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申请/专利权人：东北大学

摘要：本发明属于工艺数字化技术领域，提出一种斗轮堆取料机工艺选择、数字化实现与模拟评价的方法。包括堆取料工艺选择、堆取料工艺数字化与堆取料工艺评价三部分，三者依次进行；基于选择的堆取料工艺进行堆取料工艺数字化设定，基于数字化的堆取料工艺进行堆取料工艺评价。本发明针对取料过程中涉及到的切入点选择问题导致的空转时间过程、进尺过深引发安全事故等诸多问题，本发明结合圆弧数学计算、点在多边形内判别算法、二分法寻找准确边界、料堆边界粗计算与精细计算等算法，提出一种切入点选择方法。最后根据空转时间指标对仿真平台中实现算法进行评价、分析。

主权项：1.一种斗轮堆取料机工艺选择、数字化实现与模拟评价的方法，其特征在于，包括堆取料工艺选择、堆取料工艺数字化与取料工艺评价三部分，三者依次进行；基于选择的堆取料工艺进行堆取料工艺数字化设定，基于数字化的堆取料工艺进行取料工艺评价；所述堆取料工艺选择具体如下；堆取料工艺包括：多列连续行走堆料、连续旋转堆料、定点行走堆料；对各堆取料工艺进行原理分析，进行堆取料工艺的选择；第一步：判断料堆容量是否达到阈值，当料条宽度大于阈值T，则进行第二步；反之，选择“定点行走堆料”方案；第二步：判断物料输送量是否超过界值或者连续，当物料输送量与需求标准值相对误差超过20％，采用“连续旋转堆料”；反之，采用“多列连续行走堆料”；斗轮堆取料机的取料方式包括：旋转分层分段取料、旋转分层不分段取料、连续行走取料；第三步：对料堆进行判断，料堆目前的体积达到堆料设定长度下理论最大体积的60％以上为正常料堆；所取料堆为正常料堆范围外的零散区域，则采用“连续行走取料”方式进行取料；反之，进行第四步；第四步：对料堆高度进行判断，料堆高度未高于大臂俯仰轴，则采用“旋转分层不分段取料”；反之，选择“旋转分层分段取料”的方式；所述堆取料工艺数字化具体包括以下步骤；2.1料机姿态计算，包括两个方面：根据料机姿态计算斗轮位置与根据斗轮位置计算料机姿态；设料机待命状态时地面位置为坐标原点，料机前进方向为x轴正方向，向上方向为y轴正方向，z轴与x、y轴遵循右手螺旋法则；根据斗轮堆取料机仅在轨道上运行，计算出料机中心坐标位置、旋转角度与俯仰角度三部分位姿数据；在料机各参数均已知的情况下，已知斗轮中心点位置，且料机只能在轨道上运行，料机中心点y轴坐标与z轴坐标均为一固定值，则设料机中心点坐标为Ax，Y，0，Y为一固定值；料机坐标位置反算包括计算出运动过程中料机中心点坐标中x的值、料机旋转角度与俯仰角度；料机中心点与料机的旋转中心点重合，料机旋转角度根据料机中心点坐标计算得出；料机中心点为A点；斗轮中心点为B点；当斗轮坐标已知的时候，B点坐标为Bm，n，l；d为料机臂长；Δx为B、A两点x轴坐标差；Δh为B、A两点y轴坐标差；Δm为料机中心点与料机俯仰中心点x轴坐标差；α为料机旋转角；β为料机俯仰角； x＝m-Δx 根据料机的姿态与位置计算得到斗轮的坐标位置；x0,y0,z0为料机中心位置，m，n，l为斗轮中心位置，α为旋转角度，顺时针为正数，逆时针为负数，β为料机俯仰角；俯为负数，仰为正数，d为料机臂长：m＝x0+dcosαsin90°-βn＝y0+dcos90°-βl＝z0+dsinαsin90°-β2.2堆料工艺数字化；所述堆料工艺数字化包括堆料容量计算、分层关键点计算、堆料轨迹生成；2.3取料工艺数字化；取料工艺数字化通过切入深度、半轮切入、料高限制和最小旋转角度原则实现；A.切入深度：当切入物料层高小于0.7倍斗轮直径时，认定上层为稳定结构，没有垮料风险；B.半轮切入：选择切入点时选择某一平面的边缘切入，并保持水平方向最多只切入斗轮半径的长度；C.料高限制：当料堆顶部高度大于或等于斗轮臂俯仰角为0°的斗轮最低点高度时，规定取料时行走方向为前进方向；料堆顶部高度小于斗轮臂俯仰角为0°的斗轮最低点高度，不规定取料时料机行走方向；D.最小旋转角度原则：选择取料切入点时默认选择最小旋转角度的顶点开始取料；所述取料工艺评价；取料工艺评价标准为斗轮空转时间，计算斗轮空转时间：判断料堆实时变化状态，取料工艺开始后，料堆体积未发生变化的时候进行计时，在取料任务结束后统计共计空转时长；根据斗轮中心点坐标Posx,y,z，斗轮半径R，斗轮厚度D，计算斗轮最底端中心点两侧最低点坐标Lpos和Rpos：Lpos.y＝Rpos.y＝Pos.y-RLpos.z＝Pos.z+0.5DRpos.z＝Pos.z-0.5D.y表示三维向量中的第二个坐标；.z表示三维向量中的第三个坐标；所述取料的起始点计算方式如下：步骤一：计算每层的最小外接矩形；步骤二：根据最小外接矩形区域计算每层的具体边界；2.A计算梯度方向，判断该区域为阳面或阴面，从阳面开始计算；2.B找到起始网格对应的序号，并记录当前的横纵坐标；2.C按列进行遍历，寻找每列的结束点；2.D按行进行遍历，寻找每一列的起始点，之后重复2.C步骤；寻找起始点与结束点的判断方式采用下述公式：heightindex-1heightindexheightindex+1heightindex-1heightindexheightindex+1heightindex为第index个点的高度，index为该行某点的索引序号；步骤三，计算每层取料轨迹；3.A计算每条最深点；根据料条近轨道一侧料堆边界、大臂长、料堆精确边界计算进斗深度，根据该深度上限调整、计算最深点；3.B计算每条起始、终止边界；根据最深点位置、斗轮堆取料机位置生成以大臂长度为旋转半径的取料圆弧，计算该取料圆弧与最小外接矩形的两个交点，作为起始、终止的迭代终点；从最深点分别向两端按照“二分法”的方式进行迭代，每次迭代点根据“点在多边形内判别算法”进行判别，直至找到与料堆精确边界相交点，作为该次取料的起始、终止点；3.C连接得到每层取料轨迹，按照工艺本身规则连接所有生成的每条起始、终止点。

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百度查询： 东北大学 一种斗轮堆取料机工艺选择、数字化实现与模拟评价的方法