一种实现双绳双瓣抓斗无人天车精准抓料的方法技术

本发明专利技术涉及一种实现双绳双瓣抓斗无人天车精准抓料的方法，属于冶金自动控制方法技术领域。本发明专利技术的技术方案是：通过3D扫描对料型建立网格化模型，将料型数据化；通过观察抓取重量和抓斗开口度的关系，建立对应关系图，量化抓斗开度；优先选择高点抓取，防止料型高低不平；选取抓取点倾斜偏差较小的料面，防止抓斗接触料面时发生倾斜，提高抓取成功率。本发明专利技术的有益效果是：精确的料面选择和抓取深度计算大大减小了抓取重量误差，实现抓斗对抓取重量的精确控制，同时避免抓斗倾倒，提高天车抓料效率，减小装车时天车作业次数，降低车辆二次装车或卸车的概率。次装车或卸车的概率。次装车或卸车的概率。

【技术实现步骤摘要】
一种实现双绳双瓣抓斗无人天车精准抓料的方法


[0001]本专利技术涉及一种实现双绳双瓣抓斗无人天车精准抓料的方法，属于冶金自动控制方法


技术介绍

[0002]无人抓斗天车已广泛应用于矿厂、钢厂的各个领域，由于矿粉多为散料，因此双绳双瓣抓斗在这些领域应用较多。双绳双瓣抓斗在天车上配有两个电机卷筒，每个卷筒引出一根钢丝绳，其中一根钢丝绳系于抓斗顶部平衡架的两端，负责抓斗的起升和下降，起支持作用，定义为支持钢丝绳，另一根钢丝绳经过抓斗上横梁的滑轮与下横梁的滑轮，组成滑轮组，负责抓斗的开闭，定义为开闭钢丝绳。需要开闭抓斗时，支持钢丝绳保持不动，放下开闭钢丝绳，抓斗打开，收起开闭钢丝绳，抓斗闭合。
[0003]目前无人抓斗天车能实现点对点的准确吊运，但每次作业的实际抓取重量无法得到准确控制，而部分料场的发货车辆要求最终的实际装车重量与计划装车重量误差在2％以内，如果车辆出厂效验重量时，重量发生超差，车辆必须返回料区进行二次装车或卸车，轻者影响发货效率，严重时可能造成料场堆料，从而影响生产。
[0004]双绳双瓣抓斗无人天车作业抓取重量无法得到准确控制主要是由于抓取物料的料面高低不平、抓斗的张开角度和抓斗在料面的下沉深度无法量化，从而影响实际抓取重量。料面的高低不平同样易导致抓斗接触料面时发生倾倒，无法进行有效抓取。如何有效结合抓取点的料型、抓斗张开角度、抓斗下沉深度，给出可行策略从而有实现抓取重量的精准控制，成为了双绳双瓣抓斗无人天车精准抓料急待解决的难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种实现双绳双瓣抓斗无人天车精准抓料的方法，通过3D扫描对料型建立网格化模型，将料型数据化；优先选择高点抓取的原则能避免料堆个别区域过高或过低，起到优化料型的作用，防止料型高低不平；选取抓取点料面倾斜偏差较小的原则可防止抓斗接触料面时发生倾斜，提高抓取成功率；精确的料面选择和抓取深度计算大大减小了抓取重量误差，实现抓斗对抓取重量的精确控制，可有效将误差控制在2％以内，同时避免抓斗倾倒，提高天车抓料效率，减小装车时天车作业次数，降低车辆二次装车或卸车的概率，有效地解决了
技术介绍
中存在的上述问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种实现双绳双瓣抓斗无人天车精准抓料的方法，包含以下步骤：(1)通过3D扫描对料型建立网格化模型，将料型数据化；(2)抓斗开口度和抓取重量关系对应，观察抓取重量和抓斗开口度的关系，建立对应关系图，量化抓斗开度；(3)抓取料面选取，通过测量抓斗设定开度下的张开宽度和抓斗一侧长度，量化抓取面，再根据抓取面内的网格化数据获取抓取面的三个重要分析指标，分别为总平均高度、X方向倾斜偏差和Y方向倾斜偏差，再通过遍历出所有可抓取料面及料面的三个分析指标，先后利用总平均高度和偏差总和进行排序和筛选，获取最优的抓取料面；(4)抓取深度计算，先依据抓取料面
的总平均高度设定一个初始抓取高度，通过抓取体积精确计算初始抓取重量，再通过计算初始抓取高度下抓取的重量与计划重量的偏差获取二次修正高度，得出抓取高度，实现精准抓料。
[0007]所述步骤(1)中，包含以下步骤：
[0008]步骤S01：大车前进方向为X轴正向，小车前进方向为Y轴正向，主钩起升方向为Z轴正向，大小车后退极限对应料区拐角地面为原点，建立料区三维坐标系；
[0009]步骤S02：利用3D扫描仪扫描料区，获取料型在扫描仪坐标系下的三维数据；
[0010]步骤S03：标定3D扫描仪设备的扫描头在料区三维坐标系下的三维坐标；
[0011]步骤S04：根据3D扫描仪的扫描头在料区三维坐标系下的三维坐标，将扫描获取的扫描仪坐标系下的三维数据转换为料区坐标系的三维数据；
[0012]步骤S05：以原点为基准，X方向200mm，Y方向100mm为单位长度建立料区网格式三维模型，其中X方向转换后从小到大依次定义为X0、X1、X1......X
max
‑1、X
max
，Y方向转换后从小到大依次定义为Y0、Y1、Y1......Y
max
‑1、Y
max
；
[0013]所述步骤(2)中，包含以下步骤：
[0014]步骤S06：测量将抓斗完全张开时的角度θ
max
，此时的开口度定义为1.0，完全闭合时的开口度定义为0，开口度与角度比例成线性；
[0015]步骤S07：抓斗额定最大抓取重量定义为W
max
；
[0016]步骤S08：根据实际的抓取作业经验，建立抓取重量区间和抓斗开口度的对应关系图
[0017]抓取重量为0到0.05W
max
，设置开口度为0.1，张开角度为0.1*θ
max
；
[0018]抓取重量为0.05W
max
到0.1W
max
时，设置开口度为0.2，张开角度为0.2*θ
max
；
[0019]抓取重量为0.1W
max
到0.2W
max
时，设置开口度为0.25，张开角度为0.25*θ
max
；
[0020]抓取重量为0.2W
max
到0.3W
max
时，设置开口度为0.35，张开角度为0.35*θ
max
；
[0021]抓取重量为0.3W
max
到0.4W
max
时，设置开口度为0.45，张开角度为0.45*θ
max
；
[0022]抓取重量为0.4W
max
到0.5W
max
时，设置开口度为0.6，张开角度为0.6*θ
max
；
[0023]抓取重量为0.5W
max
到0.6W
max
时，设置开口度为0.7，张开角度为0.7*θ
max
；
[0024]抓取重量为0.6W
max
到0.7W
max
时，设置开口度为0.8，张开角度为0.8*θ
max
；
[0025]抓取重量大于0.7W
max
时，为防止提升电机过载，禁止抓取；
[0026]步骤S09：测量不同张开角度下开闭钢丝绳对应的下降量和抓斗的张开宽度；
[0027]所述步骤(3)中，包含以下步骤：
[0028]步骤S10：根据抓取重量W
plan
所在抓取重量区间选择对应抓斗开口度及对应角度θ、开闭钢丝绳的下降量L
down
、抓斗张开宽度L
width
；
[0029]步骤S11：抓斗张开宽度L
width
方向与X方向平行，以200mm为单位长度进行转换，得出网格式三维模型下的宽度值NumX；
[0030本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现双绳双瓣抓斗无人天车精准抓料的方法，其特征在于包含以下步骤：(1)通过3D扫描对料型建立网格化模型，将料型数据化；(2)抓斗开口度和抓取重量关系对应，观察抓取重量和抓斗开口度的关系，建立对应关系图，量化抓斗开度；(3)抓取料面选取，通过测量抓斗设定开度下的张开宽度和抓斗一侧长度，量化抓取面，再根据抓取面内的网格化数据获取抓取面的三个重要分析指标，分别为总平均高度、X方向倾斜偏差和Y方向倾斜偏差，再通过遍历出所有可抓取料面及料面的三个分析指标，先后利用总平均高度和偏差总和进行排序和筛选，获取最优的抓取料面；(4)抓取深度计算，先依据抓取料面的总平均高度设定一个初始抓取高度，通过抓取体积精确计算初始抓取重量，再通过计算初始抓取高度下抓取的重量与计划重量的偏差获取二次修正高度，得出抓取高度，实现精准抓料。2.根据权利要求1所述的一种实现双绳双瓣抓斗无人天车精准抓料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，包含以下步骤：步骤S01：大车前进方向为X轴正向，小车前进方向为Y轴正向，主钩起升方向为Z轴正向，大小车后退极限对应料区拐角地面为原点，建立料区三维坐标系；步骤S02：利用3D扫描仪扫描料区，获取料型在扫描仪坐标系下的三维数据；步骤S03：标定3D扫描仪设备的扫描头在料区三维坐标系下的三维坐标；步骤S04：根据3D扫描仪的扫描头在料区三维坐标系下的三维坐标，将扫描获取的扫描仪坐标系下的三维数据转换为料区坐标系的三维数据；步骤S05：以原点为基准，X方向200mm，Y方向100mm为单位长度建立料区网格式三维模型，其中X方向转换后从小到大依次定义为X0、X1、X1......X
max
‑1、X
max
，Y方向转换后从小到大依次定义为Y0、Y1、Y1......Y
max
‑1、Y
max
；所述步骤(2)中，包含以下步骤：步骤S06：测量将抓斗完全张开时的角度θ
max
，此时的开口度定义为1.0，完全闭合时的开口度定义为0，开口度与角度比例成线性；步骤S07：抓斗额定最大抓取重量定义为W
max
；步骤S08：根据实际的抓取作业经验，建立抓取重量区间和抓斗开口度的对应关系图抓取重量为0到0.05W
max
，设置开口度为0.1，张开角度为0.1*θ
max
；抓取重量为0.05W
max
到0.1W
max
时，设置开口度为0.2，张开角度为0.2*θ
max
；抓取重量为0.1W
max
到0.2W
max
时，设置开口度为0.25，张开角度为0.25*θ
max
；抓取重量为0.2W
max
到0.3W
max
时，设置开口度为0.35，张开角度为0.35*θ
max
；抓取重量为0.3W
max
到0.4W
max
时，设置开口度为0.45，张开角度为0.45*θ
max
；抓取重量为0.4W
max
到0.5W
max
时，设置开口度为0.6，张开角度为0.6*θ
max
；抓取重量为0.5W
max
到0.6W
max
时，设置开口度为0.7，张开角度为0.7*θ
max
；抓取重量为0.6W
max
到0.7W
max
时，设置开口度为0.8，张开角度为0.8*θ
max
；抓取重量大于0.7W
max
时，为防止提升电机过载，禁止抓取；步骤S09：测量不同张开角度下开闭钢丝绳对应的下降量和抓斗的张开宽度；所述步骤(3)中，包含以下步骤：步骤S10：根据抓取重量W
plan
所在抓取重量区间选择对应抓斗开口度及对应角度θ、开闭钢丝绳的下降量L
down
、抓斗张开宽度L
width
；步骤S11：抓斗张开宽度L
width
方向与X方向平行，以200mm为单位长度进行转换，得出网
格式三维模型下的宽度值NumX；步骤S12：测量出抓斗张开宽度方向垂直的抓斗一侧的长度L
length
，长度方向与Y方向平行，以100mm为单位长度进行转换，得出网格式三维模型下的长度值NumY；步骤S13：抓取料面的横截面是以宽为抓斗张开宽度L
width
、长为抓斗一侧长...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦久莲，卢武阳，王学峰，安乐新，李志亮，韩谦，张旭，李晓东，赵晓曦，
申请(专利权)人：唐山钢铁集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：