CN106121651B - 拉斗铲智能化辅助作业方法及装置 - Google Patents

拉斗铲智能化辅助作业方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种拉斗铲智能化辅助作业方法及装置。所述方法包括：获取拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度；计算预定次数内拉斗铲在满载旋转环节的加速过程中的第一平均角加速度和减速过程中的第二平均角加速度，以及在空载返回环节的加速过程中的第三平均角加速度和减速过程中的第四平均角加速度；根据第一平均角加速度和第二平均角加速度以及旋转角度确定满载旋转环节的加速过程和减速过程之间的第一转折点，以及根据第三平均角加速度和第四平均角加速度以及旋转角度确定空载返回环节的加速过程和减速过程之间的第二转折点；在下一次挖掘时，分别在第一转折点和第二转折点提示操作人员从加速过程切换至减速过程。

Description

拉斗铲智能化辅助作业方法及装置
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种拉斗铲智能化辅助作业方法及装置。
背景技术
无运输倒堆工艺是露天开采的主流工艺，其核心设备拉斗铲集采、运、排功能于一体，斗容最大可达168m3，作业半径最大达120m，倒堆厚度最大可达60m。实践表明该工艺生产成本仅为其他工艺的1/2-2/3，生产效率超过其他工艺40％-60％。经研究表明，拉斗铲操作技术水平是影响倒堆效率的关键因素，但由于工况条件复杂、数据采集难度大等原因，目前，拉斗铲操作司机只能凭借积累的经验操作拉斗铲，作业效率不高。
发明内容
本发明提供的拉斗铲智能化辅助作业方法及装置，能够提高操作人员操作拉斗铲的作业效率。
第一方面，本发明提供一种拉斗铲智能化辅助作业方法，包括：
获取拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ；
计算预定次数内拉斗铲在满载旋转环节的加速过程中的第一平均角加速度a1和减速过程中的第二平均角加速度a2，以及在空载返回环节的加速过程中的第三平均角加速度a3和减速过程中的第四平均角加速度a4；
根据所述第一平均角加速度a1和第二平均角加速度a2以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在满载旋转环节的加速过程和减速过程之间的第一转折点，以及根据所述第三平均角加速度a3和第四平均角加速度a4以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在空载返回环节的加速过程和减速过程之间的第二转折点；
在下一次挖掘时，分别在所述第一转折点和第二转折点向操作人员发出提示，提示操作人员从加速过程切换至减速过程。
可选地，所述获取拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ包括：
根据角速度传感器采集的数据序列，按照如下公式计算拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ：
其中，Wi为ti时刻拉斗铲的转动角速度，t1为满载旋转开始时刻，tj为满载旋转结束时刻。
可选地，所述根据所述第一平均角加速度a1和第二平均角加速度a2以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在满载旋转环节的加速过程和减速过程之间的第一转折点包括：
按照如下公式计算满载旋转环节的加速过程的旋转角度θ1和减速过程的旋转角度θ2：
θ1＝[a2/(a1+a2)]·θ；
θ2＝θ-θ1；
将拉斗铲在满载旋转环节旋转的角度为W1的位置作为第一转折点。
可选地，所述根据所述第三平均角加速度a3和第四平均角加速度a4以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在空载返回环节的加速过程和减速过程之间的第二转折点包括：
按照如下公式计算空载返回环节的加速过程的旋转角度θ3和减速过程的旋转角度θ4：
θ3＝[a4/(a3+a4)]·θ；
θ4＝θ-θ3；
将拉斗铲在空载返回环节旋转的角度为W3的位置作为第二转折点。
可选地，所述分别在所述第一转折点和第二转折点向操作人员发出提示包括：分别在所述第一转折点和第二转折点通过声音或震动的方式向操作人员发出提示。
第二方面，本发明提供一种拉斗铲智能化辅助作业装置，包括：
获取单元，用于获取拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ；
计算单元，用于计算预定次数内拉斗铲在满载旋转环节的加速过程中的第一平均角加速度a1和减速过程中的第二平均角加速度a2，以及在空载返回环节的加速过程中的第三平均角加速度a3和减速过程中的第四平均角加速度a4；
确定单元，用于根据所述第一平均角加速度a1和第二平均角加速度a2以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在满载旋转环节的加速过程和减速过程之间的第一转折点，以及根据所述第三平均角加速度a3和第四平均角加速度a4以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在空载返回环节的加速过程和减速过程之间的第二转折点；
提示单元，用于在下一次挖掘时，分别在所述第一转折点和第二转折点向操作人员发出提示，提示操作人员从加速过程切换至减速过程。
可选地，所述获取单元，用于根据角速度传感器采集的数据序列，按照如下公式计算拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ：
其中，Wi为ti时刻拉斗铲的转动角速度，t1为满载旋转开始时刻，tj为满载旋转结束时刻。
可选地，所述确定单元，用于按照如下公式计算满载旋转环节的加速过程的旋转角度θ1和减速过程的旋转角度θ2：
θ1＝[a2/(a1+a2)]·θ；
θ2＝θ-θ1；
将拉斗铲在满载旋转环节旋转的角度为W1的位置作为第一转折点。
可选地，所述确定单元，用于按照如下公式计算空载返回环节的加速过程的旋转角度θ3和减速过程的旋转角度θ4：
θ3＝[a4/(a3+a4)]·θ；
θ4＝θ-θ3；
将拉斗铲在空载返回环节旋转的角度为W3的位置作为第二转折点。
可选地，所述提示单元，用于分别在所述第一转折点和第二转折点通过声音或震动的方式向操作人员发出提示。
本发明实施例提供的拉斗铲智能化辅助作业方法及装置，获取拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度，根据计算出的预定次数内拉斗铲在满载旋转环节的加速过程中的第一平均角加速度和减速过程中的第二平均角加速度以及旋转角度确定满载旋转环节的加速过程和减速过程之间的第一转折点，以及根据计算出的预定次数内拉斗铲在空载返回环节的加速过程中的第三平均角加速度和减速过程中的第四平均角加速度以及旋转角度确定空载返回环节的加速过程和减速过程之间的第二转折点，在下一次挖掘时，分别在第一转折点和第二转折点提示操作人员从加速过程切换至减速过程。与现有技术相比，本发明能够根据多次操作实验结果分别确定满载旋转环节和空载返回环节的加速过程和减速过程之间的转折点，并在该转折点向用户发出提示，从而可以提高操作人员操作拉斗铲的作业效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的拉斗铲智能化辅助作业方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的拉斗铲智能化辅助作业装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种拉斗铲智能化辅助作业方法，如图1所示，所述方法包括：
S11、移动终端获取拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ。
具体地，带有角速度传感器的移动终端水平固定在拉斗铲驾驶室内，拉斗铲旋转时，移动终端内的角速度传感器能够感知到旋转动作，并采集旋转的角度数据。拉斗铲正常倒堆作业时，每次挖掘区域、排弃区域与前一次相比，相对位置变化可忽略不计，每次作业的旋转角度由前次作业确定。因此，拉斗铲首次运行时需要进行一个完整的作业循环操作，移动终端自动判断作业旋转角度。其中，所述角速度传感器可以为陀螺仪，但不仅限于此。
根据移动终端内部的角速度传感器采集的数据序列，按照如下公式计算拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ：
其中，Wi为ti时刻拉斗铲的转动角速度，t1为满载旋转开始时刻，tj为满载旋转结束时刻。
S12、移动终端计算预定次数内拉斗铲在满载旋转环节的加速过程中的第一平均角加速度a1和减速过程中的第二平均角加速度a2，以及在空载返回环节的加速过程中的第三平均角加速度a3和减速过程中的第四平均角加速度a4。
具体地，根据拉斗铲单次回转作业循环过程，可以确定其回转过程近似于匀加速运动，Wi为i时刻机体转动角速度，则在某环节中t0至tj时刻的平均角加速度a为：
S13、移动终端根据所述第一平均角加速度a1和第二平均角加速度a2以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在满载旋转环节的加速过程和减速过程之间的第一转折点，以及根据所述第三平均角加速度a3和第四平均角加速度a4以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在空载返回环节的加速过程和减速过程之间的第二转折点。
其中，满载旋转或空载返回中，拉斗铲加速、减速过程中的最大速度是相同的，满足：
Vmax＝a1t1＝a2t2
其中a1、a2为拉斗铲在某转动环节时的角加速度、角减速度，t1、t2为拉斗铲在某转动环节的加速时间、减速时间。
因此，加速、减速过程的转动角度之比为：
具体地，按照如下公式计算满载旋转环节的加速过程的旋转角度θ1和减速过程的旋转角度θ2：
θ1＝[a2/(a1+a2)]·θ；
θ2＝θ-θ1；
将拉斗铲在满载旋转环节旋转的角度为θ1的位置作为第一转折点。
按照如下公式计算空载返回环节的加速过程的旋转角度θ3和减速过程的旋转角度θ4：
θ3＝[a4/(a3+a4)]·θ；
θ4＝θ-θ3；
将拉斗铲在空载返回环节旋转的角度为θ3的位置作为第二转折点。
例如：统计100组作业循环的拉斗铲角速度数据序列，得到设备全功率转动状态下的平均加速度如表1所示。
表1
项目 满载旋转 空载返回
加速过程平均角加速度rad/s2 0.0096 0.0145
减速过程平均角加速度rad/s2 0.0144 0.0117
则满载旋转环节的加速过程的旋转角度θ1为：
θ1＝[0.0144/(0.0096+0.0144)]·θ＝3θ/5；
空载返回环节的加速过程的旋转角度W3为：
θ3＝[0.0177/(0.0145+0.0177)]·θ＝4θ/9；
进而确定拉斗铲在满载旋转环节旋转的角度为3θ/5的位置作为第一转折点，确定拉斗铲在空载返回环节旋转的角度为4θ/9的位置作为第二转折点。
S14、在下一次挖掘时，移动终端分别在所述第一转折点和第二转折点向操作人员发出提示，提示操作人员从加速过程切换至减速过程。
具体地，移动终端可以通过声音或震动的方式向操作人员发出提示。
本发明实施例提供的拉斗铲智能化辅助作业方法，获取拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度，根据计算出的预定次数内拉斗铲在满载旋转环节的加速过程中的第一平均角加速度和减速过程中的第二平均角加速度以及旋转角度确定满载旋转环节的加速过程和减速过程之间的第一转折点，以及根据计算出的预定次数内拉斗铲在空载返回环节的加速过程中的第三平均角加速度和减速过程中的第四平均角加速度以及旋转角度确定空载返回环节的加速过程和减速过程之间的第二转折点，在下一次挖掘时，分别在第一转折点和第二转折点提示操作人员从加速过程切换至减速过程。与现有技术相比，本发明能够根据多次操作实验结果分别确定满载旋转环节和空载返回环节的加速过程和减速过程之间的转折点，并在该转折点向用户发出提示，从而可以提高操作人员操作拉斗铲的作业效率。
通过现场实验结果显示，采用上述拉斗铲智能化辅助作业方法后，操作人员操作过程中出现提前减速、滞后减速失误的情况大幅度降低，90％左右的作业循环达到了较高的操作水平，平均作业循环时间缩短1-3s。同时，还可以减少雨、雪、低气压等恶劣天气状况下设备低功率慢速转动操作行为，实现设备全天候高效、安全作业。
本发明实施例还提供一种拉斗铲智能化辅助作业装置，如图2所示，所述装置包括：
获取单元11，用于获取拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ；
计算单元12，用于计算预定次数内拉斗铲在满载旋转环节的加速过程中的第一平均角加速度a1和减速过程中的第二平均角加速度a2，以及在空载返回环节的加速过程中的第三平均角加速度a3和减速过程中的第四平均角加速度a4；
确定单元13，用于根据所述第一平均角加速度a1和第二平均角加速度a2以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在满载旋转环节的加速过程和减速过程之间的第一转折点，以及根据所述第三平均角加速度a3和第四平均角加速度a4以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在空载返回环节的加速过程和减速过程之间的第二转折点；
提示单元14，用于在下一次挖掘时，分别在所述第一转折点和第二转折点向操作人员发出提示，提示操作人员从加速过程切换至减速过程。
本发明实施例提供的拉斗铲智能化辅助作业装置，获取拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度，根据计算出的预定次数内拉斗铲在满载旋转环节的加速过程中的第一平均角加速度和减速过程中的第二平均角加速度以及旋转角度确定满载旋转环节的加速过程和减速过程之间的第一转折点，以及根据计算出的预定次数内拉斗铲在空载返回环节的加速过程中的第三平均角加速度和减速过程中的第四平均角加速度以及旋转角度确定空载返回环节的加速过程和减速过程之间的第二转折点，在下一次挖掘时，分别在第一转折点和第二转折点提示操作人员从加速过程切换至减速过程。与现有技术相比，本发明能够根据多次操作实验结果分别确定满载旋转环节和空载返回环节的加速过程和减速过程之间的转折点，并在该转折点向用户发出提示，从而可以提高操作人员操作拉斗铲的作业效率。
可选地，所述获取单元11，用于根据角速度传感器采集的数据序列，按照如下公式计算拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ：
其中，Wi为ti时刻拉斗铲的转动角速度，t1为满载旋转开始时刻，tj为满载旋转结束时刻。
可选地，所述确定单元13，用于按照如下公式计算满载旋转环节的加速过程的旋转角度θ1和减速过程的旋转角度θ2：
θ1＝[a2/(a1+a2)]·θ；
θ2＝θ-θ1；
将拉斗铲在满载旋转环节旋转的角度为θ1的位置作为第一转折点。
可选地，所述确定单元13，用于按照如下公式计算空载返回环节的加速过程的旋转角度θ3和减速过程的旋转角度θ4：
θ3＝[a4/(a3+a4)]·θ；
θ4＝θ-θ3；
将拉斗铲在空载返回环节旋转的角度为θ3的位置作为第二转折点。
可选地，所述提示单元14，用于分别在所述第一转折点和第二转折点通过声音或震动的方式向操作人员发出提示。
其中，所述拉斗铲智能化辅助作业装置可以位于移动终端中，所述移动终端水平固定在拉斗铲驾驶室内。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种拉斗铲智能化辅助作业方法，其特征在于，包括：
获取拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ；
计算预定次数内拉斗铲在满载旋转环节的加速过程中的第一平均角加速度a1和减速过程中的第二平均角加速度a2，以及在空载返回环节的加速过程中的第三平均角加速度a3和减速过程中的第四平均角加速度a4；
根据所述第一平均角加速度a1和第二平均角加速度a2以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在满载旋转环节的加速过程和减速过程之间的第一转折点，以及根据所述第三平均角加速度a3和第四平均角加速度a4以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在空载返回环节的加速过程和减速过程之间的第二转折点；
在下一次挖掘时，分别在所述第一转折点和第二转折点向操作人员发出提示，提示操作人员从加速过程切换至减速过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ包括：
根据角速度传感器采集的数据序列，按照如下公式计算拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ：
其中，Wi为ti时刻拉斗铲的转动角速度，t1为满载旋转开始时刻，tj为满载旋转结束时刻。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一平均角加速度a1和第二平均角加速度a2以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在满载旋转环节的加速过程和减速过程之间的第一转折点包括：
按照如下公式计算满载旋转环节的加速过程的旋转角度θ1和减速过程的旋转角度θ2：
θ1＝[a2/(a1+a2)]·θ；
θ2＝θ-θ1；
将拉斗铲在满载旋转环节旋转的角度为θ1的位置作为第一转折点。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第三平均角加速度a3和第四平均角加速度a4以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在空载返回环节的加速过程和减速过程之间的第二转折点包括：
按照如下公式计算空载返回环节的加速过程的旋转角度θ3和减速过程的旋转角度θ4：
θ3＝[a4/(a3+a4)]·θ；
θ4＝θ-θ3；
将拉斗铲在空载返回环节旋转的角度为θ3的位置作为第二转折点。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别在所述第一转折点和第二转折点向操作人员发出提示包括：分别在所述第一转折点和第二转折点通过声音或震动的方式向操作人员发出提示。
6.一种拉斗铲智能化辅助作业装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ；
计算单元，用于计算预定次数内拉斗铲在满载旋转环节的加速过程中的第一平均角加速度a1和减速过程中的第二平均角加速度a2，以及在空载返回环节的加速过程中的第三平均角加速度a3和减速过程中的第四平均角加速度a4；
确定单元，用于根据所述第一平均角加速度a1和第二平均角加速度a2以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在满载旋转环节的加速过程和减速过程之间的第一转折点，以及根据所述第三平均角加速度a3和第四平均角加速度a4以及所述旋转角度θ确定拉斗铲在空载返回环节的加速过程和减速过程之间的第二转折点；
提示单元，用于在下一次挖掘时，分别在所述第一转折点和第二转折点向操作人员发出提示，提示操作人员从加速过程切换至减速过程。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元，用于根据角速度传感器采集的数据序列，按照如下公式计算拉斗铲在挖掘点与排弃点之间的旋转角度θ：
其中，Wi为ti时刻拉斗铲的转动角速度，t1为满载旋转开始时刻，tj为满载旋转结束时刻。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述确定单元，用于按照如下公式计算满载旋转环节的加速过程的旋转角度θ1和减速过程的旋转角度θ2：
θ1＝[a2/(a1+a2)]·θ；
θ2＝θ-θ1；
将拉斗铲在满载旋转环节旋转的角度为θ1的位置作为第一转折点。
9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述确定单元，用于按照如下公式计算空载返回环节的加速过程的旋转角度θ3和减速过程的旋转角度θ4：
θ3＝[a4/(a3+a4)]·θ；
θ4＝θ-θ3；
将拉斗铲在空载返回环节旋转的角度为θ3的位置作为第二转折点。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述提示单元，用于分别在所述第一转折点和第二转折点通过声音或震动的方式向操作人员发出提示。
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