一种取料机取料控制方法及装置与流程

本申请涉及工业自动化技术领域，具体涉及一种取料机取料控制方法及装置。

背景技术：

钢铁企业中，通常将同种物料以料堆的形式露天存放于料场中，使用时，利用取料机将物料输送至不同的工段，以保证钢铁冶炼工作连续不断地进行。

现有取料机通常为斗轮式取料机，斗轮式取料机是现代化工业大宗散状物料连续装卸的高效设备，主要包括：悬臂、设置于悬臂顶端的斗轮、设置于悬臂前端悬臂皮带、漏斗、地面皮带、走行机构、俯仰机构和回转机构等，执行取料操作时，斗轮式取料机利用液压马达或电机驱动斗轮旋转，将物料取上悬臂皮带，物料在悬臂皮带的末端经过漏斗落于地面皮带，被地面皮带输送至需要的地方。参照图1所示的料场场景示意图，走行机构在轨道上走行，以控制斗轮式取料机的位置；操作人员通过控制斗轮式取料机的俯仰机构和回转机构动作来控制悬臂动作，使悬臂产生位移，悬臂在产生位移的同时带动斗轮产生位移，从而使旋转中的斗轮将物料取上悬臂皮带。

现有斗轮式取料机为人工操作，每台斗轮式取料机至少配备一名操作人员，操作人员对斗轮式取料机进行操作，即现有的斗轮式取料机采用人工操作的方式。但是，人工操作一方面效率低下，另一方面，人工成本较高，生产成本相应增大。特别地，由于物料种类不同，若多种物料同时取料，则需要多台斗轮式取料机来进行取料工作，多台斗轮式取料机需要配备相应数量的操作人员，使得效率低下以及人工成本较大的问题更加明显。因此，如何提高取料效率、降低人工成本成为亟需解决的问题。

技术实现要素：

本申请提供一种取料机取料控制方法及装置，以解决现有人工操作斗轮式取料机进行取料工作时，取料效率低下以及人工成本较高的问题。

本申请的第一方面，提供一种取料机取料控制方法，所述方法应用于控制终端，所述控制终端分别与激光扫描仪和检测设备相连接，所述激光扫描仪设置于斗轮式取料机的悬臂前端，所述方法包括：

获取取料计划，根据所述取料计划确定目标斗轮式取料机和目标料堆；

通过设置在所述目标斗轮式取料机的悬臂前端的激光扫描仪，获取所述目标料堆的扫描数据，并通过安装在所述目标斗轮式取料机的检测设备，获取所述目标斗轮式取料机的位置参数数据；

根据所述扫描数据和所述位置参数数据，建立所述目标料堆的三维图像数据；

根据所述取料计划和所述目标料堆的三维图像数据，生成取料策略，将所述取料策略下发至所述目标斗轮式取料机，以便所述目标斗轮式取料机根据所述取料策略执行取料操作。

可选的，根据所述扫描数据和所述位置参数数据，建立所述目标料堆的三维图像数据，包括：

分别滤除所述扫描数据和所述位置参数数据中的干扰数据；

根据滤除所述干扰数据后的扫描数据以及位置参数数据，将滤除所述干扰数据后的扫描数据转化为料场坐标系下的点云数据，将所述点云数据进行网格规范化处理，获取精简网格数据；

对所述精简网格数据进行插值处理，生成完整网格数据，并将所述完整网格数据作为所述目标料堆的三维数据；

根据所述目标料堆的三维数据，在料场网格坐标系中建立所述目标料堆的三维图像数据，其中，所述料场网格坐标系以料场地面为基平面，在所述基平面内，将轨道所在的直线方向作为x轴，将与轨道垂直的直线方向作为y轴。

可选的，在根据所述目标料堆的三维数据，在料场网格坐标系中建立所述目标料堆的三维图像数据之后，还包括：

将所述目标料堆的三维图像数据存储至数据库。

可选的，在根据所述取料计划和所述目标料堆的三维图像数据，生成取料策略，将所述取料策略下发至所述目标斗轮式取料机之后，还包括：

控制所述目标斗轮式取料机执行一层取料操作；

重新建立执行一层取料操作之后的目标料堆的三维图像数据；

根据所述执行一层取料操作之后的目标料堆的三维图像数据和所述取料计划，调整所述取料策略，以便所述斗轮式取料机根据调整后的取料策略执行取料操作。

可选的，控制所述目标斗轮式取料机执行一层取料操作，包括：

步骤501，根据所述取料策略包含的当前层取料切入点，控制所述目标斗轮式取料机按照所述当前层取料切入点执行取料操作；

步骤502，判断所述目标斗轮式取料机的斗轮是否到达所述目标料堆的边缘；

步骤503，若所述目标斗轮式取料机的斗轮到达所述目标料堆的边缘，判断当前层取料距离是否达到取料策略包含的当前层取料距离；

步骤504，若当前层取料距离没有达到取料策略包含的当前层取料距离，控制所述目标斗轮式取料机发生寸动，并控制所述目标斗轮式取料机的斗轮反方向旋转取料，返回执行步骤502的操作，直至当前层取料距离达到取料策略包含的当前层取料距离。

本申请的第二方面，提供一种取料机取料控制装置，所述装置应用于控制终端，所述控制终端分别与激光扫描仪和检测设备相连接，所述激光扫描仪设置于斗轮式取料机的悬臂前端，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取取料计划，根据所述取料计划确定目标斗轮式取料机和目标料堆；

第二获取模块，用于通过设置在所述目标斗轮式取料机的悬臂前端的激光扫描仪，获取所述目标料堆的扫描数据，并通过安装在所述目标斗轮式取料机的检测设备，获取所述目标斗轮式取料机的位置参数数据；

三维图像数据建立模块，用于根据所述扫描数据和所述位置参数数据，建立所述目标料堆的三维图像数据；

取料策略生成模块，用于根据所述取料计划和所述目标料堆的三维图像数据，生成取料策略，将所述取料策略下发至所述目标斗轮式取料机，以便所述目标斗轮式取料机根据所述取料策略执行取料操作。

可选的，所述三维图像数据建立模块包括：

滤除单元，用于分别滤除所述扫描数据和所述位置参数数据中的干扰数据；

获取单元，用于根据滤除所述干扰数据后的扫描数据以及位置参数数据，将滤除所述干扰数据后的扫描数据转化为料场坐标系下的点云数据，将所述点云数据进行网格规范化处理，获取精简网格数据；

插值单元，用于对所述精简网格数据进行插值处理，生成完整网格数据，并将所述完整网格数据作为所述目标料堆的三维数据；

三维图像数据建立单元，用于根据所述目标料堆的三维数据，在料场网格坐标系中建立所述目标料堆的三维图像数据，其中，所述料场网格坐标系以料场地面为基平面，在所述基平面内，将轨道所在的直线方向作为x轴，将与轨道垂直的直线方向作为y轴。

可选的，所述三维图像数据建立模块还包括：

存储单元，用于在所述三维图像数据建立单元根据所述目标料堆的三维数据，在料场网格坐标系中建立所述目标料堆的三维图像数据之后，将所述目标料堆的三维图像数据存储至数据库。

可选的，所述装置还包括：

控制模块，用于在所述取料策略生成模块生成取料策略，将所述取料策略下发至所述目标斗轮式取料机之后，控制所述目标斗轮式取料机执行一层取料操作；

三维图像数据重建模块，用于重新建立执行一层取料操作之后的目标料堆的三维图像数据；

调整模块，用于根据所述执行一层取料操作之后的目标料堆的三维图像数据和所述取料计划，调整所述取料策略，以便所述斗轮式取料机根据调整后的取料策略执行取料操作。

可选的，所述控制模块包括：

第一控制单元，用于根据所述取料策略包含的当前层取料切入点，控制所述目标斗轮式取料机按照所述当前层取料切入点执行取料操作；

第一判断单元，用于判断所述目标斗轮式取料机的斗轮是否到达所述目标料堆的边缘；

第二判断单元，用于若所述目标斗轮式取料机的斗轮到达所述目标料堆的边缘，判断当前层取料距离是否达到取料策略包含的当前层取料距离；

第二控制单元，用于若当前层取料距离没有达到取料策略包含的当前层取料距离，控制所述目标斗轮式取料机发生寸动，并控制所述目标斗轮式取料机的斗轮反方向旋转取料，返回执行所述第一判断单元的操作，直至当前层取料距离达到取料策略包含的当前层取料距离。

本申请提供一种取料机取料控制方法及装置，其中，所述方法包括：获取取料计划，根据取料计划确定目标斗轮式取料机和目标料堆；通过设置在目标斗轮式取料机的悬臂前端的激光扫描仪，获取目标料堆的扫描数据，并通过安装在目标斗轮式取料机的检测设备，获取目标斗轮式取料机的位置参数数据；根据扫描数据和位置参数数据，建立目标料堆的三维图像数据；根据取料计划和目标料堆的三维图像数据，生成取料策略，将所述取料策略下发至目标斗轮式取料机，以便目标斗轮式取料机根据取料策略执行取料操作。在此过程中，无需人工干预，自动化程度较高，解决了现有人工操作取料机进行取料工作时，取料效率低下以及人工成本较高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为料场场景示意图；

图2为本申请实施例提供的一种取料机取料控制方法的工作流程图；

图3为本申请实施例提供的一种取料机取料控制方法中，建立目标料堆的三维图像数据的工作流程图；

图4为本申请实施例提供的又一种取料机取料控制方法的工作流程图；

图5为本申请实施例提供的一种取料机取料控制方法中，控制目标斗轮式取料机执行一层取料操作的工作流程图；

图6为本申请实施例提供的一种取料机取料控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有人工操作斗轮式取料机进行取料工作时，取料效率低下以及人工成本较高的问题，本申请提供一种取料机取料控制方法及装置。

本申请实施例提供一种取料机取料控制方法，所述方法应用于控制终端，所述控制终端分别与激光扫描仪和检测设备相连接，所述激光扫描仪设置于斗轮式取料机的悬臂前端。

斗轮式取料机主要包括三种基本动作，即大车走行、悬臂回转和悬臂俯仰，通过这三种动作的协调配合完成取料作业。控制终端通过获取斗轮式取料机的各个动作信息，结合取料计划，控制斗轮式取料机进行取料作业。本申请实施例提供的方法中，在斗轮式取料机上安装有检测设备，在一种可实现的方式中，检测设备包括格雷母线和绝对值编码器，其中，格雷母线安装于大车走行机构表面，用于检测大车走行位置；绝对值编码器安装于悬臂前端，用于检测悬臂位置。

参照图2所示的工作流程图，本申请实施例提供一种取料机取料控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤101，获取取料计划，根据所述取料计划确定目标斗轮式取料机和目标料堆。

该步骤中，取料计划通常包含作业货种、计划作业量、作业料堆等信息，根据取料计划中的作业料堆，首先在基础信息库中查出该作业料堆料堆的当前使用状态，若该作业料堆处于闲置状态，则将该作业料堆作为目标料堆。

步骤102，通过设置在所述目标斗轮式取料机的悬臂前端的激光扫描仪，获取所述目标料堆的扫描数据，并通过安装在所述目标斗轮式取料机的检测设备，获取所述目标斗轮式取料机的位置参数数据。

在开始作业时，激光扫描仪将目标料堆的头部扫描一遍，获取目标料堆的扫描数据，并将扫描数据传输至控制终端。由于激光扫描仪安装于悬臂前端，悬臂随斗轮式取料机的动作而发生位移，也就是说，扫描数据受悬臂位置影响，因此，在获取扫描数据的同时，利用检测设备测量目标斗轮式取料机的位置参数数据，并将各个扫描数据与各个位置参数数据相关联。

目标斗轮式取料机的位置参数包括：大车当前走行值、走行速度，悬臂当前回旋值、回旋速度、悬臂当前俯仰值以及俯仰速度。

步骤103，根据所述扫描数据和所述位置参数数据，建立所述目标料堆的三维图像数据。

步骤104，根据所述取料计划和所述目标料堆的三维图像数据，生成取料策略，将所述取料策略下发至所述目标斗轮式取料机，以便所述目标斗轮式取料机根据所述取料策略执行取料操作。

该步骤中，根据取料计划，确定目标料堆之后，再根据预先设定的取料层数、开层方向和取料模式，生成取料策略。

本申请实施例中，取料模式主要包括回旋分层分段或者回旋分层不分段两种，其中，回旋分层取料是将目标料堆分为若干层，一层一层从上至下地挖取物料；回旋分段取料是一段一段从上至下地挖取物料，每段的长度一般为10～20m。回旋分层取料适用于高度较低的料堆，回旋分段取料适用于料堆顶部坡度较大的料堆，实际应用中，根据目标料场的情况，选择取料模式，通常情况下，将回旋分层取料与回旋分段取料相结合，即回旋分层分段取料。

本申请提供的方法中，首先建立目标料场的三维图像数据，根据目标料场的三维图像数据以及取料计划，生成取料策略，然后由斗轮式取料机自动执行取料策略，在此过程中，无需人工干预，自动化程度较高，解决了现有人工操作取料机进行取料工作时，取料效率低下以及人工成本较高的问题。

参照图3所示的工作流程图，根据所述扫描数据和所述位置参数数据，建立所述目标料堆的三维图像数据，包括以下步骤：

步骤201，分别滤除所述扫描数据和所述位置参数数据中的干扰数据。

在扫描过程中，若悬臂发生抖动或者激光扫描仪扫描的方向发生遮挡，此时的扫描数据不能正常反映目标料堆形状的扫描数据，与扫描数据对应的位置参数数据不能正常反映斗轮式取料机的悬臂位置，此种情况下的扫描数据或者位置参数数据即为干扰数据，在建立目标料堆的三维图像数据时，需要将该干扰数据滤除，避免干扰数据影响三维图像数据的建立。

步骤202，根据滤除所述干扰数据后的扫描数据以及位置参数数据，将滤除所述干扰数据后的扫描数据转化为料场坐标系下的点云数据，将所述点云数据进行网格规范化处理，获取精简网格数据。

该步骤中，将当前时刻目标料堆表面被测点的一组扫描数据从激光扫描装置坐标系下转换成料场坐标系下，扫描数据结合位置参数数据转换成点云数据，点云数据数量庞大，为了简化计算，提高运行速度，需要对点云数据进行精简。

本申请实施例提供的一种精简方式为网格规范化处理，即在料场坐标系下，每间隔一定距离对目标料场进行等分，使得料场的有效堆放范围内形成多个大小和面积相等的均匀网格，实现目标料场的均匀数字化分割；分割完成之后，对落在网格中的测量点的数量进行规范化整合处理，获得精简网格数据。

步骤203，对所述精简网格数据进行插值处理，生成完整网格数据，并将所述完整网格数据作为所述目标料堆的三维数据。

由于步骤201中滤除干扰数据后，会在点云数据中产生大小不一的空洞，使得精简网格数据也存在大小不一的空洞，在构建三维图像数据时，需要进行快速插值，经过插值处理后生成规则的网格数据(数字高程模型数据)，最终生成目标料场的完整网格数据。

步骤204，根据所述目标料堆的三维数据，在料场网格坐标系中建立所述目标料堆的三维图像数据，其中，所述料场网格坐标系以料场地面为基平面，在所述基平面内，将轨道所在的直线方向作为x轴，将与轨道垂直的直线方向作为y轴。

可选的，在根据所述目标料堆的三维数据，在料场网格坐标系中建立所述目标料堆的三维图像数据之后，还包括以下步骤：将所述目标料堆的三维图像数据存储至数据库。

在一种可实现的方式中，控制终端设置有人机界面，将三维图像数据存储至数据库，在人机界面中建立目标料场的三维图像时，人机界面从数据库中获取三维图像数据，以料场为图像显示区域、料场地面为显示基面，实现料场区域内的坐标还原，完成目标料堆的三维图像显示，实现目标料堆的立体重现。人机界面能够根据用户操作进行三维图像的旋转、平移和局部放大等交互操作，测量结果一目了然。取料作业过程中实时更新数据库内的数据内容，人机界面显示的三维图像根据用户操作和数据库数据实时动态更新。

参照图4所示的工作流程图，本申请实施例提供又一种取料机取料控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤401，获取取料计划，根据所述取料计划确定目标斗轮式取料机和目标料堆。

步骤402，通过设置在所述目标斗轮式取料机的悬臂前端的激光扫描仪，获取所述目标料堆的扫描数据，并通过安装在所述目标斗轮式取料机的检测设备，获取所述目标斗轮式取料机的位置参数数据。

步骤403，根据所述扫描数据和所述位置参数数据，建立所述目标料堆的三维图像数据。

步骤404，根据所述取料计划和所述目标料堆的三维图像数据，生成取料策略，将所述取料策略下发至所述目标斗轮式取料机，以便所述目标斗轮式取料机根据所述取料策略执行取料操作。

步骤405，控制所述目标斗轮式取料机执行一层取料操作。

步骤406，重新建立执行一层取料操作之后的目标料堆的三维图像数据。

步骤407，根据所述执行一层取料操作之后的目标料堆的三维图像数据和所述取料计划，调整所述取料策略，以便所述斗轮式取料机根据调整后的取料策略执行取料操作。

其中，步骤401至步骤404与步骤101至步骤104的具体操作过程一致，可相互参照，本申请实施例不作赘述。

本申请实施例中，每执行一层取料操作，均需要更新目标料堆的三维图像数据，以便控制终端及时调整取料策略，使得取料作业更加有序地进行。

参照图5所示的工作流程图，控制所述目标斗轮式取料机执行一层取料操作，包括以下步骤：

步骤501，根据所述取料策略包含的当前层取料切入点，控制所述目标斗轮式取料机按照所述当前层取料切入点执行取料操作。

该步骤中，控制终端获取目标料堆的边缘、最高点等对取料有重要影响的位置点，将这些有重要影响的位置点作为料堆关键点，调用料堆关键点，并计算分层取料的初始控制参数，按照该初始控制参数执行一次取料操作，初始控制参数只用于取料初始时刻的状态控制，执行取料操作过程中，目标料堆的三维图像数据发生变化，需要重新生成控制参数。

分层取料初始控制参数的计算方式如下：

a)根据目标料堆实际堆型的情况以及目标斗轮式取料机本身的机械、电气特性等确定每层取料切入点，即目标斗轮式取料机的初始走行位置、悬臂初始回转角度和俯仰角度。

b)通过作业货种的比重、目标料堆的形状、计划作业量等信息确定取料开层长度和换层位置。

分层取料初始控制参数确定之后，控制终端控制目标斗轮式取料机执行取料操作。

步骤502，判断所述目标斗轮式取料机的斗轮是否到达所述目标料堆的边缘。

该步骤中，若所述目标斗轮式取料机的斗轮到达所述目标料堆的边缘，执行步骤503的操作；否则，继续执行取料操作。

步骤503，若所述目标斗轮式取料机的斗轮到达所述目标料堆的边缘，判断当前层取料距离是否达到取料策略包含的当前层取料距离。

步骤504，若当前层取料距离没有达到取料策略包含的当前层取料距离，控制所述目标斗轮式取料机发生寸动，并控制所述目标斗轮式取料机的斗轮反方向旋转取料，返回执行步骤502的操作，直至当前层取料距离达到取料策略包含的当前层取料距离。

该步骤中，根据作业货种的比重来确定取料时目标斗轮式取料机发生寸动的距离。作业货种的比重是指相对密度，在作业货种是固体的情况下，作业货种的比重是该物质(完全密实状态)的密度与在标准大气压，3.98℃时纯水下的密度(999.972kg/m³)的比值，通常情况下，数据库中存储有作业货种的比重，控制终端在计算控制参数时从数据库中获取即可。

本申请实施例提供的方法中，自动生成控制参数，斗轮式取料机根据控制参数进行取料操作即可，在此过程中，无需人工干预，自动化程度较高。

参照图6所示的结构示意图，本申请实施例提供一种取料机取料控制装置，所述装置应用于控制终端，所述控制终端分别与激光扫描仪和检测设备相连接，所述激光扫描仪设置于斗轮式取料机的悬臂前端，所述装置包括：

第一获取模块100，用于获取取料计划，根据所述取料计划确定目标斗轮式取料机和目标料堆；

第二获取模块200，用于通过设置在所述目标斗轮式取料机的悬臂前端的激光扫描仪，获取所述目标料堆的扫描数据，并通过安装在所述目标斗轮式取料机的检测设备，获取所述目标斗轮式取料机的位置参数数据；

三维图像数据建立模块300，用于根据所述扫描数据和所述位置参数数据，建立所述目标料堆的三维图像数据；

取料策略生成模块400，用于根据所述取料计划和所述目标料堆的三维图像数据，生成取料策略，将所述取料策略下发至所述目标斗轮式取料机，以便所述目标斗轮式取料机根据所述取料策略执行取料操作。

可选的，所述三维图像数据建立模块包括：

滤除单元，用于分别滤除所述扫描数据和所述位置参数数据中的干扰数据；

获取单元，用于根据滤除所述干扰数据后的扫描数据以及位置参数数据，将滤除所述干扰数据后的扫描数据转化为料场坐标系下的点云数据，将所述点云数据进行网格规范化处理，获取精简网格数据；

插值单元，用于对所述精简网格数据进行插值处理，生成完整网格数据，并将所述完整网格数据作为所述目标料堆的三维数据；

三维图像数据建立单元，用于根据所述目标料堆的三维数据，在料场网格坐标系中建立所述目标料堆的三维图像数据，其中，所述料场网格坐标系以料场地面为基平面，在所述基平面内，将轨道所在的直线方向作为x轴，将与轨道垂直的直线方向作为y轴。

可选的，所述三维图像数据建立模块还包括：

存储单元，用于在所述三维图像数据建立单元根据所述目标料堆的三维数据，在料场网格坐标系中建立所述目标料堆的三维图像数据之后，将所述目标料堆的三维图像数据存储至数据库。

可选的，所述装置还包括：

控制模块，用于在所述取料策略生成模块生成取料策略，将所述取料策略下发至所述目标斗轮式取料机之后，控制所述目标斗轮式取料机执行一层取料操作；

三维图像数据重建模块，用于重新建立执行一层取料操作之后的目标料堆的三维图像数据；

调整模块，用于根据所述执行一层取料操作之后的目标料堆的三维图像数据和所述取料计划，调整所述取料策略，以便所述斗轮式取料机根据调整后的取料策略执行取料操作。

可选的，所述控制模块包括：

第一控制单元，用于根据所述取料策略包含的当前层取料切入点，控制所述目标斗轮式取料机按照所述当前层取料切入点执行取料操作；

第一判断单元，用于判断所述目标斗轮式取料机的斗轮是否到达所述目标料堆的边缘；

第二判断单元，用于若所述目标斗轮式取料机的斗轮到达所述目标料堆的边缘，判断当前层取料距离是否达到取料策略包含的当前层取料距离；

第二控制单元，用于若当前层取料距离没有达到取料策略包含的当前层取料距离，控制所述目标斗轮式取料机发生寸动，并控制所述目标斗轮式取料机的斗轮反方向旋转取料，返回执行所述第一判断单元的操作，直至当前层取料距离达到取料策略包含的当前层取料距离。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。