[发明专利]一种堆料机堆料过程中料高和安息角测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种堆料机堆料过程中料高和安息角测量方法及系统。本发明首先在堆料过程中，利用堆料机落料口前方的毫米波雷达设备获取二维数据；然后，利用随机采样一致性的算法估计直线方程参数，得到料堆母线的直线方程，利用斜率计算得出料堆安息角，利用直线方程得到料高；最后，利用卡尔曼滤波方法减轻传感器测量误差、堆料机抖动和料堆上落料的影响，得到料堆的安息角和料高，实现在堆料过程中实时测量料堆安息角和料高的目的，为自动化堆取料提供准确的信息。

技术领域

本发明涉及堆料机技术领域，特别是涉及一种堆料机堆料过程中料高和安息角测量方法及系统。

背景技术

随着控制技术和检测技术的不断发展，工业的自动化程度越来越高，尤其散杂货港口的全自动堆取料成为最近的研究热点。实现堆料机的自动化堆料，首先需要实时获取料堆的安息角和料高，以便及时自动的实现堆料机大臂的俯仰和落料点的更换。实现自动化精准的堆料可以降低操作人员劳动程度，提高堆场的利用率以及落料过程中缩减落料口和料堆的距离以减轻对环境的污染。在全天候堆料过程中，为了能够保证能够实时获取料堆的安息角和料高，采用毫米波雷达测量料高和安息角的方法。

在散杂货堆场中，散杂货的货物主要有块状、颗粒状、粉末状的货物，如矿石、煤炭等，在物料自然下落堆料的过程中，它们颗粒的大小、种类和干湿程度都会使料堆产生不同的安息角，在自动化堆取料的过程中，需要根据安息角和料高进行实时的三维建模，因此，实时测量各种不同材料料堆的安息角和料高至关重要。

目前，在实际的自动化堆料过程中，实时检测料堆高度和安息角的方式主要有三种，分别是采用红外的方式、单线激光雷达的方式和视觉的方式。红外测量的方式局限于散杂货堆场中物料的种类，比如黑色的煤炭无法测量，实用性比较差。单线激光雷达的方式受限于雨雪和粉尘的影响，无法全天候长时间的工作，需要占用劳动力随时准备进行雷达的清洁工作。视觉的方式不适合散料堆场二十四小时工作的情况，在夜晚的工况下受限于光线的影响，实际使用效果较差。采用毫米波雷达的方式能够实现全天候的不同散杂货的安息角和料高的测量，在自动化堆料过程中，如何实时的检测料堆的料高和安息角是自动化堆场一个急需解决的重要问题。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种堆料机堆料过程中料高和安息角测量方法及系统，实现在堆料过程中实时测量料堆安息角和料高的目的，为自动化堆取料提供准确的信息。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种堆料机堆料过程中料高和安息角测量方法，包括：

利用毫米波雷达获取料堆表面的二维数据；

将所述二维数据进行坐标系转换，得到在堆料机坐标系中的二维数据；

利用随机采样一致性拟合直线的算法对转换后的二维数据进行处理，得到初始料高和安息角；

利用卡尔曼滤波的算法对初始料高和安息角进行处理，得到滤波后的料高和安息角。

进一步地，所述毫米波雷达的坐标系Y轴与堆料机的大臂中轴线平行并且指向远端，所述毫米波雷达的坐标系X轴与堆料机的大臂中轴线垂直并且指向地面，堆料机的坐标系原点是堆料机的旋转中心轴和堆场地面的交点。

进一步地，所述利用随机采样一致性拟合直线的算法对转换后的二维数据进行处理，得到初始料高和安息角，具体包括：

设置迭代次数、采样点数和容差值；

随机采样二维数据中的两个点，并计算两个点的拟合直线；

统计距离所述拟合直线在所述容差值范围内的点，为局内点数；

达到迭代次数之后，选取局内点数最多的拟合直线为最终拟合直线；

根据所述最终拟合直线确定初始料高和安息角。