焦爐車輛環境感知系統的制作方法
1.本實用新型涉及大型移動裝備無人駕駛技術領域，特別是涉及焦爐車輛環境感知系統。
背景技術：
2.煉焦生產，具有全天候、生產環境人機協同復雜及多樣的行業特點，特別是對于煉焦四大車駕駛員來說，連續駕駛車輛工作強度相對比較高。為此煉焦生產行業，發展有軌電驅車輛全自動無人運行是必然趨勢，能夠提升協作效率，減少人員控制和管理的過程，消除因為人員誤操作所可能帶來的生產安全隱患，降低不必要的停工停產和生產作業中可能出現的安全問題，保障生產的正常進行。
3.焦爐車輛無人駕駛運行過程中，如何避免與周圍目標物發生重大人機碰撞事故，改善車輛的主動安全性，保障焦爐生產過程的順穩運行，是實現焦爐車輛無人駕駛中亟待解決的問題。
4.目前，為了實現焦爐車輛的防碰撞，主要是在焦爐車輛上安裝測距傳感器，利用雷達、激光等測距技術，通過實時監測車輛相互間的間距達到防碰撞的目的。但目前測距傳感器普遍存在抗干擾能力差的缺點，對焦化廠的工作環境諸如粉塵多、車輛晃動大、軌道面局部高地不平等不利因素適應能力低，因此常常出現失靈或誤判的情況。
技術實現要素：
5.有鑒于此，本實用新型提供了焦爐車輛環境感知系統，通過激光雷達與相機共同進行環境感知，以防止焦爐車輛在生產運行過程中，與周圍目標物發生重大人機碰撞事故，從而最大限度的幫忙改善車輛的主動安全性，保障焦爐生產過程的順穩運行目的。
6.為此，本實用新型采用如下技術方案：
7.本實用新型提供了一種焦爐車輛環境感知系統，包括：設置在焦爐車輛本體端部的激光雷達和相機以及設置在電氣控制室的車輛plc控制器、環境感知控制器、協議網關和車輛速度驅動器；
8.所述環境感知控制器分別與所述激光雷達和所述相機通訊連接；
9.所述環境感知控制器與所述協議網關通訊連接；
10.所述協議網關與所述plc控制器通訊連接；
11.所述plc控制器與所述車輛速度驅動器通訊連接。
12.進一步地，所述焦爐車輛的控制信息包括運動速度、減速和停車。
13.進一步地，所述系統還包括：用于焦爐車輛移動至軌道端部時進行端部防護的極限保護開關。
14.進一步地，極限保護開關包括：在焦爐車輛上設置的若干個不同高度的永磁開關觸點以及地面上目標位置設置的對應的若干個永磁鐵。
15.本實用新型的優點和積極效果：
16.本系統將相機的識別精確性與激光雷達的定位高精度優勢有效的結合在了一起，相比僅利用激光雷達等測距傳感器進行焦爐車輛防碰撞，本系統能夠在無人駕駛車輛情況下，精準的識別障礙物，避免無人駕駛車輛與周圍目標物發生碰撞，從而最大限度的幫忙改善車輛的主動安全性。
附圖說明
17.為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做以簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
18.圖1為本實用新型實施例中環境感知系統架構；
19.圖2為本實用新型實施例中環境感知系統安裝位置圖；
20.圖3為本實用新型實施例中4級永磁鐵軌道端部安裝位置圖。
具體實施方式
21.為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本實用新型保護的范圍。
22.需要說明的是，本實用新型的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本實用新型的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
23.本實用新型提供了焦爐車輛環境感知系統，通過激光雷達與相機數據融合手段，采用最優的點云數據與圖像融合算法，對運行軌跡周圍環境進行感知識別，完成目標定位及跟蹤、目標及障礙物識別、車輛定位、規避控制策略等核心功能的實現，在設備上無駕駛員操作車輛情況下，可以最大限度輔助車輛無人駕駛中央控制系統的決策，避免無人駕駛車輛與周圍目標物發生碰撞，從而最大限度的幫忙改善車輛的主動安全性，達成安全、可靠、有序之生產目的，能夠有利保障焦爐設備在生產過程的順穩運行。
24.如圖1所示，本實用新型實施例中的焦爐車輛環境感知系統包括：車輛plc控制器1、環境感知控制器2、激光雷達3、相機4、協議網關5、車輛速度驅動器6和極限保護開關7。其中：
25.焦爐車輛包括煉焦四大車，分別為推焦車、裝煤車、攔焦車和電機車。
26.激光雷達3和相機4安裝在運動的焦爐車輛本體前、后進端部，用于跟隨運動的焦爐車輛采集環境信息。其中，激光雷達3實時掃描周圍環境，形成點云數據，基于點云數據可
以實時識別運行區域內的物體形狀；在具體實施中，為了提高識別精度和廣度，可以在焦爐車輛本體不同位置設置多個激光雷達。相機4實時拍攝周圍環境，形成圖像數據，基于圖像數據通過圖像識別功能可以甄別出人員與物體障礙物，在具體實施中，為了提高識別精度和廣度，可以在焦爐車輛本體不同位置設置多個相機。
27.環境感知控制器2設置在電氣控制室內，分別與激光雷達3和相機4進行通訊連接，以進行信息交互，獲取激光雷達3和相機4采集到的實時環境信息，并通過激光雷達與相機數據融合手段，采用點云數據與圖像融合算法，對運行軌跡周圍環境進行感知識別，根據識別出的環境信息確定焦爐車輛的控制信息，包括運動速度、減速、停車等信息。其中，環境感知控制器2與激光雷達3和相機4之間的通訊連接可以是以太網通訊連接，5g通訊連接，還可以是can總線通訊連接。在具體實施中，環境感知控制器可以利用單片機來實現，其中的點云數據與圖像融合算法可以采用現有技術中已有的成熟算法，本技術中對此不做改進以及限定。
28.協議網關5是電氣控制室內的控制器與焦爐車輛進行數據通訊的橋梁，能夠將環境感知控制器2的焦爐車輛控制信息下發至焦爐車輛。
29.車輛plc控制器1設置在電氣控制室內，用于接收操作站下發的運動指令，并與車輛速度驅動器6進行通信，確定焦爐車輛的運動速度，并通過車輛速度驅動器6驅動焦爐車輛按照相應的運動速度進行運動。同時，環境感知控制器2通過協議網關5向焦爐車輛下發的控制信息反饋回車輛plc控制器1，以便車輛plc控制器1基于環境感知信息對車輛運行過程進行實時控制，防范移動中的設備與其它車輛間或人員的防碰事故發生。環境感知控制器2、協議網關5以及車輛plc控制器1之間的通訊連接可以是有線通訊連接，也可以是無線通訊連接，如can總線通訊連接。
30.速度驅動器6用于在車輛plc控制器1的控制下驅動焦爐車輛以設定的速度行駛。同時車輛速度驅動器6也要受運行軌道上的人、障礙物、對面車輛等因素制約的環境感知控制器2的策略輸出的指令限制，在本車無人駕駛軌跡內，對設備運行速度進行實時控制，防范移動中的設備與其它車輛間或人員的防碰事故發生。速度驅動器6與車輛plc控制器之間的通訊連接可以是有線通訊連接，也可以是無線通訊連接，如can總線通訊連接。
31.極限保護開關7用于車輛移動至軌道端部時對車輛進行防護。當單車焦爐車輛，移動至軌道端部位置，運動方向不存在人員與物體障礙物，環境感知系統無法感知環境來下達車輛減速、停止等指令，而按照焦爐車輛的運行安全要求，進入軌道運行端部，必須進入減速模式，到達終端要進行停車換向，確保車輛設備不能過限、掉軌等問題存在。根據上述要求，本實用新型實施例中設置了四級極限防護，具體在車輛設備上設置了4個不同高度的永磁開關觸點作為極限保護開關，地面上設置了如圖3所示對應的4個永磁鐵，一旦車輛plc控制器感應到對應的信號，即可根據地面上設置的永磁鐵的不同高度信號組合，經車輛plc控制器內部的運動模型及速度限制算法，將速度值發送至車輛速度驅動器6，觸發軌道端部1級減速、2級減速、3級減速、停機等運動極限保護功能。
32.本實用新型實施例中的系統將相機的識別精確性與激光雷達的定位高精度優勢有效的結合在了一起，相比僅利用激光雷達等測距傳感器進行焦爐車輛防碰撞，本系統能夠在無人駕駛車輛情況下，避免無人駕駛車輛與周圍目標物發生碰撞，從而最大限度的幫忙改善車輛的主動安全性。
33.最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。
技術特征：
1.一種焦爐車輛環境感知系統，其特征在于，包括：設置在焦爐車輛本體端部的激光雷達(3)和相機(4)以及設置在電氣控制室的車輛plc控制器(1)、環境感知控制器(2)、協議網關(5)和車輛速度驅動器(6)；所述環境感知控制器(2)分別與所述激光雷達(3)和所述相機(4)通訊連接；所述環境感知控制器(2)與所述協議網關(5)通訊連接；所述協議網關(5)與所述plc控制器(1)通訊連接；所述plc控制器(1)與所述車輛速度驅動器(6)通訊連接。2.根據權利要求1所述的一種焦爐車輛環境感知系統，其特征在于，所述焦爐車輛的控制信息包括運動速度、減速和停車。3.根據權利要求1所述的一種焦爐車輛環境感知系統，其特征在于，所述系統還包括：用于焦爐車輛移動至軌道端部時進行端部防護的極限保護開關(7)。4.根據權利要求3所述的一種焦爐車輛環境感知系統，其特征在于，極限保護開關(7)包括：在焦爐車輛上設置的若干個不同高度的永磁開關觸點以及地面上目標位置設置的對應的若干個永磁鐵。
技術總結
本實用新型提供了焦爐車輛環境感知系統，涉及大型移動裝備無人駕駛技術領域，包括：設置在焦爐車輛本體端部的激光雷達和相機以及設置在電氣控制室的車輛PLC控制器、環境感知控制器、協議網關和車輛速度驅動器；環境感知控制器分別與所述激光雷達和所述相機通訊連接；環境感知控制器與所述協議網關通訊連接；協議網關與所述PLC控制器通訊連接；PLC控制器與所述車輛速度驅動器通訊連接。本系統將相機的識別精確性與激光雷達的定位高精度優勢有效的結合在了一起，能夠在無人駕駛車輛情況下，精準的識別障礙物，避免無人駕駛車輛與周圍目標物發生碰撞，從而最大限度的幫忙改善車輛的主動安全性。輛的主動安全性。輛的主動安全性。
