CN118183305A - 一种用于多层地下空间的转运系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多层地下空间的转运系统及方法，包括：中控系统，位于地面层，用于制定转运机器人的作业程序；该转运机器人，用于转运该多层地下空间的垃圾桶，其中该转运机器人携带有Wi‑F i定位设备，该Wi‑F i定位设备经由位于该多层地下空间的Wi‑F i定位系统而与该中控系统连接；升降平台，位于该多层地下空间的升降通道内，用于转移该转运机器人至该多层地下空间的地下各层以及地面层。利用Wi‑F i定位的无轨转运机器人进行转运作业，也可根据需求完成巡检或运输作业，从而解决了多层地下空间中转运系统占地面积大、输送效率低、自动化程度低、作业功能单一的问题的问题。

Description

一种用于多层地下空间的转运系统及方法

技术领域

本发明涉及地下式污水处理厂的运行维护领域，具体涉及一种用于多层地下空间的转运系统及方法。

背景技术

在地下式污水厂中，污泥转运是污水处理的重要环节之一。但污泥浓缩和脱水设备一般设置在地下层，需要大型运输车进入地下楼层装载污泥。相应地，地下空间需要配套设计满足运输车转弯半径的转弯通道，对地下空间的荷载和柱网的设计也需要满足运输车的需求，此外，运输车司机容易暴露在地下空间的危险环境中，极大增加了地下式污水厂的土建投资以及运行管理的难度。

相关技术中，通常采用单级/多级输送机构预先将污泥输送至污水厂的地面层或地下一层，以解决上述问题。但是单级输送机构的功率不足以将污泥提升至目标楼层，多级输送机构又面临占地面积大、故障频发、稳定性差的技术问题。在此基础上，公开号为CN110641937A的发明专利提供了一种用于地下式污水处理厂的污泥转运系统及方法，通过在污水厂地下楼层设置输送轨道并和移送单元和移动平车，将污泥箱装载到移动平车上经由移送单元输送至位于地下一层或地面层的运输车处，但该种改进的技术方案仍存在诸多问题：

(1)占地面积较大，影响地下作业空间。由于地下各层均需铺设多条轨道，因此该转运系统所占用的面积仍然很大，阻碍地下运输、巡检等作业的作业路线；

(2)系统的转运效率较低。尽管该转运系统中设置有多个接料单元，但能够对接运输车的轨道只有一条，输送效率很低。移动平车需要拐弯时，需要在轨道转盘上对准位置，等待转盘旋转到合适角度并成功对接主轨道后，才可以继续行进，进一步降低输送效率。此外，涉及到跨楼层转运时，仅在装卸位轨道处设置升降平台，各楼层各卸料位置的移送单元同一时间仅能执行一个污泥箱的转运；

(3)系统的自动化程度不足。上述技术方案的轨道转向盘需要手动操作，提高了地下空间人员作业的风险；

(4)系统的作业功能单一。上述的技术方案中，轨道的设置以及接料平车的路线较为固定，使得系统的覆盖范围受限。同时，移动平车和污泥箱以及污泥输送机构绑定，难以完成地下巡检、运输等作业，造成了资源浪费。

因此亟待提供一种改进的转运系统和方法，能够解决多层地下空间中转运系统占地面积大、输送效率低、自动化程度低、作业功能单一的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种用于多层地下空间的转运系统及方法，其能够解决上述技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于多层地下空间的转运系统，包括：中控系统，位于地面层，用于制定转运机器人的作业程序；该转运机器人，用于转运该多层地下空间的垃圾桶，其中该转运机器人携带有Wi-Fi定位设备，该Wi-Fi定位设备经由位于该多层地下空间的Wi-Fi定位系统而与该中控系统连接；升降平台，位于该多层地下空间的升降通道内，用于转移该转运机器人至该多层地下空间的地下各层以及地面层。

优选地，该转运机器人上设置有巡检模块，该巡检模块经由该Wi-Fi定位系统向该中控系统实时传输该多层地下空间的巡检数据。

优选地，该转运系统还包括：多个感应识别设备，位于该多层地下空间的隔墙处以及空桶存放间、满桶存放间、卸料间和该升降通道的出入口处，用于识别该转运机器人并且控制电动门的相应的开闭。

优选地，该转运系统还包括：卸料单元和上料单元，其中：该卸料单元位于该卸料间内，用于将污泥、栅渣、浮渣和沉砂卸入该垃圾桶并判断该垃圾桶的满桶状态；该卸料单元还根据该满桶状态以及该转运机器人的换桶动作控制卸料口相应的开闭；该上料单元位于运输车的一侧，用于将转运的该垃圾桶中的该污泥、该栅渣、该浮渣和该沉砂转移到该运输车上并判断该运输车的满载状态；该上料单元还根据该满载状态控制上料设备相应的启停。

优选地，该电动门、该卸料单元、该上料单元以及该多层地下空间的工作人员和工作设备均配有该Wi-Fi定位设备，该Wi-Fi定位设备通过该Wi-Fi定位系统与该中控系统通信连接；该Wi-Fi定位系统经由n个Wi-Fi接入点将Wi-Fi信号覆盖至该多层地下空间；该Wi-Fi接入点的数量n为：其中，V为该多层地下空间的体积，r₀为该Wi-Fi接入点信号强度等于边缘场强时的信号传播半径，π为圆周率。

优选地，该中控系统能够进行支持向量机运算，用于判断该转运机器人的位置信息，其中，该支持向量机运算采集的特征向量为：x_i＝[RSSI₁,RSSI₂,...,RSSI_n,d₁,d₂,...,d_n,M₁,M₂,...,M_n]，其中，x_i为该特征向量，RSSI_n、d_n、M_n分别为该Wi-Fi定位系统中第n个该Wi-Fi接入点的信号强度、估计距离和多径效应参数；该支持向量机运算的回归函数为：f(x)＝<ω,φ(x_i)>+b，其中，ω和b分别是该回归函数的偏置向量和权向量，φ(x_i)是将该特征向量映射为特征空间的函数；该支持向量机运算的目标函数为：

其中，C是该运算的惩罚参数，ξ_i和/>是分别为正偏差和负偏差超过误差容忍度参数ε的松弛变量；根据该目标函数得出的不等式约束为：

其中，y_i是该支持向量机运算输出的该转运机器人的位置坐标，ε是该误差容忍度参数。

优选地，该支持向量机运算采用径向基核函数隐式处理该不等式约束，该核函数的公式为：其中，e为自然数，γ为该核函数参数，x_i和x_j为两个任意的该特征向量。

优选地，该惩罚参数C的初始值为1，该核函数参数γ的初始值为

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于多层地下空间的转运方法，包括以下步骤：转运机器人根据中控系统制定的作业程序进入满桶存放间；待该满桶存放间中的垃圾桶被转移到该转运机器人上后，该转运机器人离开满桶存放间；该转运机器人经由升降平台上升至地面层，并移动到运输车一侧的上料单元处；待该垃圾桶中的污泥、栅渣、浮渣和沉砂被该上料单元转移到该运输车上，该转运机器人返回待机。

优选地，在该转运机器人进入该满桶存放间前，还包括以下步骤：该转运机器人根据该中控系统制定的作业程序进入空桶存放间；该转运机器人将该空桶存放间中的该垃圾桶转运至卸料间的卸料口下方；该转运机器人装载该卸料间中被卸料单元判断为满桶状态的该垃圾桶；该转运机器人将该满桶状态的该垃圾桶转运到该满桶存放间。

本发明通过提供一种用于多层地下空间的转运系统及方法，包括:中控系统，位于地面层，用于制定转运机器人的作业程序；该转运机器人，用于转运该多层地下空间的垃圾桶，其中该转运机器人携带有Wi-Fi定位设备，该Wi-Fi定位设备经由位于该多层地下空间的Wi-Fi定位系统而与该中控系统连接；升降平台，位于该多层地下空间的升降通道内，用于转移该转运机器人至该多层地下空间的地下各层以及地面层。利用Wi-Fi定位的无轨转运机器人进行转运作业，也可根据需求完成巡检或运输作业，从而解决了多层地下空间中转运系统占地面积大、输送效率低、自动化程度低、作业功能单一的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种用于多层地下空间的转运系统及方法的卸料工况系统示意图；

图2是根据本发明实施例的一种用于多层地下空间的转运系统及方法的转运工况系统示意图；

图3是根据本发明实施例的一种用于多层地下空间的转运系统及方法的运输、巡检工况系统示意图；以及

图4是根据本发明实施例的一种用于多层地下空间的转运系统及方法的作业流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1和图2分别示出了根据本发明实施例的一种用于多层地下空间的转运系统及方法的卸料工况系统和转运工况系统示意图。如图所示，该转运系统包括：中控系统，位于地面层，用于制定转运机器人的作业程序；该转运机器人，用于转运该多层地下空间的垃圾桶，其中该转运机器人携带有Wi-Fi定位设备，该Wi-Fi定位设备经由位于该多层地下空间的Wi-Fi定位系统而与该中控系统连接；升降平台，位于该多层地下空间的升降通道内，用于转移该转运机器人至该多层地下空间的地下各层以及地面层。

相关技术中，采用轨道机器人衔接污泥输送机构进行转运作业，但轨道机器人转运系统需铺设多条轨道，因此所占用的面积很大，阻碍地下运输、巡检等作业的作业路线，同时受轨道布局的限制，系统的转运效率不高、自动化程度不足，也无法完成其他类型的地下作业。本发明实施例提供一种用于多层地下空间的转运系统，利用Wi-Fi定位的无轨转运机器人进行转运作业，也可根据需求完成巡检或运输作业，从而解决了多层地下空间中转运系统占地面积大、输送效率低、自动化程度低、作业功能单一的问题。

根据本发明实施例，该转运系统还包括：多个感应识别设备，位于该多层地下空间的隔墙处以及空桶存放间、满桶存放间、卸料间和该升降通道的出入口处，用于识别该转运机器人并且控制电动门的相应的开闭。

在地下式污水厂中，污水处理会产生成分复杂的臭气，影响周围居民的生活环境和生活质量。因此需要污水厂厂区保持相对密闭的状态。本发明实施例提供一种用于多层地下空间的转运系统，在转运机器人通过的各出入口处都设置感应开闭的电动门，保证仅在转运机器人通过时开启电动门，有效防止臭气逸散。

根据本发明实施例，该转运系统还包括：卸料单元和上料单元，其中：该卸料单元位于该卸料间内，用于将污泥、栅渣、浮渣和沉砂卸入该垃圾桶并判断该垃圾桶的满桶状态；该卸料单元还根据该满桶状态以及该转运机器人的换桶动作控制卸料口相应的开闭；该上料单元位于运输车的一侧，用于将转运的该垃圾桶中的该污泥、该栅渣、该浮渣和该沉砂转移到该运输车上并判断该运输车的满载状态；该上料单元还根据该满载状态控制上料设备相应的启停。

在转运过程中，转运机器人先后需要和卸料间的卸料系统以及运输车处的上料系统进行对接，如果不设计适于对接的卸料、上料单元，就会导致污泥、垃圾的遗撒，严重污染环境。本发明实施例提供一种用于多层地下空间的转运系统，通过设计一种可控的卸料单元和上料单元，能够根据垃圾桶和运输车的满桶、满载状态以及转运机器人的作业状态制动卸料和上料作业，能够预防污泥和垃圾的遗撒。

根据本发明实施例，该电动门、该卸料单元、该上料单元以及该多层地下空间的工作人员和工作设备均配有该Wi-Fi定位设备，该Wi-Fi定位设备通过该Wi-Fi定位系统与该中控系统通信连接；该Wi-Fi定位系统经由n个Wi-Fi接入点将Wi-Fi信号覆盖至该多层地下空间；该Wi-Fi接入点的数量n为：其中，V为该多层地下空间的体积，r₀为该Wi-Fi接入点信号强度等于边缘场强时的信号传播半径，π为圆周率。

相关技术中，转运系统的控制平台通常只能单一地控制转运机器人的移动，无法自动判断地下空间其他人员设备位置、完成避障动作，容易造成安全事故或贵重仪器设备损坏。本发明实施例提供一种用于多层地下空间的转运系统，通过给多层地下空间内部的全部人员和工作设备配备Wi-Fi定位设备，并将Wi-Fi信号覆盖该地下空间，使得中控系统能够统一管理人员设备的实时定位信息，通过该定位信息在作业过程中自动规划避障的动作和路线，解决了传统的转运系统安全事故和设备损坏风险高的技术问题。

根据本发明实施例，该中控系统能够进行支持向量机运算，用于判断该转运机器人的位置信息，其中，该支持向量机运算采集的特征向量为：x_i＝[RSSI₁,RSSI₂,...,RSSI_n,d₁,d₂,...,d_n,M₁,M₂,...,M_n]，其中，x_i为该特征向量，RSSI_n、d_n、M_n分别为该Wi-Fi定位系统中第n个该Wi-Fi接入点的信号强度、估计距离和多径效应参数；该支持向量机运算的回归函数为：f(x)＝<ω,φ(x_i)>+b，其中，ω和b分别是该回归函数的偏置向量和权向量，φ(x_i)是将该特征向量映射为特征空间的函数；该支持向量机运算的目标函数为：

其中，C是该运算的惩罚参数，ξ_i和/>是分别为正偏差和负偏差超过误差容忍度参数ε的松弛变量；根据该目标函数得出的不等式约束为：

其中，y_i是该支持向量机运算输出的该转运机器人的位置坐标，ε是该误差容忍度参数。

根据本发明实施例，该支持向量机运算采用径向基核函数隐式处理该不等式约束，该核函数的公式为：

其中，e为自然数，γ为该核函数参数，x_i和x_j为两个任意的该特征向量。

根据本发明实施例，该惩罚参数C的初始值为1，该核函数参数γ的初始值为

相关技术中，当采用Wi-Fi定位系统对转运机器人定位时，由于地下空间环境复杂，会使得Wi-Fi受到多路径反射、噪声干扰、信号衰减等多种不利影响，最终造成定位误差极大、定位的精确度难以满足作业需求。本发明实施例提供一种用于多层地下空间的转运系统，应用于Wi-Fi信号不稳定的地下空间中。为了使得Wi-Fi信号能够覆盖在整个地下空间，本发明实施例在Wi-Fi接入点均匀分布的假设下给出了需要的Wi-Fi接入点数量。同时，中控系统依据支持向量机算法，限定定位误差的范围，提升Wi-Fi定位的精度，最终降低地下复杂环境对转运机器人Wi-Fi定位的消极影响。

图3示出了根据本发明实施例的一种用于多层地下空间的转运系统及方法的运输、巡检系统示意图。如图所示，该转运机器人上设置有巡检模块，该巡检模块经由该Wi-Fi定位系统向该中控系统实时传输该多层地下空间的巡检数据。

相关技术中，转运机器人受结构和轨道布局限制，难以到达多层地下空间的其他工作间或其他楼层，因此巡检、运输等作业仍需配置新的工作系统。本发明实施例提供一种用于多层地下空间的转运系统，转运机器人本身具有运输其他物品的功能，可以根据中控系统的指示将物品运输到地下空间的指定位置。而在集成巡检模块后，由于不受轨道限制，转运机器人能够移动到任意工作间或楼层进行巡检作业，解决了传统转运系统功能单一、资源严重浪费的技术问题。

图4示出了根据本发明另一个实施例的一种用于多层地下空间的转运系统及方法的作业流程示意图。如图所示，该转运方法包括以下步骤：转运机器人根据中控系统制定的作业程序进入满桶存放间；待该满桶存放间中的垃圾桶被转移到该转运机器人上后，该转运机器人离开满桶存放间；该转运机器人经由升降平台上升至地面层，并移动到运输车一侧的上料单元处；待该垃圾桶中的污泥、栅渣、浮渣和沉砂被该上料单元转移到该运输车上，该转运机器人返回待机。

根据本发明实施例，在该转运机器人进入该满桶存放间前，还包括以下步骤：该转运机器人根据该中控系统制定的作业程序进入空桶存放间；该转运机器人将该空桶存放间中的该垃圾桶转运至卸料间的卸料口下方；该转运机器人装载该卸料间中被卸料单元判断为满桶状态的该垃圾桶；该转运机器人将该满桶状态的该垃圾桶转运到该满桶存放间。

本发明具有如下效果：

(1)使用范围广泛，可用于地下式水厂、地下隧道、地下有限空间等多层地下场所。

(2)可以实现无人操作，远程自动卸料转运。

(3)可以在各种不适宜人员进入或长时间驻留的场所运行。

(4)可以方便运输各种设备，减少人员劳动强度。

(5)通过无人巡检功能，可以降低地下空间的通风、除臭运行负荷，降低运行费用。

(6)可以减少地下空间大型车辆所需的转弯通道、土建荷载等，节约工程投资。

(7)所有栅渣、污泥、垃圾转运均采用密封设备、密闭空间，有利于系统异味控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于多层地下空间的转运系统，其特征在于，包括：

中控系统，位于地面层，用于制定转运机器人的作业程序；

所述转运机器人，用于转运所述多层地下空间的垃圾桶，其中所述转运机器人携带有Wi-Fi定位设备，所述Wi-Fi定位设备经由位于所述多层地下空间的Wi-Fi定位系统而与所述中控系统连接；

升降平台，位于所述多层地下空间的升降通道内，用于转移所述转运机器人至所述多层地下空间的地下各层以及地面层。

2.根据权利要求1所述的转运系统，其特征在于，所述转运机器人上设置有巡检模块，所述巡检模块经由所述Wi-Fi定位系统向所述中控系统实时传输所述多层地下空间的巡检数据。

3.根据权利要求1所述的转运系统，其特征在于，还包括：多个感应识别设备，位于所述多层地下空间的隔墙处以及空桶存放间、满桶存放间、卸料间和所述升降通道的出入口处，用于识别所述转运机器人并且控制电动门的相应的开闭。

4.根据权利要求3所述的转运系统，其特征在于，还包括：卸料单元和上料单元，其中：

所述卸料单元位于所述卸料间内，用于将污泥、栅渣、浮渣和沉砂卸入所述垃圾桶并判断所述垃圾桶的满桶状态；所述卸料单元还根据所述满桶状态以及所述转运机器人的换桶动作控制卸料口相应的开闭；

所述上料单元位于运输车的一侧，用于将转运的所述垃圾桶中的所述污泥、所述栅渣、所述浮渣和所述沉砂转移到所述运输车上并判断所述运输车的满载状态；所述上料单元还根据所述满载状态控制上料设备相应的启停。

5.根据权利要求4所述的转运系统，其特征在于：

所述电动门、所述卸料单元、所述上料单元以及所述多层地下空间的工作人员和工作设备均配有所述Wi-Fi定位设备，所述Wi-Fi定位设备通过所述Wi-Fi定位系统与所述中控系统通信连接；

所述Wi-Fi定位系统经由n个Wi-Fi接入点将Wi-Fi信号覆盖至所述多层地下空间；

所述Wi-Fi接入点的数量n为：

其中，V为所述多层地下空间的体积，r₀为所述Wi-Fi接入点信号强度等于边缘场强时的信号传播半径，π为圆周率。

6.根据权利要求5所述的转运系统，其特征在于，所述中控系统能够进行支持向量机运算，用于判断所述转运机器人的位置信息，其中，

所述支持向量机运算采集的特征向量为：

x_i＝[RSSI₁,RSSI₂,...,RSSI_n,d₁,d₂,...,d_n,M₁,M₂,...,M_n]

其中，x_i为所述特征向量，RSSI_n、d_n、M_n分别为所述Wi-Fi定位系统中第n个所述Wi-Fi接入点的信号强度、估计距离和多径效应参数；

所述支持向量机运算的回归函数为：

f(x)＝<ω,φ(x_i)>+b

其中，ω和b分别是所述回归函数的偏置向量和权向量，φ(x_i)是将所述特征向量映射为特征空间的函数；

所述支持向量机运算的目标函数为：

其中，C是所述运算的惩罚参数，ξ_i和是分别为正偏差和负偏差超过误差容忍度参数ε的松弛变量；

根据所述目标函数得出的不等式约束为：

y_i-<ω,φ(x_i)>-b≤ε+ξ_i,

其中，y_i是所述支持向量机运算输出的所述转运机器人的位置坐标，ε是所述误差容忍度参数。

7.根据权利要求6所述的转运系统，其特征在于，所述支持向量机运算采用径向基核函数隐式处理所述不等式约束，

所述核函数的公式为：

其中，e为自然数，γ为所述核函数参数，x_i和x_j为两个任意的所述特征向量。

8.根据权利要求7所述的转运系统，其特征在于，所述惩罚参数C的初始值为1，所述核函数参数γ的初始值为

9.一种用于多层地下空间的转运方法，其特征在于，包括以下步骤：

转运机器人根据中控系统制定的作业程序进入满桶存放间；

待所述满桶存放间中的垃圾桶被转移到所述转运机器人上后，所述转运机器人离开满桶存放间；

所述转运机器人经由升降平台上升至地面层，并移动到运输车一侧的上料单元处；

待所述垃圾桶中的污泥、栅渣、浮渣和沉砂被所述上料单元转移到所述运输车上，所述转运机器人返回待机。

10.根据权利要求9所述的转运方法，其特征在于，在所述转运机器人进入所述满桶存放间前，还包括以下步骤：

所述转运机器人根据所述中控系统制定的作业程序进入空桶存放间；

所述转运机器人将所述空桶存放间中的所述垃圾桶转运至卸料间的卸料口下方；

所述转运机器人装载所述卸料间中被卸料单元判断为满桶状态的所述垃圾桶；

所述转运机器人将所述满桶状态的所述垃圾桶转运到所述满桶存放间。