[发明专利]原料场堆取料机无人化控制系统

权利要求书

1.一种原料场堆取料机无人化控制系统，其特征在于，包括：

三维激光扫描仪单元，用于获取原料场料堆三维模型；

中控机，用于根据原料场料堆三维模型以及堆取料策略得到堆取料机的堆取料定位数据，包括走行位置、回转角度以及俯仰角度，并下发给堆取料机自动控制系统；

堆取料机自动控制系统，用于根据堆取料机的堆取料定位数据以及堆取料机的运行参数和堆取料策略控制堆取料机进行自动定位和自动堆取料作业；

安全防护系统，包括建立在堆取料机与正在作业的料堆、相邻料堆、相邻堆取料机、料场地面其他作业机械之间的主动防碰撞装置以及防碰撞控制单元，所述防碰撞控制单元用于根据料堆三维模型数据、设备定位检测信号和设备动作状态信息进行主动防碰撞演算，保证设备安全运行；

视频监控系统，包括安装在每台堆取料机上的多台高清摄像机，用于观察堆取料机关键设备的动作，并将料场视频信息汇总至中控机集中监控。

2.如权利要求1所述的原料场堆取料机无人化控制系统，其特征在于：所述三维激光扫描仪单元包括三维激光扫描仪以及堆形处理计算机，所述三维激光扫描仪安装在堆取料机悬臂上，在作业过程中对料堆不间断地进行扫描、测距，以实时地测量料堆表面轮廓的点云数据，所述堆形处理计算机使用拟合和优化算法，得到料堆表面特征点的空间位置坐标信息，并通过坐标转换得到基于料场坐标空间的三维数据，运用计算机技术完成三维模型的建立。

3.如权利要求1所述的原料场堆取料机无人化控制系统，其特征在于：所述原料场料堆三维模型所包含的信息包括：每个料堆在料场中的起始位置、终止位置、高度、宽度以及外部形状。

4.如权利要求1所述的原料场堆取料机无人化控制系统，其特征在于：所述堆取料机自动控制系统控制堆取料机进行自动定位包括行走定位、水平旋转定位以及俯仰定位，其中，行走定位采用基于格雷码技术的精确定位系统以及编码器结合射频识别系统两种方式，两种方式相互校验；水平旋转定位采用基于格雷码技术的精确定位系统和编码器两种方式定位；俯仰定位采用安装在堆取料机的悬臂上的高精度倾角仪来检测悬臂俯仰角度。

5.如权利要求1所述的原料场堆取料机无人化控制系统，其特征在于：所述安全防护系统还包括被动防碰撞装置，所述被动防碰撞装置包括安装在堆取料机关键部分的防撞雷达以及料位计，用于实现堆取料机大车防撞、悬臂防撞以及悬臂与物料的间距检测。

6.如权利要求1所述的原料场堆取料机无人化控制系统，其特征在于：所述安全防护系统还包括在堆取料机各传动及运动环节设置的控制和保护元件，用于在非正常状态发出声光报警。

7.如权利要求1所述的原料场堆取料机无人化控制系统，其特征在于：视频监控系统包括前端接入层、平台管理层以及输出显示层，所述前端接入层用于现场图像的采集；所述平台管理层用于前端设备接入及管理、账号管理、认证鉴权、图像资源调度、平台录像存储以及网管；所述输出显示层用于将平台调度到的图像通过高清解码器输出到显示装置进行显示。

8.如权利要求1所述的原料场堆取料机无人化控制系统，其特征在于：还包括HIM，用于输入堆取料机的运行参数、显示视频监控系统的监控画面以及对堆取料机的报警及状态信息进行监控和显示。

9.如权利要求8所述的原料场堆取料机无人化控制系统，其特征在于：所述HIM监控和显示的堆取料机的报警及状态信息包括：

1）对斗轮电流进行实时监控，如果该值不在正常值范围内将产生报警信号；

2）对三维激光扫描仪的运行状态进行实时监控，如果出现故障，则产生报警信号；

3）对堆取料机各传动及运动环节设置的控制和保护元件进行监控，非正常状态发出声光报警，以实现安全防护；

4）在堆取料机发生故障报警时，将报警相关信息以及建议的故障处理方式送至HMI上显示。

10.如权利要求1所述的原料场堆取料机无人化控制系统，其特征在于：该系统包括手动、半自动、全自动三种模式；

全自动模式由作业管理系统下发作业任务，结合料堆三维模型，实现“一键”堆取料作业，自主完成作业任务，无需人工干预；

远程半自动模式由人工在操作室控制堆取料机进入作业的初始状态，其它作业由堆取料机根据人工设定的参数自动完成；

远程手动模式全程由操作人员在中控室利用远程驾驶平台，结合智能定位技术和高清视频监控技术，远程手动控制堆取料机完成作业任务，实现中控远程操控。