斗轮机自动取料方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种堆料取料方法，具体地说，涉及一种斗轮机自动取料方法。
【背景技术】
[0002] 目前在钢铁原料场、电厂煤场、港口散货料场大多使用斗轮堆取料机进行散状物 料的装卸，随着自动化水平的提高以及信息化、数字化技术的应用，料场正在致力于堆取料 机的无人化控制。料场料堆的三维模型是实现无人化控制的前提，通过激光扫描等方法建 立料场料堆的三维模型是当前的研究热点，然而，在料堆取料技术方面，多数是采用传感测 量手段去纠正取料机的动作参数，传感测量方法仅是一种纠正控制方法，在取料中是先具 有偏差，再由程序控制来减小偏差，在取料过程中，可能会有空扫和闷斗现象。目前为止，还 没有利用料堆三维模型数据进行料堆取料，从而防止空扫和闷斗现象的方法。
【发明内容】
[0003] 本发明提供了一种斗轮机自动取料方法，以利用料堆三维模型数据解决相关技术 中空扫和闷斗现象的问题。
[0004] 根据本发明的一个方面，提供了一种斗轮机自动取料方法，包括以下步骤：获取斗 轮自转圆周底部和取料层底平面相切时，斗轮自转圆周与料堆斜面切点高度处的料堆轮廓 的等高线；在斗轮自转圆周底部和取料层底平面相切的情况下，依据斗轮绕悬臂回转中心 的水平回旋轨迹与所述等高线的切点及斗轮最大挖掘深度，来确定斗轮切入点的坐标；反 推出取料机行走位移、悬臂回旋角度和悬臂俯仰角度，从而控制取料机自动取料。
[0005] 优选地，获取所述等高线的步骤为：确定分层数量和开层长度；选择取料料层，获 取所选取料层的底面高度，并计算悬臂的俯仰角度；结合料堆的三维轮廓数据，得到在斗轮 自转圆周底部和取料层底平面相切的情况下，斗轮自转圆周与料堆斜面切点高度处的料堆 轮廊的等尚线。
[0006] 优选地，获得所述切入点的坐标的步骤为：依据斗轮绕悬臂回转中心的水平回旋 轨迹与所述等高线的切点反推斗轮取料机在轨道上的位置，依据斗轮最大挖掘深度使斗轮 取料机向料堆方向偏移一个Λ X位移，从而使斗轮绕悬臂回转中心的水平回旋轨迹与等高 线形成多个交点，选择离斗轮当前位置最近的一个交点作为斗轮取料切入点的坐标。
[0007] 优选地，反推出取料机行走位移、悬臂回旋角度和悬臂俯仰角度，从而控制取料机 自动取料的步骤为：控制斗轮取料机行走和悬臂动作，使斗轮从计算得到的切入点开始进 行取料，完成一次水平旋转取料；判断所选取料层是否达到开层长度，如果该取料层没有达 到开层长度，则将斗轮取料机向靠近料堆方向再偏移一个Λ X位移，继续在所选取料层中 取料，迭代该步骤直到达到开层长度；当该取料层达到开层长度后，对该取料层的下一层进 行取料，迭代直到最底层的取料层完成取料。
[0008] 优选地，当料堆较长时，将料堆分为多个料段，挖完本料段的所有层的物料后，再 按照每层的顺序挖取下一料段的物料。
[0009] 优选地，在斗轮自转圆周底部和私高度处取料层底平面相切的情况下，悬臂俯仰 角度计算公式如下：
[0010] Sinyf (R+H「H0)/L
[0011] 其中，Η。是悬臂俯仰中心距地面的高度；
[0012] 呒是第i取料层底面的高度；
[0013] L是悬臂俯仰中心至斗轮旋转中心的长度；
[0014] R是斗轮自转半径；
[0015] 丫1悬臂俯仰角度。
[0016] 优选地，在斗轮自转圆周底部和私高度处取料层底平面相切的情况下，斗轮自转 圆周与料堆斜面的切点高度为：
[0017] H^Rsin^ Θ /2)
[0018] 其中，私是第i层底面的高度；
[0019] Θ是物料的堆积角；
[0020] R是斗轮自转半径。
[0021] 优选地，在斗轮自转圆周底部和私高度处的取料层底平面相切的情况下，斗轮在 所述等高线平面内绕悬臂回转中心的水平回旋轨迹方程为：
[0023] 其中，X是取料机距离轨道端点的距离；
[0024] y是斗轮垂直于轨道的水平距离；
[0025] Xl是取第i层物料时，悬臂回转中心在轨道上的初始横坐标；
[0026] L是悬臂俯仰中心至斗轮旋转中心的长度；
[0027] 呒是第i取料层底面的高度；
[0028] H。是悬臂俯仰中心距地面的高度。
[0029] 通过本发明，利用料堆三维模型计算出料堆自动取料的切入点，反推出悬臂回转 角度、悬臂俯仰较低、取料机行走距离等动作参数，充分利用了料堆三维模型数据，实现了 斗轮取料机进行料堆取料的无人化控制。
【附图说明】
[0030] 通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得 更加清楚和容易理解。
[0031] 图1是根据本发明实施例的斗轮机自动取料方法的流程图；
[0032] 图2是根据本发明实施例的确定等高线的流程图；
[0033] 图3是根据本发明实施例的确定切入点坐标的流程图；
[0034] 图4是根据本发明实施例的取料的流程图；
[0035] 图5是根据本发明实施例的斗轮机自动取料方法的控制流程图；
[0036] 图6是根据本发明实施例的料堆和斗轮的关系示意图；
[0037] 图7是根据本发明实施例的料堆三维模型等高线的示意图；
[0038] 图8是根据本发明实施例的斗轮在等高线平面内绕悬臂回转中心的水平回旋轨 迹和等尚线的切点不意图；
[0039] 图9是根据本发明实施例的斗轮取料切入可选点的示意图1 ;
[0040] 图10是根据本发明实施例的斗轮取料切入可选点的示意图2。
【具体实施方式】
[0041] 下面将参考附图来描述本发明所述的斗轮机自动取料方法的实施例。本领域的普 通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式 或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于 限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记 表不相同的部分。
[0042] 在本实施例中提供了一种斗轮机自动取料方法，如图1所示，该方法包括：
[0043] 步骤S10,获取斗轮自转圆周底部和取料层底平面相切时，斗轮自转圆周与料堆斜 面切点高度处的料堆轮廓的等高线；
[0044] 步骤S20,在斗轮自转圆周底部和取料层底平面相切的情况下，依据斗轮绕悬臂回 转中心的水平回旋轨迹与等高线的切点及斗轮最大挖掘深度，来确定斗轮切入点的坐标；
[0045] 步骤S30,反推出取料机行走位移、悬臂回旋角度和悬臂俯仰角度，从而控制取料 机自动取料。
[0046] 图5是斗轮机对某一料段进行取料的控制流程图，下面结合图5详细说明各步骤。
[0047] 在斗轮机取料时，悬臂会沿着轨道行走到料堆的合适位置，并且进行俯仰角度的 调整，将斗轮在纵向调整到合适的位置，悬臂绕着悬臂回转中心回旋，斗轮则绕自身的自转 中心旋转，在悬臂回旋过程中，斗轮进行取料作业。步骤S10首先确定斗轮自转圆周底部和 取料层底平面相切，并且斗轮自转圆周和料堆斜面相切时的临界状态，利用激光扫描等方 法获得料堆的三维模型，结合料堆斜面切点的高度，得到料堆斜面切点高度处的料堆轮廓 等尚线。
[0048] 步骤S20是根据悬臂水平回旋时，斗轮与等高线产生相切的临界情况，确定斗轮 和等高线的切点，再根据斗轮最大挖掘深度，将斗轮自转圆周底部和取料层底平面相切时， 斗轮在等高线平面内绕悬臂回转中心的水平回旋轨迹向料堆方向偏移一段位移，水平回旋 轨迹和等高线相交，从而获得斗轮的最佳切入点坐标。
[0049] 斗轮机取料是依靠取料机沿轨道的水平行走，悬臂的水平回旋，斗轮的自转完成 取料作业的，步骤S30是根据最佳切入点坐标反推出取料机行走位移、悬臂回旋角度，悬臂 俯仰角度，从而控制取料机自动取料。
[0050] 通过本发明的斗轮机取料方法，可以避免取料机空扫和闷斗，在不损坏斗轮的前 提下最大限度地提高取料效率，充分利用了料堆三维模型数据，实现了斗轮取料机进行料 堆取料的无人化控制。
[0051] 如图2所示，在一个可选实施例中，步骤S10还包括：
[0052] 步骤S102,确定分层数量和开层长度；
[0053] 步骤S104,选择取料料层，获取所选取料层的底面高度，并计算悬臂的俯仰角度；
[0054] 步骤S106,结合料堆的三维轮廓数据，得到在斗轮自转圆周底部和取料层底平面 相切的情况下，斗轮自转圆周与料堆斜面切点高度处的料堆轮廓的等高线。
[0055] 下面具体说明各步骤，步骤S102,确定分层数量n，可按照每层厚度不大于斗轮半 径分层，即η为多H/0. 5R的最小整数，或者自行指定每层厚度范围，例如2~3米，然后根 据料堆的实际高度Η确定分层数量η。由于取料机的取料范围有限，需要根据料堆长度和取 料机性能确定开层长度，达到开层长度表示取完该层物料。对于较长的料堆，每层取料长度 不超过5米，回旋次数不少于10次，保证悬臂不与下层物料碰撞，即是说，将料堆划分为多 个料段，当某一料段的某一层达到开层长度后，进行下一层取料，待取完该料段的η层物料 后，即完成取料任务，再按照从上至下的顺序执行下一料段取料任务；对于较短的料堆，可 以分层不分段，即取完上面一层再取下一层，取完η层物料，即完成取料任务。
[0056] 步骤S104,选择第i层开始取料，获取该层底面高度私，计算悬臂