CN116409644A - 废渣装运方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了废渣装运方法，所述废渣装运方法包括抓取废渣阶段和转移阶段；所述转移阶段为：设定行车运动方式为多段速度控制，Δs在分别为s1、s2、s3、s4，且s1≤s2≤s3≤s4；当Δs≤s1时，此时控制行车加速度a＝ɑ_min，直到当前速度V，变速至目标速度VS；当Δs≥s1时，且此时速度为V，选择的目标速度为VS；当运行时间t2后，控制行车加速度a＝0，并保持当前速度运行时间t3；当时间t3到达后，再次控制行车加速度a＝ɑmax变速运行，直到时间t2后，且V＝VS，控制行车加速度a＝0，其中t₂＝(1‑κ)×ΔV/(g×tanθ)；行车继续运行，根据目标距离Δs大小，不停修正目标速度VS，重复循环上述过程，直到Δs＝0时，行车停止运行。本发明具有减小摆幅等优点。

Description

废渣装运方法

技术领域

本发明涉及废渣处理，特别涉及废渣装运方法。

背景技术

在冶金行业中，会产生大量的废渣，需要及时地清运出去。大量废渣的装置都是行车的操作人员使用抓斗抓取废渣，并装在车辆上。在行车的转移中，存在以下问题：

1.行车抓斗采用钢缆连接，运行过程中抓斗在X、Y方向摆动比较厉害。

2.抓斗缆绳越长，摆幅越大，容易发生碰撞。

3.抓斗摆动过大时造成过冲，定位不准。

在抓斗抓取废渣的过程中，滑轮上的提升钢缆和开闭钢缆容易出以下问题：

1.钢缆放的过多容易出现跳绳。

2.跳绳后容易导致钢缆卡在滑轮之间，长时间运行会导致钢缆磨损卡死。

3.跳绳后提升钢缆长度和开闭钢缆长度发生变化，导致开闭角度错误。

还有，在装渣现场，由于水雾弥漫，导致存在诸多问题，如：

1.操作人员无法看清楚渣池，无法判断抓斗是否触底，经常抓空；

2.操作工想把抓斗抓满，导致抓斗触底过重，是开闭钢缆脱钩；

3.无法准确控制每斗的抓渣量，导致车辆装渣不均匀；

4.司机无法将车辆准确地停在指定位置，操作人员无法看清装渣车辆的位置，也就无法准确装运废渣；还有，车辆类型的不同，车厢长度和高度也不同。

随着冶金行业自动化改造的推进，无人化装渣得到越来越多的应用，不仅降低了人力成本，也防止出现涉及人身安全的安全事故的出现。但，准确可控地抓渣以及装渣车辆位置的识别仍然是一个难点。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种废渣装运方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

废渣装运方法，所述废渣装运方法包括抓取废渣阶段和转移阶段；所述转移阶段为：

设定行车运动方式为多段速度控制，Δs在分别为s1、s2、s3、s4，且s1≤s2≤s3≤s4；距离以内时对应的最大目标速度分别为VS1、VS2、VS3、VS4，且VS1≤VS2≤VS3≤VS4，每段之间的距离长度大于加速距离；

当Δs≤s1时，此时控制行车加速度a＝ɑ_min，且a_min＝μ×a_max＝μ×g×tanθ＝，直到当前速度V，变速至目标速度VS；

当Δs≥s1时，且此时速度为V，选择的目标速度为VS；此时控制行车加速度a＝ɑ_max，其中ɑ_max＝g×tanθ；

当运行时间t2后，控制行车加速度a＝0，并保持当前速度运行时间t3；其中t₁＝κ×ΔV/(g×tanθ)、

当时间t3到达后，再次控制行车加速度a＝ɑmax变速运行，直到时间t2后，且V＝VS，控制行车加速度a＝0，其中t₂＝(1-κ)×ΔV/(g×tanθ)；

行车继续运行，根据目标距离Δs大小，不停修正目标速度VS，重复循环上述过程，直到Δs＝0时，行车停止运行；

第一平台带动抓斗沿第一方向运动，第二平台带动抓斗沿第二方向运动，提升电机、开闭电机控制抓斗沿第三方向运行；抓斗中心位置摆长为L、最大允许摆动角度为θ、抓斗最大摆幅L_s＝L×sinθ、θ＝arcsin(L_S/L)；第一平台与第二平台最大允许运动加速度ɑ_max＝g×tanθ、最小运动加速度ɑ_min、加速度缩放系数μ、行车当前运动速度V、行车目标速度VS、绝对速度差值ΔV、加速时间t1、加速时间t2、平衡时间t3、目标距离Δs。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1.工作稳定性好；

有效地防止了钢缆摆动过大，提高了工作安全性；

利用滚轮，将提升钢缆和开闭钢缆夹在滑轮的凹槽和滚轮的凹槽之间，有效地防止了钢缆跳绳，确保了无人抓渣的工作稳定性；

2.抓渣准确；

准确控制抓斗提升和开闭动作协调，根据所需的抓渣量进行速度和步进量调整，达到无人化智能抓渣；

3.识别准确；

利用点云数据的预处理、点云密度值的比对以及测距传感器的应用去准确获得车厢位置，排除了车辆停放不到位、水雾影响等不利因素影响，从而为无人行车的准确装渣奠定基础；

4.识别快速；

利用软件算法快速测量、比对和分析，快速获得车厢的准确位置。

具体实施方式

以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

本发明实施例的废渣装运方法，所述废渣装运方法包括抓取废渣阶段、废渣转移阶段；，

所述废渣转移阶段为：

设定行车运动方式为多段速度控制，Δs在分别为s1、s2、s3、s4，且s1≤s2≤s3≤s4；距离以内时对应的最大目标速度分别为VS1、VS2、VS3、VS4，且VS1≤VS2≤VS3≤VS4，每段之间的距离长度大于加速距离；

当Δs≤s1时，此时控制行车加速度a＝ɑ_min，且a_min＝μ×a_max＝μ×g×tanθ＝，直到当前速度V，变速至目标速度VS；

当Δs≥s1时，且此时速度为V，选择的目标速度为VS；此时控制行车加速度a＝ɑ_max，其中ɑ_max＝g×tanθ；

当运行时间t2后，控制行车加速度a＝0，并保持当前速度运行时间t3；其中t₁＝κ×ΔV/(g×tanθ)、

当时间t3到达后，再次控制行车加速度a＝ɑmax变速运行，直到时间t2后，且V＝VS，控制行车加速度a＝0，其中t₂＝(1-κ)×ΔV/(g×tanθ)；

行车继续运行，根据目标距离Δs大小，不停修正目标速度VS，重复循环上述过程，直到Δs＝0时，行车停止运行；

第一平台带动抓斗沿第一方向运动，第二平台带动抓斗沿第二方向运动，提升电机、开闭电机控制抓斗沿第三方向运行；抓斗中心位置摆长为L、最大允许摆动角度为θ、抓斗最大摆幅L_s＝L×sinθ、θ＝arcsin(L_S/L)；第一平台与第二平台最大允许运动加速度ɑ_max＝g×tanθ、最小运动加速度ɑ_min、加速度缩放系数μ、行车当前运动速度V、行车目标速度VS、绝对速度差值ΔV、加速时间t1、加速时间t2、平衡时间t3、目标距离Δs；

所述抓取废渣阶段为：

提升电机和开闭电机同步运行，抓斗保持开启状态并下降，提升缆绳和开闭缆绳下降量相同；

当提升电机和/或开闭电机下侧的重量传感器的输出值小于第一设定值，或者提升电机的转矩小于第二设定值时，说明此时抓斗触底，所述提升缆绳以速度V₁继续下降，所述开闭缆绳以速度V₂上升，所述抓斗在下降中抓取废渣，从而抓取更多的废渣；

当所述提升缆绳的下降量与开闭缆绳的下降量的差达到阈值ΔL时，所述提升缆绳和开闭缆绳同步上升，直到停止位；

在抓取废渣阶段中，提升钢缆和开闭钢缆相对滑轮上下移动；

所述提升钢缆和开闭钢缆分别被夹在所述滑轮和滚轮之间，所述滚轮设置滚轮支架上，所述滚轮支架设置在导向件上，用于承载多个导向件的固定件设置在滑轮支架上；弹簧设置在所述导向件上，且处于所述滚轮支架和固定件之间。

为了准确地控制抓斗抓取的废渣重量，进一步地，所述阈值

G₁是抓斗满斗重量，G₂是预设的抓取重量，L_s是抓斗完全闭合位移，λ是补偿系数。

为了控制抓斗的抓取，进一步地，V₁＝μ·V₂，μ是系数。

为了及时反馈抓斗的运行以指导下一次抓取，进一步地，在所述提升缆绳和开闭缆绳同步上升中或在停止位时，得到新的补偿系数

并替换原保存的λ，G₁是实际抓取的废渣重量。

为了准确地识别装渣车辆，以实现准确装渣，进一步地，所述废渣装运方法还包括装渣车辆的识别阶段，所述装渣车辆的识别阶段为：

三维扫描仪获得车辆停泊区内区域的点云数据S，水雾弥漫在所述车辆停泊区；

预处理所述点云数据，获得除雾后的第一指定区域的点云数据S′，所述第一指定区域完全包含正常停车区域，该停车区域覆盖了车辆前后方向和上下方向上，司机停车时，车辆完全处于正常停车区域内；

根据预处理后的点云数据S′，分别获得第二指定区域和第三指定区域的点云密度值ρ₁、ρ₂，所述第二指定区域是处于正常停车区域上侧偏后的区域，所述第三指定区域是处于所述正常停车区域上侧偏前的区域，使得第二指定区域和第三指定区域的下侧为车厢；

比较点云密度值ρ₁、ρ₂和阈值ρ；

根据比较结果得出车辆停泊区内装渣车辆车厢位置。

为了利用点云密度值和阈值准确地获得车厢位置，装渣车辆车厢位置的获得方式为：

若ρ₁≤ρ、ρ₂≤ρ，根据点云数据S′获得车厢头部和尾部的坐标；

若ρ₁≤ρ、ρ₂＞ρ，根据点云数据S′获得车厢尾部的坐标，根据车厢尾部的坐标和车厢长度L得到车厢头部的坐标；

若ρ₁＞ρ、ρ₂≤ρ，根据点云数据S′获得车厢头部坐标，根据车厢头部的坐标和车厢长度L得到车厢尾部的坐标；

若ρ₁＞ρ、ρ₂＞ρ，点云数据S′无效。

为了处理极端情况，进一步地，若ρ₁＞ρ、ρ₂＞ρ，利用距离传感器获得车尾的数据X_i，i＝1,2···N；

若数据X_i满足条件：数据X_i处于设定范围内，且数据X_i波动不大于设定值，则输出车厢尾部的坐标，并利用车厢长度得出车厢头部的坐标；

若数据X_i不满足所述条件，则识别失败，并发出提示。

为了准确地获得车厢尾部的位置，进一步地，所述波动的判断方式为：

判断

是否不大于设定值μ，/>

为了更加科学地得到车厢位置，进一步地，若ρ₁≤ρ、ρ₂≤ρ，根据得到的车厢头部和尾部的坐标，计算出车厢长度L′；

得到车厢长度L′和车厢长度L的偏差；

若所述偏差不大于设定值，则输出车厢头部和尾部的坐标；

若所述偏差大于设定值，输出车厢尾部坐标，并根据所述车厢长度L计算出车厢头部坐标。

为了排出水雾的影响，进一步地，所述预处理的方式为：

通过PCL计算库得到每个点云的法向量，从而任一点云的法向量分别和三维坐标系中各个轴间的夹角；

判断所述夹角是否处于设定范围内；

若在所述设定范围内，保留该点云数据；

若不在所述设定范围内，删除该点云数据；

删除非第一指定区域的点云数据。

为了准确地获得车厢长度，进一步地，停车司机输入车辆类型或车厢长度，所述车辆类型与车厢长度对应。

实施例2：

根据本发明实施例1的废渣装运方法在钢铁企业高炉废渣装运中的应用例。

在本应用例中，废渣装运方法包括装渣车辆识别阶段、抓取废渣阶段和废渣转移阶段，所述抓取废渣阶段为：

提升电机和开闭电机同步运行，抓斗保持开启状态并下降，提升钢缆和开闭钢缆下降量相同；

实时判断提升电机和/或开闭电机下侧的重量传感器的输出值是否小于第一设定值，或者提升电机的转矩是否小于第二设定值；

若重量传感器的输出值不小于第一设定值，或者提升电机的转矩不大于第二设定值，抓斗继续下降；

若提升电机和/或开闭电机下侧的重量传感器的输出值小于第一设定值，或者提升电机的转矩小于第二设定值时，说明此时抓斗触底，所述提升钢缆以速度V₁继续下降，所述开闭钢缆以速度V₂上升，V₁＝μ·V₂，μ是系数，所述抓斗在下降中抓取废渣，从而抓取更多的废渣；

判断提升钢缆的实时下降量与开闭钢缆的实时下降量的差ΔL是否达到阈值

G₁是抓斗满斗重量，G₂是预设的抓取重量，L_s是抓斗完全闭合位移，λ是存储的补偿系数，

若ΔL未达到阈值，提升钢缆继续下降，开闭钢缆继续上升；

若ΔL达到阈值，所述提升钢缆和开闭钢缆同步上升，直到停止位；

得到新的补偿系数

并替换原保存的λ，G是实际抓取的废渣重量；

在抓取废渣阶段中，提升钢缆和开闭钢缆相对滑轮上下移动；

所述提升钢缆和开闭钢缆分别被夹在所述滑轮和滚轮之间，所述滚轮设置滚轮支架上，所述滚轮支架设置在导向件上，用于承载多个导向件的固定件设置在滑轮支架上；弹簧设置在所述导向件上，且处于所述滚轮支架和固定件之间，为滚轮支架提供弹力，使得钢缆被夹在滑轮和滚轮的凹槽，防止钢缆跳绳，在钢缆的上下移动中，滑轮和滚轮性对钢缆滚动；

所述废渣转移阶段为：

设定行车运动方式为多段速度控制，Δs在分别为s1、s2、s3、s4，且s1≤s2≤s3≤s4；距离以内时对应的最大目标速度分别为VS1、VS2、VS3、VS4，且VS1≤VS2≤VS3≤VS4，每段之间的距离长度大于加速距离；

当Δs≤s1时，此时控制行车加速度a＝ɑ_min，且a_min＝μ×a_max＝μ×g×tanθ＝，直到当前速度V，变速至目标速度VS；

当Δs≥s1时，且此时速度为V，选择的目标速度为VS；此时控制行车加速度a＝ɑ_max，其中ɑ_max＝g×tanθ；

当运行时间t2后，控制行车加速度a＝0，并保持当前速度运行时间t3；其中t₁＝κ×ΔV/(g×tanθ)、

当时间t3到达后，再次控制行车加速度a＝ɑmax变速运行，直到时间t2后，且V＝VS，控制行车加速度a＝0，其中t₂＝(1-κ)×ΔV/(g×tanθ)；

行车继续运行，根据目标距离Δs大小，不停修正目标速度VS，重复循环上述过程，直到Δs＝0时，行车停止运行；

第一平台带动抓斗沿第一方向运动，第二平台带动抓斗沿第二方向运动，提升电机、开闭电机控制抓斗沿第三方向运行；抓斗中心位置摆长为L、最大允许摆动角度为θ、抓斗最大摆幅L_s＝L×sinθ、θ＝arcsin(L_S/L)；第一平台与第二平台最大允许运动加速度ɑ_max＝g×tanθ、最小运动加速度ɑ_min、加速度缩放系数μ、行车当前运动速度V、行车目标速度VS、绝对速度差值ΔV、加速时间t1、加速时间t2、平衡时间t3、目标距离Δs；

所述装渣车辆识别阶段为：

司机将装渣车辆停在停泊区，并输入车厢长度L(或输入车辆类型，车辆类型与车厢长度L及高度对应)；

三维扫描仪获得车辆停泊区内区域的点云数据S，水雾不时地弥漫在所述车辆停泊区，如车厢尾部等区域；

预处理所述点云数据S，删除无用数据，从而获得第一指定区域(长度和高度要符合车辆类型)的点云数据，所述第一指定区域完全包含正常停车区域，该停车区域覆盖了车辆前后方向和上下方向上，司机停车时，车辆完全处于正常停车区域内；

对第一指定区域的点云数据做除雾处理，得到点云数据S′，除雾处理的方式为：通过PCL计算库得到每个点云的法向量，从而任一点云的法向量分别和三维坐标系中各个轴间的夹角；判断所述夹角是否处于设定范围±5度内；

若在所述设定范围内，保留该点云数据；

若不在所述设定范围内，删除该点云数据；

根据预处理后的点云数据S′，分别获得第二指定区域和第三指定区域的点云密度值ρ₁、ρ₂，所述第二指定区域是处于正常停车区域上侧偏后的区域，所述第三指定区域是处于所述正常停车区域上侧偏前的区域，使得第二指定区域和第三指定区域的下侧为车厢；第二指定区域和第三指定区域的设定与车辆类型(车厢长度和高度)对应；

比较点云密度值ρ₁、ρ₂和阈值ρ＝100/m³；

根据比较结果得出车辆停泊区内装渣车辆车厢位置，具体为：

若ρ₁≤ρ、ρ₂≤ρ，根据点云数据S′获得车厢头部和尾部的坐标，并计算出车厢长度L′；

得到车厢长度L′和车厢长度L的偏差；

若所述偏差不大于设定值0.2m，则输出车厢头部和尾部的坐标；

若所述偏差大于设定值，输出车厢尾部坐标，并根据所述车厢长度L计算出车厢头部坐标；

若ρ₁≤ρ、ρ₂＞ρ，根据点云数据S′获得车厢尾部的坐标，根据车厢尾部的坐标和车厢长度L得到车厢头部的坐标；

若ρ₁＞ρ、ρ₂≤ρ，根据点云数据S′获得车厢头部坐标，根据车厢头部的坐标和车厢长度L得到车厢尾部的坐标；

若ρ₁＞ρ、ρ₂＞ρ，点云数据S′无效，此时利用距离传感器获得车尾的数据X_i，i＝1,2···N；

若数据X_i满足条件：数据X_i处于设定范围内，且数据X_i波动

不大于设定值μ＝5％，则输出车厢尾部的坐标，并利用车厢长度得出车厢头部的坐标；

若数据X_i不满足所述条件，则识别失败，并发出提示。

Claims (9)

1.废渣装运方法，所述废渣装运方法包括抓取废渣阶段和转移阶段；其特征在于，所述转移阶段为：

设定行车运动方式为多段速度控制，Δs在分别为s1、s2、s3、s4，且s1≤s2≤s3≤s4；距离以内时对应的最大目标速度分别为VS1、VS2、VS3、VS4，且VS1≤VS2≤VS3≤VS4，每段之间的距离长度大于加速距离；

当Δs≤s1时，此时控制行车加速度a＝ɑ_min，且a_min＝μ×a_max＝μ×g×tanθ＝，直到当前速度V，变速至目标速度VS；

当Δs≥s1时，且此时速度为V，选择的目标速度为VS；此时控制行车加速度a＝ɑ_max，其中ɑ_max＝g×tanθ；

当运行时间t2后，控制行车加速度a＝0，并保持当前速度运行时间t3；其中t₁＝κ×ΔV/(g×tanθ)、

当时间t3到达后，再次控制行车加速度a＝ɑmax变速运行，直到时间t2后，且V＝VS，控制行车加速度a＝0，其中t₂＝(1-κ)×ΔV/(g×tanθ)；

行车继续运行，根据目标距离Δs大小，不停修正目标速度VS，重复循环上述过程，直到Δs＝0时，行车停止运行；

第一平台带动抓斗沿第一方向运动，第二平台带动抓斗沿第二方向运动，提升电机、开闭电机控制抓斗沿第三方向运行；抓斗中心位置摆长为L、最大允许摆动角度为θ、抓斗最大摆幅L_s＝L×sinθ、θ＝arcsin(LS/L)；第一平台与第二平台最大允许运动加速度ɑ_max＝g×tanθ、最小运动加速度ɑ_min、加速度缩放系数μ、行车当前运动速度V、行车目标速度VS、绝对速度差值ΔV、加速时间t1、加速时间t2、平衡时间t3、目标距离Δs。

2.根据权利要求1所述的废渣装运方法，其特征在于，在抓取废渣阶段中，提升钢缆和开闭钢缆相对滑轮上下移动；所述提升钢缆和开闭钢缆分别被夹在所述滑轮和滚轮之间，所述滚轮设置滚轮支架上，所述滚轮支架设置在导向件上，用于承载多个导向件的固定件设置在滑轮支架上；弹簧设置在所述导向件上，且处于所述滚轮支架和固定件之间。

3.根据权利要求2所述的废渣装运方法，其特征在于，所述滚轮具有环状凹槽，所述提升钢缆和开闭钢缆分别处于滚轮的凹槽内。

4.根据权利要求1所述的废渣装运方法，其特征在于，所述废渣装运方法还包括装渣车辆的识别阶段，所述装渣车辆的识别阶段为：

三维扫描仪获得车辆停泊区内区域的点云数据S，水雾弥漫在所述车辆停泊区；

预处理所述点云数据，获得除雾后的第一指定区域的点云数据S′，所述第一指定区域包含正常停车区域；

根据预处理后的点云数据S′，分别获得第二指定区域和第三指定区域的点云密度值ρ₁、ρ₂，所述第二指定区域是处于正常停车区域上侧偏后的区域，所述第三指定区域是处于所述正常停车区域上侧偏前的区域；

比较点云密度值ρ₁、ρ₂和阈值ρ；

根据比较结果得出车辆停泊区内装渣车辆车厢位置。

5.根据权利要求4所述的废渣装运方法，其特征在于，获得装渣车辆的位置的方式为：

若ρ₁≤ρ、ρ₂≤ρ，根据点云数据S′获得车厢头部和尾部的坐标；

若ρ₁≤ρ、ρ₂＞ρ，根据点云数据S′获得车厢尾部的坐标，根据车厢尾部的坐标和车厢长度L得到车厢头部的坐标；

若ρ₁＞ρ、ρ₂≤ρ，根据点云数据S′获得车厢头部坐标，根据车厢头部的坐标和车厢长度L得到车厢尾部的坐标；

若ρ₁＞ρ、ρ₂＞ρ，点云数据S′无效。

6.根据权利要求5所述的废渣装运方法，其特征在于，若ρ₁＞ρ、ρ₂＞ρ，利用距离传感器获得车尾的数据X_i，i＝1,2…N；

若数据X_i满足条件：数据X_i处于设定范围内，且数据X_i波动不大于设定值，则输出车厢尾部的坐标，并利用车厢长度得出车厢头部的坐标；

若数据X_i不满足所述条件，则识别失败，并发出提示。

7.根据权利要求6所述的废渣装运方法，其特征在于，所述波动的判断方式为：

判断

是否不大于设定值μ，/>

8.根据权利要求5所述的废渣装运方法，其特征在于，若ρ₁≤ρ、ρ₂≤ρ，根据得到的车厢头部和尾部的坐标，计算出车厢长度L′；

得到车厢长度L′和车厢长度L的偏差；

若所述偏差不大于设定值，则输出车厢头部和尾部的坐标；

若所述偏差大于设定值，输出车厢尾部坐标，并根据所述车厢长度L计算出车厢头部坐标。

9.根据权利要求4所述的废渣装运方法，其特征在于，所述预处理的方式为：

通过PCL计算库得到每个点云的法向量，从而任一点云的法向量分别和三维坐标系中各个轴间的夹角；

判断所述夹角是否处于设定范围内；

若在所述设定范围内，保留该点云数据；

若不在所述设定范围内，删除该点云数据；

删除非第一指定区域的点云数据。