[发明专利]基于DEM的无人行车抓取安全与抓取效果检测算法

说明书

本申请提供基于DEM的无人行车抓取安全与抓取效果检测算法，具体步骤如下；步骤一，业务场景与基本定义；步骤二，抓取效果与质量分布模型；步骤三，质量分布向心度与抓取安全性因素分析。本发明提供基于DEM的无人行车抓取安全与抓取效果检测算法，本发明通过分析细颗粒干散料基于DEM的三维质量分布特征与抓取安全特征，建立兼顾三维质量分布特征模型与安全模型，提供干散料无人值守系统安全、高效抓取的理论与检测方法。

技术领域

本发明属于无人行车抓取安全与抓取检测领域，特别是涉及基于DEM的无人行车抓取安全与抓取效果检测算法。

背景技术

在干散堆料发货无人化是干散料发货行业的趋势，当前宝钢、江西铜业等企业做了一些尝试，在在自动化、智能任务交互等方面取得一些成果。但是系统的安全性及发货业务稳定性是干散料发货无人值守应用需要解决的关键问题，安全、稳定性问题直接关系着无人系统能否达到工业应用要求。在抓取安全方面，堆料分布极端情况容易引起抓斗开闭绳脱槽、抓斗翻斗事故；当抓取中心凹陷或离心分布程度较高时，抓取量较少，无法稳定抓取效果，达不到工业发货效率要求。李鹏宇等研究了三维扫描与体积测量技术，闫腾飞等研究了激光扫描与坐标定位的方法，韩亚研究了基于DEM的坡度、坡度误差及应用，为干散料的三维特征分布提供了思路。在干散料的三维分布特征与安全抓取关系方面，还没见到相关的研究，这正是业务安全、稳定工作的关键，因此申请人提供基于DEM的无人行车抓取安全与抓取效果检测算法。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供基于DEM的无人行车抓取安全与抓取效果检测算法，本发明通过分析细颗粒干散料基于DEM的三维质量分布特征与抓取安全特征，建立兼顾三维质量分布特征模型与安全模型，提供干散料无人值守系统安全、高效抓取的理论与检测方法，为达此目的，本发明提供基于DEM的无人行车抓取安全与抓取效果检测算法，具体步骤如下；

步骤一，业务场景与基本定义；

在干散料码头、仓库中，散料的堆放为倾倒或抓斗抛放形成，其分布既连续又极不规则，根据现场抓斗抓取与堆料分布情况，建立三维分布与安全关系模型，在安全的情况下方可抓取；在抓取质量方面，对每一次抓取位的堆料分布情况，建立特征分析模型，为抓取质量提供理论指导；

根据建模需要，做如下基本定义：

1)单元窗口：整个堆料区域划分为M×N个基本方格，称为单元窗口，每个单元窗口的边长为l的正文形，整个区域可视作一个矩阵A_mn，每单元窗口A_mn的平均高度为H_mn(m∈(1…M))，n∈(1…N))；

2)抓取窗口：在抓取时，抓斗完全张开时抓取范围大小称为抓取窗口，假设堆料区域A_mn分成个抓取窗口，对于任何抓取窗口其包含P×Q个单元窗口；

3)抓取子窗口：为表示三维分布特征，将任何一个抓取窗口W_pq划分为多个子窗口，每个子窗口包含U×V个单元窗口，称为抓取子窗口W_uv。位于抓取窗口中心位置的虚拟子窗口W_c称为中心子窗口；

4)质量分布向心度(AFF_uv)：表示任何一个子窗口W_uv堆料量以及离抓取窗口中心靠近的程度，如果抓取窗口高度越高、离中心点越近，其向心度越高。

步骤二，抓取效果与质量分布模型；

对于任何一个抓取窗口，其包含P×Q个子窗口，窗口W_pq可表示为：

在W_pq窗口抓取作业时，其抓取方式的物料集中在中心部位最有利，如果抓取窗口的物料分布为中间凹或大斜坡，抓取的量较少，达不到抓取效果与效率要求，当大斜坡方向与抓斗长边方向一致时，还会产生动滑轮脱槽的安全风险；