备在所述行走机构12的驱动装置带动下沿导轨6在地面上做水平位移。

所述行走信息识别器还包括：多个信息识别器7，其设置在所述导轨6上，每两个信息识别器7之间间隔10米；

行走数据读取器11，其设置在悬臂支架1底部。

所述行走数据读取器11读取所述信息识别器7数据为非接触式读取。行走数据读取器11可以为射频读取器，非接触的读取信息识别器7上的数据对单机的水平位移进行定位，结合第一移动GPS定位站点4和第二移动GPS定位站点5的水平位移进行定位误差校正。

所述移动部8长度为悬臂2长度的1/10-1/13。

所述的散货港口堆场单机设备防碰撞系统还包括：

驱动机构，其设置在所述固定部9上，其驱动所述移动部8和所述第二移动GPS定位站点。

一种应用散货港口堆场单机设备防碰撞系统的防碰撞方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、如权利要求1所述GPS差分定位基站自动获取三维坐标作为基准坐标，并每隔3-5s将基准坐标值发送给控制终端一次；

步骤二、如权利要求1所述第一移动GPS定位站点4和所述第二移动GPS定位站点对单机行走位置、悬臂2回转角度和悬臂2俯仰高度的移动三维坐标数据进行测量每隔2-4s将两组移动三维坐标数据发送给控制终端一次；

步骤三、在单机行走过程中，行走数据读取器11通过读取信息识别器7中的第一水平位移值并每隔2-4s将第一水平位移值发送给控制终端一次，控制终端通过比较第一移动GPS定位站点4和所述第二移动GPS定位站点5的移动三维坐标数据进行比较，当出现误差时控制终端自动进行校正；

步骤四、控制终端将基准坐标和两组移动三维坐标数据进行比较对货场中的多个单机进行定位，并对多个单机进行防碰撞监控。

优选的是，所述步骤三中行走数据读取器11通过读取信息识别器7在读取单机行走的第一水平位移值与所述第一移动GPS定位站点4和所述第二移动GPS定位站点5的水平位移值比对误差超过2cm时，控制终端自动对单机的所述第一移动GPS定位站点4和所述第二移动GPS定位站点5的移动三维坐标数据进行校正。

所述步骤四中控制终端的防碰撞监控过程设置有两个监控值为：

预碰撞报警值，其为当相邻单机设备之间三维空间上距离大于40米且小于60米时控制终端发出预碰撞报警；

防碰撞停机值，其为当相邻单机设备之间三维空间上距离小于20米时对相邻单机下达停机指令，避免相邻单机之间发生碰撞。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种散货港口堆场单机设备防碰撞系统，其特征在于，包括：

单机设备，其包括：行走机构，所述行走机构设置在单机设备底部；悬臂支架，其设置在行走机构上；悬臂，其一端与所述悬臂支架枢接；取料机，其枢接在悬臂另一端，所述取料机为由多个料斗相对枢转轴旋转取料装置，沿所述枢转轴轴向方向设置有一个贯通孔；

GPS差分定位基站，其设置在地面上的两个单机设备之间；

定位支座，其包括固定部和移动部，所述固定部固定设置在所述取料机枢转轴贯通孔内，所述移动部中部与所述固定部滑动连接，所述移动部相对于固定部可左右滑动，所述移动部轴线与所述贯通孔轴线平行；

至少两个移动GPS定位站点，第一移动GPS定位站点设置在单机设备的所述悬臂与悬臂支架枢接位置上；第二移动GPS定位站点滑动设置在所述移动部上；

陀螺仪传感器，其设置在固定部上；

行走信息识别装置，其设置在所述行走机构上；

控制终端，其设置在地面上；所述行走机构还包括导轨和驱动装置，所述单机设备在所述行走机构的驱动装置带动下沿导轨在地面上做水平位移；

所述行走信息识别器还包括：

多个信息识别器，其设置在所述导轨上，每两个信息识别器之间间隔10米；

行走数据读取器，其设置在悬臂支架底部；所述行走数据读取器读取所述信息识别器数据为非接触式读取；所述移动部长度为悬臂长度的1/10-1/13。

2.如权利要求1所述的散货港口堆场单机设备防碰撞系统，其特征在于，还包括：

驱动机构，其设置在所述固定部上，其驱动所述移动部和所述第二移动GPS定位站点。

3.一种应用如权利要求1所述的散货港口堆场单机设备防碰撞系统的防碰撞方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、如权利要求1所述GPS差分定位基站自动获取三维坐标作为基准坐标，并每隔3-5s将基准坐标值发送给控制终端一次；

步骤二、如权利要求1所述第一移动GPS定位站点和所述第二移动GPS定位站点对单机行走位置、悬臂回转角度和悬臂俯仰高度的移动三维坐标数据进行测量每隔2-4s将两组移动三维坐标数据发送给控制终端一次；

步骤三、在单机行走过程中，行走数据读取器通过读取信息识别器中的第一水平位移值并每隔2-4s将第一水平位移值发送给控制终端一次，控制终端通过比较第一移动GPS定位站点和所述第二移动GPS定位站点的移动三维坐标数据进行比较，当出现误差时控制终端自动进行校正；

步骤四、控制终端将基准坐标和两组移动三维坐标数据进行比较对货场中的多个单机进行定位，并对多个单机进行防碰撞监控。

4.如权利要求3所述的散货港口堆场单机设备防碰撞系统的防碰撞方法，其特征在于，所述步骤三中行走数据读取器通过读取信息识别器在读取单机行走的第一水平位移值与所述第一移动GPS定位站点和所述第二移动GPS定位站点的水平位移值比对误差超过2cm时，控制终端自动对单机的所述第一移动GPS定位站点和所述第二移动GPS定位站点的移动三维坐标数据进行校正。

5.如权利要求4所述的散货港口堆场单机设备防碰撞系统的防碰撞方法，其特征在于，所述步骤四中控制终端的防碰撞监控过程设置有两个监控值为：

预碰撞报警值，其为当相邻单机设备之间三维空间上距离大于40米且小于60米时控制终端发出预碰撞报警；

防碰撞停机值，其为当相邻单机设备之间三维空间上距离小于20米时对相邻单机下达停机指令，避免相邻单机之间发生碰撞。