基于激光扫描的起重系统及方法

技术领域

本发明涉及起重机技术领域，尤其涉及基于激光扫描的起重系统及方法。

背景技术

目前，抓斗起重机在各行各业应用较为广泛，特别是在一些散状物料料场，如煤炭，矿石，灰渣，石灰石等料场。如果已知混合物料的三维平面图，就可以辅助起重机完成更多的自动化流程，提高抓料，倒料，投料的效率，往往一台起重机需要24小时无缝隙的人工操作，一般都是一人8个小时，分为四班三倒，因此一台起重机至少需要消耗4个劳动力。由于抓斗起重机属于特种设备，人工操作培养一个熟练的操作员至少需要半年的时间。上述无论那个方面，都将降低抓斗倒料和投料的工作效率，增加了操作的复杂程度，耗费劳动力成本和培养劳动力的时间成本。

发明内容

本发明提供一种基于激光扫描的起重系统及方法，用以解决现有技术中起重机的抓斗倒料和投料的工作效率，操作程度复杂，耗费劳动力成本和时间成本的缺陷，实现有效提高起重机工作效率，优化起重机抓取混合料物点，大幅提高起重机整体自动化水平。

本发明提供一种基于激光扫描的起重系统，包括移动装置、激光扫描装置和控制装置，所述移动装置包括主梁和驱动件，所述驱动件与所述主梁连接，以驱动所述主梁移动，所述激光扫描装置设置于所述主梁的下侧面，所述激光扫描装置与所述控制装置连接。

根据本发明提供的一种基于激光扫描的起重系统，所述激光扫描装置以所述主梁延伸方向上的中线为轴对称设置于所述主梁的下侧面。

根据本发明提供的一种基于激光扫描的起重系统，对称设置的所述激光扫描装置之间的距离大于或等于抓斗张开的直径。

根据本发明提供的一种基于激光扫描的起重系统，所述激光扫描装置包括线状激光传感器和图像采集器。

根据本发明提供的一种基于激光扫描的起重系统，所述移动装置还包括与所述驱动件连接的驱动控制器，所述驱动控制器与所述控制装置连接。

根据本发明提供的一种基于激光扫描的起重系统，所述驱动件为步进电机。

根据本发明提供的一种基于激光扫描的起重系统，所述驱动控制器为变频器。

根据本发明提供的一种基于激光扫描的起重系统，所述控制装置包括中央控制器和交互机，所述中央控制器与所述激光扫描装置、所述移动装置和所述交互机分别连接。

本发明还提供一种应用上述基于激光扫描的起重系统进行基于激光扫描的起重方法，包括：

在起重前，绘制待测的物料堆区域的三维图像，并获得物料点；

在起重过程中，对物料点进行抓料和投料，并实时绘制待测的物料堆的三维图像，并获取物料点。

根据本发明提供的一种基于激光扫描的起重方法，所述绘制待测的物料堆的三维图像，并获取物料点的步骤包括：

扫描待测的物料堆区域，获得待测的物料堆的三维图像；

根据待测的物料堆的三维图像获得物料堆的平面高度数据；

根据平面高度数据获取物料点。

本发明提供的基于激光扫描的起重系统，用于桥式起重机抓取散状物料。移动装置的主梁为起重机大车的主梁，主梁上的驱动件驱动主梁移动，主梁的下侧面上设置的激光扫描装置绘制混合物料的三维图像，运用三维图像得出整个混合物料堆平面高度，通过控制装置的数据分析获取最佳抓取物料点，进而辅助起重机全自动抓取混合物料完成倒料上料，代替人工判断在合适的地方倒运物料，以及当给出投料信号时，在合适的地方选取物料进行投料。本发明可有效提高起重机工作效率，优化起重机抓取混合料物点，大幅提高起重机整体自动化水平。结构简单，易于实现，具有良好的通用性。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明提供的基于激光扫描的起重系统的结构示意图之一；

图2是本发明提供的基于激光扫描的起重系统的结构示意图之二；

附图标记：

1：移动装置；11：主梁；12：驱动件；13：驱动控制器；

2：激光扫描装置；3：控制装置；R：抓斗的张开半径。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的基于激光扫描的起重系统，包括移动装置1、激光扫描装置2和控制装置3，移动装置1包括主梁11和驱动件12，驱动件12与主梁11连接，以驱动主梁11移动，激光扫描装置2设置于主梁11的下侧面，激光扫描装置2与控制装置3连接。

本发明实施例的基于激光扫描的起重系统，用于桥式起重机抓取散状物料。移动装置1的主梁11为起重机大车的主梁11，主梁11上的驱动件12驱动主梁11移动，主梁11的下侧面上设置的激光扫描装置2绘制混合物料的三维图像，运用三维图像得出整个混合物料堆平面高度，通过控制装置3的数据分析获取最佳抓取物料点，进而辅助起重机全自动抓取混合物料完成倒料上料，代替人工判断在合适的地方倒运物料，以及当给出投料信号时，在合适的地方选取物料进行投料。本发明可有效提高起重机工作效率，优化起重机抓取混合料物点，大幅提高起重机整体自动化水平。结构简单，易于实现，具有良好的通用性，大幅解决劳动成本和时间成本。

移动装置1是激光扫描装置2的载体，便于其进行完整的扫描过程，且用于接收控制装置3指令控制激光扫描装置2扫描的方向、速度和步长等。控制装置3是整个起重系统的控制中心和计算中心，负责向激光扫描装置2发送控制指令并接收来自激光扫描装置2的应答信号来完成一个测量周期。激光扫描装置2布置在起重机大车主梁11下方，可以不受任何影响的扫描下方的物料堆。

根据本发明的一个实施例，激光扫描装置2以主梁11延伸方向上的中线为轴对称设置于主梁11的下侧面。本实施例中，主梁11的下侧面的边缘处对称设置激光扫描装置2，在每个区域中，如果只安装一侧的激光测距传感器，假设安装在主梁11左侧，取料之后若起重机向左行驶则无法更新取料范围内的物料堆面的高度，会影响取料点的选取。因此，在大车的主梁11下侧面边缘正对大车延伸方向上中心线的左右两侧各设置一个激光扫描装置2，垂直安装，无论大车投料时是左行还是右行，都可以实时检测物料堆面的高度。

根据本发明的一个实施例，对称设置的激光扫描装置2之间的距离大于或等于抓斗张开的直径。本实施例中，通过支架将激光扫描装置2安装在主梁11的下侧面，由于起重机上挂置的抓斗直径较大，为防止抓斗运行时遮挡激光扫描装置2而造成检测误差，只能将激光扫描装置2安装在起重机主梁11的边缘，且与主梁11中线的距离大于抓斗的张开半径R，两侧的激光扫描装置2的设置高度必须一致，两者之间的距离比抓斗张开的直径略大。

根据本发明提供的一个实施例，激光扫描装置2包括线状激光传感器和图像采集器。本实施例中，激光扫描装置2是由一个线状激光传感器和一个图像采集器组成，线状激光传感器向物料堆表面投射线状激光，在物料堆表面形成高亮度的激光斑，图像采集器采用高清相机，用于捕获激光照射下的物料堆表面图像。激光扫描装置2绘制混合物料的三维画面，运用三维画面得出整个混合物料堆平面高度，通过数据分析获取最佳抓取物料点，具有高扫描精度。

根据本发明的一个实施例，移动装置1还包括与驱动件12连接的驱动控制器13，驱动控制器13与控制装置3连接。其中，驱动件12为步进电机。驱动控制器13为变频器。本实施例中，移动装置1作为同步移动平台，是激光扫描装置2的载体，便于其进行完整的扫描过程，驱动控制器13则是用于接收控制装置3指令控制激光扫描装置2扫描的方向、速度和步长等。

根据本发明的一个实施例，控制装置3包括中央控制器和交互机，中央控制器与激光扫描装置2、移动装置1和交互机分别连接。本实施例中，中央控制器是控制装置3的控制中心和计算中心，负责向激光扫描装置2发送控制指令并接收来自激光扫描装置2的应答信号来完成一个测量周期。同时交互机还为用户提供交互界面，方便用户对起重系统进行功能设定并实现测量过程可视化、自动化等功能。通过安装在起重机大车装量上的激光扫描装置2，将采集的物料三维数据信号通过总线传输方式传回中央控制器，并通过物料三维数据值来判断出最佳物料点。中央控制器采用PLC上位机。

本发明实施例还提供一种应用上述实施例的基于激光扫描的起重系统进行基于激光扫描的起重方法，包括：

在起重前，绘制待测的物料堆区域的三维图像，并获得物料点；

在起重过程中，对物料点进行抓料和投料，并实时绘制待测的物料堆的三维图像，并获取物料点。

本发明实施例的基于激光扫描的起重方法，在基于激光扫描的起重系统正常工作时，先通过控制装置3调节移动装置1和激光扫描装置2的位置，使之能够完整扫描待测的物料堆区域。然后，根据实际情况设定起重系统的扫描速度、方向、范围、精度等参数。最后，开启自动或手动工作模式，起重系统开始进行正常的检测，按照完整的扫描周期工作，完成对整个物料堆的三维测量。本发明可有效提高起重机工作效率，优化起重机抓取混合料物点，大幅提高起重机整体自动化水平，易于实现，具有良好的通用性。

根据本发明的一个实施例，绘制待测的物料堆的三维图像，并获取物料点的步骤包括：

扫描待测的物料堆区域，获得待测的物料堆的三维图像；

根据待测的物料堆的三维图像获得物料堆的平面高度数据；

根据平面高度数据获取物料点。

本实施例中，线状激光传感器向物料堆表面投射线状激光，在物料堆表面形成高亮度的激光斑，图像采集器采用高清相机，用于捕获激光照射下的物料堆表面图像。控制装置3根据激光扫描装置2捕获的图像绘制处理形成混合物料的三维画面，再运用三维画面得出整个混合物料堆平面高度，通过数据分析获取最佳抓取物料点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。