[发明专利]一种基于3D建模的装船机智能防碰预警系统和方法

权利要求书

1.一种基于3D建模的装船机智能防碰预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1、装船机和装船机溜筒实时建模，获取溜筒线段的方程：首先以大臂轨道运行方向为y方向，确定装船机的水平位置(x₀，y₀)，然后根据装船机的模型确定大臂旋转轴的位置坐标(x₀，y₀，z₀)，通过大臂的俯仰编码器确定大臂的俯仰角度为α，大臂的旋转编码器确定大臂的旋转角度为β，此时装船机大臂是以(x₀，y₀，z₀)为旋转中心，以α为俯仰角度，β为旋转角度的直线；

假设大臂的固定长度为m，通过伸缩编码器确定伸缩长度为n，则大臂总长为m+n，此时装船机大臂可以看成是以(x₀，y₀，z₀)为轴中心，以α角为俯仰角度，β角为旋转角度，长度为m+n的线段，此时溜筒顶端位置的坐标为(x_d0，y_d0，z_d0)；

其中β∈[0,π)；

此时装船机溜筒对应的直线方程为：

假设装船机溜筒的长度为l，则装船机溜筒线段的方程为：

A2、获取船舱的三维点云数据：利用三维激光雷达，对船舱及船舱底部扫描建模，进而获取船舱三维点云数据；

A3、设置溜筒感兴趣区域：根据上述溜筒线段的方程，设置溜筒感兴趣区域；包括两部分感兴趣区域：一是以溜筒为轴中心，向外拓展筒形区域，作为溜筒侧面感兴趣区域；二是以溜筒底部为球中心，向外拓展球形区域，作为溜筒底部感兴趣区域；

A4、搜索溜筒感兴趣区域的船舱三维点云数据，并计算感兴趣区域内点云数据与溜筒的距离；

A5：判断是否发生碰撞：若在感兴趣区域内点云数据的数量大于数量阈值q，则认为装船机存在碰撞风险，及时报警处理并判断最短距离d_min，若最短距离d_min小于t，则报警并根据点云数据的方位及时做出防碰撞措施。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A3中，拓展的筒形区域和球形区域的直径是可设定的阈值，当点云数据在这个阈值范围内，才认为有可能会发生碰撞。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A4中，当溜筒靠近船壁时，溜筒感兴趣区域内的船舱三维点云数据明显增加；

A41：首先要检测溜筒侧面是否与船舱发生碰撞，也就是船舱点云数据在溜筒侧面时，z_pdi＞z_dlmin，以溜筒为轴中心，向外拓展筒形感兴趣区域，搜索感兴趣区域的三维点云数据，计算点云数据与溜筒的距离并搜索感兴趣区域内点云数据与溜筒侧壁最短的距离

A42：由于装船机臂架下降过程或装船作业过程中，z_pdi＜z_dlmin，溜筒底部存在与船舷，船舱底部或船舱中货物发生碰撞的风险，因此需要对溜筒底部做防碰撞处理，以溜筒底部为球中心，向外拓展球形感兴趣区域，搜索感兴趣区域内的三维点云数据，计算点云数据与溜筒底部的距离并搜索感兴趣区域内点云数据与溜筒侧壁最短的距离

4.根据权利要求1-3任一所述方法的基于3D建模的装船机智能防碰预警系统，其特征在于，该系统内置有实现权利要求1-3任一所述方法的软件。