一種用于散貨堆場的自動(dòng)堆取料系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動(dòng)化裝卸領(lǐng)域，尤其涉及一種用于散貨堆場的自動(dòng)堆取料系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，我國的散貨（礦石、煤等）料場主要采取大型堆取料機(jī)進(jìn)行裝卸作業(yè)，尤其 是在大型散貨碼頭，原料的大量需求造就了巨型的堆場，這就需要有一定數(shù)量的堆取料裝 置來進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)還需配備相應(yīng)數(shù)量的操作司機(jī)來駕駛這些裝置。為了適應(yīng)散貨裝卸裝 置專業(yè)化和大型化的發(fā)展趨勢，世界各國都在大力研宄應(yīng)用信息化、自動(dòng)化和智能化技術(shù) 來建設(shè)和改造散貨堆場全自動(dòng)堆取料技術(shù)，通過分析和研宄散貨作業(yè)管理與控制系統(tǒng)，研 制更加科學(xué)高效的智能裝卸方法和裝置，從而提高企業(yè)的核心競爭力。
[0003] 由于散貨堆場全自動(dòng)化作業(yè)是一種必然的發(fā)展趨勢，而全自動(dòng)取料控制系統(tǒng)相對 于全自動(dòng)堆料控制系統(tǒng)又更為復(fù)雜，因此，本申請將重點(diǎn)研宄全自動(dòng)取料控制系統(tǒng)的路徑 規(guī)劃，主要涉及取料機(jī)定位、對激光掃描數(shù)據(jù)的處理及料堆三維邊界提取、取料機(jī)與堆料機(jī) 料堆幾何空間信息共享，而其中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就在于對取料機(jī)及其重要機(jī)構(gòu)的定位。目 前，最常見的用于智能無人化堆取料控制系統(tǒng)的定位技術(shù)是采用絕對編碼器，例如，對比專 利CN200610028966. 1公開的《散貨料場無人化堆取工藝》，專利CN200910045287. 9公開的 《一種堆取料機(jī)的自動(dòng)取料控制裝置及方法》，以及專利申請CN201010237137. 0公開的《全 自動(dòng)散貨堆場堆取方法》，均采用的是絕對編碼器對取料機(jī)進(jìn)行走行、回轉(zhuǎn)和俯仰定位。雖 然編碼器本身測量手段精確且成本不高，但是這種利用編碼器進(jìn)行定位的方法受現(xiàn)場機(jī)械 振動(dòng)、粉塵等環(huán)境因素影響較大，時(shí)間長了容易產(chǎn)生累積誤差和數(shù)據(jù)突變，從而造成對堆取 料機(jī)走行、回轉(zhuǎn)及俯仰定位的失準(zhǔn)，進(jìn)而影響激光掃描數(shù)據(jù)的處理和三維坐標(biāo)的計(jì)算，最終 導(dǎo)致無人堆取料作業(yè)效率的降低甚至系統(tǒng)癱瘓，因而需要操作人員定期對編碼器進(jìn)行校 準(zhǔn)，維護(hù)成本高且無法真正實(shí)現(xiàn)堆取料裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行。此外，專利CN200620012206. 7 公開的《格雷母線位移檢測系統(tǒng)》，通過在移動(dòng)機(jī)車軌道旁安裝格雷母線進(jìn)行無接觸式感應(yīng) 檢測，從而實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)機(jī)車行走范圍內(nèi)連續(xù)地、高精度地檢測絕對地址，這種定位方法精度 高且不受惡劣環(huán)境影響，但是格雷母線硬件成本極高，尤其是對取料機(jī)進(jìn)行走行定位，需要 沿著每條行走軌道全場布線，投入成本過高，與產(chǎn)出不平衡，如果應(yīng)用在無人堆取料裝置中 將不利于其推廣應(yīng)用。
[0004] 另外，發(fā)明人還查詢了 GNSS技術(shù)在堆、取料機(jī)上的應(yīng)用案例，檢索到專利 CN201010554828. 3公開的《一種基于差分GPS技術(shù)的工業(yè)料場實(shí)時(shí)定位監(jiān)控系統(tǒng)及方法》， 專利CN201410178236. 4公開的《一種散貨港口堆場單機(jī)裝置防碰撞系統(tǒng)及防碰撞方法》， 以及專利CN201420099462. 9公開的《區(qū)域范圍內(nèi)大型移動(dòng)裝置防碰撞裝置》。仔細(xì)分析上 述系統(tǒng)或方法，可發(fā)現(xiàn)它們均是GPS定位技術(shù)在堆取料裝置上的簡單應(yīng)用，整個(gè)系統(tǒng)或裝 置提供給外圍用戶的只是堆取料機(jī)及其主要機(jī)構(gòu)的定位監(jiān)控功能，或者更進(jìn)一步的是利用 這些定位信息建立堆取料機(jī)之間的防碰撞策略，并未真正發(fā)掘GPS技術(shù)在堆取料機(jī)上的應(yīng) 用價(jià)值。
[0005] 同時(shí)，現(xiàn)有的基于激光掃描儀的全自動(dòng)堆取料控制系統(tǒng)所獲取的垛型掃描數(shù)據(jù)都 是基于本機(jī)獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)而計(jì)算的，所以垛型數(shù)據(jù)只適合本機(jī)堆取料使用，而相鄰堆、取料 機(jī)無法共享使用，這樣每臺堆、取料機(jī)在作業(yè)前都必須重新掃描料堆，而無法獲取之前相鄰 堆、取料機(jī)已掃描的垛型數(shù)據(jù)，增加了作業(yè)前準(zhǔn)備時(shí)間，從而降低堆取料作業(yè)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明旨在提供一種用于散貨堆場的自動(dòng)堆 取料系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于GNSS定位，精度高，成本低，并解決了因?yàn)樽鴺?biāo)系統(tǒng)不統(tǒng)一而垛型空 間數(shù)據(jù)無法共享的難題，真正實(shí)現(xiàn)散貨堆場的全自動(dòng)化裝卸作業(yè)。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種用于散貨堆場的自動(dòng)堆取料系統(tǒng)，其包括分布在堆場內(nèi)的具有堆料懸臂的堆 料機(jī)以及具有取料懸臂的取料機(jī)，還包括：
[0009] 安裝在所述堆料懸臂上并用于采集料堆的第一掃描數(shù)據(jù)的第一激光掃描裝置以 及用于采集堆料GNSS定位信息的堆料定位裝置；
[0010] 連接至所述堆料定位裝置的堆料機(jī)控制裝置，其一方面采集并輸出所述堆料GNSS 定位信息，另一方面接收一堆料控制信號，并根據(jù)該堆料控制信號控制所述堆料機(jī)執(zhí)行相 應(yīng)的堆料動(dòng)作；
[0011] 連接至所述第一激光掃描裝置和所述堆料機(jī)控制裝置的遠(yuǎn)程堆料處理裝置，其接 收外圍用戶輸入的堆料指令，并根據(jù)所述堆料指令、所述第一掃描數(shù)據(jù)以及所述堆料GNSS 定位信息獲取相應(yīng)所述料堆的坐標(biāo)信息并生成堆料路徑信息以作為所述堆料控制信號輸 出至所述堆料機(jī)控制裝置；
[0012] 安裝在所述取料懸臂上的用于采集所述料堆的第二掃描數(shù)據(jù)的第二激光掃描裝 置以及用于采集取料GNSS定位信息的取料定位裝置；
[0013] 連接至所述取料定位裝置的取料機(jī)控制裝置，其一方面采集并輸出所述取料GNSS 定位信息，另一方面接收一取料控制信號以控制所述取料機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的取料動(dòng)作；
[0014] 連接至所述第二激光掃描裝置和所述取料機(jī)控制裝置的遠(yuǎn)程取料處理裝置，其接 收外圍用戶輸入的取料指令，并根據(jù)所述取料指令、所述第二掃描數(shù)據(jù)以及所述取料GNSS 定位信息獲取相應(yīng)所述料堆的坐標(biāo)信息并生成取料路徑信息以作為所述取料控制信號輸 出至所述取料機(jī)控制裝置；以及
[0015] 連接在所述遠(yuǎn)程堆料處理裝置與遠(yuǎn)程取料處理裝置之間的數(shù)據(jù)共享裝置，其設(shè)置 為使所述遠(yuǎn)程堆料處理裝置和所述遠(yuǎn)程取料處理裝置共享各自獲取的相應(yīng)所述料堆的坐 標(biāo)?目息。
[0016] 進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)共享裝置包括連接在所述遠(yuǎn)程堆料處理裝置和所述遠(yuǎn)程取料 處理裝置之間的共享局域網(wǎng)絡(luò)模塊、連接在所述共享局域網(wǎng)絡(luò)模塊與所述遠(yuǎn)程堆料處理裝 置之間的第一網(wǎng)絡(luò)控制器、以及連接在所述共享局域網(wǎng)絡(luò)模塊與所述遠(yuǎn)程取料處理裝置之 間的第二網(wǎng)絡(luò)控制器，其中，
[0017] 所述第一網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)置為將所述遠(yuǎn)程堆料處理裝置獲取的所述料堆的所述坐 標(biāo)信息記錄在所述共享局域網(wǎng)絡(luò)模塊中的相應(yīng)地址空間；
[0018] 所述第二網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)置為將所述遠(yuǎn)程取料處理裝置獲取的所述料堆的所述坐 標(biāo)信息記錄在所述共享局域網(wǎng)絡(luò)模塊中的相應(yīng)地址空間；
[0019] 所述共享局域網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)置為將其相應(yīng)所述地址空間內(nèi)記錄的所述坐標(biāo)信息共 享至所述遠(yuǎn)程堆料處理裝置和遠(yuǎn)程取料處理裝置。
[0020] 優(yōu)選地，所述遠(yuǎn)程堆料處理裝置包括：
[0021] 連接至所述第一激光掃描裝置和所述堆料機(jī)控制裝置的堆料數(shù)據(jù)處理模塊，其設(shè) 置為根據(jù)所述第一掃描數(shù)據(jù)以及所述堆料GNSS定位信息獲取相應(yīng)所述料堆的所述坐標(biāo)信 息；
[0022] 連接至所述堆料數(shù)據(jù)處理模塊的堆料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，其設(shè)置為存儲(chǔ)所述料堆的所 述坐標(biāo)信息；
[0023] 連接至所述堆料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的堆料智能操作界面，其一方面設(shè)置為讀取所述料 堆的所述坐標(biāo)信息，另一方面設(shè)置為下發(fā)外圍用戶輸入的所述堆料指令；以及
[0024] 連接至所述堆料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、所述堆料智能操作界面和所述堆料機(jī)控制裝置的 堆料路徑規(guī)劃模塊，其設(shè)置為根據(jù)所述堆料指令、所述料堆的所述坐標(biāo)信息、預(yù)設(shè)的所述堆 料懸臂的長度、以及所述堆料GNSS定位信息生成所述堆料路徑信息，并將該堆料路徑信息 輸出至所述堆料機(jī)控制裝置。
[0025] 優(yōu)選地，所述堆料數(shù)據(jù)處理模塊還設(shè)置為根據(jù)所述料堆的所述坐標(biāo)信息生成相應(yīng) 的三維圖像；
[0026] 所述堆料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊還設(shè)置為存儲(chǔ)所述三維圖像；
[0027] 所述堆料智能操作界面還設(shè)置為顯示所述三維圖像。
[0028] 進(jìn)一步地，所述堆料數(shù)據(jù)處理模塊包括：
[0029] 第一堆場坐標(biāo)系建立單元，其建立基于整個(gè)所述堆場的絕對空間直角坐標(biāo)系；
[0030] 第一料堆坐標(biāo)系建立單元，其建立基于每個(gè)所述料堆的相對空間直角坐標(biāo)系；
[0031] 連接至所述第一料堆坐標(biāo)系建立單元、第一激光掃描裝置和堆料機(jī)控制裝置的第 一相對坐標(biāo)獲取單元，其根據(jù)所述第一掃描數(shù)據(jù)以及所述堆料GNSS定位信息計(jì)算每個(gè)所 述料堆上各點(diǎn)在相應(yīng)的所述相對空間直角坐標(biāo)系中的相對坐標(biāo)信息；以及
[0032] 連接至所述第一堆場坐標(biāo)系建立單元、第一料堆坐標(biāo)系建立單元和第一相對坐標(biāo) 獲取單元的絕對坐標(biāo)獲取單元，其根據(jù)每個(gè)所述相對空間直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)與所述絕對空 間直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)之間的相對位置關(guān)系以及每個(gè)所述料堆上各點(diǎn)的相對坐標(biāo)信息計(jì)算 每個(gè)所述料堆在所述絕對空間直角坐標(biāo)系中的絕對坐標(biāo)信息。
[0033] 進(jìn)一步地，所述遠(yuǎn)程取料處理裝置包括：
[0034] 連接至所述第