CN110221574B - 单机防碰撞的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单机防碰撞的方法和系统，属于自动控制技术领域。所述单机防碰撞的方法包括：获取堆场内全部单机的行走位置信息和回转角度信息；根据单机的行走位置信息和回转角度信息确定所述单机在堆场地面的投影图像；以及判断不同单机的投影图像之间是否有重叠点，在所述不同单机的投影图像之间有重叠点时，采取防碰撞操作。采用本发明提供的技术方案，根据单机的行走位置信息和回转角度信息确定对场内自动运行的单机之间是否可能会发生碰撞，并在单机之间发生碰撞之前采取防碰撞操作以保护单机安全，有效保护单机远程自动作业时和全天候无人值守时的单机设备安全，还具有节约成本和提高生产效率的优点。

Description

单机防碰撞的方法和系统

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体地涉及一种单机防碰撞的方法和系统。

背景技术

当前的堆场单机朝着自动化和智能化的方向飞速发展，现有的堆场单机已经基本实现全天候无人值守，操作员在集控室通过视频监控系统远程监护单机的自动作业，工作模式为一名操作员监护多台单机，这就对堆场单机防碰撞系统的可靠性和准确性提出了很高的要求。

现有的堆场单机防碰撞系统主要有两种算法，第一种是利用平面上点和点的距离，判断单机是否可能发生碰撞，这种方法计算较为简便，但是精度较低，保护范围过大，邻垛作业等情况容易受影响，第二种是基于分离轴算法的多边形碰撞检测，但是这种算法只适用于凸多边形，而且计算复杂，利用现有条件使用该方法的难度较高，不易于实现。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种单机防碰撞的方法和单机防碰撞的系统，用于解决上述技术问题中的一者或多者。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种单机防碰撞的方法，所述方法包括：获取堆场内全部单机的行走位置信息和回转角度信息；根据单机的行走位置信息和回转角度信息确定所述单机在堆场地面的投影图像；以及判断不同单机的投影图像之间是否有重叠点，在所述不同单机的投影图像之间有重叠点时，采取防碰撞操作。

可选的，所述方法还包括：根据单机的行走位置信息和回转角度信息确定所述单机在堆场地面的投影图像以后，在所述投影图像中增加缓冲余量以生成具有缓冲余量的投影图像；判断不同单机的具有缓冲余量的投影图像之间是否有重叠点；以及在不同单机的具有缓冲余量的投影图像之间有重叠点时，采取防碰撞操作。

可选的，所述在投影图像中增加缓冲余量以生成具有缓冲余量的投影图像包括：将单机的臂架和配重的长度和宽度都增加预设距离后得到的投影图像作为所述具有缓冲余量的投影图像。

可选的，所述方法还包括：确定回转角度处于预设角度范围之内的单机不会与周围其它的单机发生碰撞。

可选的，通过以下方式根据单机的行走位置信息和回转角度信息确定所述单机在堆场地面的投影图像：以所述堆场地面为对象建立平面直角坐标系；根据单机的行走位置、臂架长度、配重长度和回转角度，确定所述单机的投影图像在所述平面之间坐标系中的函数表达式。

可选的，所述方法还包括：在多个单机处于所述堆场内的同一轨道时，确定单机的投影图像在坐标轴上的投影的两个端点值的坐标；以及在某一单机的两个端点值的坐标值全部大于另一单机的两个端点值的坐标值时，确定这两个单机之间不能发生碰撞，否则采取防碰撞操作。

可选的，所述方法还包括：在多个单机处于堆场内的不同轨道时，确定与单机的投影图像的轮廓对应的第一线段和第二线段的函数表达式，所述第一线段与所述第二线段相平行，且所述第一线段和所述第二线段的方向为所述单机的投影图像中沿臂架至配重的方向；确定第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段是否与处于不同轨道的第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段互相平行；在第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段与所述第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段之间不平行时，判断所述第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段与所述第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段之间是否具有交点；以及所述第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段与所述第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段之间具有交点时，采取防碰撞操作。

可选的，所述方法还包括：在第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段与处于不同轨道的第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段之间相互平行时，获取所述第一单机与所述第二单机的投影图像在坐标轴上的投影的两个端点值的坐标；以及在所述第一单机的两个端点值的坐标值全部大于或小于所述第二单机的两个端点值的坐标值时，确定所述第一单机与所述第二单机之间不能发生碰撞，否则采取防碰撞操作。

可选的，在两个单机的回转角度之和为预设范围时，确定所述两个单机的投影图像中的第一线段之间和第二线段之间处于相互平行的状态。

相应的，本发明实施例还提供一种单机防碰撞系统，所述系统包括控制模块和位于单机的可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器用于采集单机的行走位置信息和回转角度信息，并将所述行走位置信息和回转角度信息发送至所述控制模块；控制模块，用于执行根据上述中任一项所述的单机防碰撞的方法。

通过上述技术方案，可以根据单机的行走位置信息和回转角度信息确定对场内自动运行的单机之间是否可能会发生碰撞，并在单机之间发生碰撞之前采取防碰撞操作以保护单机安全，有效保护单机远程自动作业和全天候无人值守时的单机设备安全，节省了班组人员的人工成本，降低了班组人员的工作压力，还能够有效提供生产效率。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的单机防碰撞的方法的流程示意图；

图2是单机在堆场地面的投影图像示意图；

图3是本发明实施例提供的单机防碰撞的系统的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1是本发明实施例提供的单机防碰撞的方法的流程示意图。如图1所示，所述单机防碰撞的方法包括步骤S102至S106。

步骤S102，获取对场内全部单机的行走位置信息和回转角度信息。

对于堆场和单机来说，一般会设置一个用于调控堆场内各个设备的总控制器，而每个单机都会设置一个用于控制单机本身和与总控制器进行通讯的子控制器。在堆场内的单机工作过程中，可以先通过子控制器采集与其对应的单机的行走位置信息和回转角度信息，并将其传送至总控制器，通过这种方式，总控制器就可以接收堆场内的全部单机的行走位置信息和回转角度信息。

可选的，针对单机作业的堆场可以设置一个总PLC控制系统，针对每一个单机都设置一个子PLC控制系统，总PLC控制系统与子PLC控制系统之间的全部数据传输都可以通过PLC控制系统中的信息传输指令MSG完成。

在总PLC控制系统接收到由子PLC控制系统实时传送的堆场内全部单机的行走位置信息和回转角度信息后，可以自动执行下述步骤S104至步骤S106中的全部操作。

其中，行走位置信息可以包含单机当前的所在轨道、位置信息以及作业行程信息。

步骤S104，根据单机的行走位置信息和回转角度信息确定单机在堆场地面的投影图像。

单机包括臂架和配重，可以围绕中心旋转，并且在轨道上行走。因此单机在堆场地面的投影图像由单机的配重的投影图像和臂架的投影图像构成，臂架的投影图像和配重的投影图像相连接的点可以设定为中心点。

本发明该实施例还提供一种根据单机的行走位置信息和回转角度信息确定单机在堆场地面的投影方法，所述方法包括：先以堆场地面为对象建立一平面直角坐标系，再根据单机的行走位置、臂架长度、配重长度和回转角度等信息，确定单机的投影图像在平面直角坐标系中的函数表达式。

为了便于后期的数据计算和处理，优选以堆场地面为对象建立一平面直角坐标系，所述平面直角坐标系的原点可以为堆场地面的任意一点。优选的，为了能够简化待处理数据的复杂度，可以平面直角坐标系中的横坐标和纵坐标分别与轨道平行或者垂直，进一步的，可以以堆场的边缘的某个定点为坐标原点，以使得整个堆场地面都位于同一个象限内部，例如设置堆场的东南角为直角坐标系的原点。

单机在堆场地面的投影图像如图2所示，图2中平行于X轴的横线为轨道，单机的投影图像为一个四边形，并且投影图像的中心位于轨道上。

步骤S106，判断不同单机的投影图像之间是否有重叠点，在不同单机的投影图像之间有重叠点时，采取防碰撞操作。

考虑到信号传输延迟和单机工作惯性等因素，为了避免单机之间发生碰撞，还可以以单机的投影图像为基础增加适当的缓冲余量，即将构成投影图像的四边形的四条边均适当延长，并根据延长后的四边形进行计算和处理，以确定单机之间是否可能会发生碰撞。

对位于同一轨道的多个单机来说，只要多个投影图像的端点没有接触，就能确定多个投影图像没有重叠点，不可能发生碰撞。

在此基础上，对位于同一轨道的两个相邻单机来说，只需要确定投影图像中的端点值对应的坐标即可，在一个单机的两个端点值的坐标全部大于另一个单机的两个端点值的坐标时，确定两个单机之间不能发生碰撞，否则需要采取防碰撞操作。

具体的，以位于同一轨道上的单机M1和单机M2为例解释本发明实施例提供的技术方案。

假设单机M1的臂架长度为L_M1B，单机M1的配重长度为L_M1P，单机M1的行走位置为X_M1，单机M1的回转角度为θ_M1，单机M2的臂架长度为L_M2B，单机M2的配重长度为L_M2P，单机M2的行走位置为X_M2，单机M2的回转角度为θ_M2，这些数据来源于单机的机械结构和实际位置。同时设单机M1臂架头部在X轴上位置为X_M1B，单机M1配重头部在X轴上位置为X_M1P，单机M2臂架头部在X轴上位置为X_M2B，单机M2配重头部在X轴上位置为X_M2P，则根据单机的位置关系和数学公式可得：

X_M1B＝X_M1+L_M1B×COSθ_M1

X_M1P＝X_M1-L_M1P×COSθ_M1

X_M2B＝X_M2+L_M2B×COSθ_M2

X_M2P＝X_M2-L_M2P×COSθ_M2

假设在堆场中，单机M1位于单机M2的东侧，为了保证单机M1与单机M2在任何情况下都不发生碰撞，只需要将单机M1在X轴上的投影和单机M2在X轴上的投影完全隔离开，即没有重叠即可，因此需要同时满足下面4个条件：

X_M1B＞X_M2B

X_M1B＞X_M2P

X_M1P＞X_M2B

X_M1P＞X_M2P

在单机运行过程中，如果上述4个条件同时满足，则单机M1与单机M2不会发生碰撞，如果有1个条件或者多个条件同时不满足，则单机M1与单机M2存在着碰撞风险，此时可以利用此碰撞风险信息，停止单机M1与单机M2的所有动作，以保证单机的安全。

考虑到在实际的运行过程中，由于惯性的存在，单机从停止动作到完全静止，依然会动作一段距离，为解决这个过程中的碰撞风险问题，在单机M1在X轴上的投影和单机M2在X轴上的投影之间增加一个缓冲余量，设此缓冲余量距离为L_Y，则上述4个需要同时满足的条件需要修改为以下4个条件：

X_M1B-X_M2B＞L_Y

X_M1B-X_M2P＞L_Y

X_M1P-X_M2B＞L_Y

X_M1P-X_M2P＞L_Y

其中上述缓冲余量L_Y的大小可以根据实际单机惯性大小和实际需求设置，为保证设备安全，例如可以将L_Y的大小设置为20米。

本发明上述实施例中的单机的端点值X_M1B、X_M1P、X_M2B和X_M2P，都是经过单机的中心的中心线与构成投影图像的边的交点。为了进一步提高精确度，还可以以构成投影图像的四边形的四个顶点作为单机投影图像的端点值。

对位于不同轨道的多个单机来说，只要多个投影图像中构成投影图像的四个线段之间没有交点，就能确定多个投影图像没有重叠点，不可能发生碰撞。

在此基础上，对位于不同轨道的两个相邻单机来说，需要确定第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段是否与处于不同轨道的第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段互相平行；在第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段与所述第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段之间不平行时，判断所述第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段与所述第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段之间是否具有交点；以及所述第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段与所述第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段之间具有交点时，采取防碰撞操作。其中，所述单机的第一线段与所述第二线段相平行，且所述第一线段和所述第二线段的方向均为所述单机的投影图像中沿臂架至配重的方向，并且为了后期计算，还需要确定与单机投影图像的轮廓对应的第一线段和第二线段的函数表达式。

具体的，以位于不同轨道上的单机M3和单机M4为例解释本发明实施例提供的技术方案。根据单机的机械结构可知，单机M3和单机M4的臂架和配重部分在堆场地面上的投影是一个长方形，单机M3和单机M4沿臂架和配重方向是两条平行的线段，根据平面内线段的相对位置关系可以进行以下判断：

如果单机M3的两条线段和单机M4的两条线段不平行，则这四条线段所在的四条直线必定有四个交点，如果有任意一个交点在这四条线段上，则发生了碰撞，反之如果四个交点都不这四条线段上而在延长线上，则没有发生碰撞。实际运行中，为了保证单机M3和单机M4不发生碰撞，在计算时可以将臂架和配重的长度和宽度都增加一个保护范围；

如果单机M3的两条线段和单机M4的两条线段平行，则这四条线段肯定不会有交点，但是单机M3和单机M4依然有碰撞的风险，这种情况下，可以按照同一轨道上的单机防碰撞的方法，在X轴方向上将单机M3和单机M4完全隔断开。

进一步的，结合直角坐标系和单机的投影图像的具体计算方法如下所示：

①单机M3的两条线段和单机M4的两条线段不平行

设单机M3的臂架长度为L_M3B，配重长度为L_M3P，臂架中心线到臂架两边的宽度为W_M3B(臂架和配重宽度一样)，单机M3的行走位置为X_M3，回转角度为θ_M3，单机M4的臂架长度为L_M4B，配重长度为L_M4P，单机M4的行走位置为X_M4，回转角度为θ_M4，臂架中心线到臂架两边的宽度为W_M4B(臂架和配重宽度一样)，臂架长度和配重长度增加保护范围L₁，臂架宽度增加保护范围W₁，则在计算过程中用到的实际增加保护范围的臂架长度和臂架中心线到臂架两边宽度分别为：

L_M3B+＝L_M3B+L₁

L_M3P+＝L_M3P+L₁

W_M3B+＝W_M3B+W₁

L_M4B+＝L_M4B+L₁

L_M4P+＝L_M4P+L₁

W_M4B+＝W_M4B+W₁

设M3所在的轨道BD1中心线在Y轴上的位置为Y_BD1，M4所在的轨道BQ1中心线在Y轴上的位置为Y_BQ1，设单机M3臂架中心线头部坐标位置为(X_M3B,Y_M3B)，单机M4臂架中心线头部坐标位置为(X_M4B,Y_M4B)，则可得：

X_M3B＝X_M3+L_M3B+×COSθ_M3

Y_M3B＝Y_BD1+L_M3B+×SINθ_M3

X_M4B＝X_M4+L_M4B+×COSθ_M4

Y_M4B＝Y_BQ1+L_M4B+×SINθ_M4

单机M3臂架中心线与单机M3所在轨道中心线交点坐标为(X_M3，Y_BD1)；

单机M4臂架中心线与单机M4所在轨道中心线交点坐标为(X_M4，Y_BQ1)。

根据平面内两点确定一条直线，已知单机M3的臂架中心线头部的坐标(X_M3B,Y_M3B)和单机M3臂架中心线与单机M3所在轨道中心线交点坐标(X_M3，Y_BD1)，设单机M3臂架的中心线所在的直线方程为y＝k_M3x+b_M3，则根据直线方程可得：

根据平行直线斜率相等，可设单机M3臂架的两条线段所在的直线方程分别为y＝k_M3x+b_{M3_1}和y＝k_M3x+b_{M3_2}(臂架和配重宽度一样，保护范围一样，故臂架和配重在相同的两条直线上)，则根据平行直线的距离公式可得：

同理，已知单机M4的臂架中心线头部的坐标(X_M4B,Y_M4B)和单机M4的臂架中心线与轨道中心线交点的坐标(X_M4，Y_BQ1)，设单机M4臂架中心线所在的直线方程为y＝k_M4x+b_M4，则根据直线方程可得：

同理，设单机M4臂架的两条线段所在的直线方程分别为y＝k_M4x+b_{M4_1}和y＝k_M4x+b_{M4_2}(臂架和配重宽度一样，保护范围一样，故臂架和配重在相同的两条直线上)，则根据平行直线的距离公式可得：

设y＝k_M3x+b_{M3_1}和y＝k_M4x+b_{M4_1}的交点坐标为(X₁,Y₁)，则根据直线方程可得：

设y＝k_M3x+b_{M3_1}和y＝k_M4x+b_{M4_2}的交点坐标为(X₂,Y₂)，则根据直线方程可得：

设y＝k_M3x+b_{M3_2}和y＝k_M4x+b_{M4_1}的交点坐标为(X₃,Y₃)，则根据直线方程可得：

设y＝k_M3x+b_{M3_2}和y＝k_M4x+b_{M4_2}的交点坐标为(X₄,Y₄)，则根据直线方程可得：

通过上述实施例提供的计算过程，可以得到在单机M3的两条线段和单机M4的两条线段不平行时，单机M3的两条线段所在的直线和单机M4的两条线段所在的直线的四个交点：(X₁,Y₁)，(X₂,Y₂)，(X₃,Y₃)和(X₄,Y₄)。在确定四个交点以后，需要执行以下操作以确定这四个交点是这四条线段上还是在这四条线段的延长线上。

设单机M3配重中心线头部坐标位置为(X_M3P,Y_M3P),单机M4配重中心线头部坐标位置为(X_M4P,Y_M4P),则可得：

X_M3P＝X_M3-L_M3P+×COSθ_M3

Y_M3P＝Y_BD1-L_M3P+×SINθ_M3

X_M4P＝X_M4-L_M4P+×COSθ_M4

Y_M4P＝Y_BQ1-L_M4P+×SINθ_M4

设单机M3臂架中心线和配重中心线在X轴投影范围为：X_{M3_min}到X_{M3_max},单机M3臂架中心线和配重中心线在Y轴投影范围为：Y_{M3_min}到Y_{M3_max},则可得：

X_M3B≥X_M3P时：X_{M3_min}＝X_M3P,X_{M3_max}＝X_M3B

X_M3B＜X_M3P时：X_{M3_min}＝X_M3B,X_{M3_max}＝X_M3P

Y_M3B≥Y_M3P时：Y_{M3_min}＝Y_M3P,Y_{M3_max}＝Y_M3B

Y_M3B＜Y_M3P时：Y_{M3_min}＝Y_M3B,Y_{M3_max}＝Y_M3P

同理，设单机M4臂架中心线和配重中心线在X轴投影范围为：X_{M4_min}到X_{M4_max},单机M4臂架中心线和配重中心线在Y轴投影范围为：Y_{M4_min}到Y_{M4_max},则可得：

X_M4B≥X_M4P时：,X_{M4_min}＝X_M4P X_{M4_max}＝X_M4B

X_M4B＜X_M4P时：X_{M4_min}＝X_M4B,X_{M4_max}＝X_M4P

Y_M4B≥Y_M4P时：Y_{M4_min}＝Y_M4P,Y_{M4_max}＝Y_M4B

Y_M4B＜Y_M4P时：Y_{M4_min}＝Y_M4B,Y_{M4_max}＝Y_M4P

将单机M3的回转角度θ_M3作绝对值运算得到单机M3回转角度绝对值θ_M3abs，设单机M3的第一条线段在X轴投影范围为：X_{M3_1_min}到X_{M3_1_max},在Y轴的投影范围为：Y_{M3_1_min}到Y_{M3_1_max},单机M3的第二条线段在X轴投影范围为：X_{M3_2_min}到X_{M3_2_max},在Y轴的投影范围为：Y_{M3_2_min}到Y_{M3_2_max},则可得：

当k_M3≥0时，

X_{M3_1_min}＝X_{M3_min}-W_M3B+×SINθ_M3abs

X_{M3_1_max}＝X_{M3_max}-W_M3B+×SINθ_M3abs

Y_{M3_1_min}＝Y_{M3_min}+W_M3B+×COSθ_M3abs

Y_{M3_1_max}＝Y_{M3_max}+W_M3B+×COSθ_M3abs

X_{M3_2_min}＝X_{M3_min}+W_M3B+×SINθ_M3abs

X_{M3_2_max}＝X_{M3_max}+W_M3B+×SINθ_M3abs

Y_{M3_2_min}＝Y_{M3_min}-W_M3B+×COSθ_M3abs

Y_{M3_2_max}＝Y_{M3_max}-W_M3B+×COSθ_M3abs

当k_M3＜0时，

X_{M3_1_min}＝X_{M3_min}+W_M3B+×SINθ_M3abs

X_{M3_1_max}＝X_{M3_max}+W_M3B+×SINθ_M3abs

Y_{M3_1_min}＝Y_{M3_min}+W_M3B+×COSθ_M3abs

Y_{M3_1_max}＝Y_{M3_max}+W_M3B+×COSθ_M3abs

X_{M3_2_min}＝X_{M3_min}-W_M3B+×SINθ_M3abs

X_{M3_2_max}＝X_{M3_max}-W_M3B+×SINθ_M3abs

Y_{M3_2_min}＝Y_{M3_min}-W_M3B+×COSθ_M3abs

Y_{M3_2_max}＝Y_{M3_max}-W_M3B+×COSθ_M3abs

同理，将单机M4的回转角度θ_M4作绝对值运算得到单机M4回转角度绝对值θ_M4abs，设单机M4的第一条线段在X轴投影范围为：X_{M4_1_min}到X_{M4_1_max},在Y轴的投影范围为：Y_{M4_1_min}到Y_{M4_1_max},单机M4的第二条线段在X轴投影范围为：X_{M4_2_min}到X_{M4_2_max},在Y轴的投影范围为：Y_{M4_2_min}到Y_{M4_2_max},则可得：

当k_M4≥0时，

X_{M4_1_min}＝X_{M4_min}-W_M4B+×SINθ_M4abs

X_{M4_1_max}＝X_{M4_max}-W_M4B+×SINθ_M4abs

Y_{M4_1_min}＝Y_{M4_min}+W_M4B+×COSθ_M4abs

Y_{M4_1_max}＝Y_{M4_max}+W_M4B+×COSθ_M4abs

X_{M4_2_min}＝X_{M4_min}+W_M4B+×SINθ_M4abs

X_{M4_2_max}＝X_{M4_max}+W_M4B+×SINθ_M4abs

Y_{M4_2_min}＝Y_{M4_min}-W_M4B+×COSθ_M4abs

Y_{M4_2_max}＝Y_{M4_max}-W_M4B+×COSθ_M4abs

当k_M4＜0时，

X_{M4_1_min}＝X_{M4_min}+W_M4B+×SINθ_M4abs

X_{M4_1_max}＝X_{M4_max}+W_M4B+×SINθ_M4abs

Y_{M4_1_min}＝Y_{M4_min}+W_M4B+×COSθ_M4abs

Y_{M4_1_max}＝Y_{M4_max}+W_M4B+×COSθ_M4abs

X_{M4_2_min}＝X_{M4_min}-W_M4B+×SINθ_M4abs

X_{M4_2_max}＝X_{M4_max}-W_M4B+×SINθ_M4abs

Y_{M4_2_min}＝Y_{M4_min}-W_M4B+×COSθ_M4abs

Y_{M4_2_max}＝Y_{M4_max}-W_M4B+×COSθ_M4abs

根据上述计算得到的四个交点坐标和四条线段的范围，可以得到以下内容：

(1)X_{M3_1_min}≤X₁≤X_{M3_1_max}，Y_{M3_1_min}≤Y₁≤Y_{M3_1_max}

上面两个条件同时满足时，表示线段交点(X₁,Y₁)在单机M3的第一条线段上；

X_{M4_1_min}≤X₁≤X_{M4_1_max}，Y_{M4_1_min}≤Y₁≤Y_{M4_1_max}

上面两个条件同时满足时，表示线段交点(X₁,Y₁)在单机M4的第一条线段上；

当交点(X₁,Y₁)既在单机M3的线段上，又在单机M4的线段上，则说明单机M3和单机M4有碰撞风险。反之则单机M3与单机M4距离在碰撞区域之外。

(2)X_{M3_1_min}≤X₂≤X_{M3_1_max}，Y_{M3_1_min}≤Y₂≤Y_{M3_1_max}

上面两个条件同时满足时，表示线段交点(X₂,Y₂)在单机M3的第一条线段上；

X_{M4_2_min}≤X₂≤X_{M4_2_max}，Y_{M4_2_min}≤Y₂≤Y_{M4_2_max}

上面两个条件同时满足时，表示线段交点(X₂,Y₂)在单机M4的第二条线段上；

当交点(X₂,Y₂)既在单机M3的线段上，又在单机M4的线段上，则说明单机M3和单机M4有碰撞风险。反之则单机M3与单机M4距离在碰撞区域之外。

(3)X_{M3_2_min}≤X₃≤X_{M3_2_max}，Y_{M3_2_min}≤Y₃≤Y_{M3_2_max}

上面两个条件同时满足时，表示线段交点(X₃,Y₃)在单机M3的第二条线段上；

X_{M4_1_min}≤X₃≤X_{M4_1_max}，Y_{M4_1_min}≤Y₃≤Y_{M4_1_max}

上面两个条件同时满足时，表示线段交点(X₃,Y₃)在单机M4的第一条线段上；

当交点(X₃,Y₃)既在单机M3的线段上，又在单机M4的线段上，则说明单机M3和单机M4有碰撞风险。反之则单机M3与单机M4距离在碰撞区域之外。

(4)X_{M3_2_min}≤X₄≤X_{M3_2_max}，Y_{M3_2_min}≤Y₄≤Y_{M3_2_max}

上面两个条件同时满足时，表示线段交点(X₄,Y₄)在单机M3的第二条线段上；

X_{M4_2_min}≤X₄≤X_{M4_2_max}，Y_{M4_2_min}≤Y₄≤Y_{M4_2_max}

上面两个条件同时满足时，表示线段交点(X₄,Y₄)在单机M4的第二条线段上；

当交点(X₄,Y₄)既在单机M3的线段上，又在单机M4的线段上，则说明单机M3和单机M4有碰撞风险。反之则单机M3与单机M4距离在碰撞区域之外。

以上四种情况，只要出现一个交点既在单机M3的线段上，又在单机M4的线段上，则单机M3与单机M4存在着碰撞风险，此时可以利用获得的碰撞风险信息，停止单机M3与单机M4的所有动作，以保证单机的安全。

在实际测试运行中，由于堆场尺寸和单机结构大小，臂架和配重的长度和宽度增加保护范围之后，如果一台单机在较大回转角度(大于70°)作业，此时另一台单机在归零状态从旁边行走经过时，根据上面的计算，两台单机会出防碰撞报警，并停止两台单机的动作，这种情况如果归零状态的单机不做回转，则两台单机肯定不会发生碰撞，所以停止动作会对单机正常作业造成一定的影响。根据实际作业需求，可以增加以下要求：当一台单机处于归零状态(回转角度在±3°以内)时，屏蔽其与邻近单机的防碰撞信息，不会造成单机停止动作，只有当单机都不在归零状态时，才可以根据防碰撞信息确定是否需要停止单机动作。

②单机M3的两条线段和单机M4的两条线段平行

当θ_M3＝θ_M4或θ_M3abs+θ_M4abs＝180°时，表示单机M3的两条线段和单机M4的两条线段平，这种情况下单机M3的两条线段所在的直线和单机M4的两条线段所在的直线没有交点，无法根据有交点的情况判断两台单机是否有防碰风险，因此可以按照同线单机防碰撞的方法，在X轴方向上将单机M3和单机M4完全隔断开即可，具体计算方法如下：

-L_Y≤X_{M3_min}-X_{M4_min}≤L_Y

当上面这个条件被满足时，表示单机M3和单机M4在X轴方向上距离小于缓冲余量，存在碰撞风险，此时可以根据碰撞风险信息，停止单机M3与单机M4的所有动作，以保证单机的安全。

在实际运行过程中，因为单机编码器精度问题，几乎不会出现刚好θ_M3＝θ_M4或θ_M3abs+θ_M4abs＝180°的情况，因此在计算中为平行的条件设置一个范围，即-2°≤θ_M3-θ_M4≤2°或178°≤θ_M3abs+θ_M4abs≤180°都可以认为认为是平行。可选的，角度范围不限于上述举例内容，用户可以根据设备情况和实际需求自行设定合理的角度范围以确定单机之间是否平行。

本发明实施例提供的技术方案，可以根据单机的行走位置信息和回转角度信息确定对场内自动运行的单机之间是否可能会发生碰撞，并在单机之间发生碰撞之前采取防碰撞操作以保护单机安全，有效保护单机远程自动作业和全天候无人值守时的单机设备安全，节省了班组人员的人工成本，降低了班组人员的工作压力，还能够有效提供生产效率。

本发明实施例提供的技术方案，针对位于同轨道单机和位于不同轨道单机设置了不同的判断条件，以适用于堆场内的单机之间的多种位置关系。并且将堆场作为一个直角坐标系，将单机的实时位置化作直角坐标系中的电和线，将空间中的单机防碰撞问题简化为平面中的点线问题，能够有效简化防碰撞方法的计算量。

图3是本发明实施例提供的单机防碰撞的系统的结构示意图。如图3所示，所述单机防碰撞的系统包括控制模块310和多个可编程逻辑控制器320。其中，所述多个可编程逻辑控制器320分别位于堆场内的各个单机上，用于采集单机的行走位置信息和回转角度信息，并将采集的行走位置信息和回转角度信息发送至所述控制模块310，所述控制模块310则用于执行上述实施例中任一项所述的单机防碰撞的方法。

进一步的，可以将控制模块设置在集控室内，并且还可以增设操作界面和“防碰撞旁路”操作按钮。在两台单机之间触发防碰撞条件时，控制模块会停止两台单机的动作，并发出报警信息，以提醒操作员防碰撞条件已触发，此时操作员可以通过视频监控系统确认现场情况后，触发“防碰撞旁路”操作按钮，以使防碰撞保护功能暂时处于旁路模式，旁路后可以手动操作控制单机，将两台靠近的单机分开，分开后的单机不再满足防碰撞触发条件，此时的“防碰撞旁路”信号会自动复位，防止误动作导致两台单机发生碰撞。

本发明实施例提供的单机防碰撞的系统的具体工作原理及益处与上述本发明实施例提供的单机防碰撞的方法的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例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实施例的保护范围。

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，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例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实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (9)

1.一种单机防碰撞的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取堆场内全部单机的行走位置信息和回转角度信息；

以所述堆场地面为对象建立平面直角坐标系，根据单机的行走位置、臂架长度、配重长度和回转角度，确定所述单机的投影图像在所述平面直角坐标系中的函数表达式；以及

判断不同单机的投影图像之间是否有重叠点，在所述不同单机的投影图像之间有重叠点时，采取防碰撞操作，

其中，在多个单机处于堆场内的不同轨道时，所述投影图像的线段所在直线之间的交点在所述线段上时，采取防碰撞操作，

其中，在多个单机处于同一轨道时，确定一个单机的投影图像的端点值的坐标大于另一单机的投影图像的端点值的坐标时，不采取防碰撞操作，

其中，当单机处于归零状态时，屏蔽其与邻近单机的防碰撞信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据单机的行走位置信息和回转角度信息确定所述单机在堆场地面的投影图像以后，在所述投影图像中增加缓冲余量以生成具有缓冲余量的投影图像；

判断不同单机的具有缓冲余量的投影图像之间是否有重叠点；以及

在不同单机的具有缓冲余量的投影图像之间有重叠点时，采取防碰撞操作。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在投影图像中增加缓冲余量以生成具有缓冲余量的投影图像包括：

将单机的臂架和配重的长度和宽度都增加预设距离后得到的投影图像作为所述具有缓冲余量的投影图像。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定回转角度处于预设角度范围之内的单机不会与周围其它的单机发生碰撞。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在多个单机处于所述堆场内的同一轨道时，确定单机的投影图像在坐标轴上的投影的两个端点值的坐标；以及

在某一单机的两个端点值的坐标值全部大于另一单机的两个端点值的坐标值时，确定这两个单机之间不能发生碰撞，否则采取防碰撞操作。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在多个单机处于堆场内的不同轨道时，所述方法还包括：

确定与单机的投影图像的轮廓对应的第一线段和第二线段的函数表达式，所述第一线段与所述第二线段相平行，且所述第一线段和所述第二线段的方向为所述单机的投影图像中沿臂架至配重的方向；

确定第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段是否与处于不同轨道的第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段互相平行；

在第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段与所述第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段之间不平行时，判断所述第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段与所述第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段之间是否具有交点；以及

所述第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段与所述第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段之间具有交点时，采取防碰撞操作。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在第一单机的投影图像中的第一线段和第二线段与处于不同轨道的第二单机的投影图像中的第一线段和第二线段之间相互平行时，获取所述第一单机与所述第二单机的投影图像在坐标轴上的投影的两个端点值的坐标；以及

在所述第一单机的两个端点值的坐标值全部大于或小于所述第二单机的两个端点值的坐标值时，确定所述第一单机与所述第二单机之间不能发生碰撞，否则采取防碰撞操作。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在两个单机的回转角度之和为预设范围时，确定所述两个单机的投影图像中的第一线段之间和第二线段之间处于相互平行的状态。

9.一种单机防碰撞的系统，其特征在于，所述系统包括控制模块和位于单机的可编程逻辑控制器，

所述可编程逻辑控制器用于采集单机的行走位置信息和回转角度信息，并将所述行走位置信息和回转角度信息发送至所述控制模块；

控制模块，用于执行根据权利要求1-8中任一项所述的单机防碰撞的方法。

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