CN110515396A - 一种斗轮机自动寻址控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种斗轮机自动寻址控制方法及系统，通过煤堆三维模型提供煤堆的几何三维数据，并为自动寻址控制提供可视化参数设置界面；无论斗轮机在任何位置，都可通过本发明自动寻址到目标位置，目标位置可具体详细到煤堆位置、煤层层数(高度)、回转角度，中途无需人工干预；利用北斗卫星精确定位和编码器定位二种不同原理的定位方法，并实时将北斗卫星精确定位数据转换为编码器定位坐标位置，在保证高精度(5cm精度)的同时，提高寻址方法和系统工作可靠性；大车在行走寻址过程中悬臂处于安全状态，不会碰撞料堆，同时保证大车行走的平稳性，保证自动寻址过程的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及智能化控制的斗轮堆取料机技术领域，具体为一种斗轮机自动寻址控制方法及系统。
背景技术
斗轮机寻址指的是将操作斗轮机移动并操作至需要堆取料作业的目标大车位置、目标悬臂俯仰角度、目标悬臂回转角度)，现有的操作方式是由斗轮机司机在就地驾驶室手动操作驾驶台上的两个副手柄，控制大车行走和悬臂回转以及俯仰，通过司机目视确定斗轮机的作业位置，存在劳动强度大、定位不精准等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种斗轮机自动寻址控制方法及系统，旨在解决人工手动操作斗轮机至作业位置过程中存在的劳动强度大、凭司机目视确定目标位置定位不准和人为因素易造成斗轮机与煤垛发生碰撞的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种斗轮机自动寻址控制方法，包括以下步骤：
步骤一：利用三维建模算法建立煤堆的三维模型，并按照分层取料高度，计算出煤堆分层层数、各层的包围线和煤堆回转起止位置，并建立煤场的三维煤堆分布图；
步骤二：将煤堆起止位置、煤堆分层层数、煤堆回转起止位置换算为取料作业点目标大车位置、目标悬臂俯仰角度、目标悬臂回转角度；
步骤三：斗轮机机构进行动作时，实时通过北斗精确定位系统获得卫星精确定位信息；PLC控制器将卫星精确定位信息转换为大车位置、悬臂俯仰、回转角度数据，并与编码器定位系统检测的大车位置、悬臂俯仰、回转角度数据进行比对：若对比没有偏差，将当前大车位置、悬臂俯仰、回转角度数据与目标值进行比较，控制斗轮机机构连续动作，直到斗轮机机构到达目标位置；当二者存在偏差时，系统提出警告，在更大偏差时系统自动停止作业，等待进行偏差消除。
优选的，所述步骤三中利用空间坐标转换算法，将卫星精确定位信息经度、纬度和高程(x，y，z)数据实时转化为俯仰角度、回转角度、大车位置，其算法如下：
斗轮机轨道水平布置，通过调试测得参数，设分别为起点坐标(x0，y0)，终点坐标(x1，y1)，起点终点间距L，大车俯仰回转中心的高程为z0，且其至北斗定位天线的距离长为l0；通过北斗精确定位系统实时获得北斗信号接收天线的经纬度、高程坐标为(x，y，z)，则斗轮机的大车位置d(即大车俯仰回转中心与起点的距离)、悬臂俯仰角度α、回转角度β分别为：
α＝arcsin((z-z0)/l0)
进一步的，还包括以下步骤：
在斗轮机启动，往目标大车位置移动时，大车后退一个步长，确保斗轮完全离开原先的作业位置；悬臂俯仰上升至俯仰上限位角度，确保斗轮底部不会碰到煤垛顶部；
根据目标回转角度，将悬臂回转至靠近左、右侧轨道的安全行走回转角度，且悬臂回转不会跨越轨道线；根据目标大车位置与斗轮机大车当前的位置，来确定是控制大车前进还是控制大车后退至目标大车位置；
大车行走至目标大车位置后，取料模式下首先悬臂回转至目标回转角度，然后悬臂俯仰下降至目标俯仰角度；堆料模式下首先悬臂回转至目标回转角度，然后悬臂俯仰下降至距离地面4米高的目标俯仰角度。
优选的，所述大车后退步长距离为2米至4米，悬臂俯仰上升至上限位角度，若悬臂初始位置在左场，则回转至-5至-15度，若悬臂初始位置在右场，则回转至5至15度。
一种斗轮机自动寻址控制系统，包括上位机、煤场三维模型服务器、斗轮机PLC控制器，斗轮机机构、编码器定位系统、北斗精确定位系统；
上位机，用于通过斗轮机PLC控制器接收煤场三维模型服务器的煤堆三维模型数据，将煤堆起止位置、煤堆分层层数、煤堆回转起止位置换算为取料作业目标大车位置、目标悬臂俯仰角度、目标悬臂回转角度；为操作人员提供操作界面，在自动寻址过程中，具有发布对斗轮机的控制命令、设置参数输入功能；
煤场三维模型服务器，用于通过斗轮机煤垛检测装置，在斗轮机堆取料过程中，利用三维建模软件，分析处理斗轮机煤垛检测装置得到的激光扫描数据，建立煤堆的三维模型，并按照分层取料高度，计算出煤堆分层层数、各层的包围线和煤堆回转起止位置，并将所有煤堆按照不同位置分布建立起煤场的三维煤堆分布图，形成的煤堆三维模型数据包括煤堆编号、煤堆起止位置、煤堆分层层数、煤堆回转起止位置数据；
编码器定位系统，用于检测大车位置、悬臂俯仰、回转角度；
北斗精确定位系统，用于获得的斗轮机卫星精确定位信息；
斗轮机PLC控制器，用于接收煤场三维模型服务器的三维模型数据并转发至上位机；通过上位机的控制指令及参数，利用坐标转换算法，对北斗精确定位系统获得的卫星精确定位信息，转换为大车位置、悬臂俯仰、回转角度数据，并与编码器定位系统检测的大车位置、悬臂俯仰、回转角度数据进行比对，并利用当前大车位置、悬臂俯仰、回转角度实时数据反馈，控制斗轮机机构动作。
优选的，所述编码器定位系统包括斗轮机俯仰角度检测装置、斗轮机回转角度检测装置与非接触式的斗轮堆取料机大车位置检测装置。
本发明的有益效果：
1.通过煤堆三维模型提供煤堆的几何三维数据，并为自动寻址控制提供可视化参数设置界面。
2.无论斗轮机在任何位置，都可通过本发明自动寻址到目标位置，目标位置可具体详细到煤堆位置、煤层层数(高度)、回转角度，中途无需人工干预。
3.利用北斗卫星精确定位和编码器定位二种不同原理的定位方法，并实时将北斗卫星精确定位数据转换为编码器定位坐标位置，在保证高精度(5cm精度)的同时，提高寻址方法和系统工作可靠性。
4.大车在行走寻址过程中悬臂处于安全状态，不会碰撞料堆，同时保证大车行走的平稳性，保证自动寻址过程的安全性。
附图说明
图1位本发明的系统控制图。
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
一种斗轮机自动寻址控制系统，包括上位机2、煤场三维模型服务器4、斗轮机PLC控制器1，斗轮机机构2、斗轮机姿态检测装置5(编码器定位系统，北斗精确定位系统)、煤堆3；
上位机2，用于通过斗轮机PLC控制器1接收煤场三维模型服务器4的煤堆三维模型数据；为操作人员提供操作界面；在自动寻址过程中，具有发布对斗轮机的控制命令、设置参数输入功能，其有益效果是利用可视化三维模型进行目标初始位置的确定。上述控制命令，包括自动寻址指令，上述参数包括堆取料作业初始点的寻址目标位置数据，包括大车位置、悬臂俯仰角度、悬臂回转角度，上述上位机2自动将煤堆3起止位置、煤堆分层层数、煤堆回转起止位置换算为取料作业初始点大车位置、悬臂俯仰角度、悬臂回转角度。
煤场三维模型服务器4，用于通过斗轮机煤垛检测装置(专利号ZL 201620177590.x)，在斗轮机堆取料过程中，利用三维建模算法建立煤堆3的三维模型，并按照分层取料高度，计算出各层的包围线和起止取料位置；煤场三维模型服务器4将所有煤堆按照不同位置分布建立起煤场的三维煤堆分布图；煤场三维模型服务器4在煤堆发生变化时自动将三维煤堆信息包括煤堆编号、煤堆起止位置、煤堆分层层数、煤堆回转起止位置数据发送至斗轮机PLC控制器1，斗轮机PLC控制器1再转发至上位机2；其有益效果是三维模型服务器在堆取料作业时建立煤堆三维模型，为斗轮机自动寻址控制提供了煤堆的几何和坐标数据；
斗轮机PLC控制器1，用于接收煤场三维模型服务器的煤堆信息，并转发至上位机2；通过上位机2的控制指令及参数，以及斗轮机姿态检测装置的大车、悬臂俯仰、回转角度实时数据反馈，控制斗轮机机构动作。斗轮机PLC控制器1利用坐标转换算法，对斗轮机精确定位系统(专利号ZL 2015 2 0596515.2)获得的卫星精确定位信息，转换为大车位置、悬臂俯仰、回转角度数据，并与斗轮机俯仰角度检测装置(专利号ZL 2016 2 0081630.0)、斗轮机回转角度检测装置(专利号ZL 2016 2 0176672.2)、一种非接触式的斗轮堆取料机大车位置检测装置(专利号201820315201.4)等编码器方式检测的大车、悬臂俯仰、回转角度数据进行比对。当二者存在偏差时，系统提出警告，在更大偏差时系统自动停止作业，等待偏差消除。其有益效果是卫星精确定位信息实时通过算法转换为大车、悬臂俯仰、回转角度数据；实时比对北斗精确定位系统和编码器定位系统数据，实现不同检测方法的双重冗余定位保护，提高系统可靠性。
一种斗轮机寻址控制方法，包括以下步骤：
煤场三维模型服务器4在斗轮机堆取料过程中，利用三维建模算法建立煤堆的三维模型，并按照分层取料高度，计算出各层的包围线和起止取料位置，建立煤场的三维煤堆分布图，其有益效果是三维模型服务器在堆取料作业时建立煤堆三维模型，为斗轮机自动寻址控制提供了煤堆的几何和坐标数据；
三维煤堆信息自动发送至斗轮机PLC控制器1，斗轮机PLC控制器1再转发至上位机2，其有益效果是三维煤堆信息是在斗轮机堆取料过程中实时更新，保证系统数据与煤堆实物是完全对应的；
上位机2通过可视化界面设置堆料或取料的寻址指令以及参数，包括堆取料作业初始点的大车位置、悬臂俯仰角度、悬臂回转角度。其有益效果是利用可视化三维模型进行目标初始位置的确定；
斗轮机PLC控制器1控制斗轮机机构2进行动作，并实时接收斗轮机姿态检测装置5的大车、悬臂俯仰、回转角度数据，通过比较当前值与目标值的偏差，控制斗轮机机构2连续动作，直到斗轮机机构2到达目标位置。
其中，斗轮机PLC控制器1利用坐标转换算法，将接收到的卫星精确定位信息(高程、经度、纬度)转换为大车、悬臂俯仰角度、回转角度数据，并与编码器方式检测的大车、悬臂俯仰、回转角度数据进行比对。当二者存在偏差时，系统提出警告，在更大偏差时系统自动停止作业，等待偏差消除。其效果是实现不同定位检测方法的双重冗余保护，提高系统可靠性。
所述利用空间坐标转换算法：将北斗精确定位数据经度、纬度和高程(x，y，z)数据实时转化为大车位置、悬臂俯仰角度、回转角度，其算法如下：
斗轮机轨道水平布置，通过调试测得参数，设分别为起点坐标(x0，y0)，终点坐标(x1，y1)，起点终点间距L，大车俯仰回转中心的高程为z0，且其至北斗定位天线的距离长为l0。通过斗轮机精确定位系统(专利号ZL 2015 2 0596515.2)，实时获得北斗信号接收天线除的经纬度、高程坐标为(x，y，z)，
则斗轮机的大车位置d(即大车俯仰回转中心与起点的距离)、悬臂俯仰角度α、回转角度β分别为：
α＝arcsin((z-z0)/l0)
另外，为了在寻址过程中确保运行安全，斗轮机机构动作按照下述流程控制：
大车后退一个步长3米，确保斗轮完全离开原先的作业位置；
悬臂俯仰上升至俯仰上限位角度，确保斗轮底部不会碰到煤垛顶部；
根据目标回转角度，将悬臂回转至靠近左、右侧轨道的安全行走回转角度，且悬臂回转不会跨越轨道线；若悬臂初始位置在左场，则回转至-13度，若悬臂初始位置在右场，则回转至+13度。
根据目标大车位置与斗轮机大车当前的位置，来确定是控制大车前进还是控制大车后退至目标位置；
大车行走至目标大车位置后，取料模式下首先悬臂回转至目标回转角度，然后悬臂俯仰下降至目标俯仰角度；堆料模式下首先悬臂回转至目标回转角度，然后悬臂俯仰下降至距离地面4米高的目标俯仰角度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种斗轮机自动寻址控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：利用三维建模算法建立煤堆的三维模型，并按照分层取料高度，计算出煤堆分层层数、各层的包围线和煤堆回转起止位置，并建立煤场的三维煤堆分布图；
步骤二：将煤堆起止位置、煤堆分层层数、煤堆回转起止位置换算为取料作业点目标大车位置、目标悬臂俯仰角度、目标悬臂回转角度；
步骤三：斗轮机机构进行动作时，实时通过北斗精确定位系统获得卫星精确定位信息；PLC控制器将卫星精确定位信息转换为大车位置、悬臂俯仰、回转角度数据，并与编码器定位系统检测的大车位置、悬臂俯仰、回转角度数据进行比对：若对比没有偏差，将当前大车位置、悬臂俯仰、回转角度数据与目标值进行比较，控制斗轮机机构连续动作，直到斗轮机机构到达目标位置；当二者存在偏差时，系统提出警告，在更大偏差时系统自动停止作业，等待进行偏差消除。
2.根据权利要求1所述一种斗轮机自动寻址控制方法，其特征在于，所述步骤三中利用空间坐标转换算法，将卫星精确定位信息经度、纬度和高程(x，y，z)数据实时转化为俯仰角度、回转角度、大车位置，其算法如下：
斗轮机轨道水平布置，通过调试测得参数，设分别为起点坐标(x0，y0)，终点坐标(x1，y1)，起点终点间距L，大车俯仰回转中心的高程为z0，且其至北斗定位天线的距离长为l0；通过北斗精确定位系统实时获得北斗信号接收天线的经纬度、高程坐标为(x，y，z)，则斗轮机的大车位置d(即大车俯仰回转中心与起点的距离)、悬臂俯仰角度α、回转角度β分别为：
α＝arcsin((z-z0)/l0)
3.根据群里要求1所述一种斗轮机自动寻址控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在斗轮机启动，往目标大车位置移动时，大车后退一个步长，确保斗轮完全离开原先的作业位置；悬臂俯仰上升至俯仰上限位角度，确保斗轮底部不会碰到煤垛顶部；
根据目标回转角度，将悬臂回转至靠近左、右侧轨道的安全行走回转角度，且悬臂回转不会跨越轨道线；根据目标大车位置与斗轮机大车当前的位置，来确定是控制大车前进还是控制大车后退至目标大车位置；
大车行走至目标大车位置后，取料模式下首先悬臂回转至目标回转角度，然后悬臂俯仰下降至目标俯仰角度；堆料模式下首先悬臂回转至目标回转角度，然后悬臂俯仰下降至距离地面4米高的目标俯仰角度。
4.根据权利要求3所述一种斗轮机自动寻址控制方法，其特征在于，所述大车后退步长距离为2米至4米，悬臂俯仰上升至上限位角度，若悬臂初始位置在左场，则回转至-5至-15度，若悬臂初始位置在右场，则回转至5至15度。
5.一种斗轮机自动寻址控制系统，其特征在于，包括上位机、煤场三维模型服务器、斗轮机PLC控制器，斗轮机机构、编码器定位系统、北斗精确定位系统；
上位机，用于通过斗轮机PLC控制器接收煤场三维模型服务器的煤堆三维模型数据，将煤堆起止位置、煤堆分层层数、煤堆回转起止位置换算为取料作业目标大车位置、目标悬臂俯仰角度、目标悬臂回转角度；为操作人员提供操作界面，在自动寻址过程中，具有发布对斗轮机的控制命令、设置参数输入功能；
煤场三维模型服务器，用于通过斗轮机煤垛检测装置，在斗轮机堆取料过程中，利用三维建模软件，分析处理斗轮机煤垛检测装置得到的激光扫描数据，建立煤堆的三维模型，并按照分层取料高度，计算出煤堆分层层数、各层的包围线和煤堆回转起止位置，并将所有煤堆按照不同位置分布建立起煤场的三维煤堆分布图，形成的煤堆三维模型数据包括煤堆编号、煤堆起止位置、煤堆分层层数、煤堆回转起止位置数据；
编码器定位系统，用于检测大车位置、悬臂俯仰、回转角度；
北斗精确定位系统，用于获得的斗轮机卫星精确定位信息；
斗轮机PLC控制器，用于接收煤场三维模型服务器的三维模型数据并转发至上位机；通过上位机的控制指令及参数，利用坐标转换算法，对北斗精确定位系统获得的卫星精确定位信息，转换为大车位置、悬臂俯仰、回转角度数据，并与编码器定位系统检测的大车位置、悬臂俯仰、回转角度数据进行比对，并利用当前大车位置、悬臂俯仰、回转角度实时数据反馈，控制斗轮机机构动作。
6.根据权利要求5所述一种斗轮机自动寻址控制系统，其特征在于，所述编码器定位系统包括斗轮机俯仰角度检测装置、斗轮机回转角度检测装置与非接触式的斗轮堆取料机大车位置检测装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20191129 |