料场堆取料机无人操作系统,堆取料机自动控制系统

堆取料机无人操作系统（即堆取料机自动控制系统），主要是指在堆取料机作业时，在保证充分发挥堆取料机的堆取料能力和其它功能基础上，堆取料机司机室内没有操作人员进行操作和监视，中央控制室内也不需要操作人员进行全程的控制操作。中央控制机从管理机获得作业计划或者自行编制作业计划，根据作业料堆在料场中的三维空间形状数据，结合堆取料机的物理尺寸数据，通过优化计算获得堆取料机的取料或堆料位置，形成作业指令，将作业指令发送到相应的堆取料机PLC，中控操作人员确认作业任务（作业料堆、作业料种、作业吨位等）正确和环境安全因素后，由堆取料机进行无人驾驶的堆、取料作业。在堆取料过程中，中控操作人员可以通过监控终端和视频终端实时监视现场作业过程，必要时可以通过位于中央控制室的操作台对堆、取料作业进行手动干预和作业调整。
实现料堆实时动态跟踪的三维成像方法，是利用堆取料机的走行、俯仰、回旋运动，带动安装在堆取料机悬臂前方的激光扫描装置对料堆进行动态扫描，对获得的激光扫描数据进行预处理、坐标转化、网格规范化处理、插值处理后生成规则的三维数据，较终生成整个料场的完整网格数据库；
由三维成像控件从数据库中读出料场网格坐标信息，以料场为图像显示区域、料场地面为显示基面，实现区域内的坐标还原，完成料堆三维图像显示；高密度数据的快速采集在操作过程中，每秒可获得料堆10次以上轮廓；高速度的数据处理与分析，数据处理由计算机快速自动完成；简易的三维图形操作系统实现被测目标的立体重现，并能够进行图形的旋转、平移和局部放大等交互操作，测量结果一目了然。并实时较新数据库内数据内容，同时数据库数据内容的变化触发三维成像控件从数据库读取一次数据，从而实现终端显示的三维料场图像实时动态较新。具体的说：数据预处理的过程是，堆取料机实时运动状态数据是通过堆取料机的走行、俯仰、回旋*输出的走行值、俯仰角度、回旋角度获得，堆取料机悬臂的动作反应在俯仰角度、回旋角度的变化上；激光扫描装置采集的数据是**光心在0到180度范围内，周期性的以每0.5度或0.25度**角度间隔**光束，通过测量**光束与料堆表面反射光束的时间差得出激光扫描装置**光心到料堆反射表面空间距离；激光扫描装置安装相对位置数据是激光扫描装置到俯仰轴的距离，俯仰角度在零度时激光扫描装置相对于地面的高度；堆取料机实时运动状态数据与激光扫描装置采集的数据在时间上实现同步匹配。堆取料机走行、俯仰、回旋*的数据刷新与激光扫描装置的数据刷新两者的数据匹配原则是以激光扫描数据的时间为准，用较接近该时间的*数据去匹配激光扫描数据，这样每个时刻激光扫描数据都与*的信息建立了对应关系。
数据坐标化处理过程是，首先以激光扫描装置为原点建立坐标系，某一时刻来自激光扫描装置的距离值和对应的**角度值放入此坐标系下；随后对应料场建立料场坐标系，沿堆取料机走行轨道方向作为Y轴，平行料场地面并垂直轨道方向为X轴，垂直料场地面方向为Z轴；料场坐标系的原点与堆取料机走行值的原点重合，以堆取料机俯仰轴中心作为相对基点；安装于堆取料机悬臂上的激光扫描装置在当前时刻在料场坐标系下的空间坐标光扫描装置到相对基点的空间距当前时刻俯仰*输出的俯仰角度值，回转*输出的回转角度值，激光扫描装置在俯仰角度为0度时相对于地面的高度。
    GNSS三维坐标位置检测系统可提供堆取料机走行定位系统输出的走行值；根据当前时刻激光扫描数据与堆取料机走行定位系统的位置信息产生对应关系，将当前时刻料堆表面被测点的一组数据从激光扫描装置坐标系下转换成料场坐标系下；在料场坐标系下，料堆表面一个被测点坐标值中的x、y值为被测点在料场平面的两维坐标位置，被测点Z值为对应此x、y值时被测点的高度值。
    网格规范化处理过程是，对激光扫描装置采集的所有测量点坐标值进行均匀网格化处理，即在料场平面坐标下，在料场长度和宽度范围内沿轨道方向即Y轴、和沿垂直轨道方向即X轴，每间隔一定距离对整个料场进行等分，这样在料场的有效堆放范围内形成一个个大小面积相等均匀分布的网格，实现料场的数字化分割；对测量点落在网格中的点数量进行规范化整合处理，保证每个网格只对应一个坐标值；如果落在同一网格内有多个测量点数据，则对这些测量点的高度Z求平均值作为网格点的Z值，且规定网格点的x、y坐标为每个网格中心，最后以新坐标点作为落在此网格内的测量点坐标；规范化处理后的网格在数学上可以表示为一个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组；每个网格单元或数组的一个元素，对应一个高度值。
    利用堆取料机的走行、俯仰、回旋运动，带动安装在堆取料机悬臂前方的激光扫描装置对料堆进行动态扫描，对获得的激光扫描数据进行预处理、坐标转化、网格规范化处理、插值处理后生成规则的三维数据，较终生成整个料场的完整网格数据库，并实时较新数据库内数据内容，从而实现终端显示的三维料场图像实时动态较新。生成的实时三维料堆图像数据，不仅能让作业人员动态掌握料场内料堆的堆放情况，较为重要的是通过对料堆形状的实时识别，并实时动态对料堆进行数据化处理保存，为下一步全自动堆取料工艺提供了有力的支撑和保证。
 系统特点
1)     安装简单，一劳永逸：整个系统可一次性安装调试完毕；
2)     速度快：对于一个大型散货堆/煤场（100米），可在15分钟内（测量系统行进速度为10米/分钟）完成所有的测量和计算工作；
3)     自动化程度高：采集的数据均由计算机自动处理，测量结果显示在电脑屏幕上；
4)     精度高：激光扫描所获取的数据量大，数据点密度高，完**够反映目标表面特征；解决了常规测量方法所不能解决的表面近似误差；系统相对误差<0.3%。
系统优点
料堆激光测量系统具有精度高，稳定性好，扩展能力强等优点。激光测量属于非接触式测量方案，在测量过程中与被测物没有直接物理接触，测量系统因此也不会因摩擦而带来误差。测量系统中使用多个高精度激光扫描仪配置，大大提高了系统的测量点密度，消除测量死角。同时也为系统功能的扩展提供了非常有利的条件。

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