CN212355740U - 一种全自动取料的斗轮机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种全自动取料的斗轮机系统，主要包括俯仰铰点机构、悬臂机构、回转平台机构、走行机构以及控制系统，所述控制系统包括机上PLC系统和中控PLC系统，二者通过地面接线装置通信连接；所述机上PLC系统的第一采集端口连接有料堆坐标采集设备，用于采集散料场内料堆的表面数据；所述机上PLC系统的第二采集端口连接取料机姿态采集设备，用于实时测量取料机的姿态数据；所述中控PLC系统由通信端口接收机上PLC系统发送的数据送至服务器，并将服务器反馈的控制指令回传至机上PLC系统，进而控制斗轮机系统各机构动作。本实用新型改善了斗轮式取料机操作人员的工作环境，大幅度降低了人力成本，并且提高了生产效率。

Description

一种全自动取料的斗轮机系统

技术领域

本实用新型涉及大型机械领域，尤其涉及一种全自动取料的斗轮机系统。

背景技术

目前在国内的散料场内，主要依靠取料机进行取料作业。取料机的种类较多，其中斗轮式取料机(亦称为“斗轮机”)在大型散料场内的应用率非常高。当前料场中的斗轮机的运行，正在朝着全自动化的方向发展。

常规自动取料一般在悬臂头部安装一套图像点云采集设备，用于获取料场内的点云坐标数据。同时采用编码器获取取料机的实时姿态。该方案在实际应用时，存在如下问题：第一，在采集点云数据时，悬臂需要配合回转或者俯仰，这样多机构的协同动作配合，且悬臂处存在应力变形等因素的影响，易产生误差累积，使所测点云数据偏差较大。第二，在采集点云数据时，无法做到同时采集双侧料场内的点云数据，导致采集效率较低。第三，由于采集设备距离斗轮较近，使得采集设备的清洁频率大为增加，为工业生产带来不便。最后，利用编码器作为取料机的姿态检测手段，受编码器自身的局限性影响，由于编码器存在打滑、跳变等现象，导致姿态检测的不准确。

发明内容

根据当前散料场内人工作业环境恶劣、成本高、作业规范程度及效率低下的问题，而提供一种全自动取料的斗轮机系统，本实用新型改善了斗轮式取料机操作人员的工作环境，大幅度降低了人力成本，并且提高了生产效率。

本发明采用的技术手段如下：

一种全自动取料的斗轮机系统，主要包括俯仰铰点机构、悬臂机构、回转平台机构、走行机构、配重机构、斗轮机构、检修平台，还包括控制系统，所述控制系统包括机上PLC系统和中控PLC系统，二者通过地面接线装置通信连接；所述机上PLC系统的第一采集端口连接有料堆坐标采集设备，用于采集散料场内料堆的表面数据；所述机上PLC系统的第二采集端口连接取料机姿态采集设备，用于实时测量取料机的姿态数据；所述中控PLC系统由通信端口接收机上PLC系统发送的数据送至服务器，并将服务器反馈的控制指令回传至机上PLC系统，进而控制斗轮机系统各机构动作。

进一步地，所述机上PLC系统的第一采集端口与所述料堆坐标采集设备之间，还设置有数据转换设备，用于将料堆的表面数据转换为欧几里德坐标空间的料堆三维坐标。

进一步地，所述料堆坐标采集设备包括两个采集子装置，所述采集子装置为搭载于旋转云台的二维激光扫描仪。

进一步地，所述旋转云台相对设置在所述检修平台的两侧。

进一步地，所述取料机姿态采集设备为电磁式母线采集设备。

进一步地，所述取料机姿态采集设备为北斗/GPS系统，所述北斗/GPS 系统包括地面基站、布置在检修平台上的第一移动站以及布置在悬臂机构距斗轮机构1/3处的第二移动站。

进一步地，所述系统还包括安全防碰设备，其连接于所述机上PLC系统的第三采集端口，通过距离检测防止取料机与障碍物间的碰撞。

进一步地，所述取料机姿态采集设备包括：布置在俯仰铰点机构处的俯仰编码器或者倾角仪、布置在回转平台机构处的回转编码器以及布置在走行机构处的走行编码器。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本实用新型提供的斗轮机系统，通过全自动作业方式，改善了斗轮式取料机操作人员的工作环境，同时降低了人力成本，提高了生产效率。

2、本实用新型有助于规范取料作业流程和操作，延长取料机的使用寿命。

3、本实用新型优选二维激光扫描仪搭载旋转云台，组成三维激光扫描仪，降低了系统搭建成本，提高了数据采集精度。

基于上述理由本实用新型可在斗轮机系统中广泛推广。

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为实施例中斗轮机结构示意图。

图2为实施例中斗轮机控制系统结构示意图。

图中：1、取料机电气室；2、料堆坐标采集设备；3、数据融合设备；4、机上以太网交换机；5、取料机姿态采集设备；6、卷筒滑环箱；7、电缆卷筒； 8、地面接线箱；9、中控室；10、第一中继器；11、回转变频器；12、回转编码器；13、俯仰编码器；14、第二中继器；15、走行编码器；16、走行变频器；17、走行变频器；18、图像处理服务器；19、策略执行服务器；20、以太网交换机；21、安全防碰设备；

101、图像点云数据采集装置；102、第一移动站；103、第二移动站；104、俯仰铰点机构；105、悬臂机构；106、回转平台机构；107走行机构；108、配重机构；109、斗轮机构。

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。

如图1所示，本实用新型提供了一种全自动取料的斗轮机系统，主要包括俯仰铰点机构、悬臂机构、回转平台机构、走行机构、配重机构、斗轮机构、检修平台。此外系统还包括控制各机构动作的控制系统，控制系统包括设置在斗轮机上的机上PLC系统和设置在控制室内的中控PLC系统，二者通过地面接线装置通信连接；所述机上PLC系统的第一采集端口连接有料堆坐标采集设备，用于采集散料场内料堆的表面数据；所述机上PLC系统的第二采集端口连接取料机姿态采集设备，用于实时测量取料机的姿态数据；所述中控PLC系统由通信端口接收机上PLC系统发送的数据送至服务器，并将服务器反馈的控制指令回传至机上PLC系统，进而控制斗轮机系统各机构动作。

具体来说料堆坐标采集设备可采用的硬件设备包括三维激光扫描仪、测距雷达、TOF相机等。该设备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融合设备中。作为一种较佳的实施方式，采用二维激光扫描仪搭载旋转云台组合而成三维激光扫描仪。这样可以大幅降低硬件成本，利用相应的平台旋转角度和扫描仪的拍摄画面，将二维点云数据及云台的对应角度进行三维化计算，得到料对的三维(长度坐标、宽度坐标、高度坐标) 点云数据。这样大幅度降低了利用三维激光扫描仪而产生的高昂成本，同时也改善了应用二维激光扫描仪或者其他测距传感器以降低模型维度和精度为代价进行全自动控制的情况。在进一步的实施方式中，料堆坐标采集设备包括两个采集子装置，所述采集子装置为搭载于旋转云台的二维激光扫描仪，且所述旋转云台相对设置在所述检修平台的两侧。采用这样的设置方式，由于安装位置较高，可以尽可能地减小扫描盲区；采用两套设备对称安装可以同时扫描本台取料机的双侧料场，数据干扰性小，扫描效率高。

进一步地，所述机上PLC系统的第一采集端口与所述料堆坐标采集设备之间，还设置有数据转换设备，用于将料堆的表面数据转换为欧几里德坐标空间的料堆三维坐标。

本实用新型中，将料堆坐标采集设备与数据转换设备均安装于取料机本体上，在取料机本机上完成扫描的点云数据的提取，而处理完成后的点云数据，再传输至中控室中。如此，在中控室进行多台取料机的智能化控制时，具有更高的显示效率和更流畅的查询统计运行。采用本实用新型的方案，能够有效降低中控室运算负荷，从而提升系统的整体性能。

可选地，所述取料机姿态采集设备为电磁式母线采集设备或者北斗/GPS 系统。当散料场所不配有顶棚时，采用北斗/GPS系统为姿态采集设备，并配置编码器及倾角仪等设备用于校验，例如在行走轮上布置走行编码器，在回转轴上布置回转编码器或者在俯仰轴上布置俯仰编码器或者倾角仪。当散料场所配有顶棚时，采用格雷母线等电磁式母线采集设备，并配置编码器及倾角仪等设备用于校验。这样，解决了现有技术中采用走行编码器、回转编码器、俯仰编码器进行取料机的姿态采集时，由于编码器在运行过程中发生打滑现象，而导致数据误采集给全自动取料控制带来安全隐患的问题。在进一步的实施方式中，应选用两套北斗/GPS系统，以便形成差分定位检测系统，可以检测俯仰角度和回转角度。差分定位检测系统应在地面布置基站，在取料机上布置两个移动站，移动站安装位置如下图1所示。优选的，将移动站安装于悬臂梁拉杆上部检测平台处以及悬臂梁上且距斗轮约1/3处。上述是推荐的移动站安装位置，但安装位置并不仅限于此。将基准站的相位观测数据及坐标信息通过数据链方式及时发送给用户，用户将收到的数据链同自采集的相位观测数据进行实时差分处理，从而获得用户的实时三维位置。在另外一种实施方式中，取料机姿态采集设备为格雷母线等电磁式母线采集设备，安装位置应视现场具体情况而定，一般地，应沿走行轨道附近、回转平台外周敷设母线。

进一步地，所述系统还包括安全防碰设备，其连接于所述机上PLC系统的第三采集端口。具体来说，安全防碰设备可采用的硬件设备包括激光型检测设备、雷达型检测设备、微波型检测设备等。用于防止取料机与其他障碍物(例如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。

进一步地，所述取料机姿态采集设备包括：布置在俯仰铰点机构处的俯仰编码器或者倾角仪、布置在回转平台机构处的回转编码器以及布置在走行机构处的走行编码器。取料机姿态采集设备主要用于实时测量取料机的三个姿态数据(走行位置、回转角度、俯仰角度)的实时测量，这些实时测量数据将传输到策略执行服务器中，参与全自动取料算法的计算和指令控制。其可采用的硬件设备包括北斗/GPS系统、格雷母线、倾角仪等。本发明中取料机姿态采集设备，应分两种工业场景进行配置，即散料场是否具有顶棚。

进一步地，中控PLC系统由通信端口接收机上PLC系统发送的数据送至服务器，并将服务器反馈的控制指令回传至机上PLC系统，进而控制斗轮机系统各机构动作。

下面通过具体的应用实例，对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

图2所示，为本实施例提供的斗轮机系统，其基于华能曹妃甸港务公司 QL6000.55型斗轮取料机改进获得。

工作时，料堆坐标采集设备2采集的数据，经数据融合设备3进行融合处理成三维点云坐标数据后，通过机上PLC系统与中控PLC系统的通信传输到中控室内的图像处理服务器18中，以便进行数据归类存储和图像显示。取料机姿态采集设备5将检测到的取料机姿态数据通过机上PLC系统与中控 PLC系统的通信传输到中控室内的策略执行服务器19中。

具体来说，本实施例中采用回转编码器12、俯仰编码器13、走行编码器 15来进行取料机的姿态校验。上述三个编码器的检测值传输到取料机电气室内的PLC系统中。姿态校验装置也可以采用其他有类似功能的硬件设备来完成，例如可以采用射频识别(RFID)设备代替走行编码器15来进行走行位置的校验。

此外，安全防碰设备21的检测值传输到电气室内的机上PLC系统中。根据不同的安全防碰设备的配置，也可以考虑采用其他的数据传递方式，例如也可以将安全防碰设备21的检测值传输到策略执行服务器19中。

中控PLC系统接收策略执行服务器下达的动作指令，通过其与机上PLC 系统的通信将上述动作指令回传至机上PLC系统，由机上PLC系统控制斗轮机系统各执行机构动作，实现自动取料。

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 (8)

1.一种全自动取料的斗轮机系统，主要包括俯仰铰点机构、悬臂机构、回转平台机构、走行机构、配重机构、斗轮机构、检修平台，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括机上PLC系统和中控PLC系统，二者通过地面接线装置通信连接；

所述机上PLC系统的第一采集端口连接有料堆坐标采集设备，用于采集散料场内料堆的表面数据；所述机上PLC系统的第二采集端口连接取料机姿态采集设备，用于实时测量取料机的姿态数据；

所述中控PLC系统由通信端口接收机上PLC系统发送的数据送至服务器，并将服务器反馈的控制指令回传至机上PLC系统，进而控制斗轮机系统各机构动作。

2.根据权利要求1所述的斗轮机系统，其特征在于，所述机上PLC系统的第一采集端口与所述料堆坐标采集设备之间，还设置有数据转换设备，用于将料堆的表面数据转换为欧几里德坐标空间的料堆三维坐标。

3.根据权利要求1所述的斗轮机系统，其特征在于，所述料堆坐标采集设备包括两个采集子装置，所述采集子装置为搭载于旋转云台的二维激光扫描仪。

4.根据权利要求3所述的斗轮机系统，其特征在于，所述旋转云台相对设置在所述检修平台的两侧。

5.根据权利要求1所述的斗轮机系统，其特征在于，所述取料机姿态采集设备为电磁式母线采集设备。

6.根据权利要求1所述的斗轮机系统，其特征在于，所述取料机姿态采集设备为北斗/GPS系统，所述北斗/GPS系统包括地面基站、布置在检修平台上的第一移动站以及布置在悬臂机构距斗轮机构1/3处的第二移动站。

7.根据权利要求1所述的斗轮机系统，其特征在于，所述系统还包括安全防碰设备，其连接于所述机上PLC系统的第三采集端口，通过距离检测防止取料机与障碍物间的碰撞。

8.根据权利要求1所述的斗轮机系统，其特征在于，所述取料机姿态采集设备包括：布置在俯仰铰点机构处的俯仰编码器或者倾角仪、布置在回转平台机构处的回转编码器以及布置在走行机构处的走行编码器。

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