CN113295232A - 一种用于原料场的料堆盘库系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于原料场的料堆盘库系统及方法。所述料堆盘库系统包括堆取料机、扫描设备和控制终端，通过安装在堆取料机大臂上的扫描设备，对料条中的料堆进行扫描，获取料堆表面每个反射点的扫描数据，根据反射点的扫描数据，确定反射点在截面坐标系中的坐标值，进而，根据反射点的坐标值，确定反射点对应的截面面积，进而，确定出料堆的体积，根据原料场内每个料堆的体积和其对应的堆密度，可以实现对原料场内的所有料堆进行盘库。该系统在对料堆进行盘库时，采用扫描料堆的方式进行科学测量，大大提高了盘库的精度和准确度，为实现料场无人化打下基础。同时，该设备安装简便，维护成本较低，大大降低了盘库所需的经济成本。

Description

一种用于原料场的料堆盘库系统及方法

技术领域

本申请涉及自动控制技术领域，特别涉及一种用于原料场的料堆盘库系统及方法。

背景技术

在工业生产中，贮存原料的场地称为原料场。如图1所示，为现有技术中一种原料场的俯视图。原料场1包括至少一条轨道，例如图1中示出的轨道111和轨道112；还包括多个相互平行布置的料条，例如图1中示出的料条121、料条122和料条123。其中，轨道位于任意两个相邻的料条之间且沿料条的长度方向布置，例如，轨道111位于料条121和料条122之间，轨道112位于料条122和料条123之间，用于供堆取料机移动；每个料条内堆放有多个料堆，例如，料条121内堆放有料堆131和料堆132，料条122内堆放有料堆133和料堆134，料条123内堆放有料堆135和料堆136。

为了保证生产需求，原料场中的各种原料的储量要符合生产计划，盘库就是盘点各种原料的储量，根据储量信息及生产计划安排各种原料的进料计划。

通常情况下，采用输入料量减输出料量计算得到原料场中各种原料的储量，但是，在运输或存放过程中，容易存在原料的损耗，以及原料的输入量与输出量无法精确测量，进而导致这种计算出原料储量的不够准确，无法准确进行盘库。

发明内容

本申请提供了一种用于原料场的料堆盘库系统及方法，可用于解决在现有技术中在运输或存放过程中，容易存在原料的损耗，使得原料的输入量与输出量无法精确测量，进而导致这种计算出原料储量的不够准确，无法准确进行盘库的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种用于原料场的料堆盘库系统，原料场包括轨道和多个相互平行布置的料条，轨道位于任意两个相邻的料条之间且沿料条的长度方向布置，每个料条内堆放有多个料堆；所述料堆盘库系统包括堆取料机、扫描设备和控制终端；

所述堆取料机设置于轨道上，用于按照预设速度沿轨道从料条的一端移动到料条的另一端；所述堆取料机包括大臂和本体，所述大臂安装在所述本体上，用于将原料运送到料堆中或从料堆中取出原料；所述大臂远离本体的一端为卸料装置或取料装置；

所述扫描设备靠近卸料口安装在大臂上，用于在所述堆取料机每前进预设距离后，对料条内堆放的料堆进行一次扫描，以获取料堆表面每个反射点的扫描数据；所述扫描设备单次扫描的区域为沿料条的宽度方向，从料条的一侧到另一侧的区域；

所述控制终端安装在所述堆取料机的本体上，分别与所述堆取料机和所述扫描设备网络连接；

所述控制终端被配置为执行以下步骤：

获取所述扫描设备发送的料堆表面每个反射点的扫描数据；所述反射点的扫描数据包括反射点的测量距离和反射点的测量角度；所述反射点的测量距离指反射点与所述扫描设备之间的距离，所述反射点的测量角度指反射点与所述扫描设备之间的连线与水平面之间的夹角；

针对任意一次扫描，根据在该次扫描时扫描到的目标反射点的测量距离和目标反射点的测量角度，确定目标反射点在截面坐标系中的坐标值；所述截面坐标系是指垂直于地面的坐标系，以该次扫描时扫描设备的位置的原点，以扫描设备对应的水平方向为x轴，以扫描设备对应的垂直方向为y轴，建立的坐标系；

根据所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，确定目标反射点对应的截面面积；

根据所有扫描次数内所有反射点对应截面面积，以及堆取料机每次扫描前进的距离，确定料堆的体积；

根据原料场内每个料堆的体积和每个料堆的密度，对原料场内的所有料堆进行盘库。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述目标反射点对应的截面面积，具体采用下述方法确定：

根据所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，确定目标反射点对应的截面轮廓；

采用微积分法对所述目标反射点对应的截面轮廓进行计算，得到所述目标反射点对应的截面面积。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，具体采用以下方法确定：

其中，P_k是第k个反射点；P_k·x是P_k在三维坐标系中x轴上的数值，P_k·y是P_k在三维坐标系中y轴上的数值，P_k·z是P_k在三维坐标系中z轴上的数值；P_k·u是P_k在扫描设备坐标系统中u轴上的数值；P_k·u是P_k在扫描设备坐标系统中v轴上的数值；d_k是P_k的测量距离；θ_k是P_k的测量角度；Lb是扫描设备与轨道之间的水平距离；I是堆取料机在轨道上的位置；Hb是大臂距离地面的高度；α是大臂的俯仰旋转角度(即大臂与三维坐标系中x轴方向的夹角)；所述大臂轴线的方向是指从大臂与本体连接的一端指向大臂靠近料堆的一端所对应的方向。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述目标反射点对应的截面轮廓，具体采用下述方程表示：

其中，P(t)是目标反射点对应的截面轮廓的方程式；N_k,p(t)是p次B-样条基函数，p取2，t＝[0,1]；P_k是第k个目标反射点在截面坐标系中的坐标值；n是目标反射点的数量。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述目标反射点对应的截面面积，具体采用以下方法确定：

S是目标反射点对应的截面面积；H是扫描设备距离地面的高度；L是料条的宽度；Lb是扫描设备与堆取料机在x轴方向上的距离；

为x方向的步长；

B(x)采用以下方法确定：

其中，y＝B(x)＝g(f^-1(x))。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述料堆的体积，具体采用以下方法确定：

其中，V是所述料堆的体积；S_i是第i次扫描时目标反射点对应的截面面积；

是所述堆取料机每次扫描前进的距离；i是扫描次数；L_s是料条的长度。

第二方面，本申请实施例提供一种用于原料场的料堆盘库方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述扫描设备发送的料堆表面每个反射点的扫描数据；所述反射点的扫描数据包括反射点的测量距离和反射点的测量角度；所述反射点的测量距离指反射点与所述扫描设备之间的距离，所述反射点的测量角度指反射点与所述扫描设备之间的连线与水平面之间的夹角；

针对任意一次扫描，根据在该次扫描时扫描到的目标反射点的测量距离和目标反射点的测量角度，确定目标反射点在截面坐标系中的坐标值；所述截面坐标系是以该次扫描时扫描设备的位置的原点，以扫描设备对应的水平方向为x轴，以扫描设备对应的垂直方向为y轴，建立的坐标系；

根据所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，确定目标反射点对应的截面面积；

根据所有扫描次数内所有反射点对应截面面积，以及堆取料机每次扫描前进的距离，确定料堆的体积；

根据原料场内每个料堆的体积和每个料堆的密度，对原料场内的所有料堆进行盘库。

结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述目标反射点对应的截面面积，具体采用下述方法确定：

根据所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，确定目标反射点对应的截面轮廓；

采用微积分法对所述目标反射点对应的截面轮廓进行计算，得到所述目标反射点对应的截面面积。

结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，具体采用以下方法确定：

其中，P_k是第k个反射点；P_k·x是P_k在三维坐标系中x轴上的数值，P_k·y是P_k在三维坐标系中y轴上的数值，P_k·z是P_k在三维坐标系中z轴上的数值；P_k·u是P_k在扫描设备坐标系统中u轴上的数值；P_k·u是P_k在扫描设备坐标系统中v轴上的数值；d_k是P_k的测量距离；θ_k是P_k的测量角度；Lb是扫描设备与轨道之间的水平距离；I是堆取料机在轨道上的位置；Hb是大臂距离地面的高度；α是大臂的俯仰旋转角度(即大臂与三维坐标系中x轴方向的夹角)；所述大臂轴线的方向是指从大臂与本体连接的一端指向大臂靠近料堆的一端所对应的方向。

结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述目标反射点对应的截面轮廓，具体采用下述方程表示：

其中，P(t)是目标反射点对应的截面轮廓的方程式；N_k,p(t)是p次B-样条基函数，p取2，t＝[0,1]；P_k是第k个目标反射点在截面坐标系中的坐标值；n是目标反射点的数量。

结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述目标反射点对应的截面面积，具体采用以下方法确定：

其中，S是目标反射点对应的截面面积；H是扫描设备距离地面的高度；L是料条的宽度；Lb是扫描设备与堆取料机在x轴方向上的距离；

为x方向的步长；

B(x)采用以下方法确定：

其中，y＝B(x)＝g(f^-1(x))。

结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述料堆的体积，具体采用以下方法确定：

其中，V是所述料堆的体积；S_i是第i次扫描时目标反射点对应的截面面积；

是所述堆取料机每次扫描前进的距离；i是扫描次数；L_s是料条的长度。

采用本申请实施例提供的料堆盘库系统，通过安装在堆取料机大臂上的扫描设备，对料条中的料堆进行扫描，获取料堆表面每个反射点的扫描数据，根据反射点的扫描数据，确定反射点在截面坐标系中的坐标值，进而，根据反射点的坐标值，确定反射点对应的截面面积，进而，确定出料堆的体积，根据原料场内每个料堆的体积和每个料堆的密度，可以实现对原料场内的所有料堆进行盘库。该系统在对料堆进行盘库时，采用扫描料堆的方式进行科学测量，大大提高了盘库的精度和准确度，为无人化的原料场打下基础。同时，该设备安装简便，维护成本较低，大大降低了盘库所需的经济成本。

附图说明

图1为现有技术中一种原料场的俯视图；

图2为本申请实施例适用的一种料堆盘库系统的示意图；

图3为扫描设备的扫描区域的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种用于原料场的料堆盘库系统的工作流程示意图；

图5为本申请实施例中反射点的扫描数据的示意图；

图6为本申请实施例中截面坐标系的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请实施例提供的料堆盘库系统适用于原料场，可参考图1，原料场包括轨道，例如图1中示出的轨道111和轨道112；还包括多个相互平行布置的料条，例如图1中示出的料条121、料条122和料条123。其中，轨道位于任意两个相邻的料条之间且沿料条的长度方向布置，例如，轨道111位于料条121和料条122之间，轨道112位于料条122和料条123之间，用于供堆取料机移动；每个料条内堆放有多个料堆，例如，料条121内堆放有料堆131和料堆132，料条122内堆放有料堆133和料堆134，料条123内堆放有料堆135和料堆136。

下面首先结合图2对本申请实施例适用的可能的系统架构进行介绍。

请参考图2，其示例性示出了本申请实施例适用的一种料堆盘库系统的示意图。该料堆盘库系统包括堆取料机21、扫描设备22和控制终端23。

堆取料机是一种新型高效率连续装卸机械，主要用于散货专业码头、钢铁厂、大型火力发电厂和矿山等的散料堆场装卸铁矿石(砂)、煤炭、砂子等。现有料场中用到各种型号的堆取料机，包括常规的斗轮堆取料机、堆料机、双斗轮取料机、半门式刮板取料机等。

堆取料机21可以设置于轨道上，例如图2中示出的堆取料机21设置于轨道111上。堆取料机21可以用于按照预设速度沿轨道111从料条121的一端移动到料条的另一端。

从图2中还可以看出，堆取料机21包括本体211和大臂212，大臂212安装在本体211上，用于将原料运送到料堆中或从料堆中取出原料。其中，大臂212远离本体的一端为卸料装置(或取料装置)213。

扫描设备可以是2D激光扫描仪，2D激光扫描仪能连续不停的发射激光脉冲，通过设备自身所带的旋转机构将激光脉冲按一定角度间隔(角度分辨率)发射向扫描角度内的各个方向，而形成一个径向坐标为基准的二维扫描面。被测物体位置信息通过扫描器到物体的距离及对应的角度数据给出。也就是说2D激光扫描仪能快速测量出一个截面上的距离数据。2D激光扫描仪拥有测量范围广、测量速度快、测量精度高、性能稳定及受扬尘、雾霾影响小等优点，能很好的适用有工业检测领域。

扫描设备22靠近卸料口213安装在大臂212上(具体位置可以根据现场环境进行调整)，用于在堆取料机21每前进预设距离后，对料条121内堆放的料堆(料堆131或料堆132)进行一次扫描，以获取料堆表面每个反射点的扫描数据。其中，扫描设备22单次扫描的区域为沿料条121的宽度方向，从料条的一侧到另一侧的区域。

以扫描设备22单次扫描为例，参考图3，其示例性示出了扫描设备的扫描区域的示意图，图3示出的是料条的纵向截面图。扫描设备22在进行一次扫描时，可以从料条的一侧扫描到另一侧，即扫描料条的一个纵截面。

为了是的扫描设备扫描到的数据更加符合料堆的真实数据，本申请实施例中，可以控制堆取料机每次前进的预设距离足够小，也就是说，堆取料机每次前进的预设距离，扫描设备扫描到的数据越符合料堆的真实数据，示例性地，堆取料机可以每次前进10毫米。

控制终端23安装在堆取料机21的本体211上，分别与堆取料机21和扫描设备22网络连接(该连接方式未在图2中示出)。

该料堆盘库系统运行过程中，各设备之间相互协作，实现对料堆进行盘库。具体请参考图4，其示例性示出了本申请实施例提供的一种用于原料场的料堆盘库系统的工作流程示意图。

堆取料机21被配置为执行以下步骤401至步骤405：

步骤401，按照预设速度沿轨道移动。

步骤402，如果当前所在的位置与上一次进行扫描的位置之间的距离符合预设距离，则向扫描设备发送扫描指令。

其中，堆取料机的位置可以通过多种方式测量，常用的测量方式有FRID编码器、格雷母线、长距雷达等，具体不做限定。

扫描设备22被配置为执行以下步骤403至步骤405：

步骤403，接收扫描指令。

步骤404，对料条内堆放的料堆进行一次扫描，获取单次扫描的扫描数据。

需要说明的是，在扫描设备22进行扫描时，堆取料机的大臂垂直于轨道摆放，从而提高扫描数据的准确性。

步骤405，向控制终端发送单次扫描的扫描数据。

控制终端23被配置为执行以下步骤406至步骤410：

步骤406，获取扫描设备发送的料堆表面每个反射点的扫描数据。

其中，反射点的扫描数据包括反射点的测量距离和反射点的测量角度。反射点的测量距离指反射点与扫描设备之间的距离，反射点的测量角度指反射点与扫描设备之间的连线与大臂轴线之间的夹角。

如图5所示，为本申请实施例中反射点的扫描数据的示意图。从图5中可以看出，扫描设备22发出激光脉冲，激光脉冲在料堆132的表面形成反射点P_k，反射点P_k与扫描设备22之间的距离(即反射点的测量距离)记为d_k，反射点与扫描设备之间的连线与大臂轴线之间的夹角(即反射点的测量角度)记为θ_k。

具体地，反射点的测量距离d_k是利用时间飞行(Time of flight)原理得到的，当激光发射器发出激光脉冲，内部定时器开始计算时间(记为T1)，当激光波碰到物体部分能量返回，当激光接收器收到返回激光波时，停止内部定时器(记为T2)，因为光速c已知，所以能测量出反射点的测量距离d_k＝(T2-T1)*c。

反射点的测量角度θ_k可以是扫描设备预先设置好的，此处不再详细描述。

进一步地，控制设备接收到的数据(即料堆表面每个反射点的扫描数据，以及每个反射点的扫描数据对应的扫描次数)可以通过表的形式存储，如表1所示，为控制设备接收到的数据的一种示例。

表1：控制设备接收到的数据的一种示例

从表1中可以看出，扫描设备第1次扫描时，对应的反射点包括P₁₁、P₁₂……P_1n，其中，P_1n表示扫描设备第1次扫描时扫描到的第n个反射点，n为大于或等于1的整数，n的值不做具体限定；反射点P₁₁的测量距离为d₁₁，反射点P₁₂的测量距离为d₁₂，反射点P₁₃的测量距离为d₁₃，反射点P₁₂的测量距离为d₁₂；反射点P₁₁的测量角度为θ₁₁，反射点P₁₂的测量角度为θ₁₂，反射点P₁₃的测量角度为θ₁₃，反射点P₁₂的测量角度为θ₁₂。类似地，扫描设备第1次扫描时的扫描数据、第i次扫描时的扫描数据可参见表1示出的内容，此处不再一一描述。

步骤407，针对任意一次扫描，根据在该次扫描时扫描到的目标反射点的测量距离和目标反射点的测量角度，确定目标反射点在截面坐标系中的坐标值。

以表1为例，针对第1次扫描，根据表1示出的内容，在该次扫描时扫描到的目标反射点包括P₁₁、P₁₂……P_1n；针对第2次扫描，根据表1示出的内容，在该次扫描时扫描到的目标反射点包括P₂₁、P₂₂……P_2n；针对第i次扫描，根据表1示出的内容，在该次扫描时扫描到的目标反射点包括P_i1、P_i2……P_in。

如图6所示，其示例性示出了本申请实施例中截面坐标系的示意图。

截面坐标系是指垂直于地面的坐标系，以该次扫描时扫描设备22的位置的原点，以扫描设备22对应的水平方向为x轴，以扫描设备22对应的垂直方向为y轴，建立的坐标系。

扫描设备坐标系是以扫描设备为圆心，以大臂的轴线方向为u轴，且如图6，指向由大臂的内测向外的方向，以垂直于大臂的轴线方式为v轴。扫描设备的测量角度时以u轴的方向为零度角，逆时针方向增加，也就是说，v轴的方向的测量角度为90°

从图6中可以看出，目标反射点的测量距离记为d_k，目标反射点的测量角度记为θ_k，大臂距离地面的高度记为H；料条的宽度记为L；扫描设备与堆取料机在x轴方向上的距离记为L₀。

目标反射点在料条坐标系中的三维位置数据，具体采用下述公式(1)确定：

公式(1)中，P_k是第k个反射点；P_k·x是P_k在三维坐标系中x轴上的数值，P_k·y是P_k在三维坐标系中y轴上的数值，P_k·z是P_k在三维坐标系中z轴上的数值；P_k·u是P_k在扫描设备坐标系统中u轴上的数值；P_k·u是P_k在扫描设备坐标系统中v轴上的数值；Lb是扫描设备与轨道之间的水平距离；I是堆取料机在轨道上的位置；Hb是大臂距离地面的高度；α是大臂的俯仰旋转角度(即大臂与三维坐标系中x轴方向的夹角)；所述大臂轴线的方向是指从大臂与本体连接的一端指向大臂靠近料堆的一端所对应的方向。

进一步地，P_k·u和P_k·u可以通过公式(2)确定：

公式(2)中，d_k是P_k的测量距离；θ_k是P_k的测量角度。

步骤408，根据目标反射点在截面坐标系中的坐标值，确定目标反射点对应的截面面积。

具体地，可以先根据目标反射点在截面坐标系中的坐标值，确定目标反射点对应的截面轮廓；再采用微积分法对目标反射点对应的截面轮廓进行计算，得到目标反射点对应的截面面积。

其中，目标反射点对应的截面轮廓，具体采用公式(3)表示：

公式(3)中，P(t)是目标反射点对应的截面轮廓的方程式；N_k,p(t)是p次B-样条基函数，p取2，t＝[0,1]；P_k是第k个目标反射点在截面坐标系中的坐标值；n是目标反射点的数量。

需要说明的是，公式(3)是根据测量出的n个离散数据点P，拟合出的B样条插值曲线方程。

在确定目标反射点对应的截面轮廓之后，可以采用公式(4)确定目标反射点对应的截面面积。

其中，S是目标反射点对应的截面面积；H是扫描设备距离地面的高度；L是料条的宽度；Lb是扫描设备与堆取料机在x轴方向上的距离；▽l为x方向的步长；

B(x)采用以下方法确定：

其中，y＝B(x)＝g(f^-1(x))。步骤409，根据所有扫描次数内所有反射点对应截面面积，以及堆取料机每次扫描前进的距离，确定料堆的体积。

具体地，料堆的体积可以采用公式(5)确定：

公式(5)中，V是料堆的体积；S_i是第i次扫描时目标反射点对应的截面面积；

是堆取料机每次扫描前进的距离；i是扫描次数；L_s是料条的长度。

步骤410，根据原料场内每个料堆的体积和每个料堆的密度，对原料场内的所有料堆进行盘库。

其中，料堆内堆放否材料不同，料堆的密度也不同。本申请实施例中，料堆的密度可以是根据不同料堆对应的材料确定的。

进一步地，对原料场内所有料堆进行盘库，其实就是需要计算料堆的储量，针对任一料堆，该料堆的储量可以采用公式(6)确定：

m_j＝ρ_j×V_j

其中，m_j是原料场中第j个料堆的储量；ρ_j是原料场中第j个料堆的密度；V_j是原料场中第j个料堆的体积。

采用本申请实施例提供的料堆盘库系统，通过安装在堆取料机大臂上的扫描设备，对料条中的料堆进行扫描，获取料堆表面每个反射点的扫描数据，根据反射点的扫描数据，确定反射点在截面坐标系中的坐标值，进而，根据反射点的坐标值，确定反射点对应的截面面积，进而，确定出料堆的体积，根据原料场内每个料堆的体积和每个料堆的密度，可以实现对原料场内的所有料堆进行盘库。该系统在对料堆进行盘库时，采用扫描料堆的方式进行科学测量，大大提高了盘库的精度和准确度，为无人化的原料场打下基础。同时，该设备安装简便，维护成本较低，大大降低了盘库所需的经济成本。

下述为本申请方法实施例，可以用于执行本申请系统实施例。对于本申请方法实施例中未披露的细节，请参照本申请系统实施例。

本申请实施例提供一种用于原料场的料堆识别方法，所述方法包括：

获取所述扫描设备发送的料堆表面每个反射点的扫描数据；所述反射点的扫描数据包括反射点的测量距离和反射点的测量角度；所述反射点的测量距离指反射点与所述扫描设备之间的距离，所述反射点的测量角度指反射点与所述扫描设备之间的连线与大臂轴线之间的夹角；

针对任意一次扫描，根据在该次扫描时扫描到的目标反射点的测量距离和目标反射点的测量角度，确定目标反射点在截面坐标系中的坐标值；所述截面坐标系是指垂直于地面的坐标系，以该次扫描时扫描设备的位置的原点，以扫描设备对应的水平方向为x轴，以扫描设备对应的垂直方向为y轴，建立的坐标系；

根据所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，确定目标反射点对应的截面面积；

根据所有扫描次数内所有反射点对应截面面积，以及堆取料机每次扫描前进的距离，确定料堆的体积；

根据原料场内每个料堆的体积和每个料堆的密度，对原料场内的所有料堆进行盘库。

可选地，所述目标反射点对应的截面面积，具体采用下述方法确定：

根据所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，确定目标反射点对应的截面轮廓；

采用微积分法对所述目标反射点对应的截面轮廓进行计算，得到所述目标反射点对应的截面面积。

可选地，目标反射点在截面坐标系中的坐标值，具体采用以下方法确定：

其中，P_k是第k个反射点；P_k·x是P_k在三维坐标系中x轴上的数值，P_k·y是P_k在三维坐标系中y轴上的数值，P_k·z是P_k在三维坐标系中z轴上的数值；P_k·u是P_k在扫描设备坐标系统中u轴上的数值；P_k·u是P_k在扫描设备坐标系统中v轴上的数值；d_k是P_k的测量距离；θ_k是P_k的测量角度；Lb是扫描设备与轨道之间的水平距离；I是堆取料机在轨道上的位置；Hb是大臂距离地面的高度；α是大臂的俯仰旋转角度(即大臂与三维坐标系中x轴方向的夹角)；所述大臂轴线的方向是指从大臂与本体连接的一端指向大臂靠近料堆的一端所对应的方向。

可选地，所述目标反射点对应的截面轮廓，具体采用下述方程表示：

其中，P(t)是目标反射点对应的截面轮廓的方程式；N_k,p(t)是p次B-样条基函数，p取2，t＝[0,1]；P_k是第k个目标反射点在截面坐标系中的坐标值；n是目标反射点的数量。

可选地，所述目标反射点对应的截面面积，具体采用以下方法确定：

其中，S是目标反射点对应的截面面积；H是扫描设备距离地面的高度；L是料条的宽度；Lb是扫描设备与堆取料机在x轴方向上的距离；

为x方向的步长；

B(x)采用以下方法确定：

其中，y＝B(x)＝g(f^-1(x))。

可选地，所述料堆的体积，具体采用以下方法确定：

其中，V是所述料堆的体积；S_i是第i次扫描时目标反射点对应的截面面积；

是所述堆取料机每次扫描前进的距离；i是扫描次数；L_s是料条的长度。

采用上述方法，对料条中的料堆进行扫描，获取料堆表面每个反射点的扫描数据，根据反射点的扫描数据，确定反射点在截面坐标系中的坐标值，进而，根据反射点的坐标值，确定反射点对应的截面面积，进而，确定出料堆的体积，根据原料场内每个料堆的体积和每个料堆的密度，可以实现对原料场内的所有料堆进行盘库。该方法在对料堆进行盘库时，采用扫描料堆的方式进行科学测量，大大提高了盘库的精度和准确度，为无人化的原料场打下基础。同时，该设备安装简便，维护成本较低，大大降低了盘库所需的经济成本。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于原料场的料堆盘库系统，原料场包括轨道和多个相互平行布置的料条，轨道位于任意两个相邻的料条之间且沿料条的长度方向布置，每个料条内堆放有多个料堆；其特征在于，所述料堆盘库系统包括堆取料机、扫描设备和控制终端；

所述堆取料机设置于轨道上，用于按照预设速度沿轨道从料条的一端移动到料条的另一端；所述堆取料机包括大臂和本体，所述大臂安装在所述本体上，用于将原料运送到料堆中或从料堆中取出原料；所述大臂远离本体的一端为卸料装置或取料装置；

所述扫描设备靠近卸料口安装在大臂上，用于在所述堆取料机每前进预设距离后，对料条内堆放的料堆进行一次扫描，以获取料堆表面每个反射点的扫描数据；所述扫描设备单次扫描的区域为沿料条的宽度方向，从料条的一侧到另一侧的区域；

所述控制终端安装在所述堆取料机的本体上，分别与所述堆取料机和所述扫描设备网络连接；

所述控制终端被配置为执行以下步骤：

获取所述扫描设备发送的料堆表面每个反射点的扫描数据；所述反射点的扫描数据包括反射点的测量距离和反射点的测量角度；所述反射点的测量距离指反射点与所述扫描设备之间的距离，所述反射点的测量角度指反射点到所述扫描设备之间的连线与大臂轴线之间的夹角；

针对任意一次扫描，根据在该次扫描时扫描到的目标反射点的测量距离和目标反射点的测量角度，确定目标反射点在截面坐标系中的坐标值；所述截面坐标系是指垂直于地面的坐标系，以该次扫描时扫描设备的位置的原点，以扫描设备对应的水平方向为x轴，以扫描设备对应的垂直方向为y轴，建立的坐标系；

根据所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，确定目标反射点对应的截面面积；

根据所有扫描次数内所有反射点对应截面面积，以及堆取料机每次扫描前进的距离，确定料堆的体积；

根据原料场内每个料堆的体积和每个料堆的密度，对原料场内的所有料堆进行盘库。

2.根据权利要求1所述的料堆盘库系统，其特征在于，所述目标反射点对应的截面面积，具体采用下述方法确定：

根据所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，确定目标反射点对应的截面轮廓；

采用微积分法对所述目标反射点对应的截面轮廓进行计算，得到所述目标反射点对应的截面面积。

3.根据权利要求2所述的料堆盘库系统，其特征在于，所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，具体采用以下方法确定：

其中，P_k是第k个反射点；P_k·x是P_k在三维坐标系中x轴上的数值，P_k·y是P_k在三维坐标系中y轴上的数值，P_k·z是P_k在三维坐标系中z轴上的数值；P_k·u是P_k在扫描设备坐标系统中u轴上的数值；P_k·u是P_k在扫描设备坐标系统中v轴上的数值；d_k是P_k的测量距离；θ_k是P_k的测量角度；Lb是扫描设备与轨道之间的水平距离；I是堆取料机在轨道上的位置；Hb是大臂距离地面的高度；α是大臂的俯仰旋转角度(即大臂与三维坐标系中x轴方向的夹角)；所述大臂轴线的方向是指从大臂与本体连接的一端指向大臂靠近料堆的一端所对应的方向。

4.根据权利要求3所述的料堆盘库系统，其特征在于，所述目标反射点对应的截面轮廓，具体采用下述方程表示：

其中，P(t)是目标反射点对应的截面轮廓的方程式；N_k,p(t)是p次B-样条基函数，p取2，t＝[0,1]；P_k是第k个目标反射点在截面坐标系中的坐标值；n是目标反射点的数量。

5.根据权利要求4所述的料堆盘库系统，其特征在于，所述目标反射点对应的截面面积，具体采用以下方法确定：

其中，S是目标反射点对应的截面面积；H是扫描设备距离地面的高度；L是料条的宽度；Lb是扫描设备与堆取料机在x轴方向上的距离；▽l为x方向的步长；

B(x)采用以下方法确定：

其中，y＝B(x)＝g(f^-1(x))。

6.根据权利要求5所述的料堆盘库系统，其特征在于，所述料堆的体积，具体采用以下方法确定：

其中，V是所述料堆的体积；S_i是第i次扫描时目标反射点对应的截面面积；

是所述堆取料机每次扫描前进的距离；i是扫描次数；L_s是料条的长度。

7.一种用于原料场的料堆盘库方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述扫描设备发送的料堆表面每个反射点的扫描数据；所述反射点的扫描数据包括反射点的测量距离和反射点的测量角度；所述反射点的测量距离指反射点与所述扫描设备之间的距离，所述反射点的测量角度指反射点与所述扫描设备之间的连线与大臂轴线之间的夹角；

针对任意一次扫描，根据在该次扫描时扫描到的目标反射点的测量距离和目标反射点的测量角度，确定目标反射点在截面坐标系中的坐标值；所述截面坐标系是指垂直于地面的坐标系，以该次扫描时扫描设备的位置的原点，以扫描设备对应的水平方向为x轴，以扫描设备对应的垂直方向为y轴，建立的坐标系；

根据所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，确定目标反射点对应的截面面积；

根据所有扫描次数内所有反射点对应截面面积，以及堆取料机每次扫描前进的距离，确定料堆的体积；

根据原料场内每个料堆的体积和每个料堆的密度，对原料场内的所有料堆进行盘库。

8.根据权利要求7所述的料堆盘库方法，其特征在于，所述目标反射点对应的截面面积，具体采用下述方法确定：

根据所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，确定目标反射点对应的截面轮廓；

采用微积分法对所述目标反射点对应的截面轮廓进行计算，得到所述目标反射点对应的截面面积。

9.根据权利要求8所述的料堆盘库方法，其特征在于，所述目标反射点在截面坐标系中的坐标值，具体采用以下方法确定：

其中，P_k是第k个反射点；P_k·x是P_k在三维坐标系中x轴上的数值，P_k·y是P_k在三维坐标系中y轴上的数值，P_k·z是P_k在三维坐标系中z轴上的数值；P_k·u是P_k在扫描设备坐标系统中u轴上的数值；P_k·u是P_k在扫描设备坐标系统中v轴上的数值；d_k是P_k的测量距离；θ_k是P_k的测量角度；Lb是扫描设备与轨道之间的水平距离；I是堆取料机在轨道上的位置；Hb是大臂距离地面的高度；α是大臂的俯仰旋转角度(即大臂与三维坐标系中x轴方向的夹角)；所述大臂轴线的方向是指从大臂与本体连接的一端指向大臂靠近料堆的一端所对应的方向。

10.根据权利要求9所述的料堆盘库方法，其特征在于，所述目标反射点对应的截面轮廓，具体采用下述方程表示：

其中，P(t)是目标反射点对应的截面轮廓的方程式；N_k,p(t)是p次B-样条基函数，p取2，t＝[0,1]；P_k是第k个目标反射点在截面坐标系中的坐标值；n是目标反射点的数量。

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