CN111674954B - 一种取料系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种取料系统及方法，所述系统包括：激光扫描装置和控制单元。控制单元被配置为执行以下步骤：获取料堆模型；计算待取区域的料层数量；将料堆区域划分为多层待取区域；将位于最上层的待取区域作为目标待取区域，获取目标待取区域的取料切入点；计算取料切入点对应的目标姿态数据；控制取料机移动至目标姿态；控制大臂按照预先设定的第一方向旋转；实时判断斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界；如果是，控制大臂降低旋转速度；控制大机移动至下一个取料位置；按照第二方向旋转大臂，继续进行取料操作。采用本申请实施例提供的取料系统，能够实现自动化取料操作，解决了现有人工操作取料机所带来的人员和设备安全问题。

Description

一种取料系统及方法

技术领域

本申请涉及自动控制技术领域，具体涉及一种取料系统及方法。

背景技术

钢铁企业中，原料场是接受、贮存、加工处理和混匀物料的场地，其中，物料主要包括钢铁冶金原料或燃料。将物料堆放于原料场中的过程称为堆料，将物料从原料场取出的过程称为取料。在原料场中，通常使用堆取料机执行堆料和取料操作。

斗轮式堆取料机既可以执行取料操作，又可以执行堆料操作，因此目前广泛应用于原料场。现有斗轮式堆取料机如图1所示，主要包括：设置于底端的大机1、与所述大机1活动连接的大臂2、设置于所述大臂2末端的斗轮3。其中，大机1可沿预先设定的轨道运行，从而带动大臂2产生位移；大臂2可绕俯仰旋转点A水平旋转或者俯仰旋转。执行堆料操作时，斗轮3不转动，卸料口在大臂2上靠近斗轮3的一端，物料通过大臂2上的皮带输送至卸料口，控制大机1运动以及大臂2转动，将物料卸到指定位置。执行取料操作时，大机运动到合适的位置后，控制斗轮3旋转，斗轮3的旋转使得物料被带到大臂2的皮带上，然后沿大臂2的皮带传递至轨道中间的皮带上，再经过轨道中间的皮带输送至其他区域。

现有斗轮式堆取料机为人工操作，每台斗轮式堆取料机至少配备一名操作人员，由操作人员在驾驶室手动操控堆取料机。然而，人工操作需要操作人员长时间注意力集中，劳动强度大、工作时间长，不利于操作人员的安全。另外，现场还会存在许多干扰因素，比如水雾、粉尘等，导致操作人员的视线受阻，容易发生碰撞等问题，威胁设备安全运行。

发明内容

本申请提供一种取料系统及方法，以解决现有技术中，人工操作取料机所带来的人员和设备安全问题。

本申请的第一方面，提供一种取料系统，所述取料系统应用于取料机，所述取料机包括用于在轨道上行走的大机、设置于大机上的大臂以及位于大臂末端的斗轮；所述斗轮随所述大机和大臂的位置变化而变化，所述斗轮用于将料堆区域内的物料输送至大臂上的皮带上；所述取料系统包括：

设置于所述大臂侧面的激光扫描装置，所述激光扫描装置用于向料堆区域发射激光点，并接受料堆区域表面的反射点，以获取料堆区域表面各个反射点的位置参数；

设置于所述大机表面的控制单元，所述控制单元与所述激光扫描装置相连接，用于获取所述料堆区域表面各个反射点的位置参数，控制所述大机和大臂动作，以便完成取料操作；

所述控制单元被配置为执行以下步骤：

根据激光扫描装置发送的料堆区域表面各个反射点的位置参数，获取料堆模型，其中，所述料堆区域近似条形，包括料堆表面以及与所述料堆区域内的地面相接的四周面；

获取所述料堆表面距离地面的最大高度，计算待取区域的料层数量；

根据所述待取区域的料层数量，将所述料堆区域划分为多层待取区域；

将位于最上层的待取区域作为目标待取区域，获取所述目标待取区域的取料切入点，所述取料切入点为所述料堆区域内，距离坐标系原点最近的点；

计算所述取料切入点对应的目标姿态数据，所述目标姿态数据包括大机位置、大臂的俯仰角度以及大臂的回转角度；

控制取料机从初始姿态移动至目标姿态，所述目标姿态与所述目标姿态数据相对应；

在大臂的俯仰角度不变的情况下，控制大臂按照预先设定的第一方向旋转；

实时判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界；

如果所述斗轮的位置到达所述目标待取区域的取料边界，则控制大臂降低旋转速度；

按照预先设定的步进距离，控制大机移动至下一个取料位置；

按照与所述第一方向相反的第二方向旋转大臂，控制取料机继续进行目标待取区域的取料操作。

可选的，获取所述料堆表面距离地面的最大高度，计算待取区域的料层数量的步骤包括：

判断最大高度与预设层高相除所得余数是否在预设范围内；

如果最大高度与预设层高相除所得余数在预设范围内，则将最大高度与预设层高的商作为所述待取区域的料层数量；

如果最大高度与预设层高相除所得余数超出预设范围，则将最大高度与预设层高的商加上预设数值的和作为所述待取区域的料层数量。

可选的，根据所述待取区域的料层数量，将所述料堆区域划分为多层待取区域的步骤包括：

计算料堆区域内的等高线；

根据所述待取区域的料层数量，从下至上依次获取每层待取区域的下表面对应的等高线。

可选的，计算所述取料切入点对应的目标姿态数据的步骤包括：

获取所述取料切入点的水平面二维坐标信息P(X,Y)，其中，X为所述取料切入点的横坐标，Y为所述取料切入点的纵坐标，所述横坐标与取料机运行轨道方向重合；

根据以下公式计算大臂的俯仰角度β：

其中，H_m为所述取料切入点相对地平的高度，H为大臂的俯仰旋转点相对地平的高度，L为大臂的俯仰旋转点至所述斗轮的长度；

根据以下公式计算大臂的回转角度ω：

根据以下公式计算大机位置I：

I＝X+L*cosβ*cosω。

可选的，实时判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界的步骤包括：

根据以下公式计算大臂在平面内的投影长度R：

其中，H_m为所述取料切入点相对地平的高度，H为大臂的俯仰旋转点相对地平的高度，L为大臂的俯仰旋转点至所述斗轮的长度；

实时获取大臂的回转角度ω'，根据以下公式计算所述斗轮的位置对应的水平面二维坐标信息P'(X_t,Y_t)：

X_t＝X₀+R*cos(w')；

Y_t＝Y₀+R*sin(w')；

其中，Q(X₀,Y₀)为大机的实时水平面二维坐标信息；

根据所述斗轮的位置对应的水平面二维坐标信息P'(X_t,Y_t)，判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界，其中，如果P'(X_t,Y_t)不在所述目标待取区域的取料边界内，则确定所述斗轮的位置到达所述目标待取区域的取料边界，否则，确定所述斗轮的位置未到达所述目标待取区域的取料边界。

可选的，在大臂的俯仰角度不变的情况下，控制大臂按照预先设定的第一方向旋转的步骤包括：

根据大机所在的位置以及预先设定的单位时间取料量，计算大臂的旋转速度；

控制大臂以所述旋转速度在所述第一方向上旋转取料。

可选的，根据大机所在的位置以及预先设定的单位时间取料量，计算大臂的旋转速度的步骤包括：

以大机所在的旋转中心位置作为原点，取料机运行轨道作为x轴，水平面内与x轴垂直的方向作为y轴，建立平面直角坐标系；

获取大臂在水平面内投影线与x轴之间的夹角θ；

获取大机的步进距离dL，根据以下公式计算大臂在平面内投影线与步进之前大臂在水平面内旋转运行轨迹的交点D(x_d,y_d)：

y_d＝tan(θ)*x_d；

其中，R为大臂在平面内的投影长度；

获取大臂在平面内投影线与步进之后大臂在水平面内旋转运行轨迹的交点C(x_c,y_c)，根据以下公式计算取料机在夹角θ时的取料深度l_θ：

将大臂方向的料堆截面长度作为取料深度，获取取料深度方向上的取料高度h_θ，所述取料高度h_θ为C点高度减去所述斗轮的高度；

根据以下公式计算大臂在单位时间内的回转角度γ：

其中，Q_m为预先设定的单位时间取料量；

控制大臂以单位时间内的回转角度γ对应的旋转速度进行旋转取料。

本申请的第二方面，提供一种取料方法，所述取料方法应用于取料机，所述取料机包括用于在轨道上行走的大机、设置于大机上的大臂以及位于大臂末端的斗轮；所述斗轮随所述大机和大臂的位置变化而变化，所述斗轮用于将料堆区域内的物料输送至大臂上的皮带上；所述取料方法包括：

获取料堆区域表面各个反射点的位置参数，计算料堆模型，其中，所述反射点为按照预设间隔选定的位于料堆表面的多个点，所述料堆区域近似条形，所述料堆区域包括料堆表面以及与所述料堆区域内的地面相接的四周面；

获取所述料堆表面距离地面的最大高度，计算待取区域的料层数量；

根据所述待取区域的料层数量，将所述料堆区域划分为多层待取区域；

将位于最上层的待取区域作为目标待取区域，获取所述目标待取区域的取料切入点，所述取料切入点为所述料堆区域内，距离坐标系原点最近的点；

计算所述取料切入点对应的目标姿态数据，所述目标姿态数据包括大机位置、大臂的俯仰角度以及大臂的回转角度；

控制取料机从初始姿态移动至目标姿态，所述目标姿态与所述目标姿态数据相对应；

在大臂的俯仰角度不变的情况下，控制大臂按照预先设定的第一方向旋转；

实时判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界；

如果所述斗轮的位置到达所述目标待取区域的取料边界，则控制大臂降低旋转速度；

按照预先设定的步进距离，控制大机移动至下一个取料位置；

按照与所述第一方向相反的第二方向旋转大臂，继续进行目标待取区域的取料操作。

由以上技术方案可知，本申请提供一种取料系统及方法，所述系统包括：设置于大臂侧面的激光扫描装置和设置于大机表面的控制单元。控制单元被配置为执行以下步骤：获取料堆模型；计算待取区域的料层数量；将料堆区域划分为多层待取区域；将位于最上层的待取区域作为目标待取区域，获取目标待取区域的取料切入点；计算取料切入点对应的目标姿态数据；控制取料机移动至目标姿态；控制大臂按照预先设定的第一方向旋转；实时判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界；如果是，控制大臂降低旋转速度；控制大机移动至下一个取料位置；按照与所述第一方向相反的第二方向旋转大臂，继续进行取料操作。采用本申请实施例提供的取料系统，能够实现自动化取料操作，解决了现有人工操作取料机所带来的人员和设备安全问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有斗轮式取料机的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种取料系统的场景示意图；

图3为本申请实施例提供的一种取料系统中，控制单元的工作流程图；

图4为本申请实施例提供的取料机与取料切入点的位置关系图；

图5为本申请实施例提供的取料机进行旋转取料的轨迹示意图；

图6为本申请实施例提供的平面直角坐标系内，大机步进前后大臂在平面内运行轨迹的示意图；

图7为本申请实施例提供的一种取料方法的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了解决现有技术中，人工操作取料机所带来的人员和设备安全问题，本申请提供一种取料系统及方法。

图2为本申请实施例提供的一种取料系统的场景示意图。参见图2，所述取料系统应用于取料机，所述取料机包括用于在轨道上行走的大机1、设置于大机1上的大臂2以及位于大臂2末端的斗轮3；所述斗轮随所述大机和大臂的位置变化而变化，所述斗轮用于将料堆区域内的物料输送至大臂上的皮带上。

本申请提供的取料系统包括：设置于所述大臂侧面的激光扫描装置4和设置于所述大机表面的控制单元5。所述激光扫描装置4用于向料堆区域发射激光点，并接受料堆区域表面的反射点，以获取料堆区域表面各个反射点的位置参数；所述控制单元5与所述激光扫描装置4相连接，用于获取所述料堆区域表面各个反射点的位置参数，控制所述大机1和大臂2动作，以便完成取料操作。

本申请实施例提供的取料系统中，激光扫描装置4设置于大臂2下表面，在取料之前，控制大臂2按照一定的速度在料堆上方回转，回转过程中，激光扫描装置4按照特定的频率向料堆表面发射激光，将料堆表面接收激光并反射的点作为反射点，则激光扫描装置4能够获取料堆表面多个反射点的位置参数。

激光扫描装置4完成扫描之后，将获得的数据发送至控制单元5，由控制单元5处理数据，并根据处理的数据，进行一系列计算，以此控制取料机的大机和大臂动作，执行自动取料过程。

图3为本申请实施例提供的一种取料系统中，控制单元的工作流程图。

参见图3，本申请实施例中，所述控制单元被配置为执行以下步骤：

步骤101，根据激光扫描装置发送的料堆区域表面各个反射点的位置参数，获取料堆模型，其中，所述料堆区域近似条形，包括料堆表面以及与所述料堆区域内的地面相接的四周面。

该步骤中，各个反射点的位置参数包括各个反射点在平面直角坐标系中的横坐标和纵坐标数据，以及该反射点的高度数据。

为统一计算，本申请实施例中，建立料堆模型的过程以及后续的计算过程均采用同一个平面直角坐标系，该平面直角坐标系以大机所在的位置作为原点，取料机运行轨道作为x轴，水平面内与x轴垂直的方向作为y轴，建立平面直角坐标系。其中，大机所在的位置指大机在移动获取数据之前的初始位置。

根据各个反射点的位置参数，可建立2D或者3D模型，该模型即为料堆模型。

步骤102，获取所述料堆表面距离地面的最大高度，计算待取区域的料层数量。

本申请实施例中，采用分层取料的方式进行取料。分层取料时，制约每层取料层高的因素主要是斗轮本身的尺寸以及转速等参数，因此，在斗轮确定的情况下，每层取料层高通常是预先确定的，将每层取料层高作为预设层高。

在一种可实现的方式中，采用以下步骤计算待取区域的料层数量：

步骤1021，判断最大高度与预设层高相除所得余数是否在预设范围内。

该步骤中，由于料堆表面通常存在凹凸不平的情况，为使结果更准确，采用料堆表面的最大高度作为料堆区域的总高度。如果最大高度与预设层高相除所得余数在预设范围内，则执行步骤1022的操作；否则，执行步骤1023的操作。本申请实施例中，预设范围可根据实际情况确定，通常为一个接近于零的范围。

步骤1022，如果最大高度与预设层高相除所得余数在预设范围内，则将最大高度与预设层高的商作为所述待取区域的料层数量。

步骤1023，如果最大高度与预设层高相除所得余数超出预设范围，则将最大高度与预设层高的商加上预设数值的和作为所述待取区域的料层数量。

该步骤中，预设数值通常为1，即，如果余数超出预设范围，在最大高度与预设层高相除所得商的基础上加上1，即为所述待取区域的料层数量。

步骤103，根据所述待取区域的料层数量，将所述料堆区域划分为多层待取区域。

在步骤102中，已经计算出待取区域的料层数量，实际取料过程中，按照待取区域的料层数量进行分层取料。取料机在进行每层取料时，通常按照设定的位置参数进行移动，因此，为了给每层取料操作划分特定的位置，本申请实施例采用以下步骤将所述料堆区域划分为多层待取区域：

步骤1031，计算料堆区域内的等高线。

步骤1032，根据所述待取区域的料层数量，从下至上依次获取每层待取区域的下表面对应的等高线。

通过以上步骤，确定每层区域的下表面对应的等高线，在执行取料的过程中，由于是从上层至下层取料，只需确定每层取料的下边界与该层待取区域的下表面的等高线一致即可。

步骤104，将位于最上层的待取区域作为目标待取区域，获取所述目标待取区域的取料切入点，所述取料切入点为所述料堆区域内，距离坐标系原点最近的点。

图4为本申请实施例提供的取料机与取料切入点的位置关系图。如图4所示，在平面直角坐标系中，获取大机所在的位置坐标以及待取区域的下表面各点的位置坐标，则能够计算出距离坐标系原点最近的点的位置坐标，将该点作为取料切入点。实际上，距离坐标原点最近的点通常距离大机也较近，这样，可以在大机移动较少距离的情况下就能到达取料切入点的位置；另外，将距离坐标原点最近的点作为取料切入点也符合大机的运动轨迹，参见图5所示的取料机进行旋转取料的轨迹示意图。取料机在执行每层取料时，从取料切入点开始，旋转过程中大机的位置不变，改变大臂的回转角度进行旋转取料，直至该层取料完毕。

步骤105，计算所述取料切入点对应的目标姿态数据，所述目标姿态数据包括大机位置、大臂的俯仰角度以及大臂的回转角度。

在一种可实现的方式中，采用以下步骤计算所述取料切入点对应的目标姿态数据：

步骤1051，获取所述取料切入点的水平面二维坐标信息P(X,Y)，其中，X为所述取料切入点的横坐标，Y为所述取料切入点的纵坐标，所述横坐标与取料机运行轨道方向重合；

步骤1052，根据以下公式计算大臂的俯仰角度β：

其中，H_m为所述取料切入点相对地平的高度，H为大臂的俯仰旋转点相对地平的高度，L为大臂的俯仰旋转点至所述斗轮的长度；

步骤1053，根据以下公式计算大臂的回转角度ω：

步骤1054，根据以下公式计算大机位置I：

I＝X+L*cosβ*cosω。

步骤106，控制取料机从初始姿态移动至目标姿态，所述目标姿态与所述目标姿态数据相对应。

该步骤中，目标姿态下，斗轮所在的位置即取料切入点的位置。控制取料机初始姿态移动至目标姿态，即控制取料机移动至符合取料切入点的位置。

步骤107，在大臂的俯仰角度不变的情况下，控制大臂按照预先设定的第一方向旋转。

在执行每层待取区域的取料操作时，始终保持大臂的俯仰角度不变，按照图5所示的轨迹示意图进行旋转取料。参见图5，在取料机移动至目标姿态之后，大机的位置不变，料场的俯视角度下，以大机为圆心，大臂为半径进行旋转，旋转过程始终保持相同的旋转方向，本步骤中，将该旋转方向作为第一方向。

实际取料过程中，假设第一方向如图5中第一个轨迹线所示的方向，即从靠近轨道旋转至远离轨道的方向，由于取料过程中与斗轮接触到的物料厚度处于变化的状态，如果匀速的方式进行旋转取料，则在物料厚的地方单位时间内取料多，物料薄的地方单位时间内取料少。然而，在物料厚的地方，如果单位时间内取料过多，则有可能超过斗轮单位时间取料量的最大值，导致不能完全取料的状况出现。因此，为了保证斗轮在单位时间取料量低于预先设定的最大值，需要控制大臂在不同的回转角度下以不同的旋转角度进行旋转取料，在一种可实现的方式中，采用以下步骤控制大臂按照预先设定的第一方向旋转：

步骤1071，根据大机所在的位置以及预先设定的单位时间取料量，计算大臂的旋转速度。

步骤1072，控制大臂以所述旋转速度在所述第一方向上旋转取料。

本申请实施例以大机步进前后的位置坐标作为参照，计算大臂的旋转速度，参见图6所示的平面直角坐标系内，大机步进前后大臂在平面内运行轨迹的示意图。如图6所示，XO₀Y₁为大机步进之前的平面直角坐标系，O₀处即为大机步进之前所在的位置，弧A₀B₀为大机步进之前的轨迹；XOY为大机步进之后的平面直角坐标系，O处即为大机步进之后所在的位置，弧AB为大机步进之后的轨迹。假设取料机在执行该层取料时，大机移动至O处，则弧A₀B₀以内的物料已经在此之前被取走，弧AB是大机在O处的预测轨迹，线段OC为大臂在平面直角坐标系中的投影，线段OC与弧A₀B₀的交点为D点，则线段CD即为大臂旋转至C点位置时对应的取料厚度。本申请实施例中，采用以下步骤计算大臂的旋转速度：

以大机所在的旋转中心位置作为原点，取料机运行轨道作为x轴，水平面内与x轴垂直的方向作为y轴，建立平面直角坐标系，即XOY坐标系；

获取大臂在水平面内投影线与x轴之间的夹角θ，本申请实施例中，夹角θ即线段OC与X轴的夹角；

获取大机的步进距离dL，根据以下公式计算大臂在平面内投影线与步进之前大臂在水平面内旋转运行轨迹的交点D(x_d,y_d)：

y_d＝tan(θ)*x_d；

其中，R为大臂在平面内的投影长度，即线段OC的长度；

获取大臂在平面内投影线与步进之后大臂在水平面内旋转运行轨迹的交点C(x_c,y_c)，根据以下公式计算取料机在夹角θ时的取料深度l_θ：

将大臂方向的料堆截面长度作为取料深度，获取取料深度方向上的取料高度h_θ，所述取料高度h_θ为C点高度减去所述斗轮的高度；

根据以下公式计算大臂在单位时间内的回转角度γ：

其中，Q_m为预先设定的单位时间取料量；

控制大臂以单位时间内的回转角度γ对应的旋转速度进行旋转取料。

步骤108，实时判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界。

在一种可实现的方式中，实时判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界的步骤包括：

根据以下公式计算大臂在平面内的投影长度R：

其中，H_m为所述取料切入点相对地平的高度，H为大臂的俯仰旋转点相对地平的高度，L为大臂的俯仰旋转点至所述斗轮的长度；

实时获取大臂的回转角度ω'，根据以下公式计算所述斗轮的位置对应的水平面二维坐标信息P'(X_t,Y_t)：

X_t＝X₀+R*cos(w')；

Y_t＝Y₀+R*sin(w')；

其中，Q(X₀,Y₀)为大机的实时水平面二维坐标信息；

根据所述斗轮的位置对应的水平面二维坐标信息P'(X_t,Y_t)，判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界，其中，如果P'(X_t,Y_t)不在所述目标待取区域的取料边界内，则确定所述斗轮的位置到达所述目标待取区域的取料边界，否则，确定所述斗轮的位置未到达所述目标待取区域的取料边界。

根据以上步骤判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界，如果是，则执行步骤109的操作；如果没有到达，则继续控制大臂进行旋转取料。

步骤109，如果所述斗轮的位置到达所述目标待取区域的取料边界，则控制大臂降低旋转速度。

该步骤中，如果到达目标待取区域的取料边界，则需要改变大臂的旋转方向继续取料，在此之前，需要控制大臂降低旋转速度，在大臂在第一方向上的旋转速度降到比较低的范围内时，再控制大臂转换旋转方向。

步骤1010，按照预先设定的步进距离，控制大机移动至下一个取料位置。

步骤1011，按照与所述第一方向相反的第二方向旋转大臂，控制取料机继续进行目标待取区域的取料操作。

步骤107至步骤1011是取料机执行每层旋转取料的操作步骤，在当前待取区域取料完毕后，即可进行下一层取料操作，即重复执行步骤107至步骤1011的操作。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种取料系统，所述系统包括：设置于大臂侧面的激光扫描装置和设置于大机表面的控制单元。控制单元被配置为执行以下步骤：获取料堆模型；计算待取区域的料层数量；将料堆区域划分为多层待取区域；将位于最上层的待取区域作为目标待取区域，获取目标待取区域的取料切入点；计算取料切入点对应的目标姿态数据；控制取料机移动至目标姿态；控制大臂按照预先设定的第一方向旋转；实时判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界；如果是，控制大臂降低旋转速度；控制大机移动至下一个取料位置；按照与所述第一方向相反的第二方向旋转大臂，继续进行取料操作。采用本申请实施例提供的取料系统，能够实现自动化取料操作，解决了现有人工操作取料机所带来的人员和设备安全问题。

参见图7所示的工作流程图，本申请实施例提供一种取料方法，所述取料方法应用于取料机，所述取料机包括用于在轨道上行走的大机、设置于大机上的大臂以及位于大臂末端的斗轮；所述斗轮随所述大机和大臂的位置变化而变化，所述斗轮用于将料堆区域内的物料输送至大臂上的皮带上；所述取料方法包括以下步骤：

步骤201，获取料堆区域表面各个反射点的位置参数，计算料堆模型，其中，所述反射点为按照预设间隔选定的位于料堆表面的多个点，所述料堆区域近似条形，所述料堆区域包括料堆表面以及与所述料堆区域内的地面相接的四周面；

步骤202，获取所述料堆表面距离地面的最大高度，计算待取区域的料层数量；

步骤203，根据所述待取区域的料层数量，将所述料堆区域划分为多层待取区域；

步骤204，将位于最上层的待取区域作为目标待取区域，获取所述目标待取区域的取料切入点，所述取料切入点为所述料堆区域内，距离坐标系原点最近的点；

步骤205，计算所述取料切入点对应的目标姿态数据，所述目标姿态数据包括大机位置、大臂的俯仰角度以及大臂的回转角度；

步骤206，控制取料机从初始姿态移动至目标姿态，所述目标姿态与所述目标姿态数据相对应；

步骤207，在大臂的俯仰角度不变的情况下，控制大臂按照预先设定的第一方向旋转；

步骤208，实时判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界；

步骤209，如果所述斗轮的位置到达所述目标待取区域的取料边界，则控制大臂降低旋转速度；

步骤2010，按照预先设定的步进距离，控制大机移动至下一个取料位置；

步骤2011，按照与所述第一方向相反的第二方向旋转大臂，继续进行目标待取区域的取料操作。

本申请实施例中，料堆区域表面各个反射点的位置参数可由激光扫描装置扫描获得，也可由其他装置测得，此处不作具体限定。本申请实施例提供的方法可由控制单元执行，也可由人工执行，在控制单元执行的情况下，实现了取料过程的自动化，解决了现有人工操作取料机所带来的人员和设备安全问题。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种取料系统，所述取料系统应用于取料机，所述取料机包括用于在轨道上行走的大机、设置于大机上的大臂以及位于大臂末端的斗轮；所述斗轮随所述大机和大臂的位置变化而变化，所述斗轮用于将料堆区域内的物料输送至大臂上的皮带上；其特征在于，所述取料系统包括：

设置于所述大臂侧面的激光扫描装置，所述激光扫描装置用于向料堆区域发射激光点，并接受料堆区域表面的反射点，以获取料堆区域表面各个反射点的位置参数；

设置于所述大机表面的控制单元，所述控制单元与所述激光扫描装置相连接，用于获取所述料堆区域表面各个反射点的位置参数，控制所述大机和大臂动作，以便完成取料操作；

所述控制单元被配置为执行以下步骤：

根据激光扫描装置发送的料堆区域表面各个反射点的位置参数，获取料堆模型，其中，所述料堆区域近似条形，包括料堆表面以及与所述料堆区域内的地面相接的四周面；

获取所述料堆表面距离地面的最大高度，计算待取区域的料层数量；

获取所述料堆表面距离地面的最大高度，计算待取区域的料层数量的步骤包括：

判断最大高度与预设层高相除所得余数是否在预设范围内；

如果最大高度与预设层高相除所得余数在预设范围内，则将最大高度与预设层高的商作为所述待取区域的料层数量；

如果最大高度与预设层高相除所得余数超出预设范围，则将最大高度与预设层高的商加上预设数值的和作为所述待取区域的料层数量；

根据所述待取区域的料层数量，将所述料堆区域划分为多层待取区域；

将位于最上层的待取区域作为目标待取区域，获取所述目标待取区域的取料切入点，所述取料切入点为所述料堆区域内，距离坐标系原点最近的点；

计算所述取料切入点对应的目标姿态数据，所述目标姿态数据包括大机位置、大臂的俯仰角度以及大臂的回转角度；

计算所述取料切入点对应的目标姿态数据的步骤包括：

获取所述取料切入点的水平面二维坐标信息P(X,Y)，其中，X为所述取料切入点的横坐标，Y为所述取料切入点的纵坐标，所述横坐标与取料机运行轨道方向重合；

根据以下公式计算大臂的俯仰角度β：

其中，H_m为所述取料切入点相对地平的高度，H为大臂的俯仰旋转点相对地平的高度，L为大臂的俯仰旋转点至所述斗轮的长度；

根据以下公式计算大臂的回转角度ω：

根据以下公式计算大机位置I：

I＝X+L*cosβ*cosω；

控制取料机从初始姿态移动至目标姿态，所述目标姿态与所述目标姿态数据相对应；

在大臂的俯仰角度不变的情况下，控制大臂按照预先设定的第一方向旋转；

实时判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界；

实时判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界的步骤包括：

根据以下公式计算大臂在平面内的投影长度R：

其中，H_m为所述取料切入点相对地平的高度，H为大臂的俯仰旋转点相对地平的高度，L为大臂的俯仰旋转点至所述斗轮的长度；

实时获取大臂的回转角度ω'，根据以下公式计算所述斗轮的位置对应的水平面二维坐标信息P'(X_t,Y_t)：

X_t＝X₀+R*cos(w')；

Y_t＝Y₀+R*sin(w')；

其中，Q(X₀,Y₀)为大机的实时水平面二维坐标信息；

根据所述斗轮的位置对应的水平面二维坐标信息P'(X_t,Y_t)，判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界，其中，如果P'(X_t,Y_t)不在所述目标待取区域的取料边界内，则确定所述斗轮的位置到达所述目标待取区域的取料边界，否则，确定所述斗轮的位置未到达所述目标待取区域的取料边界；

如果所述斗轮的位置到达所述目标待取区域的取料边界，则控制大臂降低旋转速度；

按照预先设定的步进距离，控制大机移动至下一个取料位置；

按照与所述第一方向相反的第二方向旋转大臂，控制取料机继续进行目标待取区域的取料操作；

其中，根据所述待取区域的料层数量，将所述料堆区域划分为多层待取区域的步骤包括：

计算料堆区域内的等高线；

根据所述待取区域的料层数量，从下至上依次获取每层待取区域的下表面对应的等高线；

确定每层取料的下边界与该层待取区域的下表面的等高线一致；

其中，在大臂的俯仰角度不变的情况下，控制大臂按照预先设定的第一方向旋转的步骤包括：

根据大机所在的位置以及预先设定的单位时间取料量，计算大臂的旋转速度；

控制大臂以所述旋转速度在所述第一方向上旋转取料；

根据大机所在的位置以及预先设定的单位时间取料量，计算大臂的旋转速度的步骤包括：

以大机所在的旋转中心位置作为原点，取料机运行轨道作为x轴，水平面内与x轴垂直的方向作为y轴，建立平面直角坐标系；

获取大臂在水平面内投影线与x轴之间的夹角θ；

获取大机的步进距离dL，根据以下公式计算大臂在平面内投影线与步进之前大臂在水平面内旋转运行轨迹的交点D(x_d,y_d)：

y_d＝tan(θ)*x_d；

其中，R为大臂在平面内的投影长度；

获取大臂在平面内投影线与步进之后大臂在水平面内旋转运行轨迹的交点C(x_c,y_c)，根据以下公式计算取料机在夹角θ时的取料深度l_θ：

将大臂方向的料堆截面长度作为取料深度，获取取料深度方向上的取料高度h_θ，所述取料高度h_θ为C点高度减去所述斗轮的高度；

根据以下公式计算大臂在单位时间内的回转角度γ：

其中，Q_m为预先设定的单位时间取料量；

控制大臂以单位时间内的回转角度γ对应的旋转速度进行旋转取料。

2.一种取料方法，所述取料方法应用于取料机，所述取料机包括用于在轨道上行走的大机、设置于大机上的大臂以及位于大臂末端的斗轮；所述斗轮随所述大机和大臂的位置变化而变化，所述斗轮用于将料堆区域内的物料输送至大臂上的皮带上；其特征在于，所述取料方法包括：

获取料堆区域表面各个反射点的位置参数，计算料堆模型，其中，所述反射点为按照预设间隔选定的位于料堆表面的多个点，所述料堆区域近似条形，所述料堆区域包括料堆表面以及与所述料堆区域内的地面相接的四周面；

获取所述料堆表面距离地面的最大高度，计算待取区域的料层数量；

根据所述待取区域的料层数量，将所述料堆区域划分为多层待取区域；

将位于最上层的待取区域作为目标待取区域，获取所述目标待取区域的取料切入点，所述取料切入点为所述料堆区域内，距离坐标系原点最近的点；

计算所述取料切入点对应的目标姿态数据，所述目标姿态数据包括大机位置、大臂的俯仰角度以及大臂的回转角度；

控制取料机从初始姿态移动至目标姿态，所述目标姿态与所述目标姿态数据相对应；

在大臂的俯仰角度不变的情况下，控制大臂按照预先设定的第一方向旋转；

实时判断所述斗轮的位置是否到达所述目标待取区域的取料边界；

如果所述斗轮的位置到达所述目标待取区域的取料边界，则控制大臂降低旋转速度；

按照预先设定的步进距离，控制大机移动至下一个取料位置；

按照与所述第一方向相反的第二方向旋转大臂，继续进行目标待取区域的取料操作；

其中，根据所述待取区域的料层数量，将所述料堆区域划分为多层待取区域的步骤包括：

计算料堆区域内的等高线；

根据所述待取区域的料层数量，从下至上依次获取每层待取区域的下表面对应的等高线；

其中，在大臂的俯仰角度不变的情况下，控制大臂按照预先设定的第一方向旋转的步骤包括：

根据大机所在的位置以及预先设定的单位时间取料量，计算大臂的旋转速度；

控制大臂以所述旋转速度在所述第一方向上旋转取料；

根据大机所在的位置以及预先设定的单位时间取料量，计算大臂的旋转速度的步骤包括：

以大机所在的旋转中心位置作为原点，取料机运行轨道作为x轴，水平面内与x轴垂直的方向作为y轴，建立平面直角坐标系；

获取大臂在水平面内投影线与x轴之间的夹角θ；

获取大机的步进距离dL，根据以下公式计算大臂在平面内投影线与步进之前大臂在水平面内旋转运行轨迹的交点D(x_d,y_d)：

y_d＝tan(θ)*x_d；

其中，R为大臂在平面内的投影长度；

获取大臂在平面内投影线与步进之后大臂在水平面内旋转运行轨迹的交点C(x_c,y_c)，根据以下公式计算取料机在夹角θ时的取料深度l_θ：

将大臂方向的料堆截面长度作为取料深度，获取取料深度方向上的取料高度h_θ，所述取料高度h_θ为C点高度减去所述斗轮的高度；

根据以下公式计算大臂在单位时间内的回转角度γ：

其中，Q_m为预先设定的单位时间取料量；

控制大臂以单位时间内的回转角度γ对应的旋转速度进行旋转取料。

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