CN113291845A - 一种堆取料机的防碰撞方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种堆取料机的防碰撞方法及系统，由激光扫描仪采集料堆的料堆轮廓模型；控制系统根据堆取料机的姿态信息确定保护区域轮廓模型，以及，对保护区域轮廓模型和料堆轮廓模型进行侧面投影处理，得到侧视投影图像；在侧视投影图像中，确定堆取料机的预判碰撞区域，如果堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交，则预判堆取料机与料堆会发生碰撞，以及，控制堆取料机执行对应的防碰撞操作。可见，本发明实施例提供的系统，利用激光扫描仪采集料堆轮廓模型，利用料堆轮廓模型，预判堆取料机的大臂与料堆的碰撞问题，并在存在碰撞问题时提前对堆取料机执行防碰撞操作，避免因操作不当导致设备的安全运行。

Description

一种堆取料机的防碰撞方法及系统

技术领域

本申请涉及机械控制技术领域，尤其涉及一种堆取料机的防碰撞方法及系统。

背景技术

原料场是接受、贮存、加工处理和混匀钢铁冶金原、燃料的场地。现代化大型原料场的贮料场(贮存原料的场地)包括矿石场、煤场、辅助原料场和混匀料场，不同种类的物料堆成各自的料堆。堆取料机是一种原料场中常用的取料机，实现料堆的取料或堆料。取料机在轨道上移动对位时，可能存在取料机的刮板与料堆发生碰撞的风险。

在原料场使用堆取料机进行取料或堆料时，通常由操作工在驾驶室手动操作堆取料机以完成相应作业任务。但由于原料场工作环境的影响，例如水雾、粉尘、夜间等，操作工的视线受阻，极易造成堆取料机在运行时与料堆发生碰撞，威胁设备安全运行。

发明内容

本申请提供了一种堆取料机的防碰撞方法及系统，以解决堆取料机在运行时易与料堆发生碰撞，威胁设备安全运行的问题。

第一方面，本申请提供了一种堆取料机的防碰撞方法，包括以下步骤：

获取激光扫描仪采集的料堆轮廓模型和堆取料机的姿态信息；

基于所述姿态信息确定堆取料机的保护区域轮廓模型，以及，对所述保护区域轮廓模型和所述料堆轮廓模型进行侧面投影处理，得到包括料堆轮廓模型和保护区域轮廓模型的侧视投影图像；

在所述侧视投影图像中，基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型确定所述堆取料机的预判碰撞区域，所述预判碰撞区域是指包括堆取料机的大臂和斗轮的包围区域；

判断在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交；

如果在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交，则预判所述堆取料机与料堆会发生碰撞，以及，控制所述堆取料机执行对应的防碰撞操作。

进一步地，所述在侧视投影图像中，基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型确定所述堆取料机的预判碰撞区域，包括：基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型的姿态信息，采用最小外接长方形的原则，将所述堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到所述堆取料机的预判碰撞区域，所述姿态信息用于表征所述堆取料机在当前时刻在轨道上所处的位置和大臂的运行角度。

进一步地，所述将堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到所述堆取料机的预判碰撞区域，包括：

采用最小外接长方形的原则，将所述堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到大臂模型保护区域和斗轮模型保护区域；

按照膨胀阈值，将所述大臂模型保护区域向四周膨胀，所述膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域的宽度相同；

基于所述膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域，确定所述堆取料机的预判碰撞区域。

进一步地，所述判断在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交，包括：

在所述侧视投影图像中，建立直角坐标系；

在所述直角坐标系中，获取所述堆取料机的预判碰撞区域的底边坐标和料堆轮廓模型的轮廓坐标；

如果在同一横坐标值下对应的所述底边坐标的纵坐标值均大于所述轮廓坐标的纵坐标值，则确定所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型不存在相交；

如果在同一横坐标值下对应的所述底边坐标的纵坐标值中存在小于所述轮廓坐标的纵坐标值的坐标值，则确定所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交。

进一步地，所述控制堆取料机执行对应的防碰撞操作，包括：

在预判所述堆取料机与料堆会发生碰撞时，确定所述堆取料机在当前时刻到发生碰撞时刻的预测运行方向；

控制所述堆取料机沿与所述预测运行方向相反的方向运行。

第二方面，本申请还提供了一种堆取料机的防碰撞系统，包括：控制系统、轨道、料条、堆取料机和激光扫描仪；所述料条位于所述轨道的两侧，所述料条上用于放置数个料堆，所述堆取料机沿所述轨道移动，实现在所述料堆处的取料操作和堆料操作；所述激光扫描仪设置在所述堆取料机的一侧，所述激光扫描仪用于采集料堆的料堆轮廓模型；所述堆取料机包括大臂、斗轮和机座，所述大臂的一端设置斗轮，所述斗轮用于在所述料堆处进行取料或堆料；所述大臂的另一端与机座转动连接，所述大臂沿所述机座在水平方向和俯仰方向转动，所述大臂上设有带式输送机，所述斗轮抓取的物料经所述带式输送机运输；

所述控制系统用于接收激光扫描仪采集的料堆轮廓模型，以执行第一方面所述的堆取料机的防碰撞方法，控制堆取料机执行防碰撞操作；所述控制系统在控制堆取料机执行防碰撞操作时，被配置为执行下述步骤：

获取激光扫描仪采集的料堆轮廓模型和堆取料机的姿态信息；

基于所述姿态信息确定堆取料机的保护区域轮廓模型，以及，对所述保护区域轮廓模型和所述料堆轮廓模型进行侧面投影处理，得到包括料堆轮廓模型和保护区域轮廓模型的侧视投影图像；

在所述侧视投影图像中，基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型确定所述堆取料机的预判碰撞区域，所述预判碰撞区域是指包括堆取料机的大臂和斗轮的包围区域；

判断在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交；

如果在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交，则预判所述堆取料机与料堆会发生碰撞，以及，控制所述堆取料机执行对应的防碰撞操作。

进一步地，所述在侧视投影图像中，所述控制系统在执行所述基于堆取料机的保护区域轮廓模型确定所述堆取料机的预判碰撞区域，被进一步配置为：基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型的姿态信息，采用最小外接长方形的原则，将所述堆取料机模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到所述堆取料机的预判碰撞区域，所述姿态信息用于表征所述堆取料机在当前时刻在轨道上所处的位置和大臂的运行角度。

进一步地，所述控制系统在执行所述将堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到所述堆取料机的预判碰撞区域，被进一步配置为：

采用最小外接长方形的原则，将所述堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到大臂模型保护区域和斗轮模型保护区域；

按照膨胀阈值，将所述大臂模型保护区域向四周膨胀，所述膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域的宽度相同；

基于所述膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域，确定所述堆取料机的预判碰撞区域。

进一步地，所述控制系统在执行所述判断在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交，被进一步配置为：

在所述侧视投影图像中，建立直角坐标系；

在所述直角坐标系中，获取所述堆取料机的预判碰撞区域的底边坐标和料堆轮廓模型的轮廓坐标；

如果在同一横坐标值下对应的所述底边坐标的纵坐标值均大于所述轮廓坐标的纵坐标值，则确定所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型不存在相交；

如果在同一横坐标值下对应的所述底边坐标的纵坐标值中存在小于所述轮廓坐标的纵坐标值的坐标值，则确定所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交。

进一步地，所述控制系统在执行所述控制堆取料机执行对应的防碰撞操作，被进一步配置为：

在预判所述堆取料机与料堆会发生碰撞时，确定所述堆取料机在当前时刻到发生碰撞时刻的预测运行方向；

控制所述堆取料机沿与所述预测运行方向相反的方向运行。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种堆取料机的防碰撞方法及系统，由激光扫描仪采集料堆的料堆轮廓模型；控制系统根据堆取料机的姿态信息确定堆取料机的保护区域轮廓模型，以及，对保护区域轮廓模型和料堆轮廓模型进行侧面投影处理，得到料堆轮廓模型和堆取料机模型的侧视投影图像；在侧视投影图像中，确定堆取料机的预判碰撞区域，如果堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交，则预判堆取料机与料堆会发生碰撞，以及，控制堆取料机执行对应的防碰撞操作。可见，本发明实施例提供的系统，利用料堆轮廓模型，预判堆取料机的大臂与料堆的碰撞问题，并在存在碰撞问题时提前对堆取料机执行防碰撞操作，避免因操作不当导致设备的安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的原料场局部俯视图；

图2为本发明实施例提供的堆取料机的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的堆取料机的防碰撞系统的控制框图；

图4为本发明实施例提供的堆取料机的防碰撞方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的侧视投影图像的示意图；

图6为本发明实施例提供的预判碰撞区域的一种显示示意图；

图7为本发明实施例提供的确定预判碰撞区域的另一方法流程图；

图8为本发明实施例提供的预判碰撞区域的另一种显示示意图；

图9为本发明实施例提供的判断预判膨胀区域与料堆轮廓模型是否相交的方法流程图；

图10为本发明实施例提供的直角坐标系的示意图；

图11为本发明实施例提供的控制堆取料机执行防碰撞操作的方法流程图。

具体实施方式

在原料场使用堆取料机进行取料或堆料时，通常由操作工在驾驶室手动操作堆取料机以完成相应作业任务。但由于原料场工作环境的影响，例如水雾、粉尘、夜间等，操作工的视线受阻，极易造成堆取料机在运行时与料堆发生碰撞，威胁设备安全运行。因此，为提高作业效率，避免因操作不当导致设备的安全运行，本发明实施例提供一种堆取料机的防碰撞系统，可以利用料堆轮廓模型，预判堆取料机的大臂与料堆的碰撞问题。

图1为本发明实施例提供的原料场局部俯视图；图2为本发明实施例提供的堆取料机的结构示意图。参见图1和图2，为避免堆取料机与料堆出现碰撞情况，本发明实施例提供的堆取料机的防碰撞系统，采用预判机制，并在判断出堆取料机即将与料堆发生碰撞时，提前控制堆取料机执行防碰撞操作。该堆取料机的防碰撞系统，包括：控制系统100、轨道200、料条300、堆取料机400和激光扫描仪500。

该堆取料机的防碰撞系统应用在原料场，原料场内设有轨道200，料条300位于轨道200的两侧，轨道200的两侧分别设置对应的料条300，料条300为轨道200间的长条空间，料条300上用于放置数个料堆600。

鉴于原料场的场地空间较大，轨道200上可能设有多个堆取料机400，堆取料机400包括堆料和取料两种作业方式，以由多个堆取料机400实现高效的堆料和取料。堆取料机400沿轨道200移动，实现在料堆600处的取料操作和堆料操作。

堆取料机400包括大臂402、斗轮403和机座401，大臂402的一端设置斗轮403，斗轮403用于在料堆600处进行取料或堆料；大臂402的另一端与机座401转动连接，大臂402沿机座401在水平方向和俯仰方向转动，大臂402上设有带式输送机404，斗轮403抓取的物料经带式输送机404运输。

为实现大臂402沿机座401的稳定转动，可在机座401的另一侧设置配重405，配重405与大臂402和斗轮403形成的运动机构保持重力平衡，避免运动机构(大臂402和斗轮403)过重而导致堆取料机在运行过程中出现倾倒。

为实现物料的输送，在机座401的另一侧设置第二带式输送机406，第二带式输送机406倾斜设置，第二带式输送机406远离地面的一端与带式输送机404连接。

在堆取料机400实现堆料时，由第二带式输送机406运来的散料卸至大臂402上的带式输送机404，带式输送机404沿由机座401至斗轮403的方向运行，带式输送机404上的散料由大臂402前端的卸料口抛卸至原料场。大臂402前端为设置斗轮403的那一端。

为使得堆料时所形成的料堆为整齐形状，可控制大臂402沿基座401在水平方向和俯仰方向运动，进而改变大臂402前端抛料时的方向、角度和位置。可见，通过堆取料机400整机的运行，大臂402的回转(水平运动)、俯仰可使料堆形成梯形断面的整齐形状。

在堆取料机400实现取料时，也是通过大臂402的回转和斗轮403旋转连续实现的。通过控制大臂402沿机座401在水平方向和俯仰方向运动，控制大臂402带动斗轮403移动至料堆处，由斗轮403在料堆处实现取料。取到的物料经卸料板卸至反向运行的大臂402的带式输送机404上，此时，带式输送机404的运行方向为由斗轮403至机座401的方向，与堆料时的运行方向相反。

带式输送机404的另一端设置漏斗(图中未示出)，带式输送机404将其运输的物料卸至漏斗，再由漏斗将物料卸至第二带式输送机406运走。可见，通过堆取料机400整机的运行，大臂402臂架的回转(水平运动)、俯仰，可使斗轮403将料堆的物料取尽。

为实现堆取料机400与料堆是否发生碰撞进行判断，本发明实施例提供的系统，采用图像分析的方法，即利用激光扫描仪500实时采集料堆的状态图像，通过对图像的分析，以预判堆取料机400与料堆是否发生碰撞。

激光扫描仪500设置在堆取料机400的一侧，激光扫描仪500用于料堆的图像。激光扫描仪500同时采集包括堆取料机400和料堆的图像，以便对该图像进行分析，预判堆取料机400和料堆是否会发生碰撞。

图3为本发明实施例提供的堆取料机的防碰撞系统的控制框图。为准确预判堆取料机400和料堆是否会发生碰撞，由控制系统100实现自动化分析和控制。参见图3，控制系统100分别与激光扫描仪500和堆取料机400连接，控制系统100用于接收激光扫描仪500采集的料堆的图像，并对该图像进行图像分析，确定料堆轮廓模型，以预判堆取料机400和料堆是否会发生碰撞。在预判出堆取料机400和料堆将会发生碰撞时，控制系统100控制堆取料机400执行防碰撞操作。

图4为本发明实施例提供的堆取料机的防碰撞方法的流程图；图5为本发明实施例提供的侧视投影图像的示意图。参见图4和图5，本发明实施例提供的一种堆取料机的防碰撞系统，在预判堆取料机400和料堆是否会发生碰撞时，控制系统100被配置为图4所示的堆取料机的防碰撞方法，该方法包括：

S1、获取激光扫描仪采集的料堆轮廓模型和堆取料机的姿态信息。

S2、基于姿态信息确定堆取料机的保护区域轮廓模型，以及，对保护区域轮廓模型和料堆轮廓模型进行侧面投影处理，得到料堆轮廓模型和保护区域轮廓模型的侧视投影图像。

堆取料机在进行取料或堆料的过程中，由激光扫描仪实时采集图像，以实时对堆取料机与料堆是否发生碰撞进行预判。

激光扫描仪采集的图像中包括料堆的料堆轮廓模型，为便于进行防碰撞分析，对该图像进行侧面投影处理，得到侧视投影图像。同时，根据堆取料机的姿态信息确定堆取料机的保护区域轮廓模型，并将该模型投影到侧视投影图像中，形成包括料堆轮廓模型和堆取料机的保护区域轮廓模型的侧视投影图像。

堆取料机模型的姿态信息即为堆取料机在当前时刻在轨道上所处的位置和大臂的运行角度，当前时刻是指激光扫描仪采集到相应图像的时刻，大臂的运行角度包括俯仰角度和水平旋转角度。根据堆取料机的当前姿态信息，即可确定当前堆取料机的运行姿态。

料堆和堆取料机在原料场的空间范围内具有一定空间距离，因此，侧视投影图像可以从侧视的角度展示出料堆和堆取料机的位置关系，料堆轮廓模型为料堆在图像中的成像模型，堆取料机的保护区域轮廓模型为堆取料机在图像中的成像模型。

S3、在侧视投影图像中，基于堆取料机的保护区域轮廓模型确定堆取料机的预判碰撞区域，预判碰撞区域是指包括堆取料机的大臂和斗轮的包围区域。

堆取料机400在取料和堆料时，机座401沿轨道200运动，并控制大臂402和斗轮403在空间方向(水平方向和俯仰方向)上运行，以在料堆处进行取料和堆料。因此，堆取料机400可能与料堆发生碰撞的部位为大臂402和斗轮403。因此，可在堆取料机模型中，将堆取料机的大臂402和斗轮403的所在区域作为预判碰撞区域。

具体地，控制系统在执行基于堆取料机的保护区域轮廓模型确定堆取料机的预判碰撞区域，被进一步配置为：基于堆取料机的保护区域轮廓模型的姿态信息，采用最小外接长方形的原则，将堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到堆取料机的预判碰撞区域，姿态信息用于表征所述堆取料机在当前时刻在轨道上所处的位置和大臂的运行角度。

堆取料机400在运行过程中，为实现取料和堆料，其运行姿态实时发生变化，堆取料机400的姿态包括俯仰程度、水平旋转程度和指定堆取料机400在轨道200上的位置。而激光扫描仪扫描料堆，生成料堆轮廓模型，从大机控制系统中获取到堆取料机的姿态信息。因此，可根据堆取料机的姿态信息，确定堆取料机的预判碰撞区域。

根据堆取料机的保护区域轮廓模型对应的姿态信息，即可确定当前堆取料机的运行姿态。为准确确定堆取料机可能与料堆发生碰撞的部位，将侧视投影图像中堆取料机模型中的大臂模型和斗轮模型分别包围起来。

图6为本发明实施例提供的预判碰撞区域的一种显示示意图。参见图6，在包围时，可采用最小外接长方形的原则，将堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别包围成各自的长方形区域(大臂模型保护区域和斗轮模型保护区域)，将两个长方形区域作为堆取料机的预判碰撞区域。

由于通常情况下，堆取料机400的斗轮403直径要大于大臂402的宽度，且在进行取料时，斗轮403原本就需与料堆发生碰撞。因此，为准确确定大臂402部位是否会与料堆发生碰撞，可将大臂模型保护区域延伸至与斗轮模型保护区域相同，即两个长方形区域的宽度相同。

图7为本发明实施例提供的确定预判碰撞区域的另一方法流程图。参见图7，具体地，控制系统在执行将堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到堆取料机的预判碰撞区域，被进一步配置为：

S31、采用最小外接长方形的原则，将堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到大臂模型保护区域和斗轮模型保护区域。

S32、按照膨胀阈值，将大臂模型保护区域向四周膨胀，膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域的宽度相同。

S33、基于膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域，确定堆取料机的预判碰撞区域。

由于大臂402和斗轮403的尺寸不同，使得大臂402和斗轮403在图像中形成的大臂模型和斗轮模型的尺寸不同，除了工作长度不同外，与料堆发生碰撞的部位主要表现在宽度不同，即纵向方向上的宽度不同。

因此，采用最小外接长方形的原则，将堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围得到的大臂模型保护区域和斗轮模型保护区域在宽度方向上尺寸不同，通常斗轮模型的宽度尺寸要大于大臂模型的宽度尺寸。也就是说，堆取料机在同一运行姿态下，斗轮会比大臂更接近料堆。

由于堆取料机在取料工作时，斗轮403本来就会与料堆碰撞，因此，为了更加准确地预判大臂是否会与料堆发生碰撞，可将大臂模型保护区域膨胀至与大臂模型保护区域相同。

在碰撞大臂模型保护区域时，可按照预设的膨胀阈值进行膨胀处理，例如，膨胀阈值可设为1m，将大臂模型保护区域向四周碰撞1m，将斗轮模型保护区域包围起来，使得膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域的宽度相同。

图8为本发明实施例提供的预判碰撞区域的另一种显示示意图。参见图8，膨胀后，可将膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域由同一个长方形进行包围，并将该膨胀后的长方形作为堆取料机的预判碰撞区域。

S4、判断在侧视投影图像中堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交。

在完成堆取料机的预判膨胀区域的确定后，即可在侧视投影图像中，判断堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交，若存在相交，则说明堆取料机在未来运行过程中，堆取料机的大臂会与料堆发生碰撞；如果不存在相交，则说明堆取料机在未来运行过程中，堆取料机的大臂不会与料堆发生碰撞。

图9为本发明实施例提供的判断预判膨胀区域与料堆轮廓模型是否相交的方法流程图。参见图9，控制系统在执行判断在侧视投影图像中堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交，被进一步配置为：

S41、在侧视投影图像中，建立直角坐标系。

S42、在直角坐标系中，获取堆取料机的预判碰撞区域的底边坐标和料堆轮廓模型的轮廓坐标。

S43、如果在同一横坐标值下对应的底边坐标的纵坐标值均大于轮廓坐标的纵坐标值，则确定堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型不存在相交。

S44、如果在同一横坐标值下对应的底边坐标的纵坐标值中存在小于轮廓坐标的纵坐标值的坐标值，则确定堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交。

在判断侧视投影图像中堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交时，可在侧视投影图像中建立直角坐标系，分别获取预判碰撞区域的底边坐标和料堆轮廓模型的轮廓坐标。底边坐标是指预判碰撞区域的底边上每一点的坐标，轮廓坐标是指料堆轮廓模型的轮廓上每一点的坐标。

图10为本发明实施例提供的直角坐标系的示意图。参见图10，如果直角坐标系的坐标原点位于侧视投影图像的左下角，由左向右为X轴正向，由下向上为Y轴正向，则可将判断预判碰撞区域是否会与料堆轮廓模型相交的过程转换为比较预判碰撞区域的底边坐标与料堆轮廓模型的轮廓坐标的大小。

如果在同一横坐标值下对应的底边坐标的纵坐标值y₂均大于轮廓坐标的纵坐标值y₁，即y_2i>y_1i，i为横坐标下任一值，说明大臂距离料堆存在一定距离，则确定堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型不存在相交，即堆取料机在未来运行过程中，堆取料机的大臂不会与料堆发生碰撞。

如果在同一横坐标值下对应的底边坐标的纵坐标值y₂中存在小于轮廓坐标的纵坐标值y₁的坐标值，即y_2j>y_1j，j为i中的任一值，说明大臂低于料堆的高度，则确定堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交，即堆取料机在未来运行过程中，堆取料机的大臂会与料堆发生碰撞。

S5、如果在侧视投影图像中堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交，则预判堆取料机与料堆会发生碰撞，以及，控制堆取料机执行对应的防碰撞操作。

在基于侧视投影图像，判断出堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交，则可预判堆取料机与料堆的结果为会发生碰撞。此时，堆取料机若仍按照当前运行方向继续执行取料或堆料动作，则会出现堆取料机与料堆发生碰撞的情况。

因此，在预判到堆取料机与料堆会发生碰撞时，控制系统可控制堆取料机执行防碰撞操作，避免堆取料机在未来的运行中，堆取料机与料堆发生碰撞。

图11为本发明实施例提供的控制堆取料机执行防碰撞操作的方法流程图。参见图11，具体地，控制系统在执行控制堆取料机执行对应的防碰撞操作，被进一步配置为：

S51、在预判堆取料机与料堆会发生碰撞时，确定堆取料机在当前时刻到发生碰撞时刻的预测运行方向。

S52、控制堆取料机沿与预测运行方向相反的方向运行。

在预判出堆取料机与料堆会发生碰撞时，获取堆取料机的当前运行参数，以确定堆取料机在当前时刻到发生碰撞时刻的预测运行方向，则可控制堆取料机沿与预测运行方向相反的方向运行，避免堆取料机与料堆相交。

例如，如果堆取料机的当前运行参数为控制大臂水平旋转，在由左向右顺时针旋转时，控制系统预判到堆取料机与料堆会发生碰撞，则确定预测运行方向为由左向右顺时针方向，此时，控制系统控制大臂沿相反方向运行，即沿逆时针方向运行，以使得大臂远离料堆，进而重新设置大臂的运行参数，使其在运行时高度高于料堆的高度，避免发生碰撞。

在堆取料机水平旋转范围内，每间隔旋转0.1度判断当前堆取料机的运行姿态下，其对应的预判碰撞区域是否会与料堆轮廓模型产生相交，以保证预判碰撞现象的实时进行。

再例如，如果堆取料机的当前运行参数为控制大臂俯仰运动，在由上向下运动时，控制系统预判到堆取料机与料堆会发生碰撞，则确定预测运行方向为由上向下的方向，此时，控制系统控制大臂沿相反方向运行，即沿由下向上的方向运行，以使得大臂远离料堆，进而重新设置大臂的运行参数，使其在运行时高度高于料堆的高度，避免发生碰撞。

堆取料机在俯仰运动时通常只有向下运动时才会出现与料堆的碰撞现象，因此，可在堆取料机控制大臂向下运动时，每间隔向下运动0.1度判断当前堆取料机的运行姿态下，其对应的预判碰撞区域是否会与料堆轮廓模型产生相交，以保证预判碰撞现象的实时进行。

本发明实施例提供的堆取料机的防碰撞系统，在执行堆取料机的防碰撞方法时，不仅可预判堆取料机的大臂与料堆的碰撞问题，还可预判大臂与挡墙的碰撞问题、堆取料机与卸料小车的碰撞问题，以及，多台堆取料机之间的碰撞问题。上述所述场景中，均可由激光扫描仪采集料堆轮廓数据，通过侧视投影图像，判断相应两个机构的保护区域之间是否相交。并在判断出相交时，可提前控制相应堆取料机执行防碰撞操作，避免出现安全问题。该方案可以避免堆取料机运行或者取料时与料堆的碰撞问题，该系统设备安装比较简单，维护成本较低，配套的设备较少，稳定可靠。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种堆取料机的防碰撞系统，由激光扫描仪采集料堆的料堆轮廓模型；控制系统根据堆取料机的姿态信息确定堆取料机的保护区域轮廓模型，以及，对保护区域轮廓模型和料堆轮廓模型进行侧面投影处理，得到料堆轮廓模型和堆取料机模型的侧视投影图像；在侧视投影图像中，确定堆取料机的预判碰撞区域，如果堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交，则预判堆取料机与料堆会发生碰撞，以及，控制堆取料机执行对应的防碰撞操作。可见，本发明实施例提供的系统，利用激光扫描仪实时采集料堆轮廓模型，利用料堆轮廓模型，预判堆取料机的大臂与料堆的碰撞问题，并在存在碰撞问题时提前对堆取料机执行防碰撞操作，避免因操作不当导致设备的安全运行。

图4为本发明实施例提供的堆取料机的防碰撞方法的流程图。参见图4，本申请提供了一种堆取料机的防碰撞方法，由堆取料机的防碰撞系统中的控制系统执行，该方法包括以下步骤：

S1、获取激光扫描仪采集的料堆轮廓模型和堆取料机的姿态信息；

S2、基于所述姿态信息确定堆取料机的保护区域轮廓模型，以及，对所述保护区域轮廓模型和所述料堆轮廓模型进行侧面投影处理，得到包括料堆轮廓模型和保护区域轮廓模型的侧视投影图像；

S3、在所述侧视投影图像中，基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型确定所述堆取料机的预判碰撞区域，所述预判碰撞区域是指包括堆取料机的大臂和斗轮的包围区域；

S4、判断在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交；

S5、如果在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交，则预判所述堆取料机与料堆会发生碰撞，以及，控制所述堆取料机执行对应的防碰撞操作。

进一步地，所述在侧视投影图像中，基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型确定所述堆取料机的预判碰撞区域，包括：基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型的姿态信息，采用最小外接长方形的原则，将所述堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到所述堆取料机的预判碰撞区域，所述姿态信息用于表征所述堆取料机在当前时刻在轨道上所处的位置和大臂的运行角度。

进一步地，所述将堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到所述堆取料机的预判碰撞区域，包括：采用最小外接长方形的原则，将所述堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到大臂模型保护区域和斗轮模型保护区域；按照膨胀阈值，将所述大臂模型保护区域向四周膨胀，所述膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域的宽度相同；基于所述膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域，确定所述堆取料机的预判碰撞区域。

进一步地，所述判断在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交，包括：在所述侧视投影图像中，建立直角坐标系；在所述直角坐标系中，获取所述堆取料机的预判碰撞区域的底边坐标和料堆轮廓模型的轮廓坐标；如果在同一横坐标值下对应的所述底边坐标的纵坐标值均大于所述轮廓坐标的纵坐标值，则确定所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型不存在相交；如果在同一横坐标值下对应的所述底边坐标的纵坐标值中存在小于所述轮廓坐标的纵坐标值的坐标值，则确定所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交。

进一步地，所述控制堆取料机执行对应的防碰撞操作，包括：在预判所述堆取料机与料堆会发生碰撞时，确定所述堆取料机在当前时刻到发生碰撞时刻的预测运行方向；控制所述堆取料机沿与所述预测运行方向相反的方向运行。

具体实现中，本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的堆取料机的防碰撞方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于堆取料机的防碰撞方法实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例中的说明即可。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种堆取料机的防碰撞方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取激光扫描仪采集的料堆轮廓模型和堆取料机的姿态信息；

基于所述姿态信息确定堆取料机的保护区域轮廓模型，以及，对所述保护区域轮廓模型和所述料堆轮廓模型进行侧面投影处理，得到包括料堆轮廓模型和保护区域轮廓模型的侧视投影图像；

在所述侧视投影图像中，基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型确定所述堆取料机的预判碰撞区域，所述预判碰撞区域是指包括堆取料机的大臂和斗轮的包围区域；

判断在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交；

如果在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交，则预判所述堆取料机与料堆会发生碰撞，以及，控制所述堆取料机执行对应的防碰撞操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在侧视投影图像中，基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型确定所述堆取料机的预判碰撞区域，包括：

基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型的姿态信息，采用最小外接长方形的原则，将所述堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到所述堆取料机的预判碰撞区域，所述姿态信息用于表征所述堆取料机在当前时刻在轨道上所处的位置和大臂的运行角度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到所述堆取料机的预判碰撞区域，包括：

采用最小外接长方形的原则，将所述堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到大臂模型保护区域和斗轮模型保护区域；

按照膨胀阈值，将所述大臂模型保护区域向四周膨胀，所述膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域的宽度相同；

基于所述膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域，确定所述堆取料机的预判碰撞区域。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交，包括：

在所述侧视投影图像中，建立直角坐标系；

在所述直角坐标系中，获取所述堆取料机的预判碰撞区域的底边坐标和料堆轮廓模型的轮廓坐标；

如果在同一横坐标值下对应的所述底边坐标的纵坐标值均大于所述轮廓坐标的纵坐标值，则确定所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型不存在相交；

如果在同一横坐标值下对应的所述底边坐标的纵坐标值中存在小于所述轮廓坐标的纵坐标值的坐标值，则确定所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制堆取料机执行对应的防碰撞操作，包括：

在预判所述堆取料机与料堆会发生碰撞时，确定所述堆取料机在当前时刻到发生碰撞时刻的预测运行方向；

控制所述堆取料机沿与所述预测运行方向相反的方向运行。

6.一种堆取料机的防碰撞系统，其特征在于，包括：控制系统、轨道、料条、堆取料机和激光扫描仪；所述料条位于所述轨道的两侧，所述料条上用于放置数个料堆，所述堆取料机沿所述轨道移动，实现在所述料堆处的取料操作和堆料操作；所述激光扫描仪设置在所述堆取料机的一侧，所述激光扫描仪用于采集料堆的轮廓模型；所述堆取料机包括大臂、斗轮和机座，所述大臂的一端设置斗轮，所述斗轮用于在所述料堆处进行取料或堆料；所述大臂的另一端与机座转动连接，所述大臂沿所述机座在水平方向和俯仰方向转动，所述大臂上设有带式输送机，所述斗轮抓取的物料经所述带式输送机运输；

所述控制系统用于接收激光扫描仪采集的料堆轮廓模型，以执行权利要求1所述的堆取料机的防碰撞方法，控制堆取料机执行防碰撞操作；所述控制系统在控制堆取料机执行防碰撞操作时，被配置为执行下述步骤：

获取激光扫描仪采集的料堆轮廓模型和堆取料机的姿态信息；

基于所述姿态信息确定堆取料机的保护区域轮廓模型，以及，对所述保护区域轮廓模型和所述料堆轮廓模型进行侧面投影处理，得到包括料堆轮廓模型和保护区域轮廓模型的侧视投影图像；

在所述侧视投影图像中，基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型确定所述堆取料机的预判碰撞区域，所述预判碰撞区域是指包括堆取料机的大臂和斗轮的包围区域；

判断在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交；

如果在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交，则预判所述堆取料机与料堆会发生碰撞，以及，控制所述堆取料机执行对应的防碰撞操作。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述在侧视投影图像中，所述控制系统在执行所述基于堆取料机的保护区域轮廓模型确定所述堆取料机的预判碰撞区域，被进一步配置为：

基于所述堆取料机的保护区域轮廓模型的姿态信息，采用最小外接长方形的原则，将所述堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到所述堆取料机的预判碰撞区域，所述姿态信息用于表征所述堆取料机在当前时刻在轨道上所处的位置和大臂的运行角度。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制系统在执行所述将堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到所述堆取料机的预判碰撞区域，被进一步配置为：

采用最小外接长方形的原则，将所述堆取料机的保护区域轮廓模型中的大臂模型和斗轮模型分别进行包围，得到大臂模型保护区域和斗轮模型保护区域；

按照膨胀阈值，将所述大臂模型保护区域向四周膨胀，所述膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域的宽度相同；

基于所述膨胀后的大臂模型保护区域与斗轮模型保护区域，确定所述堆取料机的预判碰撞区域。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制系统在执行所述判断在所述侧视投影图像中所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型是否存在相交，被进一步配置为：

在所述侧视投影图像中，建立直角坐标系；

在所述直角坐标系中，获取所述堆取料机的预判碰撞区域的底边坐标和料堆轮廓模型的轮廓坐标；

如果在同一横坐标值下对应的所述底边坐标的纵坐标值均大于所述轮廓坐标的纵坐标值，则确定所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型不存在相交；

如果在同一横坐标值下对应的所述底边坐标的纵坐标值中存在小于所述轮廓坐标的纵坐标值的坐标值，则确定所述堆取料机的预判碰撞区域与料堆轮廓模型存在相交。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制系统在执行所述控制堆取料机执行对应的防碰撞操作，被进一步配置为：

在预判所述堆取料机与料堆会发生碰撞时，确定所述堆取料机在当前时刻到发生碰撞时刻的预测运行方向；

控制所述堆取料机沿与所述预测运行方向相反的方向运行。

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