[发明专利]一种联合存储物料管理系统的无人天车抓斗定位方法

权利要求书

1.一种联合存储物料管理系统的无人天车抓斗定位方法，其特征在于： 包括以下步骤：

一、联合存库系统来料的库存区域规划；

根据原料种类和下游需求进行分区数量设计，库区为矩形，存储多种原料；一种物料一个分区，大配比物料分区位于库区中间位置，配比次大物料距离较远，依次排列，所需配比小物料位于库区边缘，远离固定料斗区域；每个分区均设置一个固定下料斗，每个固定下料斗设置料位检测设备；每个库区分区均设置外部来料和抓斗取料作业的允许检测设备；将库区进行人为分区，由高于地面一定高度的挡墙进行分割，并有明确的分区标识进行标识，即逻辑标识，形成分区边界数据；库区分区设置分区边界检测设备，便于天车抓斗边界检测定位使用；

二、对每个库区分区进行二次逻辑分区；

为了简化抓斗定位方法，对每个库区分区进行了二次逻辑分区；二次逻辑分区的面积大小与无人天车抓斗的水平面投影面积相等，抓斗在当前料种工作要求时段内，顺序按二次分区的大小改变抓斗取料目标位置的偏移量，获得下次抓取物料的水平坐标；

该水平坐标需要与分区边界检测设备的输出数据进行比对，确认没有超出边界，即当前水平坐标有效；再对每个二次分区的垂直坐标进行检索，获得垂直坐标；

三、物料空间位置测量；

数据采集：数据采集部分使用两台伺服电机各自驱动一台2D激光扫描仪完成该项功能，激光扫描仪实时扫描整个库区，得到物料料堆的二维点云数据；

数据通信：点云数据通过以太网通信上传至上位工控机；

数据处理：上位工控机读取到点云数据后进行数据处理，得到物料的空间位置数据，首先是二维数据转换为三维数据的坐标映射，得到一半的库区物料数据，其次要进行两个激光扫描仪的坐标拼接，获得整个库区物料空间位置数据，至此，得到完整的堆场三维坐标数据；

附加的数据分类：将完整的物料空间位置坐标进行分区划分，对该数据进行与库区分区相联系的处理，区分每组数据坐标所处的库区分区位置和编号，并给每组附带上分区编号，形成以分区为索引的数据结构；在此基础上，将各分区数据按二次逻辑分区进行二次分类；

四、库区现场其他相关信号检测及采集传输；

根据天车定位需要，分区边界检测设备信号、固定下料斗的料位检测设备信号、外部来料和抓斗取料作业的允许检测设备的信号，这些信号通过信号采集设备进入PLC处理器进行信号处理； PLC将这些经过处理的信号通过以太网送至抓斗定位系统使用；

五、抓斗定位系统与下游生产工艺控制系统的接口；

库区天车系统和下游生产工艺系统工艺流程上具有上下游关系，天车系统在前，生产工艺系统在后；为避免给料不稳，下游生产工艺系统设置有各种原料的中间缓冲仓，中间缓冲仓和库区固定下料斗间通过共用皮带连接；

天车抓斗实时作业任务来自于下游生产工艺实时生产需求；库区各原料分区固定下料斗均连接至共用皮带，共用皮带上设置无物料检测设备，将料斗内物料输送至远程各原料的中间缓冲仓，且每种物料各不相混，供下游生产工艺系统连续生产所用；下游生产工艺控制系统根据中间缓冲仓料位情况评估每种原料缺乏状态，并实时发布下游需物料种类及数量任务至天车定位系统，所有任务以先来先到的顺序发送；

无人天车抓斗定位系统与下游生产工艺控制系统的数据传递由各自系统工控机通过以太网通信完成，需传递原料种类和数量请求数据，共用皮带上无物料检测设备的信号；

六、抓斗实时定位及作业流程；

天车定位系统通过接口收到下游原料输送任务后，系统按任务优先级确定原料种类，然后监测共用皮带上无物料检测设备信号和每个库区分区的外部来料和抓斗取料作业的允许检测设备信号，当共用皮带无物料且新物料外部来料和抓斗取料作业的允许检测设备位于关闭位置时，允许天车抓斗更换至不同于当前原料的原料分区；

定位完原料分区后，系统提取出本分区物料空间位置三维坐标数据，形成新的数据结构元素，然后定位抓斗在新物料分区的第一个初始位置，进行抓取物料作业；

抓斗在执行抓取任务时，下次取料目标位置的X或者Y方向的偏移量永远为一个二次分区的大小，下次取料目标位置的Z值，即垂直目标位置，为附加数据分类中的二次分类数据元素中的最大Z值，按如此方法逐次进行定位，抓斗在定位点和固定下料斗之间往复完成当前的物料抓取任务；

为了安全起见，系统需要根据库区分区边界检测设备的输出信号，校对当前水平位置是否越出分区边界；同时，需要监测固定下料斗的料位检测设备信号，料位高报警时，抓斗暂停抓取，直至报警消失。