申请/专利权人：大连九州创智科技有限公司

申请日：2022-04-02

公开（公告）日：2024-01-09

公开（公告）号：CN114898540B

主分类号：G08B31/00

分类号：G08B31/00;G08B25/08;G06F30/20;G06F30/13

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.01.09#授权;2022.08.30#实质审查的生效;2022.08.12#公开

摘要：本发明提供了一种基于几何部件模型的散料货场设备防碰撞预警方法，涉及防碰撞预警技术领域，该方法对于基础算力的需求明显低于常见的方法。其不依赖三维几何运算，无须进行复杂的空间几何干涉相交判定，计算维度仅限于点集变换与距离计算，经实际测试验证与应用，只要保证数据通讯链路稳定、设备实时姿态数据稳定有效，即可部署在任意工控机上，且监视效率高，延时低，足以应对真实作业场景下的防碰撞需求。同时，本发明降低了对建模的要求，建模过程无需进行复杂的对设备实际动作的精确描述，而是以抽象连接结构，表达设备在作业过程中的姿态变化。本发明也不依赖于三维场景的搭建，无需对机械结构进行解析，即可确保防碰撞功能的运行。

主权项：1.一种基于几何部件模型的散料货场设备防碰撞预警方法，其特征在于，所述方法包括：S1、根据厂区CAD进行厂区建模，至少包括固定场景、设备走行轨道；S2、根据设备实际图纸、照片和作业视频，使用基础三维几何体，对所述设备进行抽象，并以树形结构表征各几何体之间的连接关系，形成一个由三维基础几何体组成的设备抽象模型；其中，约定抽象几何体称为部件，部件与部件之间的连接关系称为连接件，连接件与子部件共同组成一组连接结构，所有部件共同组成的设备几何模型称为组合模型；一个组合模型有且只有一个根部件；每个部件包含若干个连接结构，每个连接结构包含一个连接件与一个子部件，并带有父子之间的空间变换关系；连接结构标识子部件的空间姿态如何随父部件的运动而变化，至少包括：旋转轴连接类型与固定连接类型；S3、利用关键点生成算法，将原始的三维几何体，降维成一个可以代表该几何体空间属性的均匀点集；所述关键点包含三类：顶点、边缘点、表面点；S4、根据厂区模型建立坐标系，以厂区左下角作为三维坐标系的原点，建立右手坐标系，大机走行方向为X轴向，不同轨道之间的设备作为Y向；S5、防碰撞软件在设备作业过程中接收来自网关的设备实时姿态数据，并基于所述设备实时姿态数据进行姿态运算；其中，所述姿态运算包括：当设备运动姿态发生变化时，以所建立模型根部件作为入口，依次对所有部件根据其父子连接结构进行旋转平移变换，从而得到待测设备姿态对应点集的世界坐标；所有关键点世界坐标作为当前时刻设备防碰撞运算点集，用于支持设备间距离运算；当连接结构为固定连接结构时，代表子部件与父部件刚性连接在一起，随着父部件的运动而运动；当父部件位置发生变化时，子部件任意点坐标需随之平移，其旋转平移矩阵为： 其中x，y，z分别代表三轴方向的偏移量，因固定连接无旋转偏角，故原矩阵为一个单位矩阵；当连接结构为轴连接结构时，则表征子部件能够进行旋转变化，其旋转平移矩阵为： ；其中，原始矩阵中的x，y，z分别代表三轴的旋转角度，增广列的x，y，z代表父子部件之间的原点偏移；子部件上关键点的旋转平移坐标变化，根据其父部件的旋转平移坐标运算得到；S6、联合所述设备防碰撞运算点集，计算获得设备与设备之间的最近距离；S7、当两设备之间的最近距离到达普通预警距离时，软件界面给出提示，此时并不下发任何指令；当两设备之间最近距离到达紧急预警距离时，软件界面给出提示，此时下发停止指令；其中，所述三维几何体为长方体；相应地，所述关键点生成算法为：设长方体长、宽、高分别为a、b、h，点密度为u，则：顶点数n1＝8；边缘点数n2＝4Roundau-1+4Roundbu-1+4Roundhu-1；表面点数n3＝2Roundau-1Roundbu-1+2Roundau-1Roundhu-1+2Roundhu-1Roundbu-1；其中，Round为四舍五入取整函数；经关键点生成算法处理后，原始抽象三维几何体处理成离散在xyz空间内的点集；所述停止指令包括：走行停止指令和回转停止指令；走行指令下发时，软件内部会进行预推演，即当两设备间距离小于紧急预警距离时，会预计算设备前进或后退一段距离设置距离后，设备是否依然处于紧急预警距离之内；若前进走行设置距离后，设备仍处于紧急预警距离内，则下发前进停止指令；若设备后退设置距离后，设备仍处于紧急预警距离内，则下发后退停止指令；回转指令下发时，会在软件内部进行预推演，即当两设备到达紧急预警距离时，会预计算设备顺时针或逆时针旋转设置角度后，设备是否依然处于紧急预警距离之内；若顺时针回转设置角度后，设备仍处于紧急预警距离范围内，则下发顺时针停止指令；若设备逆时针回转设置角度后，设备仍处于紧急预警距离，则下发逆时针停止指令。

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