斗轮取料机取料路径规划方法、设备及存储介质技术

本发明专利技术公开了一种斗轮取料机取料路径规划方法、设备及存储介质，所述方法包括获取作业料堆的点云数据、高度和层数；将点云数据转换成世界坐标系下的点云数据；确定待取料层，并计算出俯仰角度；根据待取料层的点云数据得到合围曲线；根据合围曲线中X坐标值最小的点和X坐标值最大的点确定作业位置；根据悬臂长度和合围曲线确定作业起点和作业终点；根据作业起点、作业终点和世界坐标系确定第一回转角和第二回转角；根据第一回转角和第二回转角确定取料路径；重新获取待取料层的点云数据，并得到合围曲线，获取不同作业位置时的取料路径。本发明专利技术得到的取料路径大大减少了斗轮取料机的空转时间，减少了功率损耗，现场环境适应性强。性强。性强。

【技术实现步骤摘要】
斗轮取料机取料路径规划方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术属于路径规划
，尤其涉及一种基于深度摄像头的斗轮取料机取料路径规划方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]在炼钢企业及火力发电厂，经常使用燃煤作为原料，并且常使用斗轮取料机进行取料。斗轮取料机一般以悬臂式斗轮取料机为主，悬臂式斗轮取料机主要包括斗轮取料机构、俯仰机构、回转机构、行动机构以及输料机构。现在大多煤场是人工操作斗轮取料机，或者自动化斗轮取料机。人工操作斗轮取料机费时费力，作业效率低，且工作环境中粉尘噪声等污染严重，对人体有害。而当前的一些自动化斗轮取料机，通过简单编程完成定时、定路径的取料作业，这种斗轮取料机只能实现简单、重复的取料动作，无法自适应规划路径，无法解决最优取料路径和最优换库移动路径等关键问题，且现场适应性极差，由于无法有效识别料堆和车辆等非料堆物体，很多时候还需要人工临时介入，仅在一定程度上解决了人工操作斗轮取料机劳动强度大的问题，却缺乏人工操作的灵活性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种斗轮取料机取料路径规划方法、设备及存储介质，以解决当前斗轮取料机无法自主规划取料路径，导致取料作业路径空转时间长、现场适应性差的问题。
[0004]本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种斗轮取料机取料路径规划方法，包括以下步骤：步骤1：获取作业料堆的点云数据、高度和层数；步骤2：将所述点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点；其中，所述世界坐标系是以斗轮取料机的轨道中点为原点、以斗轮取料机轨道为X轴、以垂直于斗轮取料机轨道且平行于水平面为Y轴、以垂直于XY面为Z轴构建的三维坐标系；步骤3：根据所述作业料堆的高度和层数确定待取料层，根据所述待取料层和所述斗轮取料机的悬臂长度计算出俯仰角度β，并控制斗轮取料机的俯仰角为俯仰角度β；步骤4：根据所述待取料层的点云数据得到待取料层的合围曲线；步骤5：从所述合围曲线中找出X坐标值最小的点X1（x1，y1）和X坐标值最大的点X2（x2，y2）；步骤6：判断点X1（x1，y1）与点X2（x2，y2）之间的距离是否大于设定阈值，若是，则转入步骤7；否则完成待取料层的取料，重新确定作业料堆，转入步骤1，直到完成所有取料作业；步骤7：从点X1（x1，y1）和点X2（x2，y2）中确定距离所述斗轮取料机较近的点，根据所述较近的点和经过斗轮取料机中心点且平行于世界坐标系的X轴的直线确定斗轮取料机的作业位置；
步骤8：控制斗轮取料机运行至所述作业位置，根据所述斗轮取料机的悬臂长度和所述合围曲线确定作业起点和作业终点；步骤9：根据所述作业起点、作业终点和所述世界坐标系确定第一回转角和第二回转角；其中，所述第一回转角是指作业起点和作业位置之间的连线与斗轮取料机的前进方向之间的夹角，所述第二回转角是指作业终点和作业位置之间的连线与斗轮取料机的前进方向之间的夹角；步骤10：基于所述作业位置，根据所述第一回转角和第二回转角确定斗轮取料机的取料路径；步骤11：根据所述取料路径控制斗轮取料机完成该轮取料作业，重新获取待取料层的点云数据，将待取料层的点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点，转入步骤4。
[0005]进一步地，所述步骤1中，获取作业料堆的点云数据、高度和层数的具体实现过程包括：获取作业料堆的平面图和深度图；根据所述平面图和深度图得到作业料堆的点云数据；根据所述作业料堆的点云数据确定作业料堆的高度，并对所述作业料堆进行分层，得到层数。
[0006]进一步地，所述步骤3中，根据所述待取料层和斗轮取料机的悬臂长度计算出俯仰角度β的具体实现过程包括：当作业料堆无遮挡时，根据待取料层的点云数据确定待取料层的最高点；根据待取料层的最高点、斗轮取料机的悬臂长度以及斗轮取料机中心所在水平面确定斗轮取料机中心所在水平面上的点O1；计算出第一连线与斗轮取料机中心所在水平面之间的夹角β1，该夹角β1为俯仰角度β；其中第一连线是指点O1与待取料层的最高点之间的连线；当作业料堆有遮挡时，获取遮挡料堆的最高点位置（x,y,z）；若z＞y
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tanβ1，则遮挡料堆对作业料堆有影响，先对遮挡料堆进行取料，再对作业料堆的待取料层进行取料；若z≤y
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tanβ1，则遮挡料堆对作业料堆无影响，按照俯仰角度β对待取料层进行取料作业。
[0007]进一步地，所述步骤7中，根据所述较近的点和经过斗轮取料机中心点且平行于世界坐标系的X轴的直线确定斗轮取料机的作业位置的具体实现过程包括：以所述较近的点为圆心，以所述悬臂长度为半径画圆；在所述直线与圆的两个交点中，距离所述斗轮取料机较近的交点为斗轮取料机的作业位置。
[0008]进一步地，所述步骤8中，根据所述斗轮取料机的悬臂长度和所述合围曲线确定作业起点和作业终点的具体实现过程为：以所述作业位置为圆心，以所述悬臂长度为半径画圆；在所述合围曲线与圆的两个交点中，距离所述斗轮取料机的悬臂末端较近的交点为作业起点，距离所述斗轮取料机的悬臂末端较远的交点为作业终点。
[0009]进一步地，在所述步骤1之前，所述方法还包括确定作业料堆的步骤，其具体实现过程包括：获取作业场地中各料堆的点云数据，根据各料堆的点云数据确定各料堆的层数；根据各料堆的层数以及斗轮取料机与各料堆之间的距离确定作业料堆。
[0010]进一步地，根据各料堆的层数以及斗轮取料机与各料堆之间的距离确定作业料堆的具体实现过程为：选取层数最高的料堆作为作业料堆；当层数最高的料堆有两个或两个以上时，选取距离斗轮取料机最近且层数最高的料堆作为作业料堆。
[0011]进一步地，在确定作业料堆的步骤与所述步骤1之间，所述方法还包括将斗轮取料机转移至所述作业料堆的转移路径规划步骤，其具体实现过程包括：获取所述作业料堆的第一点云数据、以及获取所述作业料堆与当前料堆之间斗轮取料机所需经过的料堆的第二点云数据；其中，当前料堆是指斗轮取料机当前位置处的料堆；将所述第一点云数据和所述第二点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点，得到第一点集合；从所述第一点集合中提取出Z坐标值大于斗轮取料机的悬臂末端高度的所有点，得到第二点集合；将所述第二点集合以俯视角度压平，得到料堆合围曲线；从所述料堆合围曲线中找出靠近斗轮取料机轨道的所有凸点，并按照凸点与斗轮取料机之间的距离大小将所有凸点存入队列中；其中，所述队列中的第一个凸点与斗轮取料机之间的距离最小；以斗轮取料机悬臂末端在世界坐标系中的位置为起点，当所述第一个凸点的Y坐标值小于起点的Y坐标值时，以第一个凸点为终点；当所述第一个凸点的Y坐标值大于等于起点的Y坐标值时，以第一个凸点的X坐标值和起点的Y坐标值构成的点为终点，根据所述起点和所述终点确定第一段转移路径；以第一段转移路径的终点为起点，当第二个凸点的Y坐标值小于起点的Y坐标值时，以第二个凸点为终点；当第二个凸点的Y坐标值大于等于起点的Y坐标值时，以第二个凸点的X坐标值和起点的Y坐标值构成的点为终点，根据所述起点和所述终点确定第二段转移路径；依此类推，以第K段转移路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：获取作业料堆的点云数据、高度和层数；步骤2：将所述点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点；其中，所述世界坐标系是以斗轮取料机的轨道中点为原点、以斗轮取料机轨道为X轴、以垂直于斗轮取料机轨道且平行于水平面为Y轴、以垂直于XY面为Z轴构建的三维坐标系；步骤3：根据所述作业料堆的高度和层数确定待取料层，根据所述待取料层和所述斗轮取料机的悬臂长度计算出俯仰角度β，并控制斗轮取料机的俯仰角为俯仰角度β；步骤4：根据所述待取料层的点云数据得到待取料层的合围曲线；步骤5：从所述合围曲线中找出X坐标值最小的点X1（x1，y1）和X坐标值最大的点X2（x2，y2）；步骤6：判断点X1（x1，y1）与点X2（x2，y2）之间的距离是否大于设定阈值，若是，则转入步骤7；否则完成待取料层的取料，重新确定作业料堆，转入步骤1，直到完成所有取料作业；步骤7：从点X1（x1，y1）和点X2（x2，y2）中确定距离所述斗轮取料机较近的点，根据所述较近的点和经过斗轮取料机中心点且平行于世界坐标系的X轴的直线确定斗轮取料机的作业位置；步骤8：控制斗轮取料机运行至所述作业位置，根据所述斗轮取料机的悬臂长度和所述合围曲线确定作业起点和作业终点；步骤9：根据所述作业起点、作业终点和所述世界坐标系确定第一回转角和第二回转角；其中，所述第一回转角是指作业起点和作业位置之间的连线与斗轮取料机的前进方向之间的夹角，所述第二回转角是指作业终点和作业位置之间的连线与斗轮取料机的前进方向之间的夹角；步骤10：基于所述作业位置，根据所述第一回转角和第二回转角确定斗轮取料机的取料路径；步骤11：根据所述取料路径控制斗轮取料机完成该轮取料作业，重新获取待取料层的点云数据，将待取料层的点云数据中的每个点转换成世界坐标系下的点，转入步骤4。2.根据权利要求1所述的斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，所述步骤1中，获取作业料堆的点云数据、高度和层数的具体实现过程包括：获取作业料堆的平面图和深度图；根据所述平面图和深度图得到作业料堆的点云数据；根据所述作业料堆的点云数据确定作业料堆的高度，并对所述作业料堆进行分层，得到层数。3.根据权利要求1所述的斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，所述步骤3中，根据所述待取料层和斗轮取料机的悬臂长度计算出俯仰角度β的具体实现过程包括：当作业料堆无遮挡时，根据待取料层的点云数据确定待取料层的最高点；根据待取料层的最高点、斗轮取料机的悬臂长度以及斗轮取料机中心所在水平面确定斗轮取料机中心所在水平面上的点O1；计算出第一连线与斗轮取料机中心所在水平面之间的夹角β1，该夹角β1为俯仰角度β；其中第一连线是指点O1与待取料层的最高点之间的连线；当作业料堆有遮挡时，获取遮挡料堆的最高点位置（x,y,z）；若z＞y
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tanβ1，则遮挡料堆对作业料堆有影响，先对遮挡料堆进行取料，再对作业料堆的待取料层进行取料；若z≤y
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tanβ1，则遮挡料堆对作业料堆无影响，按照俯仰角度β对待取料层进行取料作业。4.根据权利要求1所述的斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，所述步骤7中，根据所述较近的点和经过斗轮取料机中心点且平行于世界坐标系的X轴的直线确定斗轮取料机的作业位置的具体实现过程包括：以所述较近的点为圆心，以所述悬臂长度为半径画圆；在所述直线与圆的两个交点中，距离所述斗轮取料机较近的交点为斗轮取料机的作业位置。5.根据权利要求1所述的斗轮取料机取料路径规划方法，其特征在于，所述步骤8中，根据所述斗轮取料机的悬臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘斌，彭超，
申请(专利权)人：湖南锐异智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：