CN110862014A - 一种库区物料自动作业系统及方法 - Google Patents

一种库区物料自动作业系统及方法 Download PDF

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范沛
朱恒乐
朱亚平
涂铮
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Wuhan Guide Electric Co Ltd
Huaxin Cement Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种库区物料自动作业系统，包括中控台、扫描设备、搬运设备及数据中转设备，其中：扫描设备，用于扫描库区物料以获取扫描数据；搬运设备，用于搬运物料；数据中转设备，用于中转中控台与扫描设备之间、中控台与搬运设备之间的通信数据；中控台，用于根据扫描数据构建库区全场物料的三维模型，根据三维模型的数据判断是否需要进/出料，并在需要进/出料时控制搬运设备实现物料的自动化搬运。本发明能够对多个任务类型进行监视，通过建模还原库区散料实际分布情况，以制定出最优任务分配方式，增加实际的工作效率；同时实现了高度无人化，自动化程度高，减轻人力劳动成本，提高库区人员安全性。

Description

一种库区物料自动作业系统及方法
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，具体而言，涉及一种库区物料自动作业系统及方法。
背景技术
传统的桥式重机半自动控制在机上控制台上操作设备，以实现散货物料的进料，出料，搬运等任务，大量的人工操作易让人产生疲劳感且传统的操作台按钮操作，涉及按钮复杂，操作体验不佳，大大影响了工作效率，因此有很大的改善空间。
散货类型物料多处于粉状或粒装型物料，由于物料的特点在于堆存位置不能确定，物料在料池内随机分布；随着自动化程度的提高，常规操作在频繁的作业工作中，由于抓取量和抓取位置不固定，时常发生抓取量不够，影响到实际工作效率；更有可能发生翻斗，发生安全问题。因此需要有一种桥式起重机自动化作业系统和任务智能管理方法，用以配合现有散货管理，优化散货料池管理。
发明内容
本发明解决的问题是：传统的物料半自动作业系统工作效率低、存在安全问题。
为解决上述问题，
一方面，本发明提供一种库区物料自动作业系统，包括中控台、扫描设备、搬运设备及数据中转设备，其中：
所述扫描设备，用于扫描库区物料以获取扫描数据；
所述搬运设备，用于搬运物料；
所述数据中转设备，用于中转所述中控台与所述扫描设备之间、所述中控台与所述搬运设备之间的通信数据；
所述中控台，用于构建库区全场物料的三维模型，根据所述三维模型的数据判断是否需要进/出料，并在需要进/出料时控制所述搬运设备实现物料的自动化搬运。
可选的，所述扫描设备包括激光设备和云台设备，所述云台设备用于带动所述激光设备旋转。
可选的，所述扫描设备由所述云台设备带动旋转，直到所述扫描设备的扫描平面垂直于地平面，通过所述搬运设备的移动带动所述扫描设备完成扫描；
或所述云台设备带动所述激光设备进行特定角度旋转以完成特定角度扫描。
可选的，所述搬运设备包括桥式起重机，所述桥式起重机内设有PLC模块、大车行走单元、小车行走单元及抓斗起升支持单元，所述PLC模块用于控制所述大车行走单元、所述小车行走单元及所述抓斗起升支持单元，所述大车行走单元、所述小车行走单元用于带动所述桥式起重机行走，所述抓斗起升支持单元用于抓取及卸载物料。
相对于现有技术，本发明所述的库区物料自动作业系统具有以下优势：
(1)本发明所述的库区物料自动作业系统能够对多个任务类型进行监视，通过建模还原库区散料实际分布情况，以制定出最优任务分配方式，增加实际的工作效率；同时实现了高度无人化，自动化程度高，减轻人力劳动成本，提高库区人员安全性；
(2)本发明所述的库区物料自动作业系统可自行判断是否需要进/出料；依据三维模型能够获取库区物料最有效的特征，判断准确性高；
(3)本发明所述的库区物料自动作业系统可计算规划出搬运设备自动作业的路径并实现作业任务的自动执行。
另一方面，本发明的另一目的在于提出一种库区物料自动作业方法，以解决传统的物料半自动作业系统工作效率低、存在安全问题的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种库区物料自动作业方法，包括：
扫描设备扫描库区全场物料以获取扫描数据；
中控台根据所述扫描数据构建库区全场物料的三维模型；
所述中控台根据所述三维模型的数据判断是否需要进/出料；
若需要进/出料，所述中控台至少控制搬运设备自动执行进/出料任务。
可选的，所述中控台根据所述三维模型的数据判断是否需要进/出料，包括：
从所述三维模型的数据中计算出进/出料口物料高度；
根据所述进/出料口物料高度判断是否需要进/出料。
可选的，所述若需要进/出料，所述中控台至少控制搬运设备自动执行进/出料任务，包括：
若需要进/出料，所述中控台从所述三维模型的数据中计算出物料存储区域物料高度并获取物料分布最低/高点；
若执行进料，所述中控台控制所述搬运设备从进料口中心抓取物料搬运到所述物料分布最低点；
若执行出料，所述中控台控制所述搬运设备从所述物料分布最高点抓取物料搬运到出料口中心。
可选的，所述中控台控制所述搬运设备完成抓取或卸放物料动作之后，所述中控台控制所述扫描设备对当前位置下方的物料进行特定角度扫描，并根据扫描得到的数据更新所述三维模型的数据。
所述库区物料自动作业方法与上述库区物料自动作业系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
另一方面，本发明的另一目的在于提出一种计算机可读存储介质，以解决传统的物料半自动作业系统工作效率低、存在安全问题的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现上述任一项所述的库区物料自动作业方法。
所述计算机可读存储介质与上述库区物料自动作业系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例所述的库区物料自动作业系统的总体结构框图；
图2为本发明实施例所述的库区物料自动作业系统的具体结构框图；
图3为本发明实施例所述的库区物料自动作业方法的流程图；
图4为本发明实施例所述的步骤S3的流程图；
图5为本发明实施例所述的步骤S32的流程图；
图6为本发明实施例所述的步骤S4的流程图。
附图标记说明：
10-中控台；20-扫描设备；30-搬运设备；301-PLC模块；302-大车行走单元；303-小车行走单元；304-抓斗起升支持单元；40-数据中转设备；401-交换机。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如图1所示，其为本实施例中库区物料自动作业系统的结构框图；其中，所述库区物料自动作业系统包括中控台10、扫描设备20、搬运设备30及数据中转设备40，其中：
所述扫描设备20，用于扫描库区物料以获取扫描数据；
所述搬运设备30，用于搬运物料；
所述数据中转设备40，用于中转所述中控台10与所述扫描设备20之间、所述中控台10与所述搬运设备30之间的通信数据；
所述中控台10，用于构建库区全场物料的三维模型，根据所述三维模型的数据判断是否需要进/出料，并在需要进/出料时控制所述搬运设备30实现物料的自动化搬运。
这样，本实施例中的库区物料自动作业系统能够对多个任务类型进行监视，通过建模还原库区散料实际分布情况，以制定出最优任务分配方式，增加实际的工作效率；同时实现了高度无人化，自动化程度高，减轻人力劳动成本，提高库区人员安全性。
可选的，如图2所示，所述扫描设备20包括激光设备和云台设备，所述云台设备用于带动所述激光设备旋转。这样，激光设备和云台设备可配合完成对库区物料的扫描，以便构建三维模型。
可选的，所述扫描设备20具有特定角度扫描及平扫扫描两种扫描方式。
其中，平扫扫描方式为：扫描设备20由云台设备的伺服电机带动旋转，直到扫描设备20的扫描平面垂直于地平面，通过搬运设备30的移动带动扫描设备20来完成一定区域内的扫描，以获取一定区域内的三维数据。特定角度扫描方式为：云台设备带动激光设备进行特定角度旋转来完成扫描，以获取一定角度下所覆盖区域的三维数据。
这样，本实施例中的库区物料自动作业系统可利用扫描设备20构建三维模型并及时更新。
可选的，如图2所示，所述搬运设备30包括桥式起重机，所述桥式起重机内设有PLC模块301、大车行走单元302、小车行走单元303及抓斗起升支持单元304，所述PLC模块301用于控制所述大车行走单元302、所述小车行走单元303及所述抓斗起升支持单元304，所述大车行走单元302、所述小车行走单元303用于带动所述桥式起重机行走，所述抓斗起升支持单元304用于抓取及卸载物料。
其中，中控台10内设置有PLC通信模块，用于与桥式起重机内的PLC模块301进行通信。
这样，桥式起重机内的各个组成部分可配合完成物料搬运作业。
本实施例中，系统启动后，PLC模块301接收到中控台10的作业指令后，控制大车行走单元302进行大车行走，PLC模块301通过获取编码器的数值来控制大车移动距离，大车移动带动激光设备自待作业区域的左侧边缘向待作业区域的右侧边缘移动，以完成单次平扫扫描。中控台10将激光设备返回激光测量数据点并进行数据坐标转换，从激光坐标系转换为基于大地物理坐标系的坐标值，以对应散货库区中物料分布，并存储到库区全场数据中，中控台10将全场数据通过算法运算建立成三维模型，根据三维模型的数据计算出目标区域内的特征点坐标值。
可选的，所述扫描设备20安装在所述桥式起重机靠近司机室一侧大梁的中间部位。
由于桥式起重机内部结构的限制，扫描设备20需要与桥式起重机进行适配性安装，以保证扫描设备20可以兼顾桥式起重机两侧的扫描区域，实现较大的扫描范围。
可选的，如图2所示，所述数据中转设备40包括交换机401。这样可完成中控台10与扫描设备20之间、中控台10与搬运设备30之间的数据交换。
可选的，所述中控台10还用于显示所述三维模型的图像。这样便于操作人员直接掌握库区全场物料的分布状态。
如图3所示，本实施例还提供一种库区物料自动作业方法，包括：
步骤S1，扫描设备20扫描库区全场物料以获取扫描数据；
步骤S2，中控台10根据所述扫描数据构建库区全场物料的三维模型；
步骤S3，所述中控台10根据所述三维模型的数据判断是否需要进/出料；
步骤S4，若需要进/出料，所述中控台10至少控制搬运设备30自动执行进/出料任务；
其中，对于步骤S1和步骤S2，若系统中存储有库区全场物料三维模型的数据，则直接获取存储的数据。
可选的，步骤S1之前，所述库区物料自动作业方法还包括：
若系统初次启动，所述中控台10对作业指令和库区参数进行设定。
其中，所述作业指令包括作业类型、作业区域、作业桥式起重机编号，所述库区参数包括散货库区中的进料口、出料口、散货物料存储区等区域的物理坐标，以及进料指令启动值、出料指令启动值等参数。
这样系统可根据设定的参数进行自动化作业。
可选的，步骤S2包括：
将所述扫描数据转化为基于大地物理坐标系的坐标值数据集；
基于所述数据集构建所述三维模型。
这样可基于扫描设备20得到的数据构建出库区全场物料的三维模型。
可选的，如图4所示，步骤S3包括：
步骤S31，从所述三维模型的数据中计算进/出料口物料高度；
步骤S32，根据所述进/出料口物料高度判断是否需要进/出料。
其中，步骤S32中，根据所述进料口物料高度判断是否需要进料，根据所述出料口物料高度判断是否需要出料。本实施例中，系统设定了进/出料口物理坐标，中控台10根据进/出料的物理坐标位置可在三维模型的数据中计算出进/出料口对应的物料高度信息。
这样，本实施例可根据三维模型判断是否需要进/出料。
可选的，如图5所示，步骤S32包括：
步骤S321，获取设定的进/出料指令启动值和所述进/出料口对应物料高度分布；
步骤S322，判断所述进/出料口对应物料高度是否满足进/出料作业条件，若是则需要执行进/出料作业任务。
其中，步骤S322中，判断所述进料口对应物料高度是否满足进料作业条件，若是则需要执行进料作业任务；判断所述出料口对应物料高度是否满足出料作业条件，若是则需要执行出料作业任务。
其中，进料作业条件为：若进料口区域物料最高点小于或等于进料指令启动值，则证明进料口物料较少，不需要执行进料作业任务；反之，则证明进料口物料堆积，需要执行进料作业任务。
其中，出料作业条件为：若出料口区域物料最低点大于或等于出料指令启动值，则证明出料口还有余料，不需要执行出料作业任务；反之，则证明出料口余料不足，需要执行出料作业任务。
这样，本实施例可通过进/出料口物料高度判断是否需要进/出料；由于进/出料口物料高度为表征进/出料口物料分布最直接和最有效的特征，可准确判断是否需要进/出料。
可选的，如图6所示，步骤S4包括：
步骤S41，若需要进/出料，所述中控台10从所述三维模型的数据中计算出物料存储区域物料高度并获取物料分布最低/高点；
步骤S42，若执行进料，所述中控台10控制所述搬运设备30从进料口中心抓取物料搬运到所述物料分布最低点；
步骤S43，若执行出料，所述中控台10控制所述搬运设备30从所述物料分布最高点抓取物料搬运到出料口中心。
其中，步骤S41中，若需要进料，所述中控台10从所述三维模型的数据中计算出物料存储区域物料高度并获取物料分布最低点；若需要出料，所述中控台10从所述三维模型的数据中计算出物料存储区域物料高度并获取物料分布最高点。
其中，步骤S42进一步包括：
若执行进料，所述中控台10控制所述搬运设备30从所述进料口中心抓取物料；
所述中控台10控制所述搬运设备30将从所述进料口中心抓取的物料卸放到所述物料分布最低点。
步骤S43进一步包括：
若执行出料，所述中控台10控制所述搬运设备30从所述物料分布最高点抓取物料；
所述中控台10控制所述搬运设备30将从所述物料分布最高点抓取的物料卸放到所述出料口中心。
本实施例中，若执行进料，则进料口中心为作业起始位置，物料分布最低点为作业结束位置；若执行出料，则物料分布最高点为作业起始位置，出料口中心为作业结束位置。执行进/出料任务时，中控台10发送进/出料指令、作业起始位置、作业结束位置等信息及通信协议要求，通过内置的PLC通信模块传递给PLC模块301，PLC模块301接收进/出料指令、作业起始位置、作业结束位置等信息，控制大车行走单元302、小车行走单元303移动到作业起始位置，通过控制抓斗起升支持单元304完成抓斗对物料的抓取，再通过控制大车行走单元302、小车行走单元303移动到作业结束位置，通过控制抓斗起升支持单元304完成抓斗对物料的卸放，以完成单次出料自动化作业流程，继而PLC模块301向中控台10反馈单次作业流程结束信号。
这样，本实施例可通过上述步骤计算出搬运设备30自动出料作业的路径并实现进料任务的自动执行。
可选的，所述中控台10控制所述搬运设备30完成抓取或卸放物料动作之后，所述中控台10控制所述扫描设备20对当前位置下方的物料进行特定角度扫描，并根据扫描得到的数据更新所述三维模型的数据。
其中，所述当前位置指的是扫描设备20的当前位置。由于抓斗完成对物料抓取的动作或卸放的动作后，扫描设备20当前位置下方的物料分布状态发生了改变，若不对三维模型进行更新，难以保证三维模型的可靠性，也会破坏自动化作业的稳定性。
这样，本实施例在抓斗完成物料抓取动作或卸放动作后对扫描设备20当前位置下方的物料进行扫描，并根据扫描得到的数据更新三维模型的数据，可保证三维模型的可靠性及自动化作业的稳定性。
可选的，所述特定角度为90°。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现上述任意一种库区物料自动作业方法。
这样，本实施例中的计算机可读存储介质能够对多个任务类型进行监视，通过建模还原库区散料实际分布情况，以制定出最优任务分配方式，增加实际的工作效率；同时实现了高度无人化，自动化程度高，减轻人力劳动成本，提高库区人员安全性。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种库区物料自动作业系统，其特征在于，包括中控台(10)、扫描设备(20)、搬运设备(30)及数据中转设备(40)，其中：
所述扫描设备(20)，用于扫描库区物料以获取扫描数据；
所述搬运设备(30)，用于搬运物料；
所述数据中转设备(40)，用于中转所述中控台(10)与所述扫描设备(20)之间、所述中控台(10)与所述搬运设备(30)之间的通信数据；
所述中控台(10)，用于构建库区全场物料的三维模型，根据所述三维模型的数据判断是否需要进/出料，并在需要进/出料时控制所述搬运设备(30)实现物料的自动化搬运。
2.根据权利要求1所述的库区物料自动作业系统，其特征在于，所述扫描设备(20)包括激光设备和云台设备，所述云台设备用于带动所述激光设备旋转。
3.根据权利要求2所述的库区物料自动作业系统，其特征在于，所述扫描设备(20)由所述云台设备带动旋转，直到所述扫描设备(20)的扫描平面垂直于地平面，通过所述搬运设备(30)的移动带动所述扫描设备(20)完成扫描；
或所述云台设备带动所述激光设备进行特定角度旋转以完成特定角度扫描。
4.根据权利要求1所述的库区物料自动作业系统，其特征在于，所述搬运设备(30)包括桥式起重机，所述桥式起重机内设有PLC模块(301)、大车行走单元(302)、小车行走单元(303)及抓斗起升支持单元(304)，所述PLC模块(301)用于控制所述大车行走单元(302)、所述小车行走单元(303)及所述抓斗起升支持单元(304)，所述大车行走单元(302)、所述小车行走单元(303)用于带动所述桥式起重机行走，所述抓斗起升支持单元(304)用于抓取及卸载物料。
5.一种库区物料自动作业方法，其特征在于，包括：
扫描设备(20)扫描库区全场物料以获取扫描数据；
中控台(10)根据所述扫描数据构建库区全场物料的三维模型；
所述中控台(10)根据所述三维模型的数据判断是否需要进/出料；
若需要进/出料，所述中控台(10)至少控制搬运设备(30)自动执行进/出料任务。
6.根据权利要求5所述的库区物料自动作业方法，其特征在于，所述中控台(10)根据所述三维模型的数据判断是否需要进/出料，包括：
从所述三维模型的数据中计算出进/出料口物料高度；
根据所述进/出料口物料高度判断是否需要进/出料。
7.根据权利要求5或6所述的库区物料自动作业方法，其特征在于，若需要进/出料，所述中控台(10)至少控制搬运设备(30)自动执行进/出料任务，包括：
若需要进/出料，所述中控台(10)从所述三维模型的数据中计算出物料存储区域物料高度并获取物料分布最低/高点；
若执行进料，所述中控台(10)控制所述搬运设备(30)从进料口中心抓取物料搬运到所述物料分布最低点；
若执行出料，所述中控台(10)控制所述搬运设备(30)从所述物料分布最高点抓取物料搬运到出料口中心。
8.根据权利要求7所述的库区物料自动作业方法，其特征在于，所述中控台(10)控制所述搬运设备(30)完成抓取或卸放物料动作之后，所述中控台(10)控制所述扫描设备(20)对当前位置下方的物料进行特定角度扫描，并根据扫描得到的数据更新所述三维模型的数据。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如权利要求5-8任一项所述的方法。
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