CN110182622A - 一种无人化链斗式连续卸船机自动取料方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人化链斗式连续卸船机自动取料方法，包括以下步骤：获取料堆表面点云坐标数据；获取舱口边界实时位置数据。形成料堆点云坐标模型；对料堆点云坐标模型分层处理得到平面取料区域；对比标准料堆区域特征确定取料工艺动作并执行本区域自动取料任务；在完成本区域取料任务后，反馈完成状态并申请下一次取料作业区域给扫描系统；扫描系统再将下一步取料作业区域发送至连续卸船机控制系统。本发明通过同时对船舱口及舱内料堆的扫描监控，解决船体浮动对舱内料堆扫描造成的偏差，得到准确的料堆点云坐标模型；根据作业区域边界尺寸生成最优的取料工艺，进而完成连续卸船机全自动取料控制，避免单一机构运行完成取料作业，降低运行维护成本。

Description

一种无人化链斗式连续卸船机自动取料方法

技术领域

本发明涉及自动取料的技术领域，具体而言，尤其涉及一种无人化链斗式连续卸船机自动取料方法。

背景技术

链斗式连续卸船机是散料码头专用的卸船设备，目前其操作方式均为司机在司机室手动操作，亦或是手动设定教学路径后沿预定路径取料的半自动操作。

连续卸船机作业时需将取料头伸到船舱内连续挖取物料，司机劳动强度大、工作环境差；因取料完全靠人工手动操作，经常采用取料头单一方向旋转进行取料，造成提升系统两侧链条磨损不一致、取料头回转机构寿命降低的情况，会增加运行维护成本，并在一定程度上影响设备安全运行。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种无人化链斗式连续卸船机自动取料方法。本发明一种无人化链斗式连续卸船机自动取料方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过所述取料头上方的提升筒体两侧的激光扫描仪对舱内料堆进行扫描，获取料堆表面点云坐标数据；步骤S2：通过所述顶部结构下方的提升筒体四周设置的激光扫描仪对舱口进行扫描并提取舱口边界实时位置数据；步骤S3：由于舱口边界特征相比于舱内物料易于捕捉，且舱内物料随船舱一起浮动，舱口边界位置的变化即能反应出舱内物料位置的变化，如图2所示，顶部结构下方O11位置的扫描仪可扫描并获取船舱口A点位置坐标，取料头上方O12位置的扫描仪可扫描并获取物料表面B点位置坐标；当船体因浪涌产生浮动或倾斜后，顶部结构下方O11位置的扫描仪可捕捉船舱口A点位置偏移至A’点，取料头上方O12位置的扫描仪无法捕捉物料表面B点位置偏移至B’点，但可计算获取：

设A点坐标(Xa,Ya,Za),A’点坐标(Xa’,Ya’,Za’)，B点坐标(Xb,Yb,Zb),则B’点坐标(Xb’,Yb’,Zb’)＝(Xb,Yb,Zb)+(Xa’,Ya’,Za’)-(Xa,Ya,Za)；

进一步地，通过舱口实时位置数据对所述料堆表面点云坐标数据加以修正，即可补偿因浪涌造成船体晃动对舱内料堆扫描结果造成的影响，得到准确的料堆表面点云坐标数据；利用最小二乘法去除重叠点云，再通过贪婪投影三角化算法对点云数据三角化并重建物体表面三角网格曲面模型，即可获取料堆表面点云坐标模型；

步骤S4：计算料堆表面平均高度，确定基准平舱料面高度，对于所说基准平舱面以上的物料按照固定高度，根据连续卸船机链斗高度及取料特点进行分层处理，划分出料堆顶层若干取料作业区域。步骤S5：通过GPS定位或各机构编码器检测计算获取取料头位置坐标，将所述取料头与料堆距离最短的作业区域边界坐标，分层后俯视图即为平面区域发送给连续卸船机控制系统。步骤S6：连续卸船机控制系统根据料堆边界尺寸，对比区域大小和后边七个图的特征料堆区域特征，获取最优的取料动作工艺。步骤S7：连续卸船机控制系统按照当前的取料动作工艺控制连续卸船机执行取料作业任务。步骤S8：在完成本区域取料任务后，连续卸船机控制系统反馈完成状态并申请下一次取料作业区域给扫描系统。步骤S9：扫描系统再根据取料头当前位置将下一步取料作业区域发送至连续卸船机控制系统。

重复步骤S3-步骤S9，根据当前任务目标作业总量与实际作业量触发停止，完成舱内料堆包括平舱在内的逐层全自动取料作业控制。

进一步地，取料作业过程中，扫描系统更新料堆动态模型，根据料堆模型表面高度与当前取料头高度，判断运行区域是否存在异常料堆；

当存在异常料堆时，所述扫描系统在取料头运行至异常料堆前发送中断信号，并将异常料堆区域坐标发给所述连续卸船机控制系统，连续卸船机暂停当前流程，将异常料堆取料至平整后，重新回到中断位置，继续执行全自动取料任务。

进一步地，对于每次根据料堆动态模型按照固定层高划分的平面取料区域，都可对比如下料堆区域特征，以获得最佳的取料动作工艺。

设取料头长度X，料堆区域平行于码头方向长度A、垂直于码头方向宽度B：

料堆区域特征1：当B<X，通过大车移动方式使取料头平行于码头方向移动进行横切取料；

料堆区域特征2：当B>X，A<X，通过联动横行即大车运行、臂架回转以及取料头回转方式使取料头垂直于码头方向进行横切取料；

料堆区域特征3：当2X>B>X，2X>A>X，通过取料头回转方式进行横切取料；

料堆区域特征4：当2X>B>X，A>2X，通过大车运行使取料头平行于码头方向横切取料，取料头到达取料区域边界位置后，取料头回转180°，大车再反方向运行使取料头平行于码头方向横切取料；

料堆区域特征5：当2X>A>X，B>2X，通过联动横行即大车运行、臂架回转以及取料头回转使取料头垂直于码头方向进行横切取料，取料头到达取料区域边界位置后，取料头回转180°，再反方向联动横行使取料头垂直于码头方向横切取料；

料堆区域特征6：当A>2X，3X>B>2X，通过大车运行使取料头平行于码头方向横切取料，取料头到达边界位置后，通过取料头回转90°，调整取料头姿态，通过联动横行使取料头垂直于码头方向横切取料，随后再依次通过取料头回转90°、大车反向运行、取料头回转90°、反向联动横行方式横切取料并回到初始位置，然后取料头回转180°，再通过大车运行使取料头平行于码头方向横切取料，进而完成整个区域的取料作业任务；

料堆区域特征7：当为船舱边角位置，A<X，B<X，通过取料头回转取料。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供一种链斗式连续卸船机自动取料方法，通过扫描识别系统对舱内料堆进行识别并生成取料作业区域，根据取料作业区域尺寸的不同判断并生成最优的取料工艺路径，控制连续卸船机执行全自动取料作业任务，达到实现连续卸船机全自动取料运行，最大程度降低运行成本、保证设备安全的目的。

本发明通过同时对船舱口及舱内料堆的扫描监控，解决船体浮动对舱内料堆扫描造成的偏差，得到准确的料堆点云坐标模型；同时根据作业区域边界尺寸生成最优的取料工艺，进而完成连续卸船机全自动取料控制；能够有效的避免单一机构运行完成取料作业，引起机构寿命降低，降低运行维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体流程示意图。

图2为本发明料堆坐标补偿示意图。

图3为取料前舱内料堆状态。

图4对料堆分层获得取料作业区域。

图5舱内取料作业动态。

图6为本发明料堆区域特征1示意图。

图7为本发明料堆区域特征2示意图。

图8为本发明料堆区域特征3示意图。

图9为本发明料堆区域特征4示意图。

图10为本发明料堆区域特征5示意图。

图11为本发明料堆区域特征6示意图。

图12为本发明料堆区域特征7示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1-12所示，本发明提供了一种无人化链斗式连续卸船机自动取料方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过所述取料头上方的提升筒体两侧的激光扫描仪对舱内料堆进行扫描，获取料堆表面点云坐标数据。可以理解为在其它的实施方式中，激光扫描仪的安装位置可以按照实际生产需求进行设定，只要能够满足能够扫描并获取全部的舱内料堆情况即可。

步骤S2：通过所述顶部结构下方的提升筒体四周设置的激光扫描仪对舱口进行扫描并提取舱口边界实时位置数据。可以理解为在其它的实施方式中，激光扫描仪的安装位置可以按照实际生产需求进行设定，只要能够满足能够扫描并获取全部的舱内料堆情况即可。

步骤S3：由于舱口边界特征相比于舱内物料易于捕捉，且舱内物料随船舱一起浮动，舱口边界位置的变化即能反应出舱内物料位置的变化，如图2所示，顶部结构下方O11位置的扫描仪可扫描并获取船舱口A点位置坐标，取料头上方O12位置的扫描仪可扫描并获取物料表面B点位置坐标；当船体因浪涌产生浮动或倾斜后，顶部结构下方O11位置的扫描仪可捕捉船舱口A点位置偏移至A’点，取料头上方O12位置的扫描仪无法捕捉物料表面B点位置偏移至B’点，但可计算获取：

设A点坐标(Xa,Ya,Za)，A’点坐标(Xa’,Ya’,Za’)，B点坐标(Xb,Yb,Zb),则B’点坐标(Xb’,Yb’,Zb’)＝(Xb,Yb,Zb)+(Xa’,Ya’,Za’)-(Xa,Ya,Za)；

作为优选的实施方式，通过舱口实时位置数据对所述料堆表面点云坐标数据加以修正，即可补偿因浪涌造成船体晃动对舱内料堆扫描结果造成的影响，得到准确的料堆表面点云坐标数据；利用最小二乘法去除重叠点云，再通过贪婪投影三角化算法对点云数据三角化并重建物体表面三角网格曲面模型，即可获取料堆表面点云坐标模型；

步骤S4：计算料堆表面平均高度，确定基准平舱料面高度，对于所说基准平舱面以上的物料按照固定高度，根据连续卸船机链斗高度及取料特点进行分层处理，划分出料堆顶层若干取料作业区域。步骤S5：通过GPS定位或各机构编码器检测计算获取取料头位置坐标，将所述取料头与料堆距离最短的作业区域边界坐标，分层后俯视图即为平面区域发送给连续卸船机控制系统。作为优选的实施方式，连续卸船机控制系统集成设备连锁控制、安全保护、驱动控制、位置检测等功能

步骤S6：连续卸船机控制系统根据料堆边界尺寸，对比区域大小和后边七个图的特征料堆区域特征，获取最优的取料动作工艺。

步骤S7：连续卸船机控制系统按照当前的取料动作工艺控制连续卸船机执行取料作业任务。

步骤S8：在完成本区域取料任务后，连续卸船机控制系统反馈完成状态并申请下一次取料作业区域给扫描系统。

步骤S9：扫描系统再根据取料头当前位置将下一步取料作业区域发送至连续卸船机控制系统。

重复步骤S3-步骤S9，根据当前任务目标作业总量与实际作业量触发停止重复，完成舱内料堆包括平舱在内的逐层全自动取料作业控制。

在本实施方式中，取料作业过程中，扫描系统更新料堆动态模型，根据料堆模型表面高度与当前取料头高度，判断运行区域是否存在异常料堆。当存在异常料堆时，所述扫描系统在取料头运行至异常料堆前发送中断信号，并将异常料堆区域坐标发给所述连续卸船机控制系统，连续卸船机暂停当前流程，将异常料堆取料至平整后，重新回到中断位置，继续执行全自动取料任务。可以理解为在其它的实施方式中，判断异常料堆的方式还可以通过采用红光或其它微波反射的方式进行识别，只要能够满足能够实现对料堆的形态识别即可。

作为优选的实施方式，对于每次根据料堆动态模型按照固定层高划分的平面取料区域，都可对比如下料堆区域特征，以获得最佳的取料动作工艺。

设取料头长度X，料堆区域平行于码头方向长度A、垂直于码头方向宽度B：

料堆区域特征1：当B<X，通过大车移动方式使取料头平行于码头方向移动进行横切取料；

料堆区域特征2：当B>X，A<X，通过联动横行即大车运行、臂架回转以及取料头回转方式使取料头垂直于码头方向进行横切取料；

料堆区域特征3：当2X>B>X，2X>A>X，通过取料头回转方式进行横切取料；

料堆区域特征4：当2X>B>X，A>2X，通过大车运行使取料头平行于码头方向横切取料，取料头到达取料区域边界位置后，取料头回转180°，大车再反方向运行使取料头平行于码头方向横切取料；

料堆区域特征5：当2X>A>X，B>2X，通过联动横行即大车运行、臂架回转以及取料头回转使取料头垂直于码头方向进行横切取料，取料头到达取料区域边界位置后，取料头回转180°，再反方向联动横行使取料头垂直于码头方向横切取料；

料堆区域特征6：当A>2X，3X>B>2X，通过大车运行使取料头平行于码头方向横切取料，取料头到达边界位置后，通过取料头回转90°，调整取料头姿态，通过联动横行使取料头垂直于码头方向横切取料，随后再依次通过取料头回转90°、大车反向运行、取料头回转90°、反向联动横行方式横切取料并回到初始位置，然后取料头回转180°，再通过大车运行使取料头平行于码头方向横切取料，进而完成整个区域的取料作业任务；

料堆区域特征7：当为船舱边角位置，A<X，B<X，通过取料头回转方式取料。

作为优选的实施方式，在连续卸船机顶部结构下方提升筒体四周安装带云台的激光扫描仪，在取料头上方提升筒体两侧安装带云台的激光扫描仪，分别负责船舱口的实时扫描监测以及舱内料堆的扫描和基准点云坐标模型建立。物料装载于船舱内，实际作业过程中船舱可能会随船舶浮动造成舱内料堆位置的变化。通过顶部结构下方提升筒体四周的激光扫描仪扫描并监控船舱口的姿态，获取船舱口相比于初始状态实时姿态变化的数据，将舱口位置变化量数据叠加于取料头上方提升筒体两侧的激光扫描仪扫描的数据中，即可解决船舶浮动对料堆点云模型造成的偏差，建立准确的舱内料堆点云坐标模型。

实施例1：

假设连续卸船机取料作业前实际扫描到的舱内料堆状态如图3所示。除舱内平整料堆外，存在两个体积不同的凸起料堆。

扫描系统按照固定层高对凸起料堆进行分层处理(假设两个料堆凸起料堆均可通过两层取料完成平舱)，由于当前取料头位于体积较大料堆上方，故将体积较大料堆的分层，首层平面取料区域如图4所示。

扫描系统将取料区域发送至连续卸船机控制系统，对比标准料堆区域特征(7个特征)，确定当前取料区域的动作工艺，并控制连续卸船机执行取料任务。本层取料完成后，连续卸船机控制系统反馈完成状态，并申请下次取料作业区域。重复本步骤，扫描系统根据舱内料堆分层情况，发送不同大小的取料作业区域给连续卸船机控制系统，连续卸船机控制系统接收到取料作业区域后对比标准料堆区域特征，确定取料动作工艺，进而控制连续卸船机执行自动取料任务，直至当前船舱作业任务结束。按照此方法，连续卸船机执行舱内自动取料作业动态如图5所示。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种无人化链斗式连续卸船机自动取料方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过所述取料头上方的提升筒体两侧的激光扫描仪对舱内料堆进行扫描，获取料堆表面点云坐标数据；

S2：通过所述顶部结构下方的提升筒体四周设置的激光扫描仪对舱口进行扫描并提取舱口边界实时位置数据；

S3：由于舱口边界特征相比于舱内物料易于捕捉，且舱内物料随船舱一起浮动，舱口边界位置的变化即能反应出舱内物料位置的变化，顶部结构下方O11位置的扫描仪可扫描并获取船舱口A点位置坐标，取料头上方O12位置的扫描仪可扫描并获取物料表面B点位置坐标；

当船体因浪涌产生浮动或倾斜后，顶部结构下方O11位置的扫描仪捕捉船舱口A点位置偏移至A’点，计算获取B’点位置为：

设A点坐标(Xa,Ya,Za),A’点坐标(Xa’,Ya’,Za’)，B点坐标(Xb,Yb,Zb),则B’点坐标(Xb’,Yb’,Zb’)＝(Xb,Yb,Zb)+(Xa’,Ya’,Za’)-(Xa,Ya,Za)；

通过舱口实时位置数据对所述料堆表面点云坐标数据修正，对扫描结果补偿，得到准确的料堆表面点云坐标数据；

通过最小二乘法去除重叠点云，再通过贪婪投影三角化算法对点云数据三角化并重建物体表面三角网格曲面模型，即可获取料堆表面点云坐标模型；

S4：计算料堆表面平均高度，确定基准平舱料面高度，根据连续卸船机链斗高度及取料特点进行分层处理，划分出料堆顶层若干取料作业区域；

S5：通过GPS定位或各机构编码器检测计算获取取料头位置坐标，将所述取料头与料堆距离最短的作业区域边界坐标，分层后的平面取料区域(固定层高料堆俯视图)发送给连续卸船机控制系统；

S6：连续卸船机控制系统根据料堆边界尺寸，对比区域大小和后边七个图的特征料堆区域特征，获取最优的取料动作工艺；

S7：连续卸船机控制系统按照当前的取料动作工艺控制连续卸船机执行取料作业任务；

S8：在完成本区域取料任务后，连续卸船机控制系统反馈完成状态并申请下一次取料作业区域给扫描系统；

S9：扫描系统再根据取料头当前位置，将下一步取料作业区域发送至连续卸船机控制系统；

重复步骤S3-步骤S9，直至完成舱内料堆包括平舱在内的逐层全自动取料作业控制。

2.根据权利要求1所述的一种无人化链斗式连续卸船机自动取料方法，其特征还在于：

取料作业过程中，扫描系统更新料堆动态模型，根据料堆模型表面高度与当前取料头高度，判断运行区域是否存在异常料堆；

当存在异常料堆时，所述扫描系统在取料头运行至异常料堆前发送中断信号，并将异常料堆区域坐标发给所述连续卸船机控制系统，连续卸船机暂停当前流程，将异常料堆取料至平整后，重新回到中断位置，继续执行全自动取料任务。

3.根据权利要求1所述的一种无人化链斗式连续卸船机自动取料方法，其特征还在于：

对于料堆动态模型，按照固定层高分层处理后得到的料堆平面取料区域，设取料头长度X，料堆区域平行于码头方向长度A、垂直于码头方向宽度B：

料堆区域特征1：当B<X，通过大车移动方式使取料头平行于码头方向移动进行横切取料；

料堆区域特征2：当B>X，A<X，通过联动横行即大车运行、臂架回转以及取料头回转方式使取料头垂直于码头方向进行横切取料；

料堆区域特征3：当2X>B>X，2X>A>X，通过取料头回转方式进行横切取料；

料堆区域特征4：当2X>B>X，A>2X，通过大车运行使取料头平行于码头方向横切取料，取料头到达取料区域边界位置后，取料头回转180°，大车再反方向运行使取料头平行于码头方向横切取料；

料堆区域特征5：当2X>A>X，B>2X，通过联动横行即大车运行、臂架回转以及取料头回转使取料头垂直于码头方向进行横切取料，取料头到达取料区域边界位置后，取料头回转180°，再反方向联动横行使取料头垂直于码头方向横切取料；

料堆区域特征6：当A>2X，3X>B>2X，通过大车运行使取料头平行于码头方向横切取料，取料头到达边界位置后，通过取料头回转90°，调整取料头姿态，通过联动横行使取料头垂直于码头方向横切取料，随后再依次通过取料头回转90°、大车反向运行、取料头回转90°、反向联动横行方式横切取料并回到初始位置，然后取料头回转180°，再通过大车运行使取料头平行于码头方向横切取料，进而完成整个区域的取料作业任务；

料堆区域特征7：当为船舱边角位置，A<X，B<X，通过取料头回转取料。