CN108830435A - 一种堆取料的调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种一种堆取料的调度方法，包括如下步骤：S1：接受作业任务，判断是任务类别；S2堆料：筛选合适的堆料的目标区域堆料，选择推荐的空闲堆料设备在堆料的目标区域执行当前堆料作业；S3：取料：筛选合适取料条件的取料区域，获取当前空闲取料设备信息，计算空闲取料设备与S2.3中筛选的取料区域的距离，筛选出合适的空闲取料设备进行推荐，选择推荐的空闲取料设备在筛选的取料区域执行当前取料作业。本发明在充分保证料场利用率、发挥堆取料设备的堆取料能力和其它功能基础上，有效的提高了堆取料作业的合理性，减少了堆取料作业的时间，提高了生产计划的合理性，提高作业效率。
Description
技术领域
本发明属于物料调度技术领域，具体涉及一种堆取料的调度方法。
背景技术
在电厂、钢厂、煤炭港口等大型散货集散基地会堆存大量煤炭、矿石等散货，那么快速、准确的存取这些散货是企业进行经济规划、提高生产效率和料场的使用率、合理安排生产计划的关键，目前，我国散货物料的存储作业计划都是通过料场存储现状图和人工经验进行堆取料的调度作业下发，由于料场存储的现状图中料堆的占地面积、区域等是通过人工测量存在较大的误差，而且人工经验也存在不确定性和随机性，所有对于整个堆取料作业的调度以及料场的使用率都存在比较大的影响，特别对于港口来说，提高料场的使用率合理安排堆取料的计划就是企业急需解决的问题。
针对现有调度技术中存在的问题，亟需提供一种可有效提升生产计划的合理性和料场的利用率，同时满足实际调度需求的堆取料的调度方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可有效提升生产计划的合理性和料场的利用率，同时满足实际调度需求的堆取料的调度方法。
上述目的是通过如下技术方案实现：一种堆取料的调度方法，包括如下步骤：
S1：接受作业任务，判断是任务类别，堆料任务进入步骤S2，取料任务进入步骤S3；
S2堆料：
S2.1：利用三维激光扫描仪获取料场中物料的三维坐标值，识别料场中已堆存的料堆实际占地面积和体积；
S2.2：获取堆料作业任务信息，根据作业任务信息计算本次堆料作业的堆放区域的大小，所述作业任务信息至少包括作业物料的名称、来料重量、堆比重、安息角以及堆料工艺；
S2.3：根据S2.2中的计算结果以及步骤S2.1中识别的料场中物料的三维的坐标值识别以及占地区域筛选可堆料的目标区域，筛选合适的堆料的目标区域进入步骤S2.4，当没有合适的堆料的目标区域时，抛弃当前作业计划并上传错误信息；
S2.4：获取当前空闲堆料设备信息，计算空闲堆料设备与S2.3中筛选的目标区域的距离，筛选出合适的空闲堆料设备进行推荐并进入步骤S2.5，当没有空闲的堆料设备时抛弃当前作业计划并上传错误信息；
S2.5：选择推荐的空闲堆料设备在堆料的目标区域执行当前堆料作业；
S3：取料：
S3.1：获取料场中各料堆的堆料信息，利用三维激光扫描仪获取料场中物料的三维坐标值，计算识别料场中各料堆占地面积和体积；
S3.2：获取取料作业任务信息，所述作业任务信息至少包括作业物料的名称、取料重量；
S3.3：根据步骤S3.2中获得的取料作业任务信息，对比步骤S3.1中计算识别的料场中各料堆的信息，筛选合适取料条件的取料区域进入步骤S3.4，当没有合适的取料条件的取料区域时，抛弃当前作业计划并上传错误信息；所述合适取料条件至少包括料堆的物料名和物料的重量与作业计划相匹配；
S3.4：获取当前空闲取料设备信息，计算空闲取料设备与S2.3中筛选的取料区域的距离，筛选出合适的空闲取料设备进行推荐并进入步骤S3.5，当没有空闲的取料设备时抛弃当前作业计划并上传错误信息；
S3.5：选择推荐的空闲取料设备在筛选的取料区域执行当前取料作业。
本领域技术人员应当理解，步骤S3.3中，料堆的物料名和物料的重量与作业计划相匹配具体是指料堆的物料与作业计划取料的物料相同，同时，料堆的物料的重量要满足作业计划的取料量。
本发明采用高精度三维激光扫描仪堆料场中的已经存储物料的区域进行数据采集，从源头上保证所采集到的料场点云数据其准确性和稳定性，通过对所采集到的料堆点云数据进行分析，计算出料场中所存储料堆的实际占地区域和体积，为下次进行调度作业时提供估算依据；其次，根据每条作业任务中工艺下达的作业参数(堆料工艺、堆料的高度、物料的重量、物料的静安息角、堆比重)和每个料条实际可堆料区域的宽度和长度作为指导，建立料堆成型后理想情况下体积的数学模型，根据每次堆料的工艺来确定料堆成型后体积的截面，通过每次作业实际需要堆料的重量和物料的堆比重来预测料堆成型后的体积，再通过体积来计算实际料堆的占地面积，利用激光扫描仪采集的实际数据作为依据，对该次作业需要堆放的区域进行堆料调度。
本发明在充分保证料场利用率、发挥堆取料设备的堆取料能力和其它功能基础上，有效的提高了堆取料作业的合理性，减少了堆取料作业的时间，提高了生产计划的合理性，提高作业效率。
作为优选，进一步的技术方案是，所述步骤S2.2中堆料作业的堆放区域的大小的计算方法如下：根据堆料工艺确定堆料宽度和堆料高度，然后计算堆料体积和堆料长度，计算公式如下：
V＝M/ρ (1)
其中：V为堆料体积，M为来料重量，ρ为物料的堆比重，H为料堆高度，β为物料安息角，a为堆料宽度，L为堆料长度；公式(2)和公式(3)分别为料堆截面为梯形和三角形的情况下堆料长度的计算公式。
作为优选，进一步的技术方案是，所述步骤S3.1中料场料堆占地面积和体积的确定步骤如下：
S3.1.1：利用三维激光扫描仪的输出数据计算料场中物料的在三维激光扫描仪坐标系下的三维坐标值(x、y、z)，并对三维激光扫描仪坐标系下的三维点云数据进行储存；
S3.1.2：建立料场坐标系，通过空间坐标系变换，将步骤S3.1.1中的三维激光扫描仪坐标系下的三维点云数据转换为料场坐标系下的三维坐标数据；
S3.1.3：采用图像识别的方式，将料场坐标系下料堆物料的三维坐标数据转换为以高度值为灰度值的图片数据，对指定区域的图片数据按照点云高度值进行二值化处理，根据料场参数设定物料高度的阈值，然后对图片进行边缘识别，识别料场料堆精确的占地区域的面积；
S3.1.4：料场料堆的实际体积计算：料堆表面采用三角面进行网格化，采用积分的方法对每个三角面所对应的三角柱进行体积进行累加计算料堆体积。
应当理解，步骤S2.4中，料堆表面采用三角面进行网格化，三角面的三个点投影到地面，所述的三角柱为以料堆上的三角面为顶面，该三角面投影到地面的面为底面形成的三角柱。如此，料场料堆占地面积和体积计算精确、可靠，为作业区域的选择以及作业设备的选择打下基础，有效的提升生产计划的合理性和料场的利用率。具体到步骤S3.1.3中，物料高度的阈值设定，一般由业主方的要求确定的，一般经验值为20cm，当料场料堆中物料高于20cm，认为此处仍属于该料堆，当料堆中物料低于20cm，认为不属于该料堆，即物料高度20cm处认为是料堆的边缘。
更进一步的技术方案是：所述步骤S3.1.1中料场物料的在三维激光扫描仪坐标系下的三维坐标值(x、y、z)的计算公式如下：
x＝S*cosθ*cosα
y＝S*cosθ*sinα
z＝S*sinθ
上式中，x、y、z分别为三维激光扫描仪坐标系下的横坐标、竖坐标和纵坐标，S、θ、α为三维激光扫描仪的输出数据，具体，S为目标点到扫描仪坐标系原点的距离，θ为目标点与原点之间垂直方向上的角度值，α为三维激光扫描仪先后两次射出的射线之间的水平角度值。
更进一步的技术方案是：所述步骤S3.1.4中料场料堆的实际体积计算公式如下：
Vi＝VABC-A'B'C'＝VA”B”C-A'B'C'+VB-A”B”C+VA-A”BC
式中，A、B、C分别为料堆表面的三点，其在料场坐标系下的三维坐标分别为A(xA,yA,zA),B(xB,yB,zB),C(xC,yC,zC)，其中zC小于zA和zB，A、B、C三点构成三角柱的顶面，A'、B'、C'分别为A、B、C三点在地面的投影，A、B、C三点构成三角柱的底面，A”点为从点C作与线段C'A'平行的直线与线段AA'的交点，B”点为从点C作与线段C'B'平行的直线与线段BB'的交点；V为料堆的实际体积，Vi为第i个三角柱的体积，n为三角柱的数量，VABC-A'B'C'为三角柱ABC-A'B'C'的体积，VA”B”C-A'B'C'为以A”B”C为顶面、A'B'C'为底面的三棱柱的体积，VB-A”B”C为以B为顶角、A'B”C为底面的三棱锥的体积，VA-A”BC为以A为顶角、A'BC为底面的三棱锥的体积。
更进一步的技术方案是：所述步骤S3.1.2中，以取料机的运行轨道平面为水平面，垂直于轨道平面的向量为料场坐标系Z轴，平行于轨道并延轨道方向的向量料场坐标系的X轴，轨道左上角为料场坐标系原点，垂直于X轴的向量为料场坐标系的Y轴。
更进一步的技术方案是：所述步骤S2.4和S3.4中，空闲堆料设备以及空闲取料设备信息至少包括设备编号。
更进一步的技术方案是：所述步骤S2.4和S3.4中，分别计算空闲堆料设备和空闲取料设备与目标区域的距离，筛选出空闲堆料设备或空闲取料设备与目标区域距离最小的组合，选择距离目标区域最近的空闲堆料设备或空闲取料设备进行推荐。
更进一步的技术方案是：所述步骤S3.1中料堆的堆料信息至少包括料堆的物料名称。
更进一步的技术方案是：所述步骤S2.5中，堆料过程按照如下步骤进行：(1)最优下料点的确定：根据储料场设计的物料最大储备量、堆料长度和料堆安息角计算确定储料场内物料最大储备量下的料堆沿宽度方向的第一几何截面，所述第一几何截面中料堆轮廓线与储料场出料口的交点设为出料点，所述第一几何截面中连接顶点与出料点的边长设为第一边；然后计算本次作业量下的料堆沿宽度方向的第二几何截面：确定所述第二几何截面的出料点与第一几何截面的出料点重合并且所述第二几何截面的顶点位于所述第一几何截面中的第一边上的基本原则，然后根据本次作业的作业量确定第二几何截面的顶点的具体位置，所述第二几何截面中的顶点的正上方即为最优下料点；
(2)将堆料机的卸料斗的下料点定位在最优下料点；
(3)堆料机进行堆料直至完成本次堆料作业。
采用本方法进行堆料作业，可保证堆料过程中来料不充裕时，根据堆料的作业量计算最优的下料点，在满足堆料的前提下保证堆型靠近出料口，保证刮取料机构开始取时料面上的物料到取料面的底部从出料口落至物料传送装置上输送出去，保证刮板取料机构工作中其底部的作业面能接触料堆，防止做虚功的问题，这样可大大提高取料过程中的作业效率，节提高了设备取料效率，省能耗，减少设备磨损，增加设备作业寿命，减少设备维护工作量，降低了工厂的使用成本。本领域技术人员应当理解，堆料过程中堆出的料堆呈长条形，即为条形料堆。
进一步的技术方案是：所述步骤(2)和步骤(3)中，先确定储料场的基本储备量，然后根据储料场的基本储备量确定基本储备量的最优下料点，其计算方法与步骤(1)中的最优下料点计算方法一致；再根据计算结果将下料点移动至基本储备量的最优下料点进行下料作业，当下料量达到基本储备量后，将下料点移动至作业本次作业量下的最优下料点进行下料作业。所述基本储备量根据用料部门满足最低储备量的原则计算出，如此设置，当下料量达到基本储备量时，即可控制取料机构进行作业，提高作业效率。
进一步的技术方案是：所述卸料斗通过驱动装置驱动其运动并改变下料点。
进一步的技术方案是：所述卸料斗至少包括第一下料溜斗和第二下料溜斗，所述第一下料溜斗和第二下料溜斗通过伸缩件相连，所述伸缩件可驱动所述第一下料溜斗和/或第二下料溜斗转动并改变卸料斗下料点，所述第一下料溜斗和第二下料溜斗分别设有第一下料通道和第二下料通道，所述卸料斗内设有用于调节选择物料下料通道的可调件。
进一步的技术方案是：所述可调件为翻转板，所述翻转板与第一下料溜斗、第二下料溜斗相铰接，所述翻转板可沿三者的铰点转动并实现所述第一下料通道和第二下料通道的开合。
进一步的技术方案是：所述翻转板设有转轴，所述第一下料溜斗、第二下料溜斗与所述转轴铰接，所述卸料斗设有电机，所述电机的电机轴与所述转轴相连，所述电机工作时驱动所述转轴转动，进而带动所述翻转板翻转，所述伸缩件可驱动所述第一下料溜斗和/或第二下料溜斗沿所述转轴转动。
进一步的技术方案是：所述第一下料溜斗的下料口作为储料场内物料最大储备量下的下料点，所述伸缩件根据实时的作业量驱动所述第二下料溜斗运动至其下料口位于最优下料点；所述堆料装置设有检测模块和控制模块，所述检测模块至少包括用于检测储料场地理形貌特征的三维激光扫描仪以及用于检测第二下料溜斗的下料口位置的位置检测装置，所述地理形貌特征至少包括储料场料堆的表面形貌以及其预定位置在预设的坐标系中的坐标值；所述检测模块将检测的数据信息传递给所述控制模块，所述控制模块将获取的数据信息经过控制运算得出控制结果，所述控制模块根据控制结果控制所述堆料装置及其堆料机进行相应的动作操作并完成作业目标。
进一步的技术方案是：所述控制模块接收作业指令，并判断本次作业量是否与储料场内物料最大储备量一致，当二者相同时，所述控制模块控制调节件运动开启第一下料通道的同时闭合第二下料通道，然后控制堆料装置运行进行堆料；当二者不相同时，所述控制模块通过位置检测装置获取当前卸料斗的下料点在料场中的位置坐标，并将接收的位置坐标与步骤(1)中的计算获得的最优下料点的坐标进行比较，并依据比较结果发出命令控制伸缩件工作并驱动第二下料溜斗的下料口移动至最优下料点，然后控制堆料装置运行进行堆料，堆料过程中，三维激光扫描仪实时将检测数据发送至控制模块，所述控制模块将接收的储料场地理形貌特征数据进行处理得到料堆的堆形剖面图信息，并与步骤(1)中计算的本次作业量下的料堆沿宽度方向的第二几何截面进行比较，判断料堆实时的堆形剖面图的顶点是否与第二几何截面的顶点处于同一竖直线上，否，则控制模块控伸制缩件工作并驱动第二下料溜斗的下料口移动对下料点进行微调，直至完成本次堆料作业。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种实施方式所涉及的堆取料调度方法的流程图；
图2为本发明一种实施方式所涉及的料堆表面的三角网格化示意图；
图3为本发明一种实施方式所涉及的料堆的三角网格构建示意图；
图4为本发明一种实施方式所涉及的料堆三角网格的体积计算模型示意图；
图5为料场没有达到最大储量时在最大容量堆积满物料的下料点下料后料堆取料状况示意图；
图6为本发明一种实施方式所涉及的料场选择最优下料点下料物料堆积状态的示意图；
图7为本发明一种实施方式所涉及的料场最大容量堆积满物料状态的示意图；
图8为本发明一种实施方式所涉及的卸料斗的结构示意图。
图中：
0料堆 4卸料斗 10取料设备 15出料皮带输送机构
31挡墙 32进料口 33第一下料溜斗 34第二下料溜斗
35伸缩件 36第一下料通道 37第二下料通道 38翻转板
39转轴 40取料作业面 41物料安息角 42最大储备量料堆
43出料口 44基本储备量料堆 45作业量料堆
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
本发明实施例如下，参照图1，一种堆取料的调度方法，包括如下步骤：
S1：接受作业任务，判断是任务类别，堆料任务进入步骤S2，取料任务进入步骤S3；
S2堆料：
S2.1：利用三维激光扫描仪获取料场中物料的三维坐标值，识别料场中已堆存的料堆0实际占地面积和体积；
S2.2：获取堆料作业任务信息，根据作业任务信息计算本次堆料作业的堆放区域的大小，所述作业任务信息至少包括作业物料的名称、来料重量、堆比重、安息角以及堆料工艺；
S2.3：根据S2.2中的计算结果以及步骤S2.1中识别的料场中物料的三维的坐标值识别以及占地区域筛选可堆料的目标区域，筛选合适的堆料的目标区域进入步骤S2.4，当没有合适的堆料的目标区域时，抛弃当前作业计划并上传错误信息；
S2.4：获取当前空闲堆料设备信息，计算空闲堆料设备与S2.3中筛选的目标区域的距离，筛选出合适的空闲堆料设备进行推荐并进入步骤S2.5，当没有空闲的堆料设备时抛弃当前作业计划并上传错误信息；
S2.5：选择推荐的空闲堆料设备在堆料的目标区域执行当前堆料作业；
S3：取料：
S3.1：获取料场中各料堆0的堆料信息，利用三维激光扫描仪获取料场中物料的三维坐标值，计算识别料场中各料堆0占地面积和体积；
S3.2：获取取料作业任务信息，所述作业任务信息至少包括作业物料的名称、取料重量；
S3.3：根据步骤S3.2中获得的取料作业任务信息，对比步骤S3.1中计算识别的料场中各料堆0的信息，筛选合适取料条件的取料区域进入步骤S3.4，当没有合适的取料条件的取料区域时，抛弃当前作业计划并上传错误信息；所述合适取料条件至少包括料堆0的物料名和物料的重量与作业计划相匹配；
S3.4：获取当前空闲取料设备10信息，计算空闲取料设备10与S2.3中筛选的取料区域的距离，筛选出合适的空闲取料设备10进行推荐并进入步骤S3.5，当没有空闲的取料设备10时抛弃当前作业计划并上传错误信息；
S3.5：选择推荐的空闲取料设备10在筛选的取料区域执行当前取料作业。
本领域技术人员应当理解，步骤S3.3中，料堆0的物料名和物料的重量与作业计划相匹配具体是指料堆0的物料与作业计划取料的物料相同，同时，料堆0的物料的重量要满足作业计划的取料量。
本发明采用高精度三维激光扫描仪堆料场中的已经存储物料的区域进行数据采集，从源头上保证所采集到的料场点云数据其准确性和稳定性，通过对所采集到的料堆0点云数据进行分析，计算出料场中所存储料堆0的实际占地区域和体积，为下次进行调度作业时提供估算依据；其次，根据每条作业任务中工艺下达的作业参数(堆料工艺、堆料的高度、物料的重量、物料的静安息角、堆比重)和每个料条实际可堆料区域的宽度和长度作为指导，建立料堆0成型后理想情况下体积的数学模型，根据每次堆料的工艺来确定料堆0成型后体积的截面，通过每次作业实际需要堆料的重量和物料的堆比重来预测料堆0成型后的体积，再通过体积来计算实际料堆0的占地面积，利用激光扫描仪采集的实际数据作为依据，对该次作业需要堆放的区域进行堆料调度。
本发明在充分保证料场利用率、发挥堆取料设备10的堆取料能力和其它功能基础上，有效的提高了堆取料作业的合理性，减少了堆取料作业的时间，提高了生产计划的合理性，提高作业效率。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤S2.2中堆料作业的堆放区域的大小的计算方法如下：根据堆料工艺确定堆料宽度和堆料高度，然后计算堆料体积和堆料长度，计算公式如下：
V＝M/ρ (1)
其中：V为堆料体积，M为来料重量，ρ为物料的堆比重，H为料堆0高度，β为物料安息角，a为堆料宽度，L为堆料长度；公式(2)和公式(3)分别为料堆0截面为梯形和三角形的情况下堆料长度的计算公式。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图1～3，所述步骤S3.1中料场料堆0占地面积和体积的确定步骤如下：
S3.1.1：利用三维激光扫描仪的输出数据计算料场中物料的在三维激光扫描仪坐标系下的三维坐标值(x、y、z)，并对三维激光扫描仪坐标系下的三维点云数据进行储存；
S3.1.2：建立料场坐标系，通过空间坐标系变换，将步骤S3.1.1中的三维激光扫描仪坐标系下的三维点云数据转换为料场坐标系下的三维坐标数据；
S3.1.3：采用图像识别的方式，将料场坐标系下料堆0物料的三维坐标数据转换为以高度值为灰度值的图片数据，对指定区域的图片数据按照点云高度值进行二值化处理，根据料场参数设定物料高度的阈值，然后对图片进行边缘识别，识别料场料堆0精确的占地区域的面积；
S3.1.4：料场料堆0的实际体积计算：料堆0表面采用三角面进行网格化，采用积分的方法对每个三角面所对应的三角柱进行体积进行累加计算料堆0体积。
应当理解，步骤S2.4中，料堆0表面采用三角面进行网格化，三角面的三个点投影到地面，所述的三角柱为以料堆0上的三角面为顶面，该三角面投影到地面的面为底面形成的三角柱。如此，料场料堆0占地面积和体积计算精确、可靠，为作业区域的选择以及作业设备的选择打下基础，有效的提升生产计划的合理性和料场的利用率。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤S3.1.1中料场物料的在三维激光扫描仪坐标系下的三维坐标值(x、y、z)的计算公式如下：
x＝S*cosθ*cosα
y＝S*cosθ*sinα
z＝S*sinθ
上式中，x、y、z分别为三维激光扫描仪坐标系下的横坐标、竖坐标和纵坐标，S、θ、α为三维激光扫描仪的输出数据，具体，S为目标点到扫描仪坐标系原点的距离，θ为目标点与原点之间垂直方向上的角度值，α为三维激光扫描仪先后两次射出的射线之间的水平角度值。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图4，所述步骤S3.1.4中料场料堆0的实际体积计算公式如下：
Vi＝VABC-A'B'C'＝VA”B”C-A'B'C'+VB-A”B”C+VA-A”BC
式中，A、B、C分别为料堆0表面的三点，其在料场坐标系下的三维坐标分别为A(xA,yA,zA),B(xB,yB,zB),C(xC,yC,zC)，其中zC小于zA和zB，A、B、C三点构成三角柱的顶面，A'、B'、C'分别为A、B、C三点在地面的投影，A、B、C三点构成三角柱的底面，A”点为从点C作与线段C'A'平行的直线与线段AA'的交点，B”点为从点C作与线段C'B'平行的直线与线段BB'的交点；V为料堆0的实际体积，Vi为第i个三角柱的体积，n为三角柱的数量，VABC-A'B'C'为三角柱ABC-A'B'C'的体积，VA”B”C-A'B'C'为以A”B”C为顶面、A'B'C'为底面的三棱柱的体积，VB-A”B”C为以B为顶角、A'B”C为底面的三棱锥的体积，VA-A”BC为以A为顶角、A'BC为底面的三棱锥的体积。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤S3.1.2中，以取料机的运行轨道平面为水平面，垂直于轨道平面的向量为料场坐标系Z轴，平行于轨道并延轨道方向的向量料场坐标系的X轴，轨道左上角为料场坐标系原点，垂直于X轴的向量为料场坐标系的Y轴。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图1，所述步骤S2.4和S3.4中，空闲堆料设备以及空闲取料设备10信息至少包括设备编号。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图1，所述步骤S2.4和S3.4中，分别计算空闲堆料设备和空闲取料设备10与目标区域的距离，筛选出空闲堆料设备或空闲取料设备10与目标区域距离最小的组合，选择距离目标区域最近的空闲堆料设备或空闲取料设备10进行推荐。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图1，所述步骤S3.1中料堆0的堆料信息至少包括料堆0的物料名称。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图6和图7，所述步骤S2.5中，堆料过程按照如下步骤进行：(1)最优下料点的确定：根据储料场设计的物料最大储备量、堆料长度和料堆0安息角计算确定储料场内物料最大储备量下的料堆0沿宽度方向的第一几何截面，所述第一几何截面中料堆0轮廓线与储料场出料口的交点设为出料点，所述第一几何截面中连接顶点与出料点的边长设为第一边；然后计算本次作业量下的料堆0沿宽度方向的第二几何截面：确定所述第二几何截面的出料点与第一几何截面的出料点重合并且所述第二几何截面的顶点位于所述第一几何截面中的第一边上的基本原则，然后根据本次作业的作业量确定第二几何截面的顶点的具体位置，所述第二几何截面中的顶点的正上方即为最优下料点；
(2)将堆料机的卸料斗4的下料点定位在最优下料点；
(3)堆料机进行堆料直至完成本次堆料作业。
在储料场的堆料过程中，通常会设计最大堆积容量，然后将堆料装置的下料构件固定在最大堆积容量的顶点进行下料，下料完成后，刮板机进行取料；但是往往储料场的来料并不是设计最大堆积容量，或没有达到最大储量就需要取料，或取走部分物料再进行堆料没有达到最大储量就需要取料时，如图5，此时料堆0导致物料不能完全堆满料场，料堆0的堆型并不是靠近出料口43，取料机开始工作时其底部的作业面并不能接触料堆0，刮取的部分物料不能被取到系统皮带机运走，只能在料场内转运耙至出料口43，进而存在做虚功的问题，这个过程行业内称为平料，这个过程耗时，耗能，浪费人力，增加设备磨损，减少设备作业寿命，增加设备维护工作量。
采用本方法进行堆料作业，可保证堆料过程中来料不充裕时，根据堆料的作业量计算最优的下料点，在满足堆料的前提下保证堆型靠近出料口，保证刮取料机构开始取时料面上的物料到取料面的底部从出料口落至物料传送装置上输送出去，保证刮板取料机构工作中其底部的作业面能接触料堆0，防止做虚功的问题，这样可大大提高取料过程中的作业效率，节提高了设备取料效率，省能耗，减少设备磨损，增加设备作业寿命，减少设备维护工作量，降低了工厂的使用成本。本领域技术人员应当理解，堆料过程中堆出的料堆0呈长条形，即为条形料堆0。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图6和7，所述步骤(2)和步骤(3)中，先确定储料场的基本储备量，然后根据储料场的基本储备量确定基本储备量的最优下料点，其计算方法与步骤(1)中的最优下料点计算方法一致；再根据计算结果将下料点移动至基本储备量的最优下料点进行下料作业，当下料量达到基本储备量后，将下料点移动至作业本次作业量下的最优下料点进行下料作业。所述基本储备量根据用料部门满足最低储备量的原则计算出，如此设置，当下料量达到基本储备量时，即可控制取料机构进行作业，提高作业效率。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图8，所述卸料斗4通过驱动装置驱动其运动并改变下料点。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图8，所述卸料斗4至少包括第一下料溜斗33和第二下料溜斗34，所述第一下料溜斗33和第二下料溜斗34通过伸缩件35相连，所述伸缩件35可驱动所述第一下料溜斗33和/或第二下料溜斗34转动并改变卸料斗4下料点，所述第一下料溜斗33和第二下料溜斗34分别设有第一下料通道36和第二下料通道37，所述卸料斗4内设有用于调节选择物料下料通道的可调件。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图8，所述可调件为翻转板38，所述翻转板38与第一下料溜斗33、第二下料溜斗34相铰接，所述翻转板38可沿三者的铰点转动并实现所述第一下料通道36和第二下料通道37的开合。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图8，所述翻转板38设有转轴39，所述第一下料溜斗33、第二下料溜斗34与所述转轴39铰接，所述卸料斗4设有电机，所述电机的电机轴与所述转轴39相连，所述电机工作时驱动所述转轴39转动，进而带动所述翻转板38翻转，所述伸缩件35可驱动所述第一下料溜斗33和/或第二下料溜斗34沿所述转轴39转动。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图6和图7，所述第一下料溜斗33的下料口作为储料场内物料最大储备量下的下料点，所述伸缩件35根据实时的作业量驱动所述第二下料溜斗34运动至其下料口位于最优下料点；所述堆料装置设有检测模块和控制模块，所述检测模块至少包括用于检测储料场地理形貌特征的三维激光扫描仪以及用于检测第二下料溜斗34的下料口位置的位置检测装置，所述地理形貌特征至少包括储料场料堆0的表面形貌以及其预定位置在预设的坐标系中的坐标值；所述检测模块将检测的数据信息传递给所述控制模块，所述控制模块将获取的数据信息经过控制运算得出控制结果，所述控制模块根据控制结果控制所述堆料装置及其堆料机进行相应的动作操作并完成作业目标。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述控制模块接收作业指令，并判断本次作业量是否与储料场内物料最大储备量一致，当二者相同时，所述控制模块控制调节件运动开启第一下料通道36的同时闭合第二下料通道37，然后控制堆料装置运行进行堆料；当二者不相同时，所述控制模块通过位置检测装置获取当前卸料斗4的下料点在料场中的位置坐标，并将接收的位置坐标与步骤(1)中的计算获得的最优下料点的坐标进行比较，并依据比较结果发出命令控制伸缩件35工作并驱动第二下料溜斗34的下料口移动至最优下料点，然后控制堆料装置运行进行堆料，堆料过程中，三维激光扫描仪实时将检测数据发送至控制模块，所述控制模块将接收的储料场地理形貌特征数据进行处理得到料堆0的堆形剖面图信息，并与步骤(1)中计算的本次作业量下的料堆0沿宽度方向的第二几何截面进行比较，判断料堆0实时的堆形剖面图的顶点是否与第二几何截面的顶点处于同一竖直线上，否，则控制模块控伸制缩件工作并驱动第二下料溜斗34的下料口移动对下料点进行微调，直至完成本次堆料作业。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，取料设备4的卸料口设有出料皮带输送机构10，所述出料皮带输送机构10为带式输送机，所述带式输送机的皮带的落料点设有缓冲托辊和侧托辊，所述侧托辊沿皮带运输方向向前倾斜呈预定角度设置。缓冲托辊的设置可有效减缓物料落料过程对皮带的冲击，保证运输的稳定性，另外侧托辊按照上述方式设置将与皮带产生相对的滑动速度，可有效促使皮带回复至带式输送机的中心位置，如此可有限避免皮带跑偏。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述取料设备4的卸料口设有导料构件，所述卸料口与带式输送机之间的物料通过所述导料构件转运，所述带式输送机设有皮带防跑偏装置，所述皮带防跑偏装置包括用于驱动导料构件运动并改变导料构件的落料点与皮带的相对位置的驱动装置以及用于测量其自身到皮带侧面距离的检测元件，所述检测元件、驱动装置与所述控制模块电连，所述控制模块储存有检测元件与皮带侧面间的初始距离数据，所述检测元件将检测的其与皮带侧面间的距离数据传递给控制模块，所述控制模块将接收的距离数据与预存的检测元件与皮带侧面间的初始距离数据进行比较，并根据比较结果控制驱动装置带动导料构件运动改变其与水平方向夹角。如此设置，当检测到皮带发生跑偏时，通过控制模块控制驱动装置驱动导料构件运动改变其在皮带上的落料点，由于落料点变化引起皮带承载力变化，使落料点处于皮带的中心位置，实现对皮带跑偏的纠正，有效提高生产效率，减少生产事故的发生。优选所述检测元件为光电传感器或位移传感器。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种堆取料的调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：接受作业任务，判断是任务类别，堆料任务进入步骤S2，取料任务进入步骤S3；
S2堆料：
S2.1：利用三维激光扫描仪获取料场中物料的三维坐标值，识别料场中已堆存的料堆实际占地面积和体积；
S2.2：获取堆料作业任务信息，根据作业任务信息计算本次堆料作业的堆放区域的大小，所述作业任务信息至少包括作业物料的名称、来料重量、堆比重、安息角以及堆料工艺；
S2.3：根据S2.2中的计算结果以及步骤S2.1中识别的料场中物料的三维的坐标值识别以及占地区域筛选可堆料的目标区域，筛选合适的堆料的目标区域进入步骤S2.4，当没有合适的堆料的目标区域时，抛弃当前作业计划并上传错误信息；
S2.4：获取当前空闲堆料设备信息，计算空闲堆料设备与S2.3中筛选的目标区域的距离，筛选出合适的空闲堆料设备进行推荐并进入步骤S2.5，当没有空闲的堆料设备时抛弃当前作业计划并上传错误信息；
S2.5：选择推荐的空闲堆料设备在堆料的目标区域执行当前堆料作业；
S3：取料：
S3.1：获取料场中各料堆的堆料信息，利用三维激光扫描仪获取料场中物料的三维坐标值，计算识别料场中各料堆占地面积和体积；
S3.2：获取取料作业任务信息，所述作业任务信息至少包括作业物料的名称、取料重量；
S3.3：根据步骤S3.2中获得的取料作业任务信息，对比步骤S3.1中计算识别的料场中各料堆的信息，筛选合适取料条件的取料区域进入步骤S3.4，当没有合适的取料条件的取料区域时，抛弃当前作业计划并上传错误信息；所述合适取料条件至少包括料堆的物料名和物料的重量与作业计划相匹配；
S3.4：获取当前空闲取料设备信息，计算空闲取料设备与S2.3中筛选的取料区域的距离，筛选出合适的空闲取料设备进行推荐并进入步骤S3.5，当没有空闲的取料设备时抛弃当前作业计划并上传错误信息；
S3.5：选择推荐的空闲取料设备在筛选的取料区域执行当前取料作业。
2.根据权利要求1所述的堆取料的调度方法，其特征在于，所述步骤S2.2中堆料作业的堆放区域的大小的计算方法如下：根据堆料工艺确定堆料宽度和堆料高度，然后计算堆料体积和堆料长度，计算公式如下：
V＝M/ρ (1)
其中：V为堆料体积，M为来料重量，ρ为物料的堆比重，H为料堆高度，β为物料安息角，a为堆料宽度，L为堆料长度；公式(2)和公式(3)分别为料堆截面为梯形和三角形的情况下堆料长度的计算公式。
3.根据权利要求1或2所述的堆取料的调度方法，其特征在于，所述步骤S3.1中料场料堆占地面积和体积的确定步骤如下：
S3.1.1：利用三维激光扫描仪的输出数据计算料场中物料的在三维激光扫描仪坐标系下的三维坐标值(x、y、z)，并对三维激光扫描仪坐标系下的三维点云数据进行储存；
S3.1.2：建立料场坐标系，通过空间坐标系变换，将步骤S3.1.1中的三维激光扫描仪坐标系下的三维点云数据转换为料场坐标系下的三维坐标数据；
S3.1.3：采用图像识别的方式，将料场坐标系下料堆物料的三维坐标数据转换为以高度值为灰度值的图片数据，对指定区域的图片数据按照点云高度值进行二值化处理，根据料场参数设定物料高度的阈值，然后对图片进行边缘识别，识别料场料堆精确的占地区域的面积；
S3.1.4：料场料堆的实际体积计算：料堆表面采用三角面进行网格化，采用积分的方法对每个三角面所对应的三角柱进行体积进行累加计算料堆体积。
4.根据权利要求3所述的堆取料的调度方法，其特征在于，所述步骤S3.1.1中料场物料的在三维激光扫描仪坐标系下的三维坐标值(x、y、z)的计算公式如下：
x＝S*cosθ*cosα
y＝S*cosθ*sinα
z＝S*sinθ
上式中，x、y、z分别为三维激光扫描仪坐标系下的横坐标、竖坐标和纵坐标，S、θ、α为三维激光扫描仪的输出数据，具体，S为目标点到扫描仪坐标系原点的距离，θ为目标点与原点之间垂直方向上的角度值，α为三维激光扫描仪先后两次射出的射线之间的水平角度值。
5.根据权利要求4所述的堆取料的调度方法，其特征在于，所述步骤S3.1.4中料场料堆的实际体积计算公式如下：
Vi＝VABC-A'B'C'＝VA”B”C-A'B'C'+VB-A”B”C+VA-A”BC
式中，A、B、C分别为料堆表面的三点，其在料场坐标系下的三维坐标分别为A(xA,yA,zA),B(xB,yB,zB),C(xC,yC,zC)，其中zC小于zA和zB，A、B、C三点构成三角柱的顶面，A'、B'、C'分别为A、B、C三点在地面的投影，A、B、C三点构成三角柱的底面，A”点为从点C作与线段C'A'平行的直线与线段AA'的交点，B”点为从点C作与线段C'B'平行的直线与线段BB'的交点；V为料堆的实际体积，Vi为第i个三角柱的体积，n为三角柱的数量，VABC-A'B'C'为三角柱ABC-A'B'C'的体积，VA”B”C-A'B'C'为以A”B”C为顶面、A'B'C'为底面的三棱柱的体积，VB-A”B”C为以B为顶角、A'B”C为底面的三棱锥的体积，VA-A”BC为以A为顶角、A'BC为底面的三棱锥的体积。
6.根据权利要求5所述的堆取料的调度方法，其特征在于，所述步骤S3.1.2中，以取料机的运行轨道平面为水平面，垂直于轨道平面的向量为料场坐标系Z轴，平行于轨道并延轨道方向的向量料场坐标系的X轴，轨道左上角为料场坐标系原点，垂直于X轴的向量为料场坐标系的Y轴。
7.根据权利要求6所述的堆取料的调度方法，其特征在于，所述步骤S2.4和S3.4中，空闲堆料设备以及空闲取料设备信息至少包括设备编号。
8.根据权利要求7所述的堆取料的调度方法，其特征在于，所述步骤S2.4和S3.4中，分别计算空闲堆料设备和空闲取料设备与目标区域的距离，筛选出空闲堆料设备或空闲取料设备与目标区域距离最小的组合，选择距离目标区域最近的空闲堆料设备或空闲取料设备进行推荐。
9.根据权利要求7所述的堆取料的调度方法，其特征在于，所述步骤S3.1中料堆的堆料信息至少包括料堆的物料名称。
10.根据权利要求1或2所述的堆取料的调度方法，其特征在于，所述步骤S2.5中，堆料过程按照如下步骤进行：(1)最优下料点的确定：根据储料场设计的物料最大储备量、堆料长度和料堆安息角计算确定储料场内物料最大储备量下的料堆沿宽度方向的第一几何截面，所述第一几何截面中料堆轮廓线与储料场出料口的交点设为出料点，所述第一几何截面中连接顶点与出料点的边长设为第一边；然后计算本次作业量下的料堆沿宽度方向的第二几何截面：确定所述第二几何截面的出料点与第一几何截面的出料点重合并且所述第二几何截面的顶点位于所述第一几何截面中的第一边上的基本原则，然后根据本次作业的作业量确定第二几何截面的顶点的具体位置，所述第二几何截面中的顶点的正上方即为最优下料点；
(2)将堆料机的卸料斗的下料点定位在最优下料点；
(3)堆料机进行堆料直至完成本次堆料作业。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20181116 |