CN116750658A - 基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法 - Google Patents

基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,激光雷达扫描堆场,获取堆场每个点的目标反射率和坐标信息组合而成点云数据集反馈于工控机,工控机根据反馈的点云数据集,建立堆场模型;根据堆场模型,测算出堆场堆料高度、堆面曲线以及堆场各点XYZ坐标参数,确定起重机工作的目标区域;PLC接收起重机目标区域参数并折算成大、小车实际起身的目标位置,然后发出抓取指令,起升运行机构、大车运行机构、小车运行机构组成的三机构联动到目标位置抓取。本发明通过对堆场进行三维建模以及桥抓的位置姿态监控,从而确定物料自动化抓取方案,并配合对桥抓的防撞保护,实现桥抓起重机的自动化、高效化及安全性作业运行。

Description

基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法
技术领域
本发明属于桥式双梁起重机技术领域,尤其涉及基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法。
背景技术
桥抓(桥式双梁起重机)的控制方式一般需要司机在干化车间控制室内操作手柄完成污泥的抓取,而污泥车间现场作业环境恶劣,长时间作业对人员身体健康存在不利影响,尤其是在作业环境恶劣情况下,污泥池的装料、卸料作业由人工操作桥抓时会出现操作控制偏差,存在安全隐患且影响作业效率。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,通过对堆场进行三维建模以及桥抓的位置姿态监控,从而确定物料自动化抓取方案,并配合对桥抓的防撞保护,实现桥抓起重机的自动化、高效化及安全性作业运行。
技术方案:为实现上述目的,本发明的基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,具体步骤如下:
S1:激光雷达扫描堆场,获取堆场每个点的目标反射率和坐标信息组合而成点云数据集反馈于工控机,工控机根据反馈的点云数据集,建立堆场模型;
S2:根据堆场模型,测算出堆场堆料高度、堆面曲线以及堆场各点XYZ坐标参数,确定起重机工作的目标区域;
S3:PLC接收起重机目标区域参数并折算成大、小车实际起身的目标位置,然后发出抓取指令,起升运行机构、大车运行机构、小车运行机构组成的三机构联动到目标位置抓取,抓取完成后回到限位;
S4:PLC接收异常位置信息时发出停止工作指令,三机构停留在当前位置,并且PLC发出警报提醒操作人员。
进一步地,在步骤S1中,所述激光雷达采用非重复式扫描的方式,视场中激光照射到的区域面积会随时间增大,从而扫描到全场,并反馈于工控机点云数据集,每个点云包含目标反射率和坐标信息两种类型的数据,通过工控机重组点云集,建立堆场模型。
进一步地,在步骤S2中,包括对大、小车及抓斗位置进行坐标定位的定位传感器,所述定位传感器适配反射板,并采用双冗余方式配置,确保在高粉尘、高湿度环境下的定位稳定性与可靠性。
进一步地,在步骤S3中,包括防撞保护系统,所述防撞保护系统为:根据步骤S1对堆场的建模数据,测算出一系列虚拟限位,并通过设置一系列的硬限位,防止机构运行时抓斗碰撞到周边的设施。
进一步地,在步骤S3中,考虑到抓斗的形状,为了避免抓斗本身与刮泥机排料口发生碰撞,在抓斗与刮泥机排料口同高的位置,划定一个安全区,在进行作业轨迹规划时绕开安全区,并且在安全区附近安装检测开关传感器作为第二道防撞保护,当安全区检测开关动作时,紧急闭锁抓斗运行。
进一步地,在步骤S4中,通过抓斗位置以及电控系统中大车、小车位置,计算出一个相对位置的差值,在运行的过程中对抓斗的位置姿态实时监控,当不符预期时,PLC发出警报并及时停止操作,以此达到抓斗防撞、防摇以及防倒斗的目的。
进一步地,抓斗防撞、防摇以及防倒斗的具体措施如下:
a)抓斗防撞
通过抓斗位置以及电控系统中大车、小车位置,计算出一个相对位置的差值,差值过大时提前采取减速或停车保护动作,避免其到位后抓斗摆动过大碰撞到堆场的仓壁;
b)抓斗防摇
系统根据抓斗姿态监控数据,在每次操作时,当抓斗完成抓取,准备起升后,实时计算一套优化的加减速参数,并将其写入PLC,在运行过程中,时刻跟踪抓斗位置,并对参数进行实时调整,以避免抓斗摆幅过大;
c)防倒斗
堆场物料料面起伏存在斜坡时,为防止抓斗探底后继续下放发生倾倒,系统结合堆场数据制定最佳取料点,结合抓斗姿态监控的数据,避免抓斗姿态异常变化,当抓斗姿态不符合预期时,先尝试起升,更换次优的作业位置进行尝试,如果持续异常,则发出警报,人为干涉。
进一步地,在步骤S4中,系统实时控制所述抓斗下降深度,避免钢丝绳因过度下放松弛而发生跳槽;在起重机的滚筒侧方安装摄像头,通过视觉识别算法实时检测钢丝绳状态,当发生跳槽时,系统停止操作,并在人机界面上发出告警信号。
进一步地,在容易跳槽的位置安装防止跳绳的硬件设施,所述硬件设施包括防跳杆、防跳滚轮与导绳器中的任意一种。
有益效果:本发明另外设置的设施主要有远程操作台、PLC、服务器、激光雷达、定位传感器和起升编码器,设施通过现场总线连接,并加入高速以太网实现联网控制,实现了与桥抓原有的电控系统融合,通过对堆场进行三维建模以及桥抓的位置姿态监控,从而确定物料自动化抓取方案,并配合对桥抓的防撞保护,实现桥抓起重机的自动化、高效化及安全性作业运行,由值班人员在控制室远程监控作业,最终实现抓取料远程自动控制。
附图说明
附图1为本发明的方法流程结构示意图;
附图2为本发明使用激光雷达建模的仿真结构示意图;
附图3为本发明的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
桥抓(桥式双梁起重机)的控制方式一般需要司机在干化车间控制室内操作手柄完成污泥的抓取,而污泥车间现场作业环境恶劣,长时间作业对人员身体健康存在不利影响,尤其是在作业环境恶劣情况下,污泥池的装料、卸料作业由人工操作桥抓时会出现操作控制偏差,存在安全隐患且影响作业效率。
为解决上述问题,本发明提出的技术方案如附图1和附图3所示,基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,具体步骤如下:
S1:激光雷达扫描堆场,获取堆场每个点的目标反射率和坐标信息组合而成点云数据集反馈于工控机,工控机根据反馈的点云数据集,建立堆场模型。图2即为堆场建模仿真的结构示意图。在步骤S1中,所述激光雷达采用非重复式扫描的方式,视场中激光照射到的区域面积会随时间增大,从而扫描到全场,并反馈于工控机点云数据集,每个点云包含目标反射率和坐标信息两种类型的数据,通过工控机重组点云集,建立堆场模型。视场覆盖率随时间推移而显著提高,可减小视场内物体被漏检的概率,有助于探测视场中的更多细节,视场覆盖率可接近100%,即视场中几乎所有区域都会被激光束照射到。
S2:根据堆场模型,测算出堆场堆料高度、堆面曲线以及堆场各点XYZ坐标参数,确定起重机工作的目标区域。在步骤S2中,包括对大、小车及抓斗位置进行坐标定位的定位传感器,所述定位传感器适配反射板,并采用双冗余方式配置,确保在高粉尘、高湿度环境下的定位稳定性与可靠性。
S3:PLC接收起重机目标区域参数并折算成大、小车实际起身的目标位置,然后发出抓取指令,起升运行机构、大车运行机构、小车运行机构组成的三机构联动到目标位置抓取,抓取完成后回到限位。桥式双梁起重机上原有的视频监控系统不仅可以监控作业情况,而且还可以通过监控分析抓斗的姿态。在步骤S3中,包括防撞保护系统,所述防撞保护系统为:根据步骤S1对堆场的建模数据,测算出一系列虚拟限位,并通过设置一系列的硬限位,防止机构运行时抓斗碰撞到周边的设施。并且在在步骤S3中,考虑到抓斗的形状,为了避免抓斗本身与刮泥机排料口发生碰撞,在抓斗与刮泥机排料口同高的位置,划定一个安全区,在进行作业轨迹规划时绕开安全区,并且在安全区附近安装检测开关传感器作为第二道防撞保护,当安全区检测开关动作时,紧急闭锁抓斗运行,进一步提高安全性。
S4:PLC接收异常位置信息时发出停止工作指令,三机构停留在当前位置,并且PLC发出警报提醒操作人员。在步骤S4中,通过抓斗位置以及电控系统中大车、小车位置,计算出一个相对位置的差值,在运行的过程中对抓斗的位置姿态实时监控,抓斗的位置姿态包括利用定位传感器检测的定位位置以及利用桥式双梁起重机上原有的视频监控系统监控到的抓斗自身姿态,两者相结合精确监控抓斗姿态,当不符预期时,PLC发出警报并及时停止操作,以此达到抓斗防撞、防摇以及防倒斗的目的。
更为具体的,抓斗防撞、防摇以及防倒斗的具体措施如下:
a)抓斗防撞
通过抓斗位置以及电控系统中大车、小车位置,计算出一个相对位置的差值,差值过大时提前采取减速或停车保护动作,避免其到位后抓斗摆动过大碰撞到堆场的仓壁;并且,还能够避免抓斗摆动过大碰撞到周边的设施。
b)抓斗防摇
系统根据抓斗姿态监控数据,在每次操作时,当抓斗完成抓取,准备起升后,实时计算一套优化的加减速参数,并将其写入PLC,在运行过程中,时刻跟踪抓斗位置,并对参数进行实时调整,以避免抓斗摆幅过大。
c)防倒斗
堆场物料料面起伏存在斜坡时,为防止抓斗探底后继续下放发生倾倒,系统结合堆场数据制定最佳取料点,结合抓斗姿态监控的数据,避免抓斗姿态异常变化,当抓斗姿态不符合预期时,先尝试起升,更换次优的作业位置进行尝试,如果持续异常,则发出警报,人为干涉。
需要注意的是,在步骤S4中,系统实时控制所述抓斗下降深度,避免钢丝绳因过度下放松弛而发生跳槽;在起重机的滚筒侧方安装摄像头,通过视觉识别算法实时检测钢丝绳状态,当发生跳槽时,系统停止操作,并在人机界面上发出告警信号。其中,在容易跳槽的位置安装防止跳绳的硬件设施,所述硬件设施包括防跳杆、防跳滚轮与导绳器中的任意一种。
如附图3所示,电控系统和视频监控系统为桥式双梁起重机的原有设施,在本方案中,另外设置的设施主要有远程操作台、PLC、服务器、激光雷达、定位传感器和起升编码器,设施通过现场总线连接,并增加高速以太网进行联网控制,实现与桥抓原有电控系统的融合,通过对堆场进行三维建模以及桥抓的位置姿态监控,从而确定物料自动化抓取方案,并配合对桥抓的防撞保护,实现桥抓起重机的自动化、高效化及安全性作业运行,由值班人员在控制室远程监控作业,最终实现抓取料远程自动控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,其特征在于:具体步骤如下:
S1:激光雷达扫描堆场,获取堆场每个点的目标反射率和坐标信息组合而成点云数据集反馈于工控机,工控机根据反馈的点云数据集,建立堆场模型;
S2:根据堆场模型,测算出堆场堆料高度、堆面曲线以及堆场各点XYZ坐标参数,确定起重机工作的目标区域;
S3:PLC接收起重机目标区域参数并折算成大、小车实际起身的目标位置,然后发出抓取指令,起升运行机构、大车运行机构、小车运行机构组成的三机构联动到目标位置抓取,抓取完成后回到限位;
S4:PLC接收异常位置信息时发出停止工作指令,三机构停留在当前位置,并且PLC发出警报提醒操作人员。
2.根据权利要求1所述的基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,其特征在于:在步骤S1中,所述激光雷达采用非重复式扫描的方式,视场中激光照射到的区域面积会随时间增大,从而扫描到全场,并反馈于工控机点云数据集,每个点云包含目标反射率和坐标信息两种类型的数据,通过工控机重组点云集,建立堆场模型。
3.根据权利要求1所述的基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,其特征在于:在步骤S2中,包括对大、小车及抓斗位置进行坐标定位的定位传感器,所述定位传感器适配反射板,并采用双冗余方式配置,确保在高粉尘、高湿度环境下的定位稳定性与可靠性。
4.根据权利要求1所述的基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,其特征在于:在步骤S3中,包括防撞保护系统,所述防撞保护系统为:根据步骤S1对堆场的建模数据,测算出一系列虚拟限位,并通过设置一系列的硬限位,防止机构运行时抓斗碰撞到周边的设施。
5.根据权利要求4所述的基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,其特征在于:在步骤S3中,考虑到抓斗的形状,为了避免抓斗本身与刮泥机排料口发生碰撞,在抓斗与刮泥机排料口同高的位置,划定一个安全区,在进行作业轨迹规划时绕开安全区,并且在安全区附近安装检测开关传感器作为第二道防撞保护,当安全区检测开关动作时,紧急闭锁抓斗运行。
6.根据权利要求4所述的基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,其特征在于:在步骤S4中,通过抓斗位置以及电控系统中大车、小车位置,计算出一个相对位置的差值,在运行的过程中对抓斗的位置姿态实时监控,当不符预期时,PLC发出警报并及时停止操作,以此达到抓斗防撞、防摇以及防倒斗的目的。
7.根据权利要求6所述的基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,其特征在于:抓斗防撞、防摇以及防倒斗的具体措施如下:
a)抓斗防撞
通过抓斗位置以及电控系统中大车、小车位置,计算出一个相对位置的差值,差值过大时提前采取减速或停车保护动作,避免其到位后抓斗摆动过大碰撞到堆场的仓壁;
b)抓斗防摇
系统根据抓斗姿态监控数据,在每次操作时,当抓斗完成抓取,准备起升后,实时计算一套优化的加减速参数,并将其写入PLC,在运行过程中,时刻跟踪抓斗位置,并对参数进行实时调整,以避免抓斗摆幅过大;
c)防倒斗
堆场物料料面起伏存在斜坡时,为防止抓斗探底后继续下放发生倾倒,系统结合堆场数据制定最佳取料点,结合抓斗姿态监控的数据,避免抓斗姿态异常变化,当抓斗姿态不符合预期时,先尝试起升,更换次优的作业位置进行尝试,如果持续异常,则发出警报,人为干涉。
8.根据权利要求6所述的基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,其特征在于:在步骤S4中,系统实时控制所述抓斗下降深度,避免钢丝绳因过度下放松弛而发生跳槽;在起重机的滚筒侧方安装摄像头,通过视觉识别算法实时检测钢丝绳状态,当发生跳槽时,系统停止操作,并在人机界面上发出告警信号。
9.根据权利要求8所述的基于激光雷达建模的桥式双梁起重机的自动控制运行方法,其特征在于:在容易跳槽的位置安装防止跳绳的硬件设施,所述硬件设施包括防跳杆、防跳滚轮与导绳器中的任意一种。
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