CN219194259U - 一种基于多源信息融合的无人驾驶起重机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及起重机技术领域的一种基于多源信息融合的无人驾驶起重机系统，包括执行模块，所述执行模块包括起重机大车、位于起重机大车顶部，且能够沿起重机大车轴向能够移动的起重机小车、安装于起重机小车的提升电机，还包括感知模块、能够为执行模块规划行走路径的决策模块和控制执行模块运行的控制模块。本实用新型与现有技术相比，本实用新型解决了起重机位姿的精密测量、路径规划的实时性和鲁棒性以及路径跟踪控制的稳定性和安全性等问题，保障起重机自主安全运行，为起重机智能化提升提供了一种有效的系统解决方案。

Description

一种基于多源信息融合的无人驾驶起重机系统

技术领域

本实用新型涉及加气块生产技术领域，特别是涉及一种基于多源信息融合的无人驾驶起重机系统。

背景技术

起重机作为现代物料搬运的特种设备，广泛应用于矿山、冶金、电力、航天等领域，在现代工业生产中发挥着重要作用。但在起重机作业过程中，由于作业范围大、环境复杂、吊运物体多样，且多依赖操作人员主观经验去判断和解决物料搬运过程中的紧急避障、紧急制动等问题，易导致安全生产事故的发生。

传统起重机自动化、智能化水平不够高，为了解决安生生产问题，起重机需向智能化方向发展。无人驾驶起重机或智能化起重机是指通过将传感器和智能决策软件与起重机集成，实现感知、分析、推理、决策和控制等功能，实现人、机、物的交互和融合，代替人工进行感知、决策和执行，使起重机能适应工作环境的变化。

目前无人驾驶起重机处于探索阶段，起重机导航位姿的精密测量、路径规划的实时性和鲁棒性以及路径跟踪控制的稳定性和安全性等问题仍是起重机智能化进程要解决的关键技术问题。为此，本发明提供一种集感知、决策、控制执行为一体的无人驾驶起重机系统，实现起重机自主安全稳定运行，保障安全生产。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于多源信息融合的无人驾驶起重机系统。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于多源信息融合的无人驾驶起重机系统，包括执行模块，所述执行模块包括起重机大车、位于起重机大车顶部，且能够沿起重机大车轴向能够移动的起重机小车、安装于起重机小车的提升电机，所述提升电机起吊绳下端设有吊具，还包括感知模块、能够为执行模块规划行走路径的决策模块和控制执行模块运行的控制模块；

所述感知模块包括能够监测起重机大车、起重机小车和吊具位姿信息的位姿获取单元、能够监测作业场景内障碍物信息的障碍物视觉检测单元和能够监测起重机大车、起重机小车和提升电机状态信息的状态监测单元。

优选的，所述位姿获取单元包括用于检测起重机大车和起重机小车位置的UWB测距组件和用于检测起重机大车和起重机小车加速度和角速度的惯性测量组件。

优选的，所述UWB测距组件包括多个UWB基站，多个UWB基站匀设于重机大车。

优选的，所述障碍物视觉检测单元包括能够采集作业场景内障碍物图像的图像采集组件和能够对图像采集组件采集的图像进行识别的识别组件。

优选的，所述状态监测单元包括用于检测执行模块中电机电压/电流的电压/电流传感器、用于检测执行模块中电机振动情况的振动传感器和用于检测重机大车的应变传感器。

有益效果在于：

1、由于采用了感知模块、决策模块和控制模块的设置，通过感知模块获得执行模块的位姿信息和状态信息，以及作业场景内障碍物信息并实时的传给给决策模块，决策模块基于改进人工势场方法实时的规划出一条执行模块安全运行的路径，解决路径规划的实时性和鲁棒性问题，并将期望路径和期望速度实时的传给控制模块，控制模块得到期望路径和期望速度信号后，基于路径跟踪控制优化方法得到执行模块前后、左右、上下运动力矩，实现对执行模块的驱动/制动控制的功能，进而实现自动驾驶的功能；

2、与现有技术相比，本实用新型解决了起重机位姿的精密测量、路径规划的实时性和鲁棒性以及路径跟踪控制的稳定性和安全性等问题，保障起重机自主安全运行，为起重机智能化提升提供了一种有效的系统解决方案。

本实用新型的附加技术特征及其优点将在下面的描述内容中阐述地更加明显，或通过本实用新型的具体实践可以了解到。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，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实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的流程框图。

附图标记说明如下：

1、感知模块；11、位姿获取单元；111、UWB测距组件；112、惯性测量组件；12、障碍物视觉检测单元；121、图像采集组件；122、识别组件；13、状态监测单元；131、电压/电流传感器；132、振动传感器；133、应变传感器；2、决策模块；3、控制模块；4、执行模块；41、起重机大车；42、起重机小车；43、提升电机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例一，如图1所示，一种基于多源信息融合的无人驾驶起重机系统，包括执行模块4，执行模块4包括起重机大车41、位于起重机大车41顶部，且能够沿起重机大车41轴向能够移动的起重机小车42、安装于起重机小车42的提升电机43，提升电机43起吊绳下端设有吊具，还包括感知模块1、能够为执行模块4规划行走路径的决策模块2和控制执行模块4运行的控制模块3；

根据需要，感知模块1与决策模块2信号连接，决策模块2与控制模块3信号连接，控制模块3与执行模块4信号连接；

根据需要，执行模块4中电机为变频电机；

根据需要，决策模块2能够基于改进人工势场方法实时的规划出一条执行模块4安全运行的路径，也就是说，决策模块2具有能够运行改进人工势场方法的功能；

根据需要，控制模块3能够基于路径跟踪控制优化方法得到执行模块4前后、左右、上下运动力矩，实现对执行模块4的驱动/制动控制的功能，也就是说，控制模块3具有能够运行路径跟踪控制优化方法的功能；

感知模块1包括能够监测起重机大车41、起重机小车42和吊具位姿信息的位姿获取单元11、能够监测作业场景内障碍物信息的障碍物视觉检测单元12和能够监测起重机大车41、起重机小车42和提升电机43状态信息的状态监测单元13，根据需要，状态监测单元13为状态传感器；

根据需要，位姿获取单元11、障碍物视觉检测单元12和状态监测单元13均与决策模块2信号连接

这样设置由于采用了感知模块1、决策模块2和控制模块3的设置，通过感知模块1获得执行模块4的位姿信息和状态信息，以及作业场景内障碍物信息并实时的传给决策模块2，决策模块2基于改进人工势场方法实时的规划出一条执行模块4安全运行的路径，解决路径规划的实时性和鲁棒性问题，并将期望路径和期望速度实时的传给控制模块3，控制模块3得到期望路径和期望速度信号后，基于路径跟踪控制优化方法得到执行模块4前后、左右、上下运动力矩，实现对执行模块4的驱动/制动控制的功能，进而实现自动驾驶的功能；也就是说，控制模块3能够控制重机大车41、起重机小车42和提升电机43的驱动或制动动作；其中路径跟踪控制优化方法能够用于解决路径跟踪控制过程中的稳定性和安全性问题。

实施例二，在实施例一的基础上，如图1所示，位姿获取单元11包括用于检测起重机大车41和起重机小车42位置的UWB测距组件111和用于检测起重机大车41和起重机小车42加速度和角速度的惯性测量组件112；

根据需要，位姿获取单元11还包括UWB/INS组合导航模块，该UWB/INS组合导航模块实质上为一个电路板，这样可以使得位姿获取单元11能够基于UWB/INS紧组合导航算法对UWB测距组件111和惯性测量组件112测量的信号进行处理，获取起重机大小车精密位姿信息；

根据需要，UWB测距组件111为多个UWB基站，且多个UWB基站均匀布设于重机大车41端梁上，具体的，UWB基站至少设有四个。

实施例三，在实施例一的基础上，如图1所示，障碍物视觉检测单元12包括能够采集作业场景内障碍物图像的图像采集组件121和能够对图像采集组件121采集的图像进行识别的识别组件122；

根据需要，障碍物视觉检测单元12采用内设有处理器的单目相机，该单目相机安装于起重机小车42底部，具有的用于检测起重机小车42下方四周内的障碍物信息的功能，具体的，单目相机采用广角镜头；

根据需要，障碍物视觉检测单元12能够基于机器学习方法对障碍物目标进行识别，也就是说，障碍物视觉检测单元12具有运行机器学习方法的功能。

实施例四，在实施例一的基础上，如图1所示，状态监测单元13包括用于检测执行模块4中电机电压/电流的电压/电流传感器131、用于检测执行模块4中电机振动情况的振动传感器132和用于检测重机大车41的应变传感器133；

根据需要，电压/电流传感器131和振动传感器132设置的数量与执行模块4中电机的数量一致，且执行模块4中每个电机均对应一个电压/电流传感器131和振动传感器132，这样能够检测执行模块4中每个电机的电压/电流以及振动情况；

例如，起重机大车41端梁两端均设有1个大车行走电机，起重机小车42两端均设有1个小车行走电机，另加上提升电机43，所以该执行模块4中一共具有5个电机，因此电压/电流传感器131和振动传感器132均设有5个，具体的，电压/电流传感器131和振动传感器132均为现有技术，其安装结构、位置和运作原理不再具体赘述；

根据需要，应变传感器133沿起重机大车41轴向均匀间隔设有多个，具体根据起重机大车41长度设定，且相邻的两个应变传感器133之间的距离不大于4米，用于检测起重机大车41应变信号，进而能够及时检测出起重机大车41横梁是否出现断裂、开焊的情况，保证了执行模块4的安全性能，具体的，应变传感器133为现有技术，其安装结构和运作原理不再具体赘述。

需要说明的是，决策模块2实质上为ARM处理器，控制模块3实质上为PLC控制器。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (5)

1.一种基于多源信息融合的无人驾驶起重机系统，包括执行模块（4），所述执行模块（4）包括起重机大车（41）、位于起重机大车（41）顶部，且能够沿起重机大车（41）轴向能够移动的起重机小车（42）、安装于起重机小车（42）的提升电机（43），所述提升电机（43）起吊绳下端设有吊具，其特征在于：还包括感知模块（1）、能够为执行模块（4）规划行走路径的决策模块（2）和控制执行模块（4）运行的控制模块（3）；

所述感知模块（1）包括能够监测起重机大车（41）、起重机小车（42）和吊具位姿信息的位姿获取单元（11）、能够监测作业场景内障碍物信息的障碍物视觉检测单元（12）和能够监测起重机大车（41）、起重机小车（42）和提升电机（43）状态信息的状态监测单元（13）。

2.根据权利要求1所述的一种基于多源信息融合的无人驾驶起重机系统，其特征在于：所述位姿获取单元（11）包括用于检测起重机大车（41）和起重机小车（42）位置的UWB测距组件（111）和用于检测起重机大车（41）和起重机小车（42）加速度和角速度的惯性测量组件（112）。

3.根据权利要求2所述的一种基于多源信息融合的无人驾驶起重机系统，其特征在于：所述UWB测距组件（111）包括多个UWB基站，多个UWB基站匀设于重机大车（41）。

4.根据权利要求1所述的一种基于多源信息融合的无人驾驶起重机系统，其特征在于：所述障碍物视觉检测单元（12）包括能够采集作业场景内障碍物图像的图像采集组件（121）和能够对图像采集组件（121）采集的图像进行识别的识别组件（122）。

5.根据权利要求1所述的一种基于多源信息融合的无人驾驶起重机系统，其特征在于：所述状态监测单元（13）包括用于检测执行模块（4）中电机电压/电流的电压/电流传感器（131）、用于检测执行模块（4）中电机振动情况的振动传感器（132）和用于检测重机大车（41）的应变传感器（133）。

Images