CN112666955B - 用于轨道物料输送车的安全保护方法及安全保护系统 - Google Patents

用于轨道物料输送车的安全保护方法及安全保护系统 Download PDF

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CN112666955B
CN112666955B CN202110288151.1A CN202110288151A CN112666955B CN 112666955 B CN112666955 B CN 112666955B CN 202110288151 A CN202110288151 A CN 202110288151A CN 112666955 B CN112666955 B CN 112666955B
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杨跞
何建和
史绪英
许楠
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Abstract

本申请提供了一种用于轨道物料输送车的安全保护方法及安全保护系统，安全保护方法包括：在轨道物料输送车的前进方向上的端面上设置第一探测器和/或第二探测器；第一探测器用于对轨道物料输送车所运载物料前方斜向上区域的障碍物进行检测，第二探测器用于对轨道物料输送车所运载物料后方斜向上区域的障碍物进行检测；设置控制器，第一探测器和/或第二探测器将探测到的数据均发送给控制器；控制器根据接收到的探测数据控制输送车的运动，防止输送车与障碍物碰撞。本申请能够对轨道物料输送车高度方向上的障碍物进行检测，并根据检测结果控制输送车的运动，以避免与障碍物的碰撞，保证输送车上物料的安全以及人员安全。

Description

用于轨道物料输送车的安全保护方法及安全保护系统
技术领域
本申请属于物料输送车技术领域，具体涉及一种用于轨道物料输送车的安全保护方法及安全保护系统。
背景技术
在生产、组装和物流行业中，物料输送车用于在按照生产工艺过程布置的轨道上输送物料。这样的物料输送车上安装有测距传感器，测距传感器用于检测其所在的物料输送车的前进方向和后退方向上是否有其它轨道车辆，以便于物料输送车根据检测结果进行相应的避障。
传统的物料输送车只能在输送车的轨道平面上进行避障，只考虑了车体本身的安全，并未考虑物料及人员安全。具体体现在无法检测运行过程中输送车在高度方向上是否有障碍物，因此无法避免行进过程中可能发生的输送车承载的物料在高度方向上遇到障碍物时发生碰撞导致物料掉落或损坏，甚至可能发生安全事故的情况。如果不对输送车和物料在高度方向上进行障碍物检测并采取相应保护措施，一旦输送车上的物料与障碍物发生碰撞，不仅会造成经济损失，影响生产线节拍时间和生产效率，严重的还可能威胁到人员的安全。
例如，用于半导体行业的轨道物料输送车，其运载的都是价格昂贵的半导体材料，生产效率和物品的自身价值对物料输送车的安全提出了更高的要求。在医疗行业的应用中，对于架空安装的轨道系统上，尤其是运载物品为液态物品的场景，如果高度方向上没有对物品的安全保护系统，一旦物品受到碰撞坠落导致液态物品溅洒出来，将产生直接的环境威胁和人员安全威胁。显而易见，现有的物料输送车只考虑了车体的防碰撞，无法满足以上行业的应用要求。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种用于轨道物料输送车的安全保护方法及安全保护系统。
根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种用于轨道物料输送车的安全保护方法，其包括以下步骤：
确定轨道物料输送车的前进方向；当轨道物料输送车的前进方向为轨道物料输送车的前端面向其前方运行的方向时，在轨道物料输送车的前端面上设置第一探测器；当轨道物料输送车的前进方向为轨道物料输送车的后端面向其前方运行的方向时，在轨道物料输送车的后端面上设置第二探测器；当轨道物料输送车的前进方向为轨道物料输送车的前端面向其前方运行的方向和轨道物料输送车的后端面向其前方运行的方向时，在轨道物料输送车的前端面和后端面上分别对应设置第一探测器和第二探测器；其中，第一探测器用于对轨道物料输送车所运载物料前方斜向上区域的障碍物进行检测，第二探测器用于对轨道物料输送车所运载物料后方斜向上区域的障碍物进行检测；
设置控制器，第一探测器和/或第二探测器将探测到的数据均发送给控制器；
控制器根据接收到的探测数据控制输送车的运动，防止输送车与障碍物碰撞，以对输送车进行安全保护。
上述用于轨道物料输送车的安全保护方法中，所述第一探测器采用超声波传感器时，超声波传感器用于检测输送车前方上空的障碍物；所述控制器根据接收到的探测数据控制输送车的运动的具体过程为：
超声波传感器测量超声波的飞行时间，并将测量结果发送给控制器；
控制器根据测量结果计算出输送车上超声波传感器与障碍物的距离
Figure 528672DEST_PATH_IMAGE001
：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
式中，
Figure 379953DEST_PATH_IMAGE003
表示声速，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示超声波传感器的超声波发射和接收的时间间隔；
根据超声波传感器的探测轴线与水平面的夹角
Figure 622847DEST_PATH_IMAGE005
计算得到物料与障碍物的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure 926789DEST_PATH_IMAGE007
，
控制器控制输送车以加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE008
减速至停止，其中，加速度
Figure 513497DEST_PATH_IMAGE008
为：
Figure 688127DEST_PATH_IMAGE009
，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示输送车的正常运行速度。
上述用于轨道物料输送车的安全保护方法中，还包括在轨道物料输送车的一侧面上设置第三探测器，在轨道物料输送车相对的另一侧面上设置第四探测器；所述第三探测器和第四探测器的探测方向均沿输送车的高度方向向上；所述第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器的探测区域组合起来，在输送车的轮廓外围区域形成立体的高度方向上的物料安全保护区域。
进一步地，所述第三探测器和第四探测器均采用激光传感器、红外传感器、超声波传感器和机器视觉传感器中的一种或两种。
进一步地，所述控制器根据发送安全警报信号的探测器对应的输入输出接口位置判断障碍物的方向。
进一步地，所述第三探测器采用激光传感器，激光传感器用于检测输送车在运行时其左侧前方上空的障碍物，所述控制器根据接收到的探测数据控制输送车的运动的具体过程为：
激光传感器根据激光飞行时间测距，测量得到在
Figure 836342DEST_PATH_IMAGE011
时刻激光传感器与障碍物的距 离
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，并发送给控制器；
控制器中记录有
Figure 627581DEST_PATH_IMAGE011
时刻激光传感器的探测面与输送车侧面轮廓平面的夹角
Figure 237554DEST_PATH_IMAGE013
；
控制器根据
Figure 312695DEST_PATH_IMAGE011
时刻激光传感器与障碍物之间的距离
Figure 615500DEST_PATH_IMAGE012
和激光传感器的探测面与 输送车侧面轮廓平面的夹角
Figure 97297DEST_PATH_IMAGE013
，计算得到
Figure 261693DEST_PATH_IMAGE011
时刻障碍物与输送车之间垂直于轨道方向的距 离
Figure DEST_PATH_IMAGE014
以及
Figure 410915DEST_PATH_IMAGE011
时刻障碍物与输送车之间沿轨道方向的距离
Figure 884622DEST_PATH_IMAGE015
；
激光传感器根据激光飞行时间测距，测量得到在
Figure DEST_PATH_IMAGE016
时刻激光传感器与障碍物的距 离
Figure 634141DEST_PATH_IMAGE017
，并发送给控制器；
控制器中记录有
Figure 585916DEST_PATH_IMAGE016
时刻激光传感器的探测面与输送车侧面轮廓平面的夹角
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；
控制器根据
Figure 871535DEST_PATH_IMAGE016
时刻激光传感器与障碍物的距离
Figure 516143DEST_PATH_IMAGE017
和激光传感器的探测面与输送 车侧面轮廓平面的夹角
Figure 972532DEST_PATH_IMAGE018
，计算得到
Figure 727999DEST_PATH_IMAGE016
时刻障碍物与输送车之间垂直于轨道方向的距离
Figure 366659DEST_PATH_IMAGE019
以及
Figure 182169DEST_PATH_IMAGE016
时刻障碍物与输送车之间沿轨道方向的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE020
；
控制器根据距离差
Figure 407745DEST_PATH_IMAGE021
和时间差
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，计算得到障碍物的移动速度
Figure 29219DEST_PATH_IMAGE023
和障碍物 将与物料轮廓发生碰撞的时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
控制器计算得到输送车的车头到达可能的碰撞点的时刻
Figure 522386DEST_PATH_IMAGE025
，输送车的车尾到达可 能的碰撞点的时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，以及输送车以正常运行速度
Figure 774376DEST_PATH_IMAGE027
制动至停止的时间
Figure DEST_PATH_IMAGE028
；
控制器对时刻
Figure 487248DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure DEST_PATH_IMAGE030
的大小进行判断，并根据判断结果控制输送车的运动。
更进一步地，所述控制器对时刻
Figure 115675DEST_PATH_IMAGE031
和
Figure 197770DEST_PATH_IMAGE030
的大小进行判断，并根据判断结果控制输送 车的运动的过程为：
判断
Figure DEST_PATH_IMAGE032
是否成立；
如果
Figure 620661DEST_PATH_IMAGE033
，则判定输送车在障碍物到达物料轮廓线前已经离开，控制输送车维持 现有的运动速度运行；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，则进一步判断
Figure 820829DEST_PATH_IMAGE035
是否成立；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE036
且
Figure 252948DEST_PATH_IMAGE037
，则判定障碍物先于输送车的车头出现在输送车行进方向上的 物料的轮廓上，控制器控制输送车以不小于加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE038
进行减速制动并最终停止；其中，
Figure 409122DEST_PATH_IMAGE039
；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE040
则进一步判断
Figure 517762DEST_PATH_IMAGE041
是否成立；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE042
且
Figure 454494DEST_PATH_IMAGE041
则控制输送车以加速度
Figure 909877DEST_PATH_IMAGE043
减速至停止；如果
Figure DEST_PATH_IMAGE044
且
Figure 982875DEST_PATH_IMAGE045
，则 控制输送车以不小于加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE046
加速以避开障碍物；其中，
Figure 216410DEST_PATH_IMAGE047
表示输送车以正常运行速度
Figure DEST_PATH_IMAGE048
制 动至停止的时间，也就是输送车从正常运行速度
Figure 624127DEST_PATH_IMAGE048
减速至速度为0所用的时间；其中，
Figure 866889DEST_PATH_IMAGE049
，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
，L表示输送车的车身长度。
如果
Figure 810706DEST_PATH_IMAGE051
，则判定障碍物将在输送车的车头和车尾之间的车身与输送车发生 碰撞。
根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种用于轨道物料输送车的安全保护系统，其包括控制器以及与所述控制器连接的第一探测器和/或第二探测器；
所述第一探测器用于对轨道物料输送车所运载物料前方斜向上区域的障碍物进行检测，所述第二探测器用于对轨道物料输送车所运载物料后方斜向上区域的障碍物进行检测；
所述第一探测器和/或第二探测器将探测结果发送给所述控制器；所述控制器根据探测结果控制输送车的运动。
上述用于轨道物料输送车的安全保护系统中，还包括第三探测器和第四探测器，所述第三探测器设置在轨道物料输送车的一侧面上，所述第四探测器设置在轨道物料输送车相对的另一侧面上；所述第三探测器和第四探测器的探测方向均沿输送车的高度方向向上；所述第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器的探测区域组合起来，在输送车的轮廓外围区域形成立体的高度方向上的物料安全保护区域。
上述用于轨道物料输送车的安全保护系统中，当所述第三探测器和第四探测器均采用激光传感器时，假设输送车的车身长度为L，所述激光传感器探测面的辐射角为2ζ，探测距离为R，对应激光传感器探测面覆盖的长度为2Rsinζ，则输送车侧面上需要设置的激光传感器的数量为L/2Rsinζ；
当所述第三探测器和第四探测器均采用机器视觉传感器时，所述机器视觉传感器的视场角为2ζˊ，探测距离为Rˊ，对应机器视觉传感器的探测面覆盖的长度为2Rˊsinζˊ，则输送车侧面上需要设置的机器视觉传感器的数量为L/2Rˊsinζˊ。
根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请通过设置第一探测器或第二探测器，能够对轨道物料输送车前、后高度方向上的障碍物进行检测，并根据检测结果控制输送车的运动，以避免与障碍物的碰撞，保证输送车上物料的安全以及人员安全。
本申请通过设置第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器，能够对轨道物料输送车前、后、左、右高度方向上的障碍物进行检测，并根据检测结果控制输送车的运动，以避免与障碍物的碰撞，保证输送车上物料的安全以及人员安全。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。
图1为本申请实施例提供的一种用于轨道物料输送车的安全保护方法的流程图。
图2为本申请实施例提供的一种用于轨道物料输送车的安全保护系统的前视图。
图3为本申请实施例提供的一种用于轨道物料输送车的安全保护方法中输送车在前进方向上由超声波传感器检测到前方上空的障碍物的状态图；其中，图3中的（a）表示侧视图，图3中的（b）表示俯视图。
图4为本申请实施例提供的一种用于轨道物料输送车的安全保护系统的侧视图。
图5为本申请实施例提供的一种用于轨道物料输送车的安全保护系统的俯视图。
图6为本申请实施例提供的一种用于轨道物料输送车的安全保护方法中输送车在 前进方向上由激光传感器检测到左侧上方的障碍物的状态图；其中，图6中的（a）表示
Figure DEST_PATH_IMAGE052
时 刻障碍物与输送车的相对位置关系示意图，图6中的（b）表示
Figure 11880DEST_PATH_IMAGE053
时刻障碍物与输送车的相对 位置关系示意图。
图7为本申请实施例提供的一种用于轨道物料输送车的安全保护方法中输送车与障碍物的简化的相对运动状态示意图。
附图标记说明：
1、输送车；2、第一探测器；3、第二探测器；4、第三探测器；5、第四探测器；6、物料。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。
本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。
某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
图1为本申请实施例提供的一种用于轨道物料输送车的安全保护方法的流程图。
如图1所示，本申请提供的用于轨道物料输送车的安全保护方法包括以下步骤：
S11、如图2所示，确定轨道物料输送车1的前进方向，并在轨道物料输送车1的前进方向的端面上设置第一探测器2或第二探测器3。
具体地，当轨道物料输送车1的前进方向为轨道物料输送车1的前端面向其前方运行的方向时，可以在轨道物料输送车1的前端面上设置第一探测器2。当轨道物料输送车1的前进方向为轨道物料输送车1的后端面向其前方运行的方向时，可以在轨道物料输送车1的后端面上设置第二探测器3。当轨道物料输送车1的前进方向为轨道物料输送车1的前端面向其前方运行的方向和轨道物料输送车1的后端面向其前方运行的方向时，即轨道物料输送车1可以双向运行时，可以在轨道物料输送车1的前端面和后端面上分别对应设置第一探测器2和第二探测器3。
其中，第一探测器2和第二探测器3的探测方向相对于输送车1顶面所在的水平面均向上倾斜，也就是说第一探测器2和第二探测器3的探测方向与输送车1竖直向上方向的中轴线之间的夹角为锐角。第一探测器2用于对轨道物料输送车1所运载物料6前方斜向上区域的障碍物进行检测，第二探测器3用于对轨道物料输送车1所运载物料6后方斜向上区域的障碍物进行检测，以使物料6的前方和后方对应受到第一探测器2和第二探测器3的保护。
S22、设置控制器，第一探测器2和/或第二探测器3均与控制器连接。第一探测器2和/或第二探测器3将探测到的数据均发送给控制器。其中，控制器可以设置在轨道物料输送车1上，也可以设置在轨道物料输送车1之外。
S33、控制器根据接收到的探测数据通过输送车1的运动控制装置控制输送车1的运动，防止输送车1与障碍物碰撞，以对输送车1进行安全保护。
在步骤S11中，第一探测器2和第二探测器3均可以采用超声波传感器。
在步骤S33中，以输送车1在前进方向上由超声波传感器检测到其前方上空的障碍物为例，说明控制器的具体控制过程。
如图3所示，超声波传感器测量超声波的飞行时间，并将测量结果发送给控制器， 控制器根据测量结果计算出输送车1上超声波传感器与障碍物的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，进而根据超声波 传感器的探测轴线与水平面的夹角
Figure 860887DEST_PATH_IMAGE055
计算得到物料6与障碍物的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE056
，控制器控制输送 车1以加速度
Figure 422187DEST_PATH_IMAGE057
减速至停止。
其中，输送车1上超声波传感器与障碍物的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为：
Figure 735357DEST_PATH_IMAGE059
（1）
式（1）中，
Figure DEST_PATH_IMAGE060
表示声速，
Figure 858165DEST_PATH_IMAGE061
表示超声波传感器的超声波发射和接收的时间间隔。
物料6与障碍物的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE062
为：
Figure 506053DEST_PATH_IMAGE063
（2）
假设输送车1以正常运行速度
Figure DEST_PATH_IMAGE064
制动至停止，则加速度
Figure 621776DEST_PATH_IMAGE065
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE066
（3）
输送车1在后退方向上由超声波传感器检测到其后方上空的障碍物的控制过程与输送车1在前进方向上由超声波传感器检测到其前方上空的障碍物的控制过程相同，在此不再赘述。
对于在输送车1前方或后方以一定速度朝向输送车1运动着的障碍物这类极端情况，不在本申请的讨论范围之内。
在步骤S11中，如图4和图5所示，还可以在轨道物料输送车1的一侧面上设置第三探测器4，在轨道物料输送车1相对的另一侧面上设置第四探测器5。第三探测器4和第四探测器5的探测方向均沿输送车1的高度方向向上。具体地，第三探测器4和第四探测器5的探测方向可以沿输送车1的高度方向竖直向上。可以理解的是，第三探测器4和第四探测器5可以根据实际应用需要进行选择设置。具体地，可以根据实际应用需要只在轨道物料输送车1的一侧面上设置第三探测器4，也可以根据实际应用需要只在轨道物料输送车1的另一侧面上设置第四探测器5；当然还可以根据实际应用需要在轨道物料输送车1的一侧面上设置第三探测器4，在轨道物料输送车1相对的另一侧面上设置第四探测器5。
其中，第三探测器4和第四探测器5均可以采用激光传感器、红外传感器、超声波传感器和机器视觉传感器中的一种或两种。
第一探测器2、第二探测器3、第三探测器4和第四探测器5的探测区域组合起来，在输送车1的轮廓外围区域能够形成立体的高度方向上的物料6安全保护区域。第一探测器2、第二探测器3、第三探测器4和第四探测器5持续不断地探测行驶路线上输送车1轮廓附近外围区域是否有障碍物，并将探测结果发送给控制器，由控制器根据探测结果通过输送车1的运动控制装置对输送车1的运动进行控制，以使输送车1避开障碍物，从而保护输送车1运载的物料6的安全以及人员的安全。
当输送车1在行进过程中，第一探测器2检测到物料6前方上空（当输送车1向前行进时）或第二探测器3检测到后方上空（当输送车1向后行进时）或第三探测器4或第四探测器5检测到侧上方有障碍物并且可能与输送车1运载的物料6发生碰撞时，第一探测器2、第二探测器3、第三探测器4或第四探测器5向控制器发送安全警报信号，控制器根据发送安全警报信号的探测器对应的输入输出接口位置，来判断障碍物的方向。
控制器根据探测器反馈的探测数据计算得到输送车1与障碍物的距离，进而结合输送车1的当前速度，计算出可能的碰撞发生时间和为了避免发生碰撞输送车1需要在当前时间之前以多大的加速度进行变速。
控制器根据计算结果给输送车1的运动控制装置发送控制指令，进而控制输送车1的速度，进行减速并在碰到障碍物之前停止下来或进行加速以避开障碍物，从而保证物料6和人员的安全。
假设第三探测器4设置在输送车1的左侧，且第三探测器4采用激光传感器。以输送车1在运行时其左侧前方上空由第三探测器4检测到运动着的障碍物为例，说明控制器的具体控制过程。
如图6所示，激光传感器根据激光飞行时间测距，测量得到在
Figure 540185DEST_PATH_IMAGE067
时刻激光传感器与 障碍物的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE068
，并发送给控制器。
控制器中记录有
Figure 817582DEST_PATH_IMAGE067
时刻激光传感器的探测面与输送车1侧面轮廓平面的夹角
Figure 906761DEST_PATH_IMAGE069
。
控制器根据
Figure 544285DEST_PATH_IMAGE067
时刻激光传感器与障碍物之间的距离
Figure 769730DEST_PATH_IMAGE068
和激光传感器的探测面与 输送车1侧面轮廓平面的夹角
Figure 952449DEST_PATH_IMAGE069
，计算得到
Figure 528924DEST_PATH_IMAGE067
时刻障碍物与输送车1之间垂直于轨道方向的 距离
Figure DEST_PATH_IMAGE070
以及
Figure 737183DEST_PATH_IMAGE067
时刻障碍物与输送车1之间沿轨道方向的距离
Figure 817134DEST_PATH_IMAGE071
。
激光传感器根据激光飞行时间测距，测量得到在
Figure DEST_PATH_IMAGE072
时刻激光传感器与障碍物的距 离
Figure 170755DEST_PATH_IMAGE073
，并发送给控制器。
控制器中记录有
Figure 218215DEST_PATH_IMAGE072
时刻激光传感器的探测面与输送车1侧面轮廓平面的夹角
Figure DEST_PATH_IMAGE074
。
控制器根据
Figure 479432DEST_PATH_IMAGE072
时刻激光传感器与障碍物的距离
Figure 413890DEST_PATH_IMAGE073
和激光传感器的探测面与输送 车1侧面轮廓平面的夹角
Figure 954723DEST_PATH_IMAGE074
，计算得到
Figure 240211DEST_PATH_IMAGE072
时刻障碍物与输送车1之间垂直于轨道方向的距离
Figure 508382DEST_PATH_IMAGE075
以及
Figure 828505DEST_PATH_IMAGE072
时刻障碍物与输送车1之间沿轨道方向的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE076
。
控制器根据距离差
Figure 304354DEST_PATH_IMAGE077
和时间差
Figure DEST_PATH_IMAGE078
，计算得到障碍物的移动速度
Figure 342717DEST_PATH_IMAGE079
和障碍物 将与物料6轮廓发生碰撞的时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE080
。
控制器计算得到输送车1的车头到达可能的碰撞点的时刻
Figure 696469DEST_PATH_IMAGE081
，以及输送车1的车尾 到达可能的碰撞点的时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE082
，以及以及输送车1以正常运行速度
Figure 667836DEST_PATH_IMAGE083
制动至停止的时间
Figure DEST_PATH_IMAGE084
。
控制器对时刻
Figure 338025DEST_PATH_IMAGE085
和
Figure DEST_PATH_IMAGE086
的大小进行判断，并根据判断结果控制输送车1的运 动；其具体过程为：
判断
Figure 129263DEST_PATH_IMAGE087
是否成立；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE088
，则判定输送车1在障碍物到达物料6轮廓线前已经离开，输送车1运载 的物料6和障碍物将不会发生碰撞，输送车1将维持现有的运动速度运行。
如果
Figure 224389DEST_PATH_IMAGE089
，则进一步判断
Figure DEST_PATH_IMAGE090
是否成立；
如果
Figure 581421DEST_PATH_IMAGE089
且
Figure 867915DEST_PATH_IMAGE090
，则判定障碍物先于输送车1的车头出现在输送车1行进方向上 的物料6的轮廓上，控制器控制输送车1以不小于加速度
Figure 615291DEST_PATH_IMAGE091
进行减速制动并最终停止。
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE092
则进一步判断
Figure 560113DEST_PATH_IMAGE093
是否成立；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE094
且
Figure 725647DEST_PATH_IMAGE093
则控制输送车1以加速度
Figure 199353DEST_PATH_IMAGE095
减速至停止；如果
Figure DEST_PATH_IMAGE096
且
Figure 902867DEST_PATH_IMAGE097
，则 控制输送车1以不小于加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE098
加速以避开障碍物。其中，
Figure 635069DEST_PATH_IMAGE099
表示输送车1以正常运行速度
Figure DEST_PATH_IMAGE100
制动至停止的时间，也就是输送车1从正常运行速度
Figure 169955DEST_PATH_IMAGE100
减速至速度为0所用的时间。
如果
Figure 565296DEST_PATH_IMAGE101
，则判定障碍物将在输送车1的车头和车尾之间的车身与输送车1发 生碰撞。
具体地，如图7所示，可以将输送车1上的探测器和障碍物的相对位置简化成一长 方体，abcdefgh围成的长方体表示输送车1上的探测器和障碍物在
Figure DEST_PATH_IMAGE102
时刻的相对位置关系，a ˊbˊcˊdˊefˊgˊh围成的长方体表示输送车1上的探测器和障碍物在
Figure 552843DEST_PATH_IMAGE103
时刻的相对位置关系。
Figure DEST_PATH_IMAGE104
时刻障碍物位于g点，探测器位于a点；
Figure 42730DEST_PATH_IMAGE103
时刻障碍物位于gˊ点，探测器位于aˊ点； 平面adhe为输送车1行进方向上物料6的轮廓，各参数的说明和计算如下：
Figure 150232DEST_PATH_IMAGE104
时刻障碍物与探测器之间的距离
Figure 965742DEST_PATH_IMAGE105
（即图7中线段ag的长度）为：
Figure DEST_PATH_IMAGE106
（4）
式（4）中，
Figure 440585DEST_PATH_IMAGE107
表示光速，
Figure DEST_PATH_IMAGE108
表示
Figure 281634DEST_PATH_IMAGE109
时刻探测器的激光发射和接收的时间间隔。
Figure 994375DEST_PATH_IMAGE109
时刻障碍物与输送车1上探测器之间垂直于轨道方向的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE110
（即图7中线段gh 的长度）为：
Figure 761211DEST_PATH_IMAGE111
（5）
式（5）中，
Figure DEST_PATH_IMAGE112
表示物料6的高度，即图7中线段ad的长度，
Figure 926613DEST_PATH_IMAGE113
表示
Figure 23882DEST_PATH_IMAGE109
时刻探测器的探 测面与输送车1侧面轮廓平面的夹角
Figure DEST_PATH_IMAGE114
。
Figure 873021DEST_PATH_IMAGE115
时刻障碍物与输送车1上探测器之间沿轨道方向的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE116
（即图7中线段ae的 长度）为：
Figure 827070DEST_PATH_IMAGE117
（6）
Figure DEST_PATH_IMAGE118
时刻激光传感器与障碍物的距离
Figure 525774DEST_PATH_IMAGE119
（即图7中线段aˊgˊ的长度）为：
Figure DEST_PATH_IMAGE120
（7）
式（7）中，
Figure 895575DEST_PATH_IMAGE121
表示光速，
Figure DEST_PATH_IMAGE122
表示
Figure 114067DEST_PATH_IMAGE118
时刻探测器的激光发射和接收的时间间隔。
Figure 193013DEST_PATH_IMAGE118
时刻障碍物与输送车1上探测器之间垂直于轨道方向的距离
Figure 598586DEST_PATH_IMAGE123
（即图7中线段gˊ h的长度）为：
Figure DEST_PATH_IMAGE124
（8）
式（8）中，
Figure 834395DEST_PATH_IMAGE125
表示物料6的高度，即图7中线段ad的长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE126
表示
Figure 156661DEST_PATH_IMAGE118
时刻探测器的探 测面与输送车1侧面轮廓平面的夹角
Figure 859038DEST_PATH_IMAGE127
。
Figure 486328DEST_PATH_IMAGE118
时刻障碍物与输送车1上探测器之间沿轨道方向的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE128
（即图7中线段aˊe的 长度）为：
Figure 745403DEST_PATH_IMAGE129
（9）
其中，障碍物的移动速度
Figure DEST_PATH_IMAGE130
为：
Figure 204066DEST_PATH_IMAGE131
（10）
障碍物将与物料6轮廓发生碰撞的时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE132
为：
Figure 654508DEST_PATH_IMAGE133
（11）
输送车1的车头到达可能的碰撞点的时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE134
为：
Figure 503515DEST_PATH_IMAGE135
（12）
输送车1的车尾到达可能的碰撞点的时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE136
为：
Figure 815547DEST_PATH_IMAGE137
（13）
式（13）中，
Figure DEST_PATH_IMAGE138
表示输送车1的长度。
加速度
Figure 613870DEST_PATH_IMAGE139
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE140
（14）
加速度
Figure 251525DEST_PATH_IMAGE141
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE142
（15）
加速度
Figure 633834DEST_PATH_IMAGE143
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE144
（16）
输送车1在运行时其右侧前方上空由第四探测器5检测到运动着的障碍物的控制过程与输送车1在运行时其左侧前方上空由第三探测器4检测到运动着的障碍物的控制过程相同，在此不再赘述。
基于本申请实施例提供的一种用于轨道物料输送车的安全保护方法，本申请还提供了一种用于轨道物料输送车的安全保护系统。
如图2所示，本申请提供的用于轨道物料输送车的安全保护系统包括控制器（图中未示出）以及与控制器连接的第一探测器2和/或第二探测器3。其中，第一探测器2可以设置在输送车1的前端面上，第二探测器3可以设置在输送车1的后端面上。
需要说明的是，轨道物料输送车1能够向前、后两个方向运行。当轨道物料输送车1单方向且向前方运行时，在输送车1的前端面上设置第一探测器2；当轨道物料输送车1单方向且向后方运行时，在输送车1的后端面上设置第一探测器2；当轨道物料输送车1双方向运行时，在输送车1的前端面上设置第一探测器2，在输送车1的后端面上设置第一探测器2。
第一探测器2和第二探测器3的探测方向相对于输送车1顶面所在的水平面向上倾斜，也就是说第一探测器2和第二探测器3的探测方向与输送车1竖直向上方向的中轴线之间的夹角为锐角。第一探测器2和第二探测器3用于对输送车1高度方向的障碍物进行探测，第一探测器2或第二探测器3将探测结果发送给控制器。控制器根据探测结果控制输送车1的运动。
需要说明的是，控制器可以通过控制电机的旋转来控制输送车1的运动，控制器对输送车1的运动控制属于现有技术，在此不再赘述。
具体地，第一探测器2和第二探测器3均可以采用超声波传感器。
第一探测器2和第二探测器3的探测区域组合起来，在输送车1前、后方的轮廓外围区域能够形成立体的高度方向上的物料6安全保护区域。第一探测器2和第二探测器3持续不断地探测行驶路线上输送车1轮廓前、后区域是否有障碍物，并将探测结果发送给控制器，由控制器根据探测结果对输送车1的运动进行控制以避开障碍物，从而保护输送车1运载的物料6的安全以及人员的安全。当然，也可以根据实际应用需要只在输送车1的前端面上设置第一探测器2，也可以根据实际应用需要只在输送车1的后端面上设置第二探测器3。
如图4和图5所示，本申请提供的用于轨道物料输送车的安全保护系统还包括第三探测器4和第四探测器5。其中，第三探测器4可以设置在输送车1的一侧面上，第四探测器5设置在输送车1相对的另一侧面上。第三探测器4和第四探测器5的探测方向沿输送车1的高度方向向上。具体地，第三探测器4和第四探测器5的探测方向沿输送车1的高度方向竖直向上。
可以理解的是，第三探测器4和第四探测器5可以根据实际应用需要进行选择设置。具体地，可以根据实际应用需要只在轨道物料输送车1的一侧面上设置第三探测器4，也可以根据实际应用需要只在轨道物料输送车1的另一侧面上设置第四探测器5；当然还可以根据实际应用需要在轨道物料输送车1的一侧面上设置第三探测器4，在轨道物料输送车1相对的另一侧面上设置第四探测器5。
其中，第三探测器4和第四探测器5均可以采用激光传感器、红外传感器、超声波传感器和机器视觉传感器中的一种或两种。
第一探测器2、第二探测器3、第三探测器4和第四探测器5的探测区域组合起来，在输送车1的轮廓外围区域能够形成立体的高度方向上的物料6安全保护区域。第一探测器2、第二探测器3、第三探测器4和第四探测器5持续不断地探测行驶路线上输送车1轮廓附近外围区域是否有障碍物，并将探测结果发送给控制器，由控制器根据探测结果对输送车1的运动进行控制以避开障碍物，从而保护输送车1运载的物料6的安全以及人员的安全。
当输送车1在行进过程中，第一探测器2检测到物料6前方上空（当输送车1向前行进时）或第二探测器3检测到后方上空（当输送车1向后行进时）或第三探测器4或第四探测器5检测到侧上方有障碍物并且可能与输送车1运载的物料6发生碰撞时，第一探测器2、第二探测器3、第三探测器4或第四探测器5向控制器发送安全警报信号，控制器根据发送安全警报信号的探测器对应的输入输出接口位置，来判断障碍物的方向。控制器根据探测器反馈的探测数据计算得到输送车1与障碍物的距离，进而结合输送车1的当前速度，计算出可能的碰撞发生时间和为了避免发生碰撞输送车1需要在当前时间之前以多大的加速度进行变速。控制器根据计算结果给输送车1的运动控制装置发送控制指令，进而控制输送车1的速度，进行减速并在碰到障碍物之前停止下来或进行加速以避开障碍物，从而保证物料6和人员的安全。
本申请用于轨道物料输送车的安全保护系统可以应用于在各种轨道形式运行的物料6输送车1上。根据运载物料6的大小，可以选择合适的输送车1型号以确保输送车1上探测器的安装位置及其探测范围不会被物料6遮挡。探测器的探测方向可以是竖直的，也可以是与竖直方向形成预设的向外的角度。
第三探测器4和第四探测器5的组合以及数量可以根据实际应用场景进行选择。例如，对于透明玻璃类的障碍物的检测可以采用超声波传感器。
以输送车1侧面上设置的第三探测器4和第四探测器5采用激光传感器为例，假设输送车1的车身长度为L，采用的激光传感器探测面辐射角为2ζ，探测距离为R，对应激光传感器探测面覆盖的长度为2Rsinζ，则输送车1侧面上需要设置的激光传感器的数量为L/2Rsinζ。
设置在输送车1同一侧面的多个第三探测器4或第四探测器5的探测范围之间可以有重叠。例如，第三探测器4或第四探测器5采用红外传感器，可由若干个红外传感器相互错开预设角度组成一组，在输送车1的一侧面上布置若干组。布置的疏密程度可结合实际应用进行选取。
例如，第三探测器4或第四探测器5采用机器视觉传感器，机器视觉传感器的视场角为2ζˊ，探测距离为Rˊ，对应机器视觉传感器的探测面覆盖的长度为2Rˊsinζˊ，则输送车1侧面上需要设置的机器视觉传感器的数量为L/2Rˊsinζˊ。
探测器的探测方向与竖直方向的夹角，探测面涵盖的角度范围，探测报警距离，障碍物的报警高度以及物料6的高度可以根据实际应用场景进行调整和设定。
机器视觉传感器可以是TOF的，单目的也可以是双目的。对物料6的安全保护可以是在输送车1前进的上方或后退的上方或左侧上方或右侧上方。控制器可以是内置在输送车1之内，也可以设置在输送车1的外壁上。探测器探测到障碍物时发出的警报信号可以是指示灯的闪烁信号，蜂鸣器的声音信号，也可以是控制电路的状态信号。
本申请提供的用于轨道物料输送车的安全保护系统能够在轨道运行平面的高度方向上检测障碍物，以防止输送车1与障碍物碰撞，能够保证物料6和人员的安全。
上述的本申请实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本申请的实施例也可表示在数据信号处理器中执行上述方法的程序代码。本申请也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列执行的多种功能。可根据本申请配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本申请揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展表示不同的程序语言与不同的格式或形式。也可表示不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本申请执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本申请的精神与范围。
以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种用于轨道物料输送车的安全保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定轨道物料输送车的前进方向；当轨道物料输送车的前进方向为轨道物料输送车的前端面向其前方运行的方向时，在轨道物料输送车的前端面上设置第一探测器；当轨道物料输送车的前进方向为轨道物料输送车的后端面向其前方运行的方向时，在轨道物料输送车的后端面上设置第二探测器；当轨道物料输送车的前进方向为轨道物料输送车的前端面向其前方运行的方向和轨道物料输送车的后端面向其前方运行的方向时，在轨道物料输送车的前端面和后端面上分别对应设置第一探测器和第二探测器；其中，第一探测器用于对轨道物料输送车所运载物料前方斜向上区域的障碍物进行检测，第二探测器用于对轨道物料输送车所运载物料后方斜向上区域的障碍物进行检测；
设置控制器，第一探测器和/或第二探测器将探测到的数据均发送给控制器；
控制器根据接收到的探测数据控制输送车的运动，防止输送车与障碍物碰撞，以对输送车进行安全保护；
还包括在轨道物料输送车的一侧面上设置第三探测器，在轨道物料输送车相对的另一侧面上设置第四探测器；所述第三探测器和第四探测器的探测方向均沿输送车的高度方向向上；
所述第三探测器采用激光传感器，激光传感器用于检测输送车在运行时其左侧前方上空的障碍物，所述控制器根据接收到的探测数据控制输送车的运动的具体过程为：
激光传感器根据激光飞行时间测距，测量得到在
Figure 27294DEST_PATH_IMAGE001
时刻激光传感器与障碍物的距离
Figure 443231DEST_PATH_IMAGE002
，并发送给控制器；
控制器中记录有
Figure 179106DEST_PATH_IMAGE003
时刻激光传感器的探测面与输送车侧面轮廓平面的夹角
Figure 971482DEST_PATH_IMAGE004
；
控制器根据
Figure 843623DEST_PATH_IMAGE003
时刻激光传感器与障碍物之间的距离
Figure 931927DEST_PATH_IMAGE005
和激光传感器的探测面与输送车侧面轮廓平面的夹角
Figure 14152DEST_PATH_IMAGE004
，计算得到
Figure 220006DEST_PATH_IMAGE003
时刻障碍物与输送车之间垂直于轨道方向的距离
Figure 336866DEST_PATH_IMAGE006
以及
Figure 969973DEST_PATH_IMAGE003
时刻障碍物与输送车之间沿轨道方向的距离
Figure 539495DEST_PATH_IMAGE007
；
激光传感器根据激光飞行时间测距，测量得到在
Figure 549039DEST_PATH_IMAGE008
时刻激光传感器与障碍物的距离
Figure 287450DEST_PATH_IMAGE009
，并发送给控制器；
控制器中记录有
Figure 950513DEST_PATH_IMAGE010
时刻激光传感器的探测面与输送车侧面轮廓平面的夹角
Figure 148276DEST_PATH_IMAGE011
；
控制器根据
Figure 554986DEST_PATH_IMAGE010
时刻激光传感器与障碍物的距离
Figure 521805DEST_PATH_IMAGE012
和激光传感器的探测面与输送车侧面轮廓平面的夹角
Figure 621348DEST_PATH_IMAGE011
，计算得到
Figure 306408DEST_PATH_IMAGE010
时刻障碍物与输送车之间垂直于轨道方向的距离
Figure 283853DEST_PATH_IMAGE013
以及
Figure 964233DEST_PATH_IMAGE010
时刻障碍物与输送车之间沿轨道方向的距离
Figure 375623DEST_PATH_IMAGE014
；
控制器根据距离差
Figure 407033DEST_PATH_IMAGE015
和时间差
Figure 296491DEST_PATH_IMAGE016
，计算得到障碍物的移动速度
Figure 96957DEST_PATH_IMAGE017
和障碍物将与物料轮廓发生碰撞的时刻
Figure 413669DEST_PATH_IMAGE018
；
控制器计算得到输送车的车头到达可能的碰撞点的时刻
Figure 433840DEST_PATH_IMAGE019
，输送车的车尾到达可能的碰撞点的时刻
Figure 126989DEST_PATH_IMAGE020
，以及输送车以正常运行速度
Figure 47541DEST_PATH_IMAGE021
制动至停止的时间
Figure 800733DEST_PATH_IMAGE022
；
控制器对时刻
Figure 806735DEST_PATH_IMAGE023
的大小进行判断，并根据判断结果控制输送车的运动，其具体过程为：
判断
Figure 897051DEST_PATH_IMAGE024
是否成立；
如果
Figure 547475DEST_PATH_IMAGE025
，则判定输送车在障碍物到达物料轮廓线前已经离开，控制输送车维持现有的运动速度运行；
如果
Figure 832088DEST_PATH_IMAGE026
，则进一步判断
Figure 200753DEST_PATH_IMAGE027
是否成立；
如果
Figure 360339DEST_PATH_IMAGE028
，则判定障碍物先于输送车的车头出现在输送车行进方向上的物料的轮廓上，控制器控制输送车以不小于加速度
Figure 865269DEST_PATH_IMAGE029
进行减速制动并最终停止；其中，
Figure 819319DEST_PATH_IMAGE030
；
如果
Figure 799913DEST_PATH_IMAGE031
则进一步判断
Figure 107398DEST_PATH_IMAGE032
是否成立；
如果
Figure 358513DEST_PATH_IMAGE033
则控制输送车以加速度
Figure 624409DEST_PATH_IMAGE034
减速至停止；如果
Figure 826720DEST_PATH_IMAGE035
且
Figure 469054DEST_PATH_IMAGE036
，则控制输送车以不小于加速度
Figure 807632DEST_PATH_IMAGE037
加速以避开障碍物；其中，
Figure 369063DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 934037DEST_PATH_IMAGE039
，L表示输送车的车身长度；
如果
Figure 221141DEST_PATH_IMAGE040
，则判定障碍物将在输送车的车头和车尾之间的车身与输送车发生碰撞。
2.根据权利要求1所述的用于轨道物料输送车的安全保护方法，其特征在于，所述第一探测器采用超声波传感器时，超声波传感器用于检测输送车前方上空的障碍物；所述控制器根据接收到的探测数据控制输送车的运动的具体过程为：
超声波传感器测量超声波的飞行时间，并将测量结果发送给控制器；
控制器根据测量结果计算出输送车上超声波传感器与障碍物的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE041
：
Figure 414225DEST_PATH_IMAGE042
，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
表示声速，
Figure 349820DEST_PATH_IMAGE044
表示超声波传感器的超声波发射和接收的时间间隔；
根据超声波传感器的探测轴线与水平面的夹角
Figure DEST_PATH_IMAGE045
计算得到物料与障碍物的距离
Figure 995565DEST_PATH_IMAGE046
：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
，
控制器控制输送车以加速度
Figure 543483DEST_PATH_IMAGE048
减速至停止，其中，加速度
Figure 122232DEST_PATH_IMAGE048
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE049
，
式中，
Figure 228728DEST_PATH_IMAGE050
表示输送车的正常运行速度。
3.根据权利要求1所述的用于轨道物料输送车的安全保护方法，其特征在于，所述控制器根据发送安全警报信号的探测器对应的输入输出接口位置判断障碍物的方向。
4.一种用于轨道物料输送车的安全保护系统，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的用于轨道物料输送车的安全保护方法对轨道物料输送车进行安全保护，其包括控制器以及与所述控制器连接的第一探测器和/或第二探测器；
所述第一探测器用于对轨道物料输送车所运载物料前方斜向上区域的障碍物进行检测，所述第二探测器用于对轨道物料输送车所运载物料后方斜向上区域的障碍物进行检测；
所述第一探测器和/或第二探测器将探测结果发送给所述控制器；所述控制器根据探测结果控制输送车的运动。
5.根据权利要求4所述的用于轨道物料输送车的安全保护系统，其特征在于，还包括第三探测器和第四探测器，所述第三探测器设置在轨道物料输送车的一侧面上，所述第四探测器设置在轨道物料输送车相对的另一侧面上；所述第三探测器和第四探测器的探测方向均沿输送车的高度方向向上；所述第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器的探测区域组合起来，在输送车的轮廓外围区域形成立体的高度方向上的物料安全保护区域。
6.根据权利要求5所述的用于轨道物料输送车的安全保护系统，其特征在于，当所述第三探测器和第四探测器均采用激光传感器时，假设输送车的车身长度为L，所述激光传感器探测面的辐射角为2ζ，探测距离为R，对应激光传感器探测面覆盖的长度为2Rsinζ，则输送车侧面上需要设置的激光传感器的数量为L/2Rsinζ；
当所述第三探测器和第四探测器均采用机器视觉传感器时，所述机器视觉传感器的视场角为2ζˊ，探测距离为Rˊ，对应机器视觉传感器的探测面覆盖的长度为2Rˊsinζˊ，则输送车侧面上需要设置的机器视觉传感器的数量为L/2Rˊsinζˊ。
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