[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

说明书

本发明公开了一种基于3D建模的装船机智能防碰预警系统和方法，包括以下步骤：A1、装船机和装船机溜筒建模，获取溜筒线段的方程；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；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。

技术领域

本发明涉及装船机与船舱的防碰撞技术，尤其涉及的是一种基于3D建模的装船机智能防碰预警系统和方法。

背景技术

煤炭是我国主要能源之一，现在每天有大量的货船在港口等待煤炭运输，加快作业效率对于提高我国港口运输行业具有至关重要的作用。随着我国经济的快速发展，我国港口的作业生产模式也在发生变化，对设备的智能化控制程度不断提高，这就要求我们对设备的安全保障系统进行及时合理的提高以适应港口事业的发展。

装船机是散货码头装船时使用的大型机械设备，目前装船作业过程主要依靠大机行走、大臂俯仰和伸缩等动作，而安全主要靠操作人员观察确定，然而对操作人员来说，装船机的运行存在多处视野盲区，因此装船机作业依然存在多处视野隐患。为了保证装船机的安全运行，防止碰撞事故的发生，特设置防碰撞系统。

目前常用的防碰撞系统是在可能发生碰撞的位置安装雷达，然后实时监测易碰撞位置与其最近物体的距离，这种方法可以检测出是否发生碰撞，但无法对大臂的所有位置进行检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于3D建模的装船机智能防碰预警系统和方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于3D建模的装船机智能防碰预警方法，包括以下步骤：

A1、装船机和装船机溜筒建模，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；