CN113998595A - 无人化起重机自动化防碰撞控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无人化起重机自动化防碰撞控制系统，属于无人化起重机的防碰撞技术领域，包括模型建立模块、无人化库房模块、整合模块、防碰撞检测模块和服务器；通过模型建立模块建立无人化起重机的空域模型，无人化库房模块用于建立无人化库房的三维模型，并标记为无人化库房模型；通过整合模块将起重机空域模型整合到无人化库房模型中，形成防碰撞模型；防碰撞检测模块对正在运行的无人化起重机进行防碰撞检测，实时获取正在运行的无人化起重机的坐标，将获取的坐标输入到防碰撞模型中，调整对应的起重机空域模型的位置，并更新警戒区的坐标，通过建立防碰撞模型，使得防碰撞检测更加的直观，同时解决无人化起重机的防碰撞问题。

Description

无人化起重机自动化防碰撞控制系统

技术领域

本发明属于无人化起重机的防碰撞技术领域，具体是无人化起重机自动化防碰撞控制系统。

背景技术

智能起重输送系统技术在行业内得到越来越多的重视和应用，该系统以自动化和人工智能技术为核心，在物资的装卸、仓储、管理和控制各环节取消或减少人工操作，全过程实现集成化、智能化、自动化控制。

在一个无人化库房中，经常是一跨上有多台起重机，由WMS库管系统调度每一台起重机工作，在一个无人化库房项目中，安全生产是关键，所以为了安全生产的需要，必须设置一套防碰撞系统，做到本质化安全。因此本申请提出无人化起重机自动化防碰撞控制系统，用于解决无人化起重机防碰撞的安全问题。

发明内容

为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了无人化起重机自动化防碰撞控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

无人化起重机自动化防碰撞控制系统，包括模型建立模块、无人化库房模块、整合模块、防碰撞检测模块和服务器；

通过模型建立模块建立无人化起重机的空域模型，无人化库房模块用于建立无人化库房的三维模型，并标记为无人化库房模型；通过整合模块将起重机空域模型整合到无人化库房模型中，形成防碰撞模型；

防碰撞检测模块对正在运行的无人化起重机进行防碰撞检测，实时获取正在运行的无人化起重机的坐标，将获取的坐标输入到防碰撞模型中，调整对应的起重机空域模型的位置，并更新警戒区的坐标，获取相邻无人化起重机的运行状态；运行状态包括正在运行和停止运行；根据相邻无人化起重机的运行状态对警戒区内进行实时识别，判断是否需要采取防碰撞措施。

进一步地，根据相邻无人化起重机的运行状态对警戒区内进行实时识别，判断是否需要采取防碰撞措施的方法包括：

当相邻无人化起重机的运行状态为停止运行时，对警戒区内进行实时识别，判断相邻起重机模型是否位于警戒区内，当相邻起重机模型位于警戒区内时，生成碰撞警告信号，停止无人化起重机的运行，调整相邻无人化起重机的位置后，重新启动运行；当相邻起重机模型没有位于警戒区内时，不进行操作；

当相邻无人化起重机的运行状态为正在运行时，对警戒区内进行实时识别，当相邻无人化起重机的警戒区与当前无人化起重机的警戒区相交时，生成碰撞警告信号，停止无人化起重机的运行，调整相邻无人化起重机和当前无人化起重机的位置，调整后重新启动运行。

进一步地，建立无人化起重机的空域模型的方法包括：

获取无人化起重机多角度的若干张高清图片，提取无人化起重机的边界轮廓；根据提取的无人化起重机的边界轮廓建立无人化起重机的三维模型，标记为起重机模型；

识别起重机模型中的定位点，任选无人化起重机中的一点为坐标原点建立空间坐标系，设置定位单元，将建立的空间坐标系输入到定位单元内，将定位单元放置在无人化起重机上对应的定位点上，获得定位点坐标，将定位点坐标输入到起重机模型中对应的定位点上，再次测量剩余的定位点，根据定位点坐标对起重机模型进行修正；建立修正后起重机模型的空间坐标系，设置无人化起重机的警戒距离，根据警戒距离在起重机模型外侧设置警戒区，标记警戒区的坐标；将此时的起重机模型标记为起重机空域模型。

进一步地，当有高清图片因为清晰度问题导致不能提取无人化起重机的边界轮廓时，将对应的图片进行双三次插值，向上采样到指定大小的粗HR图像，将粗HR图像应用深度CNN进行重建，对重建后的图像重新提取无人化起重机的边界轮廓。

进一步地，建立无人化库房的三维模型的方法包括：

获取无人化库房的建筑图纸，根据获取到的建筑图纸进行建模，将建好的模型标记为建筑模型，建立无人化库房的空间坐标系，并将建立的空间坐标系按照比例输入到建筑模型中，建立设备标准块，将设备标准块插入到建筑模型中的对应位置，获取无人化起重机的安装图纸，识别无人化起重机的轨道坐标，将无人化起重机的轨道建立到建筑模型中的对应位置上，将此时的建筑模型标记为无人化库房模型。

进一步地，建筑模型为无顶的三维模型。

进一步地，整合模块将起重机空域模型整合到无人化库房模型中的方法包括：

获取起重机空域模型和无人化库房模型，将对应的起重机空域模型与无人化库房模型中的轨道进行匹配，将起重机空域模型设置在匹配到的轨道上，识别当前起重机空域模型的原点坐标相当于无人化库房模型中的坐标，将起重机空域模型中的坐标系进行调整，定位无人化起重机在无人化库房中的坐标，调整无人化库房模型中对应的起重机空域模型位置，完成起重机空域模型的整合，将整合后的无人化库房模型标记为防碰撞模型。

进一步地，服务器通信连接有人员防碰撞模块，人员防碰撞模块用于对无人化库房内的人员进行防碰撞，具体方法包括：

实时识别进入人员在无人化库房中的坐标，将识别的人员坐标输入到防碰撞模型中，设置人员标准块，将人员标准块设置在防碰撞模型中的对应位置上，实时检测人员标准块是否位于警戒区内，当检测到人员标准块位于警戒区内时，停止对应的无人化起重机的运行，直到警戒区内没有人员标准块时，重新运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过建立无人化起重机的空域模型，使得企业在后续生产中再添加同型号的无人化起重机时，可以直接将现有的无人化起重机的空域模型整合进无人化库房模型中，方便快捷；通过调整无人化起重机的空域模型的坐标系，使得坐标统一，优化无人化起重机空域模型，方便后续的防碰撞检测；通过定位点坐标进行修正，使得起重机模型的精度更加的高，使得后续的防碰撞检测更加的准确；通过建立防碰撞模型，使得防碰撞检测更加的直观，同时解决无人化起重机的防碰撞问题；通过设置人员防碰撞模块，解决无人化库房内可能出现的人员的防碰撞问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明原理框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，无人化起重机自动化防碰撞控制系统，包括模型建立模块、无人化库房模块、整合模块、防碰撞检测模块、人员防碰撞模块和服务器；

所述模型建立模块用于建立无人化起重机的空域模型，具体方法包括：

获取无人化起重机多角度的若干张高清图片，提取无人化起重机的边界轮廓；根据提取的无人化起重机的边界轮廓建立无人化起重机的三维模型；标记为起重机模型；

在一个实施例中，当有高清图片因为清晰度问题导致不能提取无人化起重机的边界轮廓时，将对应的图片进行双三次插值，向上采样到指定大小的粗HR图像，指定大小由专家组进行事先设定的，将粗HR图像应用深度CNN进行重建，对重建后的图像重新提取无人化起重机的边界轮廓；

在一个实施例中，当企业可以通过无人化起重机的生产厂家获取对应的三维模型时，可以不用自己建立三维模型，直接获取无人化起重机的三维模型；

识别起重机模型中的定位点，定位点即为对起重机模型起到确定外界或表面形状的点；

在一个实施例中，由人工的方式在起重机模型中标记定位点，因为当起重机模型中的定位点较少时，通过人工的方式更加的方便快捷，节省算力；

在一个实施例中，基于CNN网络或DNN网络建立机械学习模型，通过对机械学习模型进行训练，智能识别定位点；

任选无人化起重机中的一点为坐标原点建立空间坐标系，一般使用中点或拐点为坐标原点，设置定位单元，定位单元用于定位位置坐标，将建立的空间坐标系输入到定位单元内，将定位单元放置在无人化起重机上对应的定位点上，即为起重机模型中的定位点相对于无人化起重机上的某个点，获得定位点坐标，将定位点坐标输入到起重机模型中对应的定位点上，再次测量剩余的定位点，直到将起重机模型中的定位点全部填上，根据定位点坐标对起重机模型进行修正，因为根据图片识别的轮廓建立的三维模型会有一定的误差，而通过定位点坐标进行修正后，起重机模型的精度将会更加的高，使得后续的防碰撞检测更加的准确；在一个实施例中，由人工的方式进行起重机模型的修正；在另一个实施例中，基于CNN网络或DNN网络建立机械学习模型，通过对机械学习模型对起重机模型进行修正；

根据定位点坐标建立修正后起重机模型的空间坐标系，设置无人化起重机的警戒距离，无人化起重机的警戒距离由企业技术专家根据无人化起重机的实际运行情况进行设置，根据警戒距离在起重机模型外侧设置一个警戒区，相当于将定位点向外移动了警戒距离的值，形成一个大号的起重机模型，标记警戒区的坐标；将此时的起重机模型标记为起重机空域模型。

无人化库房模块用于建立无人化库房的三维模型，无人化库房是无人化起重机的工作地点；具体方法包括：

获取无人化库房的建筑图纸，根据获取到的建筑图纸进行建模，将建好的模型标记为建筑模型，且建筑模型为无顶的三维模型；就是没有顶棚，可以直接从上面看到室内，具体的建模方式与BIM、广联达等建模软件类似，提取图纸参数，就可以生成对应的结构，例如：提取墙体参数(边界线、高度、材质等)，生成对应墙体；建立无人化库房的空间坐标系，并将建立的空间坐标系按照比例输入到建筑模型中，建立设备标准块，设备标准块就是无人化库房内存在的其他设备的标准三维模型，即为根据其他设备的最大尺寸建立的同型号设备的标准块，方便建模和查看，将设备标准块插入到建筑模型中的对应位置，获取无人化起重机的安装图纸，识别无人化起重机的轨道坐标，将无人化起重机的轨道建立到建筑模型中的对应位置上，将此时的建筑模型标记为无人化库房模型。

所述整合模块用于将起重机空域模型整合到无人化库房模型中，具体方法包括：

获取起重机空域模型和无人化库房模型，将对应的起重机空域模型与无人化库房模型中的轨道进行匹配，因为一个无人化库房中具有多台无人化起重机，因此需要进行对应的匹配；将起重机空域模型设置在匹配到的轨道上，识别当前起重机空域模型的原点坐标相当于无人化库房模型中的坐标，将起重机空域模型中的坐标系进行调整，即为将起重机空域模型中的坐标系和坐标都调整为符合无人化库房模型中的坐标，进行坐标统一，优化起重机空域模型，方便后续的防碰撞检测；定位无人化起重机在无人化库房中的坐标，调整无人化库房模型中对应的起重机空域模型位置，完成起重机空域模型的整合，将整合后的无人化库房模型标记为防碰撞模型；

防碰撞检测模块用于对正在运行的无人化起重机进行防碰撞检测，具体方法包括：

实时获取正在运行的无人化起重机的坐标，将获取的坐标输入到防碰撞模型中，根据输入的坐标实时调整对应的起重机空域模型的位置，并更新警戒区的坐标，获取相邻无人化起重机的运行状态，运行状态包括正在运行和停止运行；

当相邻无人化起重机的运行状态为停止运行时，对警戒区内进行实时识别，判断相邻起重机模型是否位于警戒区内，当相邻起重机模型位于警戒区内时，生成碰撞警告信号，停止当前无人化起重机的运行，调整相邻无人化起重机的位置后，重新启动当前无人化起重机的运行；当相邻起重机模型没有位于警戒区内时，不进行操作，当前无人化起重机正常运行；

当相邻无人化起重机的运行状态为正在运行时，对警戒区内进行实时识别，当相邻无人化起重机的警戒区与当前无人化起重机的警戒区相交时，生成碰撞警告信号，停止无人化起重机的运行，调整相邻无人化起重机和当前无人化起重机的位置，调整后重新启动运行；调整方式一般为某一个先通过，或者当某个停止后，检测范围缩小，可以直接通过；还可以有其他的方式。

虽然无人化库房是无人化作业，但是在某些情况下还是会有人员进行无人化库房的，因此在对相邻无人化起重机进行防碰撞检测的同时，还要预防对进入人员的防碰撞；

人员防碰撞模块用于对无人化库房内的人员进行防碰撞；

在一个实施例中，在无人化库房进入通道设置红外测量装置和人员定位装置，红外测量装置用于测量是否有人员通过进入通道进入无人化库房，人员定位装置用于进入人员佩戴在身上，进行定位，当有人员需要进行入无人化库房时，开启人员定位装置并佩戴在身上，当红外测量装置检测到有人员进行无人化库房时，生成定位信号，无人化库房模块实时获取人员定位装置的坐标；

当检测到无人化库房内没有人员定位装置时，表明有人员进入无人化库房，但是没有佩戴人员定位装置，发出佩戴警告语音信息，直到检测到人员定位装置的坐标，才停止发出佩戴警告语音信息；

当检测到无人化库房内的人员定位装置时，将人员定位装置的坐标输入到防碰撞模型中，设置人员标准块，人员标准块为替代人员的一种三维标准模型，形状可以是多种多样的，一般为圆柱形或长方体形状，人员标准块大于人员体型且能够对人体进行全部包覆，将人员标准块设置在防碰撞模型中的对应位置上，实时检测人员标准块是否位于警戒区内，当检测到人员标准块位于警戒区内时，停止对应的无人化起重机的运行，直到警戒区内没有人员标准块时，重新运行。

在一个实施例中，当有人员需要进行入无人化库房时，识别人员身份后，实时获取无人化库房内的图像，基于CNN模型或者DNN模型建立机械学习模型，通过对机械学习模型识别人员的位置坐标，将识别的输入到防碰撞模型中，设置人员标准块，将人员标准块设置在防碰撞模型中的对应位置上，实时检测人员标准块是否位于警戒区内，当检测到人员标准块位于警戒区内时，停止对应的无人化起重机的运行，直到警戒区内没有人员标准块时，重新运行。

在一个实施例中，在无人化库房内设置红外定位单元，红外定位单元用于根据人员与无人化库房内设备的不同，定位人员的坐标，当有人员需要进行入无人化库房时，识别人员身份后，通过红外定位单元实时定位进入人员的坐标，将定位的坐标输入到防碰撞模型中，设置人员标准块，将人员标准块设置在防碰撞模型中的对应位置上，实时检测人员标准块是否位于警戒区内，当检测到人员标准块位于警戒区内时，停止对应的无人化起重机的运行，直到警戒区内没有人员标准块时，重新运行。

本发明的工作原理：通过模型建立模块建立无人化起重机的空域模型，无人化库房模块用于建立无人化库房的三维模型，并标记为无人化库房模型；通过整合模块将起重机空域模型整合到无人化库房模型中，形成防碰撞模型；

防碰撞检测模块对正在运行的无人化起重机进行防碰撞检测，实时获取正在运行的无人化起重机的坐标，将获取的坐标输入到防碰撞模型中，调整对应的起重机空域模型的位置，并更新警戒区的坐标，获取相邻无人化起重机的运行状态；根据相邻无人化起重机的运行状态对警戒区内进行实时识别，判断是否需要采取防碰撞措施。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (8)

1.无人化起重机自动化防碰撞控制系统，其特征在于，包括模型建立模块、无人化库房模块、整合模块、防碰撞检测模块和服务器；

通过模型建立模块建立无人化起重机的空域模型，无人化库房模块用于建立无人化库房的三维模型，并标记为无人化库房模型；通过整合模块将起重机空域模型整合到无人化库房模型中，形成防碰撞模型；

防碰撞检测模块对正在运行的无人化起重机进行防碰撞检测，实时获取正在运行的无人化起重机的坐标，将获取的坐标输入到防碰撞模型中，调整对应的起重机空域模型的位置，并更新警戒区的坐标，获取相邻无人化起重机的运行状态；运行状态包括正在运行和停止运行；根据相邻无人化起重机的运行状态对警戒区内进行实时识别，判断是否需要采取防碰撞措施。

2.根据权利要求1所述的无人化起重机自动化防碰撞控制系统，其特征在于，根据相邻无人化起重机的运行状态对警戒区内进行实时识别，判断是否需要采取防碰撞措施的方法包括：

当相邻无人化起重机的运行状态为停止运行时，对警戒区内进行实时识别，判断相邻起重机模型是否位于警戒区内，当相邻起重机模型位于警戒区内时，生成碰撞警告信号，停止无人化起重机的运行，调整相邻无人化起重机的位置后，重新启动运行；当相邻起重机模型没有位于警戒区内时，不进行操作；

当相邻无人化起重机的运行状态为正在运行时，对警戒区内进行实时识别，当相邻无人化起重机的警戒区与当前无人化起重机的警戒区相交时，生成碰撞警告信号，停止无人化起重机的运行，调整相邻无人化起重机和当前无人化起重机的位置，调整后重新启动运行。

3.根据权利要求1所述的无人化起重机自动化防碰撞控制系统，其特征在于，建立无人化起重机的空域模型的方法包括：

获取无人化起重机多角度的若干张高清图片，提取无人化起重机的边界轮廓；根据提取的无人化起重机的边界轮廓建立无人化起重机的三维模型，标记为起重机模型；

识别起重机模型中的定位点，任选无人化起重机中的一点为坐标原点建立空间坐标系，设置定位单元，将建立的空间坐标系输入到定位单元内，将定位单元放置在无人化起重机上对应的定位点上，获得定位点坐标，将定位点坐标输入到起重机模型中对应的定位点上，再次测量剩余的定位点，根据定位点坐标对起重机模型进行修正；建立修正后起重机模型的空间坐标系，设置无人化起重机的警戒距离，根据警戒距离在起重机模型外侧设置警戒区，标记警戒区的坐标；将此时的起重机模型标记为起重机空域模型。

4.根据权利要求3所述的无人化起重机自动化防碰撞控制系统，其特征在于，当有高清图片因为清晰度问题导致不能提取无人化起重机的边界轮廓时，将对应的图片进行双三次插值，向上采样到指定大小的粗HR图像，将粗HR图像应用深度CNN进行重建，对重建后的图像重新提取无人化起重机的边界轮廓。

5.根据权利要求1所述的无人化起重机自动化防碰撞控制系统，其特征在于，建立无人化库房的三维模型的方法包括：

获取无人化库房的建筑图纸，根据获取到的建筑图纸进行建模，将建好的模型标记为建筑模型，建立无人化库房的空间坐标系，并将建立的空间坐标系按照比例输入到建筑模型中，建立设备标准块，将设备标准块插入到建筑模型中的对应位置，获取无人化起重机的安装图纸，识别无人化起重机的轨道坐标，将无人化起重机的轨道建立到建筑模型中的对应位置上，将此时的建筑模型标记为无人化库房模型。

6.根据权利要求5所述的无人化起重机自动化防碰撞控制系统，其特征在于，建筑模型为无顶的三维模型。

7.根据权利要求1所述的无人化起重机自动化防碰撞控制系统，其特征在于，整合模块将起重机空域模型整合到无人化库房模型中的方法包括：

获取起重机空域模型和无人化库房模型，将对应的起重机空域模型与无人化库房模型中的轨道进行匹配，将起重机空域模型设置在匹配到的轨道上，识别当前起重机空域模型的原点坐标相当于无人化库房模型中的坐标，将起重机空域模型中的坐标系进行调整，定位无人化起重机在无人化库房中的坐标，调整无人化库房模型中对应的起重机空域模型位置，完成起重机空域模型的整合，将整合后的无人化库房模型标记为防碰撞模型。

8.根据权利要求1所述的无人化起重机自动化防碰撞控制系统，其特征在于，服务器通信连接有人员防碰撞模块，人员防碰撞模块用于对无人化库房内的人员进行防碰撞，具体方法包括：

实时识别进入人员在无人化库房中的坐标，将识别的人员坐标输入到防碰撞模型中，设置人员标准块，将人员标准块设置在防碰撞模型中的对应位置上，实时检测人员标准块是否位于警戒区内，当检测到人员标准块位于警戒区内时，停止对应的无人化起重机的运行，直到警戒区内没有人员标准块时，重新运行。

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