CN213202125U - 一种全自动无人吊装综合控制平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全自动无人吊装综合控制平台，其包括三维扫描系统、库区管理系统、天车调度系统与电气控制系统；三维扫描系统用于获取点云图像；库区管理系统用于根据物料数据与点云图像制定作业指令；天车调度系统包括工单生成区、路径优化区以及调度执行区；工单生成区用于根据作业指令、天车的工作负荷以及吊运作业的优先级自动生成天车工单；路径优化区通过优化算法及分区管理计算得到天车优化作业路径；调度执行区根据天车工单与天车优化作业路径分配天车进行作业；电气控制系统包括地面控制子系统，地面控制子系统通过向天车调度系统传输启停信号来进行天车的调度管理。本实用新型实现了全自动的物料抓取以及无人值守的目的。

Description

一种全自动无人吊装综合控制平台

技术领域

本实用新型涉及吊装控制技术领域，尤其涉及一种全自动无人吊装综合控制平台。

背景技术

在物料的吊装过程中，传统天车控制系统仍旧采用老式的接触器等多种开关组成的电气控制方式。接触器在分断时容易因受电弧出现发热、失效等现象。传统的电动机正转、反转切换电路复杂，同时在分断时，电动机和接触器都受到过电压的冲击，这大大影响了系统的寿命且故障不易排查，影响天车维修及使用。

传统的天车控制系统也对电力系统产生了较大的谐波和污染，影响电能质量。另外，天车工人数较多，库区各专业交互作业较多，组织协调困难，效率低下，人员工作强度大，工作环境恶劣，且人工驾驶稳定性较差，易出现磕碰及放偏情况。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种全自动无人吊装综合控制平台，其解决了现有的天车控制系统无法在吊装自动控制中有效地结合定位、防摇、天车调度与库区管理的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

三维扫描系统、库区管理系统、天车调度系统以及电气控制系统；

所述三维扫描系统用于根据所述天车调度系统发送的扫描指令获取库区的点云图像并传输给所述库区管理系统；

所述库区管理系统与所述三维扫描系统连接，用于根据物料数据与点云图像生成作业指令并发送给所述天车调度系统；

所述天车调度系统与所述库区管理系统和所述三维扫描系统连接，包括工单生成区、路径优化区以及调度执行区；所述工单生成区用于根据所述作业指令、天车的工作负荷以及吊运作业的优先级自动生成天车工单，也用于根据所述电气控制系统发送的自动运行指令生成扫描指令并发送给所述三维扫描系统；所述路径优化区通过优化算法及预设的分区管理计算得到天车优化作业路径；所述调度执行区根据所述天车工单与所述天车优化作业路径分配天车进行作业；

所述电气控制系统与所述天车调度系统和所述库区管理系统连接，包括地面控制子系统，所述地面控制子系统用于根据采集的料仓料位信号、卸料信号及上料信号生成自动运行指令或停止运行指令，并传输给所述天车调度系统进行天车的调度管理。

可选地，所述三维扫描系统包括扫描头与伺服电机；所述伺服电机用于根据所述天车调度系统发送的扫描指令驱动所述扫描头旋转扫描，获取库区的点云图像。

可选地，所述库区管理系统包括物料数据区、天车作业数据区以及作业指令生成区；

所述物料数据区用于存储与更新物料数据，所述物料数据包括物料存储位置、物料数量以及物料流向；

所述天车作业数据区用于记录天车的作业数据，并通过天车的作业数据实时追踪物料流向；

所述作业指令生成区用于根据所述物料数据与所述点云图像生成作业指令。

可选地，所述作业指令包括物料的抓取点、物料的抓取高度以及物料的抓取量。

可选地，所述地面控制子系统包括防撞控制模块与防摇控制模块；

所述防撞控制模块包括控制指令生成器与设置于天车上的多个激光测距仪；

所述激光测距仪采集相邻天车之间的距离值，并输送给所述控制指令生成器；

所述控制指令生成器根据所述距离值输出对应的距离控制指令，并输送给天车调度系统进行天车距离控制；

所述防摇控制模块包括摆动检测器与变频器；

所述摆动检测器采集摆动角度，并传输给所述变频器；

所述变频器根据摆动角度与预设的摆动角度阈值进行角度控制。

可选地，所述变频器为内置防摇软件的变频器。

可选地，所述电气控制系统还包括天车控制子系统，所述天车控制子系统包括位置信息计算模块与定位执行模块；

所述位置信息计算模块用于根据位置测量装置计算得出天车位置信息；

所述定位执行模块根据所述天车位置信息与所述地面控制子系统传输的控制指令，控制天车的大车、小车以及提升机构的运行。

可选地，所述天车位置信息包括小车的方向位置信息、大车的方向位置信息以及夹钳位置信息；

所述位置测量装置包括编码尺与绝对值编码器；所述小车的方向位置信息与大车的方向位置信息是通过编码尺测量得到，所述夹钳位置信息是通过绝对值编码器测量得到。

可选地，所述天车控制子系统包括多个第一PLC控制模块，每台天车均设置一个第一PLC控制模块；

所述地面控制子系统包括第二PLC控制模块。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过运用一种三维扫描系统及相关逻辑处理和数学运算并结合了库区管理与天车调度，完全实现了全自动物料抓取以及无人值守的目的。而且，通过现场料区及上料口具体情况来确定是否进行自动运行，可以更准确、更快速地控制天车运行与提高生产效率。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种全自动无人吊装综合控制平台的组成示意图；

图2为本实用新型提供的一种全自动无人吊装综合控制平台的三维扫描系统的组成示意图；

图3为本实用新型提供的一种全自动无人吊装综合控制平台的库区管理系统的组成示意图；

图4为本实用新型提供的一种全自动无人吊装综合控制平台的天车控制子系统的组成示意图。

【附图标记说明】

100：全自动无人吊装综合控制平台；

110：三维扫描系统；111：扫描头；112：伺服电机；113：点云图像；

120：库区管理系统；121：物料数据区；122：天车作业数据区；123：作业指令生成区；

130：天车调度系统；

140：电气控制系统；141：天车控制子系统；141-1：位置信息计算模块；141-2：定位执行模块；141-3：编码器；141-4：激光测距仪；141-5：格雷母线；142：地面控制子系统。

具体实施方式

为了更好地解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

本实用新型实施例提出一种全自动无人吊装综合控制平台100，图1为本实用新型提供的一种全自动无人吊装综合控制平台的组成示意图，如图1所示，其包括三维扫描系统110、库区管理系统120、天车调度系统130以及电气控制系统140。

三维扫描系统110用于根据天车调度系统130发送的扫描指令获取库区的点云图像113并传输给库区管理系统120。

库区管理系统120与三维扫描系统110连接，用于根据物料数据与点云图像113生成作业指令并发送给天车调度系统130。

天车调度系统130与库区管理系统120和三维扫描系统110连接，包括工单生成区、路径优化区以及调度执行区；工单生成区用于根据作业指令、天车的工作负荷以及吊运作业的优先级自动生成天车工单，也用于根据电气控制系统140发送的自动运行指令生成扫描指令并发送给三维扫描系统110；路径优化区通过优化算法及预设的分区管理计算得到天车优化作业路径；调度执行区根据天车工单与天车优化作业路径分配天车进行作业。

电气控制系统140与天车调度系统130和库区管理系统120连接，包括地面控制子系统142，地面控制子系统142用于根据采集的料仓料位信号、卸料信号及上料信号生成自动运行指令或停止运行指令，并传输给天车调度系统130进行天车的调度管理。

本实用新型通过运用一种三维扫描系统110及相关逻辑处理和数学运算并结合了库区管理与天车调度，完全实现了全自动物料抓取以及无人值守的目的。而且，通过现场料区及上料口具体情况来确定是否进行自动运行，可以更准确、更快速地控制天车运行与提高生产效率。

为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

其中，图2为本实用新型提供的一种全自动无人吊装综合控制平台的三维扫描系统的组成示意图，如图2所示，三维扫描系统110包括三维扫描系统111与伺服电机112，其中，三维扫描系统111为三维激光扫描仪。伺服电机112用于根据天车调度系统130发送的扫描指令驱动三维扫描系统111旋转扫描，来获取库区的点云图像113，点云图像113可以清晰的反映出物料的数量与体积，将物料的数量、物料的体积与物料的种类存储到库区管理系统120。物料的种类可由库区管理系统120根据物料的数量、物料的体积并结合物料的拍摄图片通过图像识别得出物料的种类。

图3为本实用新型提供的一种全自动无人吊装综合控制平台的库区管理系统的组成示意图，如图3所示，库区管理系统120包括物料数据区121、天车作业数据区122以及作业指令生成区123。物料数据区121用于存储与更新物料数据，物料数据包括物料存储位置、物料数量以及物料流向；天车作业数据区122用于记录天车的作业数据，并通过天车的作业数据实时追踪物料流向；作业指令生成区123用于根据物料数据与点云图像113生成作业指令。其中，作业指令包括物料的抓取点、物料的抓取高度以及物料的抓取量。

库区管理系统120采用了开放式库区库位配置界面，可以根据实际情况来修改配置，具体为将库区内物料存储区域(天车的工作区域内)映射为计算机管理系统中的逻辑库区，以此进行物料数据实时跟踪，保证了物流与信息流统一。库区管理系统120实现了对物料存储区域进行整体规划与统筹管理、料框存储位置及相应物料数据实时记录与显示并维持实时更新以及通过后台软件系统记录天车的作业数据。

进一步地，地面控制子系统142还集成了防撞控制模块与防摇控制模块。

防撞控制模块包括控制指令生成器与设于天车上的多个激光测距仪141-4。激光测距仪141-4采集相邻天车之间的距离值，并输送给控制指令生成器，控制指令生成器根据距离值输出对应的距离控制指令，并输送给天车调度系统130进行天车距离控制。在一跨多台车的情况下，相邻两台天车采用激光测距，且每台天车的大小车采用激光测距，用途不仅仅是防撞，也用与定位系统的位置校准。天车的大小车在极限位置会采用限位开关防止碰撞。

防摇控制模块包括摆动检测器与变频器；摆动检测器采集摆动角度，并传输给变频器；变频器根据摆动角度与预设的摆动角度阈值进行角度控制。起重机的加速和减速会导致夹钳的摆动。起重机的行驶速度越快，夹钳的摇摆幅度越大。为了确保无人起重机以较快的速度运行，提高天车运行效率采用ABB变频器ACS880，且ABB变频器ACS880内置防摇软件增强防摇的效果。ABB变频器的防摇功能在于它内置的防摇软件，比如：ACS880-01-045A-3+N5050+N8015，其中，+N5050为防摇软件。各变频器的电流电压不同，规格参数也不同。

更进一步地，电气控制系统140还包括天车控制子系统141。图4为本实用新型提供的一种全自动无人吊装综合控制平台的天车控制子系统的组成示意图，如图4所示，天车控制子系统141包括位置信息计算模块141-1与定位执行模块141-2。位置信息计算模块141-1用于根据位置测量装置计算得出天车位置信息。定位执行模块141-2根据天车位置信息与地面控制子系统142传输的控制指令，控制天车的大车、小车以及提升机构的运行。

而且，天车位置信息包括小车的方向位置信息、大车的方向位置信息以及夹钳位置信息；位置测量装置包括编码尺与绝对值编码器，小车的方向位置信息与大车的方向位置信息是通过编码尺测量得到，夹钳位置信息是通过绝对值编码器测量得到。

较佳地，天车控制子系统141包括多个第一PLC控制模块，第一PLC控制模块为西门子S7-1500系列PLC，每台天车均设置一个西门子S7-1500系列PLC，用于计算起重机当前位置，接收控制指令，执行自动运行动作。地面控制子系统142包括一个第二PLC控制模块，第二PLC控制模块为西门子S7-1200系列PLC。定位系统是天车控制子系统141的一部分，但定位方式因现场情况不同应采取不同方式，如：格雷母线141-5、编码器141-3、编码尺、激光测距与条码定位。

值得一提的是，本实用新型的应用场景包括且不限于钢厂OG泥处理、钢厂冷轧泥处理、钢厂盘圆钢卷处理、钢厂水泥处理与钢卷处理过程。

综上所述，本实用新型公开了一种全自动无人吊装综合控制平台100，控制流程为：首先，电气控制系统140接收到“启动”脉冲信号，随后根据采集的料仓料位信号、卸料信号及上料信号给天车调度系统130发送自动运行指令。天车调度系统130接收自动运行指令后给三维扫描系统110发送扫描指令，伺服电机112控制三维扫描系统111开始扫描，并将扫描的点云图像113发送至库区管理系统120。库区管理系统120将收到的点云图像113收入数据库中，同时从算法处理后的图像数据中得出相应的一个或多个最优抓取点，并根据物料数据制定作业指令并发送至天车调度系统130。天车调度系统130通过相应计算，从任务中挑选出天车此时的最优任务制成天车工单，并通过计算得到优化作业路径。电气控制系统140接收到坐标信号后，按坐标信号通过定位及防摇精准将天车运行至相应位置进行抓取。抓取完毕后，电气控制系统140发送“抓取完毕”信号至天车调度系统130，天车调度系统130再按照现场情况分析计算此时应倒料还是上料，若有多个上料点时还需分析各上料点需求，从而得出最优任务，而后将对应的坐标信号发送至电气控制系统140，控制系统按照坐标信号运行至相对位置，进行投料，投料完成后发送“投料完成”信号至天车调度系统130，天车调度系统130判断下一任务，同时发送“开始扫描”信号至三维扫描系统110，三维扫描系统111扫描得出扫描图像后将图像发送至库区管理系统120，库区管理系统120将接受的扫描图像数据与之前数据库内图像数据进行整合更新，得出更新后相应的一个或多个坐标点，发送至天车调度系统130，调度系统根据判断得出的下一步任务，将相应的坐标点发送至电气控制系统140，控制系统运行。

本实用新型提供的一种全自动无人吊装综合控制平台100，通过现场料区及上料口具体情况来确定处理工艺的优先级，可以更准确、更快速地控制天车运行，进而提高生产效率。且本实用新型通过扫描系统识别料区情况，天车调度系统130判断天车任务，控制系统通过定位及防摇运行至相应精准位置进行作业。再者，设置了精准定位及防摇可使天车相应控制设备使用寿命相应增加。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种全自动无人吊装综合控制平台，其特征在于，包括三维扫描系统、库区管理系统、天车调度系统以及电气控制系统；

所述三维扫描系统用于根据所述天车调度系统发送的扫描指令获取库区的点云图像并传输给所述库区管理系统；

所述库区管理系统与所述三维扫描系统连接，用于根据物料数据与点云图像生成作业指令并发送给所述天车调度系统；

所述天车调度系统与所述库区管理系统和所述三维扫描系统连接，包括工单生成区、路径优化区以及调度执行区；所述工单生成区用于根据所述作业指令、天车的工作负荷以及吊运作业的优先级自动生成天车工单，也用于根据所述电气控制系统发送的自动运行指令生成扫描指令并发送给所述三维扫描系统；所述路径优化区通过优化算法及预设的分区管理计算得到天车优化作业路径；所述调度执行区根据所述天车工单与所述天车优化作业路径分配天车进行作业；

所述电气控制系统与所述天车调度系统和所述库区管理系统连接，包括地面控制子系统，所述地面控制子系统用于根据采集的料仓料位信号、卸料信号及上料信号生成自动运行指令或停止运行指令，并传输给所述天车调度系统进行天车的调度管理。

2.如权利要求1所述的一种全自动无人吊装综合控制平台，其特征在于，所述三维扫描系统包括扫描头与伺服电机；所述伺服电机用于根据所述天车调度系统发送的扫描指令驱动所述扫描头旋转扫描，获取库区的点云图像。

3.如权利要求1所述的一种全自动无人吊装综合控制平台，其特征在于，所述库区管理系统包括物料数据区、天车作业数据区以及作业指令生成区；

所述物料数据区用于存储与更新物料数据，所述物料数据包括物料存储位置、物料数量以及物料流向；

所述天车作业数据区用于记录天车的作业数据，并通过天车的作业数据实时追踪物料流向；

所述作业指令生成区用于根据所述物料数据与所述点云图像生成作业指令。

4.如权利要求1所述的一种全自动无人吊装综合控制平台，其特征在于，所述作业指令包括物料的抓取点、物料的抓取高度以及物料的抓取量。

5.如权利要求1所述的一种全自动无人吊装综合控制平台，其特征在于，所述地面控制子系统包括防撞控制模块与防摇控制模块；

所述防撞控制模块包括控制指令生成器与设置于天车上的多个激光测距仪；

所述激光测距仪采集相邻天车之间的距离值，并输送给所述控制指令生成器；

所述控制指令生成器根据所述距离值输出对应的距离控制指令，并输送给天车调度系统进行天车距离控制；

所述防摇控制模块包括摆动检测器与变频器；

所述摆动检测器采集摆动角度，并传输给所述变频器；

所述变频器根据摆动角度与预设的摆动角度阈值进行角度控制。

6.如权利要求5所述的一种全自动无人吊装综合控制平台，其特征在于，所述变频器为内置防摇软件的变频器。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种全自动无人吊装综合控制平台，其特征在于，所述电气控制系统还包括天车控制子系统，所述天车控制子系统包括位置信息计算模块与定位执行模块；

所述位置信息计算模块用于根据位置测量装置计算得出天车位置信息；

所述定位执行模块根据所述天车位置信息与所述地面控制子系统传输的控制指令，控制天车的大车、小车以及提升机构的运行。

8.如权利要求7所述的一种全自动无人吊装综合控制平台，其特征在于，

所述天车位置信息包括小车的方向位置信息、大车的方向位置信息以及夹钳位置信息；

所述位置测量装置包括编码尺与绝对值编码器；所述小车的方向位置信息与大车的方向位置信息是通过编码尺测量得到，所述夹钳位置信息是通过绝对值编码器测量得到。

9.如权利要求7所述的一种全自动无人吊装综合控制平台，其特征在于，

所述天车控制子系统包括多个第一PLC控制模块，每台天车均设置一个第一PLC控制模块；

所述地面控制子系统包括第二PLC控制模块。

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