WO2023040079A1 - 一种带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法 - Google Patents

一种带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法 Download PDF

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李�杰
商华志
张驰洲
张程
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法兰泰克重工股份有限公司
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/18Control systems or devices
    • B66C13/48Automatic control of crane drives for producing a single or repeated working cycle; Programme control

Definitions

  • the invention relates to the technical field of a control method for grab material retrieving, in particular to a high-precision grab position control method with radar feedback.
  • a handling robot In the brewing process, a handling robot is usually used with a grab to complete the transportation of materials from the cellar to a designated feeding point through a fixed transfer point to complete the feeding action.
  • the action of grabbing and transporting materials is completed in the pool, but the height of pushing materials in different cellars is different, and the position of different cellars from the feeding point is also different.
  • the traditional method of handling materials is low in efficiency.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to overcome the problem of low material handling efficiency in the prior art, to provide a high-precision grabbing position control method with radar feedback, and to comprehensively consider the height of the stockpile, the height of the stockpile to The distance of the feeding point, as well as the running acceleration of the grab bucket and the running speed of the grab bucket control the grabbing position and improve the efficiency of material handling.
  • the present invention provides a high-precision grab position control method with radar feedback, which includes the following steps: constructing a two-dimensional plane model of the working area according to the working position of the grab, Positioning at each working point; construct a three-dimensional model according to the length, width and height of different cellars, and detect the state of pushing materials in different cellars; combine the height of the internal stacking of different cellars with the running distance and running acceleration of the grab , The running speed calculates the best grabbing route of the grab bucket, and completes a grabbing action; updates the three-dimensional model, repeats the above calculation process of the best grabbing route, and executes the grabbing action cyclically.
  • the two-dimensional plane model includes the positions of different cellars, feeding points, and fixed transfer points. According to these positions, the running distance of the grab bucket to complete a grabbing action can be determined.
  • each position of the two-dimensional plane model is accurately positioned by an absolute encoder and a laser range finder.
  • the construction method of the three-dimensional model includes: using a laser scanner to perform one-dimensional linear scanning, driving the laser scanner to rotate to realize two-dimensional plane scanning, and driving the laser scanner to realize three-dimensional scanning .
  • the different cellars have different priorities for calculating the internal stock height and the running distance, running acceleration, and running speed of the grab bucket, wherein the internal stock height is the first priority , The grab running distance is the second priority, the grab running acceleration is the third priority, and the grab running speed is the fourth priority.
  • different priorities are assigned weight coefficients, and the sum of the weight coefficients is 1.
  • a three-dimensional model in the cellar is constructed according to the stacking heights at different positions, and the state of pushing materials in the same cellar is detected.
  • the optimal grabbing route of the grab is calculated by combining the pushing heights of different positions in the same cellar and the running distance, running acceleration, and running speed of the grab to complete a grabbing action.
  • the boundary size of the cellar is determined in the two-dimensional plane model, and the boundary conditions for the operation of the grab are set in combination with the working size of the grab.
  • a warehouse management system is constructed, and the warehouse management system records the positions and numbers of grab buckets, different cellar pools, feeding points, and fixed transfer points in the two-dimensional plane model, and the locations and numbers of different cellars in the three-dimensional model.
  • the height of the pool and the height of the materials in different cellars are used to generate a warehouse management database.
  • the high-precision grasping position control method with radar feedback of the present invention by constructing a two-dimensional plane model of the working area and a three-dimensional model of the cellar, comprehensively considers the height of the stockpile and the distance from the stockpile to the feeding point , and the running acceleration of the grab and the running speed of the grab to calculate the best grabbing route of the grab, control the grabbing position, and achieve high grabbing efficiency; through the control of the intelligent robot brewing system in the air, the automatic operation and search of the grab can be realized.
  • the optimal path function can be seamlessly connected with the ground central control system to ensure the efficiency and safety of production and operation.
  • Fig. 1 is a step diagram of the high-precision grab grab position control method with radar feedback of the present invention
  • Fig. 2 is an execution flow chart of the high-precision grab position control method with radar feedback of the present invention.
  • the high-precision grab position control method with radar feedback of the present invention comprises the following steps:
  • a two-dimensional planar model of the working area and a three-dimensional model of the cellar are constructed by using a high-precision grabbing position control method with radar feedback, and the height of the stockpile, the distance from the stockpile to the feeding point, and
  • the running acceleration of the grab bucket and the running speed of the grab bucket calculate the best grabbing route of the grab bucket, control the grabbing position, and the grabbing efficiency is high; the automatic operation of the grab bucket can be realized through the control of the aerial intelligent robot brewing system, and the search for the optimal
  • the function of the path can be seamlessly connected with the ground central control system to ensure the efficiency and safety of production and operation.
  • the two-dimensional plane model includes the positions of different cellars, feeding points, and fixed transfer points. According to these positions, the running distance of the grab bucket to complete a grabbing action can be determined; the two-dimensional plane model Each position is precisely positioned by an absolute encoder and a laser rangefinder.
  • the construction method of the three-dimensional model includes: using a laser scanner to perform one-dimensional linear scanning, driving the laser scanner to rotate to realize two-dimensional plane scanning, and driving the laser scanner to realize three-dimensional scanning;
  • the single-point measurement of the vertical dimension (Z axis) of the cellar height adopts the single-line laser time-of-flight principle of the laser scanner to measure the height;
  • the multi-point height measurement of the cellar width direction (Y axis) uses the 180-degree laser scanner.
  • the function of rotating scanning is realized;
  • the multi-point height measurement in the length direction of the cellar (X axis) is scanned by a robot driving a laser scanner, and the driving position is measured by a driving positioning system;
  • the specific scanning and transmission process is as follows: the laser scanner is driven by the vehicle, and the laser scanner is continuously scanned during the movement of the vehicle, and the scanned data is transmitted to the lower PLC through TCP/IP communication; the data is processed in the lower PLC, Convert the obtained distance data into X, Y, Z three-dimensional coordinates and return these three data and the number of the cellar to the upper PLC in real time; there are some deviations in the data scanned by the laser.
  • two statistical methods are used for processing Detection data: 1. By cutting the average number processing, that is, to perform more than 8 high-speed scans on the same point, remove the maximum and minimum values, and then average other values; 2.
  • the priority of the calculation of the internal stockpiling heights of the different cellars and the running distance, running acceleration, and running speed of the grab buckets is different, and a conclusion is drawn based on actual measurements and comparative experiments, wherein the internal stockpiling height
  • the first priority is the first priority
  • the grab running distance is the second priority
  • the grab running acceleration is the third priority
  • the grab running speed is the fourth priority
  • different priorities are assigned Weight coefficient, the sum of the weight coefficients is 1.
  • the high-precision grabbing position control method with radar feedback in this embodiment is the optimal grabbing route obtained through two calculations. Microscopically determine the grabbing position of the grab bucket in the cellar.
  • the boundary size of the cellar in the two-dimensional plane model determines the boundary size of the cellar in the two-dimensional plane model, and set the boundary conditions for the operation of the grab in combination with the working size of the grab.
  • the grab when the grab is deployed to the maximum, it can reach a range of 1.6 meters.
  • the boundary condition of the hopper in this embodiment is that the pit shrinks inwards by 1.6 meters, ensuring that it is within the border of the pit. Grab within the size to prevent collision with the cellar wall.
  • a warehouse management system is also constructed in this embodiment.
  • the warehouse management system records the positions and numbers of grab buckets, different cellar pools, feeding points, and fixed transfer points in the two-dimensional plane model, as well as the locations and numbers of different cellars in the three-dimensional model.
  • the height of the pool and the height of the materials in different cellar pools generate a warehouse management database, which is updated in the warehouse management database after each grabbing action is completed;
  • the flow of the high-precision grabbing position control method with radar feedback in the warehouse management system of the present invention includes: first, initializing the warehouse management system, and then converting the grabbing position in the two-dimensional plane model to Import the position and number data of buckets, different cellars, feeding points, and fixed transfer points into the warehouse management database, and import the pushing height in the cellar in the three-dimensional model into the warehouse management database.
  • the calculation formula is constructed based on the weight coefficients to obtain the best grabbing position, and the grabbing action is executed.
  • the three-dimensional model is reconstructed according to the pushing height in the cellar, the warehouse management database is updated, and the calculation formula is constructed cyclically to obtain the best Grab the position and execute the grabbing action until the grabbing is complete.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)

Abstract

一种带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,其包括以下步骤:根据抓斗的工作位置构建工作区域的二维平面模型,对抓斗的每个工作点进行定位;根据不同窖池的长度、宽度及高度构建三维立体模型,对不同窖池内堆料的状态进行检测;结合不同窖池的内堆料高度和抓斗的运行距离、运行加速度、运行速度计算抓斗的最佳抓取路线,完成一次抓取动作;更新三维立体模型,重复上述最佳抓取路线的计算过程,循环执行抓取动作。该控制方法综合考虑料堆的高度、料堆到投料点的距离、以及抓斗的运行加速度和抓斗的运行速度计算抓斗的最佳抓取路线,控制抓取的位置,抓取效率高。

Description

一种带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法 技术领域
本发明涉及抓斗取料控制方法技术领域,尤其是指一种带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法。
背景技术
随着我国工业的不断发展,起重机在越来越多的行业中得到很好的应用,在工业4.0和中国制造2025的动力推进下,特别是在一些特殊的行业中,吊运物料的不规则性给起重机的搬运效率带来了一些挑战,所以如何在保证安全性的前提下,找到起重机吊运物料效率的最优解,成了当下亟须解决的问题;
在酿酒工艺中,通常采用搬运机器人配合抓斗完成从窖池中搬运物料经过固定传送点运输到指定的投料点完成投料动作,传统的搬运物料的过程就是通过机器人配合抓斗依次从不同的窖池中完成抓料和运输的动作,但是不同窖池内的推料高度不同、不同窖池距离投料点的位置也不同,传统的搬运物料方法搬运效率低。
发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中物料搬运效率低的问题,提供一种带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,综合考虑料堆的高度、料堆到投料点的距离、以及抓斗的运行加速度和抓斗的运行速度控制抓取的位置,提高物料搬运效率。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,包括以下步骤:根据抓斗的工作位置构建工作区域的二维平面模型,对抓斗的每个工作点进行定位;根据不同窖池的长度、宽度及高度 构建三维立体模型,对不同窖池内推料的状态进行检测;结合不同窖池的内堆料高度和抓斗的运行距离、运行加速度、运行速度计算抓斗的最佳抓取路线,完成一次抓取动作;更新三维立体模型,重复上述最佳抓取路线的计算过程,循环执行抓取动作。
在本发明的一个实施例中,所述二维平面模型包括不同窖池的位置、投料点的位置、固定传送点的位置,根据这些位置能够确定抓斗完成一次抓取动作的运行距离。
在本发明的一个实施例中,所述二维平面模型的每个位置通过绝对值编码器及激光测距仪进行精确定位。
在本发明的一个实施例中,所述三维立体模型的构建方法包括:采用激光扫描仪进行一维线性扫描、带动激光扫描仪旋转实现二维平面扫描、通过行车带动激光扫描仪实现三维立体扫描。
在本发明的一个实施例中,所述不同窖池的内堆料高度和抓斗的运行距离、运行加速度、运行速度计算的优先级不同,其中,所述内堆料高度为第一优先级、抓斗运行距离为第二优先级、抓斗运行加速度为第三优先级、抓斗运行速度为第四优先级。
在本发明的一个实施例中,根据所述优先级的不同,为不同的优先级分配权重系数,所述权重系数的总和为1。
在本发明的一个实施例中,在同一个窖池内,针对不同位置的堆料高度构建窖池内的三维立体模型,对同一窖池内的推料状态进行检测。
在本发明的一个实施例中,结合同一窖池内不同位置的推料高度和抓斗的运行距离、运行加速度、运行速度计算抓斗的最佳抓取路线,完成一次抓取动作。
在本发明的一个实施例中,在二维平面模型中确定窖池的边界尺寸,结合抓斗的工作尺寸,设置抓斗运行的边界条件。
在本发明的一个实施例中,构建库房管理系统,所述库房管理系统记录 二维平面模型中抓斗、不同窖池、投料点、固定传送点的位置和编号,以及三维立体模型中不同窖池的高度和不同窖池内物料的高度,生成库房管理数据库。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
本发明所述的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,通过构建工作区域的二维平面模型和窖池的三维立体模型,综合考虑料堆的高度、料堆到投料点的距离、以及抓斗的运行加速度和抓斗的运行速度计算抓斗的最佳抓取路线,控制抓取的位置,抓取效率高;通过空中智能机器人酿酒系统控制可实现抓斗的自动运行、寻找最优路径的功能,可与地面中控系统无缝对接,确保生产运营的高效性与安全性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解,下面根据本发明的具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中
图1是本发明的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法的步骤图;
图2是本发明的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法的执行流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示,本发明的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,包括以下步骤:
根据抓斗的工作位置构建工作区域的二维平面模型,对抓斗的每个工作点进行定位,抓斗从初始位置首先移动到窖池上方完成抓料动作,然后经过固定的传送点,最后移动到投料点完成下料动作,建立二维平面模型后,能够计算出抓斗从初始位置到完成下料动作的行程距离;
根据不同窖池的长度、宽度及高度构建三维立体模型,对不同窖池内推料的状态进行检测,能够计算出不同窖池内的堆料高度;
结合不同窖池的内堆料高度和抓斗的运行距离、运行加速度、运行速度计算抓斗的最佳抓取路线,完成一次抓取动作,抓斗在完成一次最佳抓取路线时,即完成一次物料抓取工作时间的最小值,因此一定与抓斗的行程距离、抓斗的加速度、抓斗运行的最大速度以及不同窖池的堆料高度有关,通过构建这些因素构建计算公式,能够准确计算出从不同位置的窖池完成上料动作的时间;
在完成一次抓取后,不同窖池中的物料高度会发生改变,因此需要重新更新三维立体模型,重复上述最佳抓取路线的计算过程,循环执行抓取动作。
本实施例的通过带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法构建工作区域的二维平面模型和窖池的三维立体模型,综合考虑料堆的高度、料堆到投料点的距离、以及抓斗的运行加速度和抓斗的运行速度计算抓斗的最佳抓取路线,控制抓取的位置,抓取效率高;通过空中智能机器人酿酒系统控制可实现抓斗的自动运行、寻找最优路径的功能,可与地面中控系统无缝对接,确保生产运营的高效性与安全性。
具体地,所述二维平面模型包括不同窖池的位置、投料点的位置、固定传送点的位置,根据这些位置能够确定抓斗完成一次抓取动作的运行距离;所述二维平面模型的每个位置通过绝对值编码器及激光测距仪进行精确定位。
具体地,所述三维立体模型的构建方法包括:采用激光扫描仪的进行一维线性扫描、带动激光扫描仪旋转实现二维平面扫描、通过行车带动激光扫描仪实现三维立体扫描;
具体地,窖池高度的垂直维度(Z轴)的单点测量采用激光扫描仪的单线激光时间飞行原理测量高度;窖池宽度方向(Y轴)的多点高度测量采用激光扫描仪的180度旋转扫描功能实现;窖池长度方向(X轴)的多点高度测量采用机器人行车移动带动激光扫描仪进行扫描,行车位置由行车定位系 统测量;
具体地扫描及传输过程为:由行车带动激光扫描仪,在行车运动过程中持续扫描,将扫描所得到的数据通过TCP/IP通讯的方式传输到下位PLC当中;在下位PLC当中进行数据处理,将所得到的距离数据转换成X,Y,Z三维坐标并实时返回这三个数据以及所在窖池编号进入上位PLC;激光扫描出的数据存在一些偏差,为提高精度,采取两种统计方法处理检测数据:1.通过裁剪平均数处理,既对同一点进行8次以上的高速扫描,去掉最大和最小值,再将其它值求平均;2.如果要进一步提高进度,可通过正态分布(高斯分布)处理,仍然对同一点进行8次以上的高速扫描,假设检测值符合正态分布(高斯分布),将每次测量数据乘以其高斯分布的概率密度,再对所得值求总和,既最终的优化测量统计。在上位PLC中进行数据比对找出行车要在此窖池中抓取的位置并且给与行车运行、抓取以及其他信号;并且将行车所在的绝对值编码器位置发送给下位机来进行位置确认;下位PLC实时更新所建模型的高度信息。
具体地,所述不同窖池的内堆料高度和抓斗的运行距离、运行加速度、运行速度计算的优先级不同,根据实际的测量及对比实验得出结论,其中,所述内堆料高度为第一优先级、抓斗运行距离为第二优先级、抓斗运行加速度为第三优先级、抓斗运行速度为第四优先级;根据所述优先级的不同,为不同的优先级分配权重系数,所述权重系数的总和为1。
在实际的物料搬运的过程中,还存在一种情况,即在同一个窖池内的不同位置的堆料高度不同,因此针对同一窖池内的抓取位置也需要进行计算,才能进一步的提高搬运效率;本实施例中,在同一个窖池内,针对不同位置的堆料高度构建窖池内的三维立体模型,对同一窖池内的推料状态进行检测。结合同一窖池内不同位置的推料高度和抓斗的运行距离、运行加速度、运行速度计算抓斗的最佳抓取路线,完成一次抓取动作;
因此,本实施例的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法是经过两次计算得到的最优抓取路线,首先,从宏观上先确定需要抓斗抓取的窖池, 然后再从微观上确定在窖池内抓斗的抓取位置。
具体地,在二维平面模型中确定窖池的边界尺寸,结合抓斗的工作尺寸,设置抓斗运行的边界条件,本实施例中,抓斗展开到最大时可到到1.6米范围,在满足防碰撞窖池边缘的前提下,抓斗达到最大开度时才可一次抓取最多的物料,因此本实施例的料斗的边界条件为窖池向内缩小1.6米,保证在窖池的边界尺寸内抓取,防止碰撞窖池壁。
为了方便管理,本实施例中还构建库房管理系统,所述库房管理系统记录二维平面模型中抓斗、不同窖池、投料点、固定传送点的位置和编号,以及三维立体模型中不同窖池的高度和不同窖池内物料的高度,生成库房管理数据库,在完成每次抓取动作后,在库房管理数据库中进行更新;
参照图2所示,本发明的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法在库房管理系统中执行的流程包括:首先对库房管理系统进行初始化处理,然后将二维平面模型中的抓斗、不同窖池、投料点、固定传送点的位置和编号数据导入到库房管理数据库中,将三维立体模型中的窖池内的推料高度导入到库房管理数据库中,根据上述数据及上述数据对应的权重系数构建计算公式,获取最佳的抓取位置,执行抓取动作,抓取后根据窖池内的推料高度重新构建三维立体模型,更新库房管理数据库,循环构建计算公式,获取最佳的抓取位置,执行抓取动作,直到抓取完成。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

  1. 一种带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,其特征在于,包括以下步骤:根据抓斗的工作位置构建工作区域的二维平面模型,对抓斗的每个工作点进行定位;根据不同窖池的长度、宽度及高度构建三维立体模型,对不同窖池内推料的状态进行检测;结合不同窖池的内堆料高度和抓斗的运行距离、运行加速度、运行速度计算抓斗的最佳抓取路线,完成一次抓取动作;更新三维立体模型,重复上述最佳抓取路线的计算过程,循环执行抓取动作。
  2. 根据权利要求1所述的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,其特征在于:所述二维平面模型包括不同窖池的位置、投料点的位置、固定传送点的位置,根据这些位置能够确定抓斗完成一次抓取动作的运行距离。
  3. 根据权利要求1所述的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,其特征在于:所述二维平面模型的每个位置通过绝对值编码器及激光测距仪进行精确定位。
  4. 根据权利要求1所述的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,其特征在于:所述三维立体模型的构建方法包括:采用激光扫描仪进行一维线性扫描、带动激光扫描仪旋转实现二维平面扫描、通过行车带动激光扫描仪实现三维立体扫描。
  5. 根据权利要求1所述的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,其特征在于:所述不同窖池的内堆料高度和抓斗的运行距离、运行加速度、运行速度计算的优先级不同,其中,所述内堆料高度为第一优先级、抓斗运行距离为第二优先级、抓斗运行加速度为第三优先级、抓斗运行速度为第四优先级。
  6. 根据权利要求1所述的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,其特征在于:根据所述优先级的不同,为不同的优先级分配权重系数,所述权重系数的总和为1。
  7. 根据权利要求1所述的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法, 其特征在于:在同一个窖池内,针对不同位置的堆料高度构建窖池内的三维立体模型,对同一窖池内的推料状态进行检测。
  8. 根据权利要求7所述的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,其特征在于:结合同一窖池内不同位置的推料高度和抓斗的运行距离、运行加速度、运行速度计算抓斗的最佳抓取路线,完成一次抓取动作。
  9. 根据权利要求1所述的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,其特征在于:在二维平面模型中确定窖池的边界尺寸,结合抓斗的工作尺寸,设置抓斗运行的边界条件。
  10. 根据权利要求1所述的带雷达反馈的高精度抓斗抓取位置控制方法,其特征在于:构建库房管理系统,所述库房管理系统记录二维平面模型中抓斗、不同窖池、投料点、固定传送点的位置和编号,以及三维立体模型中不同窖池的高度和不同窖池内物料的高度,生成库房管理数据库。
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