一种智慧燃料系统斗轮机无人值守自动取料方法

技术领域

本发明涉及悬臂式斗轮机自动取料技术，尤其涉及一种智慧燃料系统斗轮机无人值守自动取料方法。

背景技术

斗轮堆取料机(斗轮机)是一种连续、高效工作的煤炭生产机械。以往斗轮机所有的运行机构均需要人工操作，操作频繁、设备运转时间长、损耗大，要求人员注意力长时间集中、时间长、劳动强度大，煤流稳定控制难度大、导致工作效率降低。受国际贸易全球化、原料价格大幅波动、人工成本上涨等因素的影响，人工操作的方式已经无法满足社会经济日益发展的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智慧燃料系统斗轮机无人值守自动取料方法，以解决现有的斗轮机取料效率低、智能化低的问题，降低人员的工作量，并实现斗轮机设备的远程、无人控制。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种智慧燃料系统斗轮机无人值守自动取料方法，包括：步骤1、通过激光扫描系统实现煤场燃料分布数据的实时采集，获取全场燃料分布的点云数据；步骤2、基于全场燃料分布的点云数据，计算斗轮机取料作业的任务数据。

在一实施例中，所述步骤2包括：

获取用户下发的取料指令，遍历全场燃料分布的点云数据，获得指定煤场在起始位置到终止位置范围内的点云数据；

对要取料的点云数据进行分层；

计算每个取料层的下平面绝对高度；

根据每个取料层的下平面绝对高度计算每个取料层悬臂的俯仰角度；

根据悬臂的俯仰角度计算每个取料层悬臂水平回转半径；

根据每个取料层的下平面绝对高度，对高于取料层下平面高度设定阈值的点云数据进行清洗；

根据每个取料层悬臂的俯仰角度、悬臂水平回转半径、斗轮机取料深度以及清洗后的点云数据，计算得到悬臂每个回转所能取到的散料的点云数据；

根据悬臂每个回转所能取到的散料的点云数据和斗轮机位置数据，计算悬臂的最大回转角度和最小回转角度，得到取料任务数据清单；

输出取料任务数据清单。

在一实施例中，每个取料层悬臂的俯仰角度theta＝arcsin((h-H-r)/(dl_R+r))，其中h为当前取料层下平面高度，H为斗轮机悬臂旋转中心相对高度，dl_R为斗轮机悬臂长度，r为轮斗取料半径。

在一实施例中，每个取料层悬臂水平回转半径dl_hz_R＝(dl_R+r)*cos(theta)。

在一实施例中，所述取料指令包含取料煤场、起始位置和终止位置。

在一实施例中，所述取料任务数据清单包括取料回转任务列表List(dl_X，minAngle，maxAngle，Data(x，y，z))，其中dl_X为每个回转取料任务的斗轮机位置，minAngle为最小回转角度，max Angle为最大回转角度，Data(x，y，z)为取料任务的点云数据。

在一实施例中，所述取料回转任务列表List(dl_X，min Angle，max Angle，Data(x，y，z))的计算方法为：

获取取料当前层的燃料分布点云数据Data(x，y，z)，在水平面XOY投影的点云数据集合为Data′(x，y)，假定斗轮机的当前位置是dl_X；

回转角度angle＝arctan(Data′(y

计算完第一个取料回转任务之后，斗轮机在当前dl-X位置向前移动固定的距离x′，重复上述步骤，计算得到取料当前层所有的取料回转任务列表List(dl_X，min Angle，max Angle，Data(x，y，z))。

在一实施例中，在得到取料任务列表之后，还包括：

通过取料任务评价算法判断取料任务数据清单中取料任务的合理性，删除不合理的取料任务数据。

在一实施例中，所述取料任务评价算法包括：

遍历该取料任务所有的点云数据Data(x，y，z)，计算所有点云数据与取料层下平面h的高度差α

遍历该取料任务所有的点云数据Data′(x，y，z)，计算每个点云数据固定半径范围内的点云数据数量，当小于设定阈值的时候，则认为该点为异常数据点，自动删除改点，输出Data″(x，y，z)；

结合Data″(x，y，z)和斗轮机位置dl_X，计算最大回转角度max Angle′和最小回转角度min Angle′，得到更新后的取料回转任务列表List′(dl_X，min Angle′，max Angle′，Data″(x，y，z))。

本发明实施例的有益效果是：利用高精度定位系统和激光扫描系统，基于全场采集上来的燃料分布的点云数据深度计算斗轮机取料作业的任务数据，解决了现有的斗轮机取料效率低，智能化低的问题，降低了人员的工作量，实现了斗轮机设备的远程、无人控制和自动化作业，同时能够提高生产效率，降低运营成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1是本申请实施例的方法流程示意图；

图2是斗轮机取料模型侧面示意图；

图3是斗轮机取料模型俯视示意图；

图4是本申请实施例中取料任务数据的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

如图1所示，本申请实施例提供了一种智慧燃料系统斗轮机无人值守自动取料方法，包括：

步骤1、通过激光扫描系统实现煤场燃料分布数据的实时采集，获取全场燃料分布的点云数据；

步骤2、基于全场燃料分布的点云数据，计算斗轮机取料作业的任务数据。

其中，步骤2具体包括：

步骤2.1、获取用户下发的取料指令，遍历全场燃料分布的点云数据，获得指定煤场在起始位置到终止位置范围内的点云数据；

其中，取料指令至少包含取料煤场、起始位置和终止位置。

步骤2.2、对要取料的点云数据进行分层，分层按照轮斗能够取料的最大深度原则；

步骤2.3、计算每个取料层的下平面绝对高度；

步骤2.4、根据每个取料层的下平面绝对高度计算每个取料层悬臂的俯仰角度；

参见图2，假定当前取料层下平面高度为h，斗轮机悬臂旋转中心相对高度为H，轮斗取料半径为r，斗轮机悬臂长度是dl_R，那么可知斗轮机在当前层的俯仰角度为theta＝arcsin((h-H-r)/(dl_R+r))。

步骤2.5、根据悬臂的俯仰角度计算每个取料层悬臂水平回转半径；

获得俯仰角度theta后，可以得到当前层的回转半径为

dl_hz_R＝(dl_R+r)*Cos(theta)。

步骤2.6、根据每个取料层的下平面绝对高度，对高于取料层下平面高度设定阈值的点云数据进行清洗；

步骤2.7、根据每个取料层悬臂的俯仰角度、悬臂水平回转半径、斗轮机取料深度以及清洗后的点云数据，计算得到悬臂每个回转所能取到的散料的点云数据；

步骤2.8、根据悬臂每个回转所能取到的散料的点云数据和斗轮机位置数据，计算悬臂的最大回转角度和最小回转角度，得到取料任务数据清单；

步骤2.10、输出取料任务数据清单。

在本实施例中，取料任务数据清单包括取料回转任务列表List(dl_X，min Angle，max Angle，Data(x，y，z))，其中dl-X为每个回转取料任务的斗轮机位置，min Angle为最小回转角度，max Angle为最大回转角度，Data(x，y，z)为取料任务的点云数据。

参见图3，取料回转任务列表List(dl_X，min Angle，max Angle，Data(x，y，z))的计算方法为：

从激光扫描系统中可以获取取料当前层的燃料分布点云数据Data(x，y，z)，在水平面XOY投影的点云数据集合为Data′(x，y)，假定斗轮机的位置是dl_X。斗轮机取料示意图如下所示，斗轮机在取料机构为斗轮中心到斗轮外延部分，通过斗齿回转不断挖取煤层实现不问断取料。由此可以计算出，如果斗轮机在当前位置dl-X，有取料当前层的燃料分布点云数据在斗齿回转范围内，则认定是有个回转取料任务，回转角度计算为

angle＝arctan(Data′(y

计算完第一个取料回转任务之后，斗轮机在当前dl-X位置向前寸动固定的距离x′，重复上述步骤，从而计算得到取料当前层所有的取料回转任务列表List(dl_X，minAngle，max Angle，Data(x，y，z))。

如图4所示，斗轮机在最小角度和最大角度回转实现相应范围内的燃料挖取。在现场应用过程中，经常存在异常数据，这类异常数据虽然z坐标高于取料层的下平面高度，但是表现为孤立或与取料层的下平面高度差较小，在煤场真实堆存现状表现为可能是烟尘或水汽等引起的异常数据或略高于取料层的下平面的小煤堆。这种情况会严重影响取料效率，所以应该滤除掉这样的点。

因此，进一步地，在得到取料任务列表之后，还包括步骤2.9：通过取料任务评价算法判断取料任务数据清单中取料任务的合理性，删除不合理的取料任务数据。

其中，取料任务评价算法包括：

步骤2.9.1、遍历该取料任务所有的点云数据Data(x，y，z)，计算所有点云数据与取料层下平面h的高度差α

步骤2.9.2、遍历该取料任务所有的点云数据Data′(x，y，z)，计算每个点云数据固定半径范围内的点云数据数量，当小于设定阈值的时候，则认为该点为异常数据点，自动删除改点，输出Data(x，y，z)；

步骤2.9.3、结合Data″(x，y，z)和斗轮机位置dl_X，计算最大回转角度maxAngle′和最小回转角度minAngle′，得到更新后的取料回转任务列表List′(dl_X，minAngle′，maxAngle′，Data”(x，y，z))。

通过上述算法，能够实现斗轮机回转取料任务数据的评价，减少斗轮机的取料空转，降低能耗并提高作业效率。

综上所述，本申请提供了一种智慧燃料系统斗轮机无人值守自动取料方法，通过本方法实现斗轮机自动取料任务的计算，并实时控制斗轮机设备完成自动回转取料任务。用户只需要向系统下发作业指令，斗轮机按照作业指令自动计算取料任务数据，并通过算法评价取料任务的合理性，实时控制现场斗轮机设备进行作业提高斗轮机作业效率，从而能够降低现场人员的劳动量，做到系统无人化、智能化。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

以上所述仅为本申请的较佳实例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。