CN112256029A - 一种无人抓钢机控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人抓钢机控制方法及系统，方法包括：根据任务指令，对目标位置进行距离检测，获取检测结果；根据所述检测结果进行路径规划，并根据路径规划结果，发出第一控制指令；根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业；反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制；本发明中的无人抓钢机控制方法，通过任务指令对抓钢机进行路径规划，进而控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业，实现了对不同抓钢机的协调分工和运行路径优化，提高工作效率，自动化程度较高。

Description

一种无人抓钢机控制方法及系统

技术领域

本发明涉及检测控制领域，尤其涉及一种无人抓钢机控制方法及系统。

背景技术

钢铁制造业大多为高强度、高危环境，目前，钢铁制造业的抓钢机需配置数名工作人员进行抓钢机的作业，配置人员较多，劳动负荷大，存在较大安全隐患，且采用人工的方式不便于对堆料的实际形状和体积进行准确评估，且由于抓钢机的作业环境特殊，不具备预先设置的“路”，不同的作业设备，如不同抓钢机之间或抓钢机与装卸车辆之间不能较好地进行任务协同分配及路径规划，导致不同抓钢机的运行路径不能较好地进行优化处理，工作效率较低，且造成一定的安全隐患。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种无人抓钢机控制方法及系统，以解决现有技术中采用人工的方式不便于对不同抓钢机进行协调分工与路径优化，工作效率较低的问题。

本发明提供的无人抓钢机控制方法，包括：

根据任务指令，对目标位置进行距离检测，获取检测结果；

根据所述检测结果进行路径规划，并根据路径规划结果，发出第一控制指令；

根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业；

反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制。

可选的，根据任务信号，对目标位置进行距离检测，获取检测结果的步骤包括：

获取任务信号，根据所述任务信号，检测所述抓钢机与所述目标位置的距离是否小于预设的距离阈值，进而获取检测结果；若所述抓钢机与所述目标位置的距离小于预设的距离阈值，则检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物；若所述抓钢机与所述目标位置的距离不小于预设的距离阈值，则根据所述检测结果进行路径规划。

可选的，检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物的步骤包括：

检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，若存在障碍物，反馈所述障碍物的关联信息；若不存在障碍物，则控制所述抓钢机进行作业；反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制。

可选的，根据所述检测结果进行路径规划的步骤包括：

检测运行环境中的障碍物位置信息，根据所述障碍物位置信息构建第一基础地图；

根据所述基础地图、所述任务信号中的目标位置和所述抓钢机的当前位置，构建第一拓扑地图；

基于所述第一拓扑地图，获取第一行驶路径，进而获取第一路径规划结果。

可选的，根据路径规划结果，发出第一控制指令的步骤包括：根据所述第一路径规划结果，得到控制所述抓钢机沿所述第一行驶路径运行的第一控制指令。

可选的，根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业的步骤包括：

根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机沿所述第一行驶路径运行到所述目标位置；

检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，若存在障碍物，反馈所述障碍物的关联信息；若不存在障碍物，则控制所述抓钢机进行作业；反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制。

可选的，基于所述第一拓扑地图，获取第一行驶路径的步骤包括：

根据所述第一基础地图、所述任务信号中的目标位置和所述抓钢机的当前位置，在所述拓扑地图标记路径节点，并获取所述路径节点的优先级，根据所述优先级对所述路径节点进行排序，进而获取较优的行驶路径作为所述第一行驶路径。

可选的，根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机沿所述第一行驶路径运行到所述目标位置的步骤包括：

所述抓钢机在运行的过程中，检测运行环境中的障碍物位置信息，根据所述障碍物位置信息构建第二基础地图；

根据所述抓钢机的当前位置、所述任务信号中的目标位置和所述第二基础地图，构建第二拓扑地图；

基于所述第二拓扑地图，获取第二行驶路径，所述第二行驶路径通过从目标位置到当前位置的反向搜索获得，进而获取第二路径规划结果；

根据所述第二路径规划结果，得到控制所述抓钢机沿所述第二行驶路径运行的第二控制指令。

可选的，根据所述第二路径规划结果，得到控制所述抓钢机沿所述第二行驶路径运行的第二控制指令的步骤之后还包括：

根据所述第二控制指令，控制所述抓钢机沿所述第二行驶路径运行到所述目标位置；

检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，若存在障碍物，反馈所述障碍物的关联信息；若不存在障碍物，则控制所述抓钢机进行作业；反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制。

本发明还提供一种无人抓钢机控制系统，包括：

感知模块，用于根据任务指令，对目标位置进行距离检测，获取检测结果；

路径规划模块，用于根据所述检测结果进行路径规划，并根据路径规划结果，发出第一控制指令；

控制模块，根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业；

通信模块，反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制；所述感知模块、路径规划模块、控制模块和通信模块依次连接。

本发明的有益效果：本发明中的无人抓钢机控制方法，通过对目标位置进行距离检测，根据所述检测结果进行路径规划，并根据路径规划结果，发出第一控制指令；根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业，反馈任务完成信息；实现对不同抓钢机的运行路径的优化处理，提高工作效率，自动化程度较高。

附图说明

图1是本发明实施例中的无人抓钢机控制方法的一流程示意图；

图2是本发明实施例中的无人抓钢机控制方法的另一流程示意图；

图3是本发明实施例中的无人抓钢机控制系统的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

发明人发现，目前，钢铁制造业的抓钢机需配置数名工作人员进行抓钢机的作业，配置人员较多，劳动负荷大，存在较大安全隐患，且采用人工的方式不便于对堆料的实际形状和体积进行准确评估，不同的作业设备，如不同抓钢机之间或抓钢机与装卸车辆之间不能进行任务协同分配，且由于抓钢机的作业环境特殊，不具备预先设置的“路”，采用人工的方式不便于对不同抓钢机进行协同分工及路径规划，工作效率较低，且造成一定的安全隐患，发明人提出的无人抓钢机控制方法，通过对目标位置进行距离检测，根据所述检测结果进行路径规划，并根据路径规划结果，发出第一控制指令；根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业，反馈任务完成信息；对不同抓钢机进行任务协同分配，根据任务指令进行路径规划，实现对不同抓钢机的运行路径优化，无人化程度较高，有效提高工作效率，自动化程度较高，降低安全隐患。

如图1所示，本实施例中的无人抓钢机控制方法，包括：

S101：根据任务指令，对目标位置进行距离检测，获取检测结果；不同的抓钢机接收不同的任务指令，所述任务指令由运控模块统一发出，所述运控模块分别与多台抓钢机信号连接，所述运控模块根据抓钢机的位置信息与运行状态，对抓钢机的任务指令进行发布，避免出现任务重复的现象，构建主从控制体系，通过所述运控模块对不同抓钢机的关联任务进行拆分、合并、或修改，实现抓钢机的无人化控制，提高抓钢机的工作效率，通过对抓钢机的当前位置和目标位置的距离检测，减少了路径规划次数，实现对抓钢机的无人高效控制；

S102：根据所述检测结果进行路径规划，并根据路径规划结果，发出第一控制指令；通过对目标位置进行距离检测，获取检测结果，根据所述检测结果，能够判断该抓钢机的当前位置与目标位置的距离是否小于预设的距离阈值，进而确定是否对该抓钢机进行路径规划；例如：对抓钢机的当前位置和目标位置进行距离检测，若抓钢机的当前位置与目标位置的距离小于预设的距离阈值，则判断所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，所述作业区域可以根据实际情况进行设置，如以抓钢机为坐标原点，设置距离所述坐标原点小于或等于三米的区域为所述预设作业区域等，若不存在障碍物，则控制抓钢机进行作业，若存在障碍物，则反馈所述障碍物的关联信息，所述关联信息至少包括以下之一：所述障碍物的位置、类别、尺寸；若抓钢机的当前位置与目标位置的距离不小于预设的距离阈值，则对该抓钢机进行运行路径规划，获取较优的运行路径作为路径规划结果，根据所述路径规划结果，发出用于控制抓钢机运行的第一控制指令，实现了对抓钢机的运行路径规划，无人化程度较高，可实施性较高；

S103：根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业；根据所述第一控制指令，控制抓钢机沿所述较优的运行路径运行到目标位置，检测抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，若不存在障碍物，则控制抓钢机进行作业，若存在障碍物，则反馈所述障碍物的关联信息，实现了抓钢机的无人化控制，降低了安全隐患；例如：根据所述第一控制指令，通过可编程逻辑控制器件(PLC)或单片机等控制器件，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业；

S104：反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制；通过反馈任务完成信息，实现对运控模块的信息更新，实时性较高，实现对抓钢机的状态的实时监控，例如：针对废钢堆场，通过运控模块向抓钢机发送任务指令，所述任务指令包括：目标位置，接收所述任务指令，根据所述任务指令，对抓钢机的当前位置和目标位置进行距离检测，获取检测结果，若抓钢机的当前位置和目标位置的距离小于预设的距离阈值，则判断抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，若不存在障碍物，则控制抓钢机进行作业，若存在障碍物，则反馈所述障碍物的关联信息至所述运控模块，所述关联信息至少包括以下之一：所述障碍物的位置、类别、尺寸；若抓钢机的当前位置和目标位置的距离不小于预设的距离阈值，则对抓钢机进行运行路径规划，选择较优的运行路径作为路径规划结果，根据所述路径规划结果，发出用于控制抓钢机运行的第一控制指令，根据所述第一控制指令，控制抓钢机控制抓钢机沿所述较优的运行路径运行到目标位置，检测抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，若不存在障碍物，则控制抓钢机进行作业，若存在障碍物，则反馈所述障碍物的关联信息，所述关联信息至少包括以下之一：所述障碍物的位置、类别、尺寸，反馈任务完成信息至所述运控模块，对运控模块中的抓钢机的状态进行更新，当存在协同任务时，运控模块根据所述抓钢机的状态、堆场环境，对所述协同任务进行拆分，划分为一个或一个以上的动作集，根据所述动作集向抓钢机发送任务指令，实现对抓钢机的高效控制，无人化程度较高，降低人工成本，实施较方便。

如图2所示，在一些实施例中，本实施例中的无人抓钢机控制方法，包括：

S201：根据任务指令，对目标位置进行距离检测，获取检测结果；在一些实施例中，包括：获取任务信号，根据所述任务信号，检测所述抓钢机与所述目标位置的距离是否小于预设的距离阈值，进而获取检测结果；若所述抓钢机与所述目标位置的距离小于预设的距离阈值，则检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，若存在障碍物，反馈所述障碍物的关联信息；若不存在障碍物，则控制所述抓钢机进行作业；反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制；若所述抓钢机与所述目标位置的距离不小于预设的距离阈值，则根据所述检测结果进行路径规划；

S202：检测运行环境中的障碍物位置信息，根据所述障碍物位置信息构建第一基础地图；例如：检测运行环境中的障碍物位置信息，根据所述障碍物位置信息构建第一基础地图，在所述第一基础地图中构建网格，确定多个网格点，并获取相应的路径节点；

S203：根据所述基础地图、所述任务信号中的目标位置和所述抓钢机的当前位置，构建第一拓扑地图；

S204：基于所述第一拓扑地图，获取第一行驶路径，进而获取第一路径规划结果；即：根据所述第一基础地图、所述任务信号中的目标位置和所述抓钢机的当前位置，在所述拓扑地图标记路径节点，并获取所述路径节点的优先级，根据所述优先级对所述路径节点进行排序，进而获取第一行驶路径；

S205：根据所述第一路径规划结果，得到控制所述抓钢机沿所述第一行驶路径运行的第一控制指令；

在一些实施例中，所述第一路径规划结果基于第一算法得出，通过所述第一算法确定从当前位置到目标位置的最短路径，所述第一算法的数学表达为：

定义当前位置所在的网格点为s点，其中，rhs(s)为从当前位置到目标位置的最短路径距离，pred(s)为前一时刻移动到当前位置s点来的网格点，相当于s点的前驱点，在本实施例中，Start点为当前位置在第一基础地图上的网格点，进一步地，Start点的前一时刻移动到当前位置S点来的网格点不存在，g(s′)为节点s′到当前位置对应的节点的边缘代价函数，c(s′,s)表示从节点s′到节点s的边缘代价函数。

S206：根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机沿所述第一行驶路径开始运行；例如：根据所述第一控制指令，通过可编程逻辑控制器件(PLC)或单片机等控制器件，控制所述抓钢机沿所述第一行驶路径开始运行；

S207：所述抓钢机在运行的过程中，检测运行环境中的障碍物位置信息，根据所述障碍物位置信息构建第二基础地图；

S208：根据所述抓钢机的当前位置、所述任务信号中的目标位置和所述第二基础地图，构建第二拓扑地图；

S209：基于所述第二拓扑地图，获取第二行驶路径，进而获取第二路径规划结果；

S210：根据所述第二路径规划结果，得到控制所述抓钢机沿所述第二行驶路径运行的第二控制指令；

在一些实施例中，所述第二路径规划结果基于第二算法得出，所述第二算法根据抓钢机的目标位置和当前位置进行反向搜索，即，计算出从目标位置到当前位置的最短路径，根据已知的环境信息，将未知部分视作自由空间，规划出从目标位置到当前位置的较优的全局路径，即建立了一个“路径场”，为增量靠近目标位置提供择优依据，所述第二算法的数学表达为：

定义当前位置所在的网格点为s点，其中，g^*(s)为目标位置到当前位置s点的最短路径距离，pred(s)为前一时刻移动到当前位置s点来的网格点，相当于s点的前驱点，在本实施例中，Start点为当前位置在第一基础地图上的网格点，进一步地，Start点的前一时刻移动到当前位置S点来的网格点不存在，g^*(s′)为目标位置对应的节点到节点s′的边缘代价函数，c(s′,s)表示从节点s′到节点s的边缘代价函数。

在一些实施例中，通过将第一算法和第二算法进行耦合，对抓钢机进行较优地路径规划，动态更新路线，实现对抓钢机的自动化控制，减少人工操作，有效减少安全隐患。

S211：根据所述第二控制指令，控制所述抓钢机沿所述第二行驶路径运行到所述目标位置；例如：根据所述第二控制指令，通过可编程逻辑控制器件(PLC)或单片机等控制器件，控制所述抓钢机沿所述第二行驶路径运行到所述目标位置；

S212：检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，若存在障碍物，反馈所述障碍物的关联信息；若不存在障碍物，则控制所述抓钢机进行作业；在一些实施例中，抓钢机的作业包括：抓取堆料；进一步地，对堆料的形状和体积进行检测，进而反馈所述堆料的形状信息和体积信息，确定抓钢机的形状和体积。

S213：反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制。

如图3所示，本实施例还提供一种无人抓钢机控制系统，包括：

感知模块，用于根据任务指令，对目标位置进行距离检测，获取检测结果；

路径规划模块，用于根据所述检测结果进行路径规划，并根据路径规划结果，发出第一控制指令；

控制模块，根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业；

通信模块，反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制；

所述感知模块、路径规划模块、控制模块和通信模块依次连接；通过对目标位置进行距离检测，根据所述检测结果进行路径规划，并根据路径规划结果，发出第一控制指令；根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业，反馈任务完成信息；实现对不同抓钢机的运行路径的优化处理，提高工作效率，自动化程度较高。

在一些实施例中，所述控制模块可以为可编程逻辑控制器件(PLC)或单片机等控制器件，或其他电子元件。

在一些实施例中，所述感知模块可以包括：激光雷达，工业摄像头等传感器件，所述感知模块对抓钢机的周边环境进行实时扫描检测，以确定抓钢机作业过程中协同车辆、抓钢机的准确位置和姿态，同时，获取作业废钢形状，实现对抓钢机的周围环境的实时检测。

在一些实施例中，还包括用于存储数据的存储模块，所述存储模块可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory)，例如至少一个磁盘存储器。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种无人抓钢机控制方法，其特征在于，包括：

根据任务指令，对目标位置进行距离检测，获取检测结果；

根据所述检测结果进行路径规划，并根据路径规划结果，发出第一控制指令；

根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业；

反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制。

2.根据权利要求1所述的无人抓钢机控制方法，其特征在于，根据任务信号，对目标位置进行距离检测，获取检测结果的步骤包括：

获取任务信号，根据所述任务信号，检测所述抓钢机与所述目标位置的距离是否小于预设的距离阈值，进而获取检测结果；若所述抓钢机与所述目标位置的距离小于预设的距离阈值，则检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物；若所述抓钢机与所述目标位置的距离不小于预设的距离阈值，则根据所述检测结果进行路径规划。

3.根据权利要求2所述的无人抓钢机控制方法，其特征在于，检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物的步骤包括：

检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，若存在障碍物，反馈所述障碍物的关联信息；若不存在障碍物，则控制所述抓钢机进行作业；反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制。

4.根据权利要求2所述的无人抓钢机控制方法，其特征在于，根据所述检测结果进行路径规划的步骤包括：

检测运行环境中的障碍物位置信息，根据所述障碍物位置信息构建第一基础地图；

根据所述基础地图、所述任务信号中的目标位置和所述抓钢机的当前位置，构建第一拓扑地图；

基于所述第一拓扑地图，获取第一行驶路径，进而获取第一路径规划结果。

5.根据权利要求4所述的无人抓钢机控制方法，其特征在于，根据路径规划结果，发出第一控制指令的步骤包括：根据所述第一路径规划结果，得到控制所述抓钢机沿所述第一行驶路径运行的第一控制指令。

6.根据权利要求5所述的无人抓钢机控制方法，其特征在于，根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业的步骤包括：

根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机沿所述第一行驶路径运行到所述目标位置；

检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，若存在障碍物，反馈所述障碍物的关联信息；若不存在障碍物，则控制所述抓钢机进行作业；反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制。

7.根据权利要求4所述的无人抓钢机控制方法，其特征在于，基于所述第一拓扑地图，获取第一行驶路径的步骤包括：

根据所述第一基础地图、所述任务信号中的目标位置和所述抓钢机的当前位置，在所述拓扑地图标记路径节点，并获取所述路径节点的优先级，根据所述优先级对所述路径节点进行排序，进而获取较优的行驶路径作为所述第一行驶路径。

8.根据权利要求6所述的无人抓钢机控制方法，其特征在于，根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机沿所述第一行驶路径运行到所述目标位置的步骤包括：

所述抓钢机在运行的过程中，检测运行环境中的障碍物位置信息，根据所述障碍物位置信息构建第二基础地图；

根据所述抓钢机的当前位置、所述任务信号中的目标位置和所述第二基础地图，构建第二拓扑地图；

基于所述第二拓扑地图，获取第二行驶路径，所述第二行驶路径通过从目标位置到当前位置的反向搜索获得，进而获取第二路径规划结果；

根据所述第二路径规划结果，得到控制所述抓钢机沿所述第二行驶路径运行的第二控制指令。

9.根据权利要求8所述的无人抓钢机控制方法，其特征在于，根据所述第二路径规划结果，得到控制所述抓钢机沿所述第二行驶路径运行的第二控制指令的步骤之后还包括：

根据所述第二控制指令，控制所述抓钢机沿所述第二行驶路径运行到所述目标位置；

检测所述抓钢机的预设作业区域是否存在障碍物，若存在障碍物，反馈所述障碍物的关联信息；若不存在障碍物，则控制所述抓钢机进行作业；反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制。

10.一种无人抓钢机控制系统，其特征在于，包括：

感知模块，用于根据任务指令，对目标位置进行距离检测，获取检测结果；

路径规划模块，用于根据所述检测结果进行路径规划，并根据路径规划结果，发出第一控制指令；

控制模块，根据所述第一控制指令，控制所述抓钢机运行到目标位置并进行作业；

通信模块，反馈任务完成信息，完成无人抓钢机控制；所述感知模块、路径规划模块、控制模块和通信模块依次连接。

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