CN117401459A - 一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法及系统，该方法包括以下步骤：首先，确定散料场内相邻垛间的中线；其次，基于散料场内相邻垛间的中线，确定散料场内垛间调转悬臂的可行性；最后，基于散料场内垛间调转悬臂的可行性，控制斗轮机的走行和回转机构进行调转悬臂。本申请可以实现相邻料垛间自动调转悬臂的工况，无需斗轮机司机的参与；可以完善斗轮机智能化的生产流程链，使生产过程更趋无人化，管理过程更趋规范化。

Description

一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法和 系统

技术领域

本发明属于散料场的全自动控制领域，涉及一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法和系统。

背景技术

目前在工业生产中，斗轮机的全自动化堆料、取料技术已得到应用。但是单纯的全自动化堆料或者取料，是不足以支撑起完整的斗轮机全自动作业流程的，一个完整的斗轮机全自动流程应包括：切入作业点→连续堆取作业→扫边料作业→换层作业→全自动防碰撞保护等。当前的全自动化堆取料的流程中，尚未有全自动的算法来应对垛间调臂这一工况。现行普遍的做法都是将斗轮机切换到手动或者远程模式，以司机手柄操作的方式完成。

在未来的5～10年，斗轮机的智能化产品将越来越普及，这也就意味着在不远的将来，散料场内将不会存在斗轮机司机这一职业。所以，完善斗轮机智能化产品的控制全流程链将至关重要，而相邻料垛间调臂这一工况，是斗轮机作业过程中无法回避的环节。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法，包括以下步骤：

首先，确定散料场内相邻垛间的中线；

其次，基于散料场内相邻垛间的中线，确定散料场内垛间调转悬臂的可行性；

最后，基于散料场内垛间调转悬臂的可行性，控制斗轮机的走行和回转机构进行调转悬臂。

进一步地：所述散料场内相邻料垛间中线的计算方法的过程如下：

STEP01：获取I号料垛的三维点云坐标集ST_I；获取II号料垛的三维点云坐标集ST_II；

STEP02：去掉ST_I中高度值小于H的点，形成三维点云坐标集ST_N_I；去掉ST_II中高度值小于H的点，形成三维点云坐标集ST_N_II；

STEP03：将ST_N_I投影到水平面，形成二维点云坐标集ST_N_I_2D；将ST_II投影到水平面，形成二维点云坐标集ST_N_II_2D；

STEP04：判断ST_N_I_2D和ST_N_II_2D是否均非空，如果二维点云坐标集ST_N_I_2D或者ST_N_II_2D为空，就表示I号料垛或者II号料垛没有高于H的点，此时就不属于相邻垛间调转悬臂工况，归为无垛间限制的调转悬臂工况；

TEP05：获取ST_N_I_2D中横坐标的最大值x_{I_max}；获取ST_N_II_2D中横坐标的最小值x_{II_min}

STEP06：料垛间的中线

进一步地：所述基于散料场内相邻垛间的中线，确定散料场内垛间调转悬臂的可行性的过程如下：

STEP101：判断是否存在料垛间的中线x＝x_mi ^d；如果经过判断不存在料垛间的中线，则无需考虑垛间遮挡，可以调转悬臂！”，如果经过判断存在料垛间的中线，则不能调转悬臂，

STEP102：如果经过STEP101的判断存在料垛间的中线，则得到料垛间的中线

STEP103：斗轮机悬臂归于零位，俯仰0°且回转0°，使斗轮机悬臂根部位于坐标(D，0)处；

STEP104：斗轮机以v_L-max匀速走行的同时，以ω_S-max匀速回转；

STEP105：斗轮机悬臂每回转单位角度，则计算悬臂头部坐标(X_H,Y_H)和根部坐标(X_E,Y_E)并连接上述两点坐标；

STEP106：计算求得悬臂头部坐标(X_H,Y_H)和根部坐标(X_E,Y_E)如下所示：

其中：

STEP107：判断悬臂头部坐标(X_H,Y_H)与二维坐标集ST_N_I_2D和ST_N_II_2D是否均无交集，如果均无交集，则进入STEP108；如果(X_H,Y_H)与ST_N_I_2D或者ST_N_II_2D有交集，则提示“悬臂回转至θ时有碰撞风险！”，其中的θ采用实时计算的回转角度；

STEP108：判断轮机悬臂回转角度是否等于180°，如果回转角度没有到达180°，则返回至STEP104继续计算；如果回转角度到达180°，则提示“可以完成垛间调转悬臂！”

进一步地：所述悬臂头部坐标(X_H,Y_H)与二维坐标集ST_N_I_2D和ST_N_II_2D无交集的过程如下：

①ST_N_I_2D中存在(X_I-H,Y_H)且X_H＞X_I-H且ST_N_II_2D中不存在纵坐标Y_H；

②ST_N_I_2D中不存在纵坐标Y_H且ST_N_II_2D中存在(X_II-H,Y_H)且X_H＜X_II-H；

③ST_N_I_2D中存在(X_I-H,Y_H)且ST_N_II_2D中存在(X_II-H,Y_H)且X_I-H＜X_H＜X_II-H。

进一步地：所述基于散料场内垛间调转悬臂的可行性，控制斗轮机的走行和回转机构进行调转悬臂的过程如下：

STEP201：设定目标角度θ_des，该值推荐采用待取料垛即I号料垛，I号料垛获取目标角度θ_des，进行取料作业时的切入角度；

STEP202：悬臂归于零位，即俯仰0°且回转0°，启动走行机构，使斗轮机悬臂根部位于坐标(D，0)处，也即(x_mid-δ-L,0)处；(各参数的意义见表1；

STEP203：同时启动走行机构和回转机构；

STEP204：使斗轮机以v_L-max匀速走行，以ω_S-max匀速回转；

STEP205：判断是否检测到悬臂两侧防碰撞装置的触发信号，如果检测到上述信号，则应提示“悬臂侧向碰撞风险！”并结束斗轮机的调臂动作，如果未检测到上述信号，则进入到STEP206；

STEP206：判断当前回转角度是否到达θ_des，如果回转角度尚未到达θ_des，则返回STEP204；如果回转角度到达θ_des，则提示“已完成调转悬臂。”并结束斗轮机的调臂动作。

一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的控制系统，其特征在于：包括料堆点云数据采集设备、斗轮机姿态采集设备、悬臂、走行防碰设备；斗轮机本体；数据处理服务器；控制算法服务器；客户端计算机和中控室；

数据处理服务器、控制算法服务器客户端计算机设置在中控室内；

料堆点云数据采集设备用于采集散料场内料堆等物体的表面数据，并将采集散料场内料堆等物体的表面数据传输到数据处理服务器中；

斗轮机姿态采集设备用于斗轮机的三个姿态数据即走行位置、回转角度、俯仰角度数据的实时测量，并将斗轮机的三个姿态数据传输到控制算法服务器中，参与全自动斗轮机调臂控制；

所述数据处理服务器将处理后得数据传送给制算法服务器；

悬臂、走行防碰设备用于检测斗轮机与其他障碍物即同轨道的堆取料设备、相邻轨道的堆取料设备、料场内的流机设备、料堆之间的碰撞，悬臂、走行防碰设备的测距数据将传输到控制算法服务器中，参与全自动斗轮机调臂控制；

所述控制算法服务器将处理号后得数据传送给客户端计算机；

客户端计算机采用所述一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法用于实现全自动调臂的仿真模拟并进行参数调整，设置参数并实施自动调臂命令的下发。

本发明提供的一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法和系统，可以通过计算和绘图模拟，自动完成相邻料垛间自动调转悬臂这一工况，即是散料堆场的悬臂式取料机、堆料机、堆取料机(简称：斗轮机)在斗轮移动到全自动取料作业的切入点时，由于调度和障碍遮挡的因素，必须在相邻两垛之间调转悬臂的工况，有效促进斗轮机智能化控制流程链的完整性，具体实现过程主要分为3个步骤：计算料垛间的中线、判断料垛间调转悬臂的可行性、实施调转悬臂。

本次申请的技术内容主要用于完成全自动流程的第一步：切入作业点。尤其针对两个距离较近的相邻料垛，当由于外部因素(例如：邻近料垛的遮挡、同轨其他斗轮机等设备的阻碍等情况)导致无法正向取料作业时，则必须采用反向取料作业的方式，此时就需要在相邻料垛之间的缝隙中调转悬臂(以下简称“调臂”)，使悬臂从初始的0°～90°范围调转进入90°～180°范围内，此时应有合理的算法来对垛间调臂进行计算模拟并适应实际的工况。

本申请的方法更灵活，且如果参数设备得当，可以提高调转悬臂的效率，但这种算法对于无人值守系统操作员的要求较高，需要其具备调转悬臂相关参数的设置经验。

本申请无需人工手动操作，依靠自动化算法来完成垛间调转悬臂这一工况的仿真和实施。本发明的工程应用意义，有利于实现料场设备级全自动化作业的流程链。

本申请具有以下优点：

1、可以实现相邻料垛间自动调转悬臂的工况，无需斗轮机司机的参与；

2、可以完善斗轮机智能化的生产流程链，使生产过程更趋无人化，管理过程更趋规范化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是悬臂头部坐标和根部坐标的计算原理图；

图2是垛间调转斗轮机悬臂前的示意图；

图3是垛间调转斗轮机悬臂后的示意图；

图4是料垛间中线的计算方法流程图；

图5是垛间调转悬臂可行性的计算方法流程图；

图6是实施调转悬臂工况的流程图；

图7是垛间自动调转悬臂的悬臂轨迹包络线图I；

图8是垛间自动调转悬臂的悬臂轨迹包络线图II；

图9是垛间自动调转悬臂的悬臂轨迹包络线图III；

图10是垛间自动调转悬臂的控制系统网络示意图。

附图说明：1、料堆点云数据采集设备；2、表斗轮机姿态采集设备；3、悬臂、走行防碰设备；4、斗轮机本体；5、数据处理服务器；6、控制算法服务器；7、客户端计算机；8、中控室。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1是悬臂头部坐标和根部坐标的计算原理图；

下图2所示，是本次申请所述方法的示意图。

图中：AB为堆取料机的走行轨道；

I号料垛和II号料垛为相邻料垛；XY为斗轮机的悬臂，其中X是悬臂根部，Y是悬臂头部；悬臂XY与轨道AB的夹角为θ，也即悬臂回转角度为θ。

如图2所示，斗轮机走行机构沿虚线所指方向在轨道AB上走行的同时，悬臂沿θ角逐渐增大的方向进行回转。

如图2所示，斗轮机欲对I号料垛进行取料作业，由于遮挡或者调度等外部因素导致无法从I号料垛的首端进行作业，所以必须从I号料垛的尾端进行作业，而此时的悬臂XY的回转角度θ∈[0,90°]，无法切入I号料垛的尾端，这种情形下，斗轮机必须在相邻料垛(I号和II号料垛)间调转悬臂，使悬臂XY的回转角度θ∈[90°,180°]，即如图3所示。

本方法要求在调转悬臂的过程中，俯仰角度保持0°，走行机构匀速动作，回转机构匀速动作。为保证调臂效率，推荐采用走行最大速度和回转最大角速度进行调臂。本方法是基于二维空间的计算方法，具体而言，即设俯仰0°时悬臂距地面的高度为H，则高度为H的水平面即是本方法的适用范围。

本申请所述方法的计算参数如表1所示。本方法中涉及的参数，分为三大类：已知参数、中间参数、最终参数。其中：“已知参数”指调臂作业发生前，已经存在的参数；“中间参数”指进行调臂作业时，可以通过“已知参数”计算得到的参数；“最终参数”指调臂作业过程中，通过“中间参数”计算得到的参数，即是一系列悬臂轨迹坐标值。

“最终参数”所指的悬臂轨迹坐标，即不同回转角度下的悬臂头部坐标和根部坐标，将每个回转角度下的悬臂头部坐标与根部坐标进行连接，就得到了悬臂在调臂过程中的轨迹，而这些轨迹将形成包络线。即在斗轮机边回转边走行的过程中，悬臂每回转1°，就以悬臂头部和根部两点坐标绘制一条直线，众多直线将形成悬臂轨迹包络线，该包络线如果与I号料垛和II号料垛中高度大于等于H的点均无交集，那么就认为垛间调转悬臂是可行的。

表1中参数的计算示意图如图1所示。图1中，线段B_EB_H代表悬臂，且此时即将开始调臂，此时悬臂根部坐标B_E(D,0)，悬臂头部坐标B_H(D+L,0)；线段B'_EB'_H则代表斗轮机走行D1距离且回转θ角度后的悬臂，此时悬臂根部坐标B'_E(D+D1,0)，悬臂头部坐标B'_H(D+D1+Lcosθ,Lsinθ)。其中各参数意义参见表1

表1一种垛间自动调臂方法的参数表

一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法，应分3步实现：

首先，确定散料场内相邻垛间的中线；

其次，基于散料场内相邻垛间的中线，确定散料场内垛间调转悬臂的可行性；

最后，基于散料场内垛间调转悬臂的可行性，对斗轮机悬臂实施调转，即如果可以调转悬臂，则控制斗轮机的走行和回转机构进行调转悬臂。

所述料垛间中线的计算方法得过程如下：

料垛间中线x＝x_mi ^d的确定方法如图4所示。

下面对于图4所示的计算流程说明如下：

STEP01：获取I号料垛的三维点云坐标集ST_I；获取II号料垛的三维点云坐标集ST_II。

STEP02：去掉ST_I中高度值小于H的点，形成三维点云坐标集ST_N_I；去掉ST_II中高度值小于H的点，形成三维点云坐标集ST_N_II；

STEP03：将ST_N_I投影到水平面，形成二维点云坐标集ST_N_I_2D；将ST_II投影到水平面，形成二维点云坐标集ST_N_II_2D；

STEP04：判断ST_N_I_2D和ST_N_II_2D是否均非空，如果二维点云坐标集ST_N_I_2D或者ST_N_II_2D为空，就表示I号料垛或者II号料垛没有高于H的点，此时就不属于相邻垛间调转悬臂工况，可以归为无垛间限制的调转悬臂工况，不属于本申请所讨论之范围；

所述判断ST_N_I_2D和ST_N_II_2D是否均非空是现有技术，通过一个料场就对应一个数据库，那么在这个料场内，已按料场业主的要求事先按照长度坐标规划好了不同的区域，例如某料场规划出了10个作业区域，那么该料场数据库内就有10个数据表，其中ST_N_I_2D和ST_N_II_2D分别是相邻两个作业区域的点云数据集(亦可以说是相邻两个数据表里的点云数据)。那么在编写访问ST_N_I_2D和ST_N_II_2D这两个数据表的代码时，第一步就是要代码检查这两个数据表内是否为空，“空”是指该表内没有数据。

TEP05：获取ST_N_I_2D中横坐标的最大值x_{I_max}；获取ST_N_II_2D中横坐标的最小值x_{II_min}

STEP06：料垛间的中线

进一步地，垛间调转悬臂可行性的计算方法如下：

相邻垛间调转悬臂的可行性的确定方法如图5所示。下面对于图5所示的计算流程说明如下：

STEP101：判断是否存在料垛间的中线x＝x_mid；本步骤应依据图4所示流程进行判断。如果经过判断不存在料垛间的中线，则算法应提示“无需考虑垛间遮挡，可以调转悬臂！”也就是说，当不存在料垛间的中线时，应归为无垛间限制的调转悬臂工况，不属于本申请所讨论之范围；

STEP102：如果经过STEP101的判断存在料垛间的中线，则得到料垛间的中线

STEP103：悬臂归于零位，俯仰0°且回转0°，使斗轮机悬臂根部位于坐标(D，0)处，也即(x_mid-δ-L,0)处。(各参数的意义见表1)

STEP104：斗轮机以v_L-max匀速走行的同时，以ω_S-max匀速回转。需要说明的是，本步骤指计算意义的走行和回转，而非启动斗轮机的走行和回转机构。(各参数的意义见表1)

STEP105：斗轮机悬臂每回转单位角度，则计算悬臂头部坐标(X_H,Y_H)和根部坐标(X_E,Y_E)并连接上述两点坐标；

STEP106：计算求得悬臂头部坐标(X_H,Y_H)和根部坐标(X_E,Y_E)如下所示

其中：

STEP107：判断悬臂头部坐标(X_H,Y_H)与二维坐标集ST_N_I_2D和ST_N_II_2D是否均无交集，如果均无交集，则进入STEP108；如果(X_H,Y_H)与ST_N_I_2D或者ST_N_II_2D有交集，则提示“悬臂回转至θ时有碰撞风险！”，其中的θ采用实时计算的回转角度；

以下3种情况，均判定为悬臂头部坐标(X_H,Y_H)与二维坐标集ST_N_I_2D和ST_N_II_2D均无交集：

①ST_N_I_2D中存在(X_I-H,Y_H)且X_H＞X_I-H且ST_N_II_2D中不存在纵坐标Y_H；

②ST_N_I_2D中不存在纵坐标Y_H且ST_N_II_2D中存在(X_II-H,Y_H)且X_H＜X_II-H；

③ST_N_I_2D中存在(X_I-H,Y_H)且ST_N_II_2D中存在(X_II-H,Y_H)且X_I-H＜X_H＜X_II-H。

STEP108：判断轮机悬臂回转角度是否等于180°，如果回转角度没有到达180°，则返回至STEP104继续计算；如果回转角度到达180°，则提示“可以完成垛间调转悬臂！”

进一步地，实施调转悬臂得过程如下：

实施调转悬臂工况的具体流程如图6所示。

下面对于图6所示的工况流程说明如下：

STEP201：设定目标角度θ_des，该值推荐采用待取料垛即I号料垛，I号料垛获取目标角度θ_des，进行取料作业时的切入角度；

STEP202：悬臂归于零位，即俯仰0°且回转0°，启动走行机构，使斗轮机悬臂根部位于坐标(D，0)处，也即(x_mid-δ-L,0)处；(各参数的意义见表1；

STEP203：同时启动走行机构和回转机构；

STEP204：使斗轮机以v_L-max匀速走行，以ω_S-max匀速回转；

STEP205：判断是否检测到悬臂两侧防碰撞装置的触发信号，通过实时接收“悬臂、走行防碰设备3”提供的测距值，以检查是否存在碰撞风险，即STEP205所述；一般地，若测距值≦某一预设值后，该预设值为1～1.5米，且应明确告知料场业主并征得其同意，即认为即将发生碰撞，会停止斗轮机悬臂回转动作，如果检测到上述信号，则应提示“悬臂侧向碰撞风险！”并结束斗轮机的调臂动作，如果未检测到上述信号，则进入到STEP206；

STEP206：判断当前回转角度是否到达θ_des，如果回转角度尚未到达θ_des，则返回STEP204；如果回转角度到达θ_des，则提示“已完成调转悬臂。”并结束斗轮机的调臂动作。

图7是垛间自动调转悬臂的悬臂轨迹包络线图I；

图8是垛间自动调转悬臂的悬臂轨迹包络线图II；

图9是垛间自动调转悬臂的悬臂轨迹包络线图III；

一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂控制系统，包括料堆点云数据采集设备1、斗轮机姿态采集设备2、悬臂、走行防碰设备3；斗轮机本体4；数据处理服务器5；控制算法服务器6；客户端计算机7和中控室8；

料堆点云数据采集设备1可采用的硬件设备包括激光扫描仪、测距雷达、TOF相机等，料堆点云数据采集设备1用于采集散料场内料堆等物体的表面数据，这些数据将传输到数据处理服务器5中；

料场点云数据处理算法的实现途径是多种多样的，也是后续控制算法的根本和基础。①“料堆点云数据采集设备1”采集到的数据，包含了一些噪声点，例如恶劣天气或者扬尘引起的噪声点、设备不稳定或者主机振动引起的噪声点等等，此时，数据处理算法中的滤波算法(如卡尔曼滤波技术)将过滤掉上述噪声点，使数据更平滑纯净，更利于后续的控制算法计算；②受限于“料堆点云数据采集设备1”的安装位置，使其很有可能无法扫描到某料堆的全貌(例如该料堆的东南角是扫描盲区)，此时就出现了该料堆的点云数据不全的情况，此时数据处理算法应对其进行数据补全，以方便后续的控制算法计算；

图10是垛间自动调转悬臂的控制系统网络示意图；

特别说明：图10中显示料堆点云数据采集设备1安装于斗轮机本体上，但如果作业现场建设有料棚，那么料堆点云数据采集设备1亦可安装在料棚上的合适位置。

斗轮机姿态采集设备2可采用的硬件设备包括北斗/GPS系统、格雷母线、编码器、倾角仪等。斗轮机姿态采集设备2用于斗轮机的三个姿态数据(走行位置、回转角度、俯仰角度)的实时测量，即所有能够检测斗轮机的三个姿态数据的设备，皆属于“斗轮机姿态采集设备2”的所述范围，这些实时测量数据将传输到控制算法服务器6中，参与全自动斗轮机调臂控制；

“控制算法服务器6”接收到三个实时姿态数据(走行位置值、回转角度值、俯仰角度值)和“悬臂、走行防碰设备3”提供的测距值，用于完成图6的控制过程。具体地：①控制算法实时接收走行位置值，以检查斗轮机悬臂根部是否到达坐标(D，0)处，即STEP202所述；②控制算法实时接收“悬臂、走行防碰设备3”提供的测距值，以检查是否存在碰撞风险，即STEP205所述；③控制算法实时接收回转角度值、俯仰角度值，以检查是否到达预设回转角度θ_des，即STEP206所述；是否悬臂保持俯仰0°，即STEP202所述。

所述数据处理服务器5将处理后得数据传送给制算法服务器6；

悬臂、走行防碰设备3可采用的硬件设备包括激光型检测设备、雷达型检测设备、微波型检测设备、超声波型检测设备等。悬臂、走行防碰设备3用于斗轮机与其他障碍物(同轨道的堆取料设备、相邻轨道的堆取料设备、料场内的流机设备、料堆等)之间的碰撞。这种防碰撞的功能，主要通过距离检测来实现。一般地，悬臂、走行防碰设备3安装于悬臂两侧和走行机构的前后端，具体数量视斗轮机的实际情况而定。悬臂、走行防碰设备3的测距数据将传输到控制算法服务器6中，参与全自动斗轮机调臂控制；

所述控制算法服务器将处理号后得数据传送给客户端计算机7；

客户端计算机7可采用台式计算机或者便携式笔记本计算机。客户端计算机7用于实现下述两项功能：①进行全自动调臂的仿真模拟并根据本专利所述方法进行参数调整；②设置参数并实施自动调臂命令的下发。

数据处理服务器5、控制算法服务器6和客户端计算机7设置在中控室8内。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法，其特征在于：包括以下步骤：

首先，确定散料场内相邻垛间的中线；

其次，基于散料场内相邻垛间的中线，确定散料场内垛间调转悬臂的可行性；

最后，基于散料场内垛间调转悬臂的可行性，控制斗轮机的走行和回转机构进行调转悬臂。

2.根据权利要求1所述一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法，其特征在于：所述散料场内相邻料垛间中线的计算方法的过程如下：

STEP01：获取I号料垛的三维点云坐标集ST_I；获取II号料垛的三维点云坐标集ST_II；

STEP02：去掉ST_I中高度值小于H的点，形成三维点云坐标集ST_N_I；去掉ST_II中高度值小于H的点，形成三维点云坐标集ST_N_II；

STEP03：将ST_N_I投影到水平面，形成二维点云坐标集ST_N_I_2D；将ST_II投影到水平面，形成二维点云坐标集ST_N_II_2D；

STEP04：判断ST_N_I_2D和ST_N_II_2D是否均非空，如果二维点云坐标集ST_N_I_2D或者ST_N_II_2D为空，就表示I号料垛或者II号料垛没有高于H的点，此时就不属于相邻垛间调转悬臂工况，归为无垛间限制的调转悬臂工况；

TEP05：获取ST_N_I_2D中横坐标的最大值x_{I_max}；获取ST_N_II_2D中横坐标的最小值x_{II_min}

STEP06：料垛间的中线

3.根据权利要求1所述一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法，其特征在于：所述基于散料场内相邻垛间的中线，确定散料场内垛间调转悬臂的可行性的过程如下：

STEP101：判断是否存在料垛间的中线x＝x_mi ^d；如果经过判断不存在料垛间的中线，则无需考虑垛间遮挡，可以调转悬臂！”，如果经过判断存在料垛间的中线，则不能调转悬臂，

STEP102：如果经过STEP101的判断存在料垛间的中线，则得到料垛间的中线

STEP103：斗轮机悬臂归于零位，俯仰0°且回转0°，使斗轮机悬臂根部位于坐标(D，0)处；

STEP104：斗轮机以v_L-max匀速走行的同时，以ω_S-max匀速回转；

STEP105：斗轮机悬臂每回转单位角度，则计算悬臂头部坐标(X_H,Y_H)和根部坐标(X_E,Y_E)并连接上述两点坐标；

STEP106：计算求得悬臂头部坐标(X_H,Y_H)和根部坐标(X_E,Y_E)如下所示：

其中：

STEP107：判断悬臂头部坐标(X_H,Y_H)与二维坐标集ST_N_I_2D和ST_N_II_2D是否均无交集，如果均无交集，则进入STEP108；如果(X_H,Y_H)与ST_N_I_2D或者ST_N_II_2D有交集，则提示“悬臂回转至θ时有碰撞风险！”，其中的θ采用实时计算的回转角度；

STEP108：判断轮机悬臂回转角度是否等于180°，如果回转角度没有到达180°，则返回至STEP104继续计算；如果回转角度到达180°，则提示“可以完成垛间调转悬臂！”。

4.根据权利要求3所述一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法，其特征在于：所述悬臂头部坐标(X_H,Y_H)与二维坐标集ST_N_I_2D和ST_N_II_2D无交集的过程如下：

①ST_N_I_2D中存在(X_I-H,Y_H)且X_H＞X_I-H且ST_N_II_2D中不存在纵坐标Y_H；

②ST_N_I_2D中不存在纵坐标Y_H且ST_N_II_2D中存在(X_II-H,Y_H)且X_H＜X_II-H；

③ST_N_I_2D中存在(X_I-H,Y_H)且ST_N_II_2D中存在(X_II-H,Y_H)且X_I-H＜X_H＜X_II-H。

5.根据权利要求1所述一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法，其特征在于：所述基于散料场内垛间调转悬臂的可行性，控制斗轮机的走行和回转机构进行调转悬臂的过程如下：

STEP201：设定目标角度θ_des，该值推荐采用待取料垛即I号料垛，I号料垛获取目标角度θ_des，进行取料作业时的切入角度；

STEP202：悬臂归于零位，即俯仰0°且回转0°，启动走行机构，使斗轮机悬臂根部位于坐标(D，0)处，也即(x_mid-δ-L,0)处；(各参数的意义见表1；

STEP203：同时启动走行机构和回转机构；

STEP204：使斗轮机以v_L-max匀速走行，以ω_S-max匀速回转；

STEP205：判断是否检测到悬臂两侧防碰撞装置的触发信号，如果检测到上述信号，则应提示“悬臂侧向碰撞风险！”并结束斗轮机的调臂动作，如果未检测到上述信号，则进入到STEP206；

STEP206：判断当前回转角度是否到达θ_des，如果回转角度尚未到达θ_des，则返回STEP204；如果回转角度到达θ_des，则提示“已完成调转悬臂。”并结束斗轮机的调臂动作。

6.一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的控制系统，其特征在于：包括料堆点云数据采集设备、斗轮机姿态采集设备、悬臂、走行防碰设备；斗轮机本体；数据处理服务器；控制算法服务器；客户端计算机和中控室；

数据处理服务器、控制算法服务器和客户端计算机设置在中控室内；

料堆点云数据采集设备用于采集散料场内料堆等物体的表面数据，并将采集散料场内料堆等物体的表面数据传输到数据处理服务器中；

斗轮机姿态采集设备用于斗轮机的三个姿态数据即走行位置、回转角度、俯仰角度数据的实时测量，并将斗轮机的三个姿态数据传输到控制算法服务器中，参与全自动斗轮机调臂控制；

所述数据处理服务器将处理后得数据传送给控制算法服务器；

悬臂、走行防碰设备用于检测斗轮机与其他障碍物即同轨道的堆取料设备、相邻轨道的堆取料设备、料场内的流机设备、料堆之间的碰撞，悬臂、走行防碰设备3的测距数据将传输到控制算法服务器中，参与全自动斗轮机调臂控制；

所述控制算法服务器将处理号后得数据传送给客户端计算机；

客户端计算机采用权利要求1-5所述一种散料场内垛间可调速度的自动调转斗轮机悬臂的方法用于实现全自动调臂的仿真模拟并进行参数调整，设置参数并实施自动调臂命令的下发。