[发明专利]一种实现双绳双瓣抓斗无人天车精准抓料的方法

权利要求书

1.一种实现双绳双瓣抓斗无人天车精准抓料的方法，其特征在于包含以下步骤：(1)通过3D扫描对料型建立网格化模型，将料型数据化；(2)抓斗开口度和抓取重量关系对应，观察抓取重量和抓斗开口度的关系，建立对应关系图，量化抓斗开度；(3)抓取料面选取，通过测量抓斗设定开度下的张开宽度和抓斗一侧长度，量化抓取面，再根据抓取面内的网格化数据获取抓取面的三个重要分析指标，分别为总平均高度、X方向倾斜偏差和Y方向倾斜偏差，再通过遍历出所有可抓取料面及料面的三个分析指标，先后利用总平均高度和偏差总和进行排序和筛选，获取最优的抓取料面；(4)抓取深度计算，先依据抓取料面的总平均高度设定一个初始抓取高度，通过抓取体积精确计算初始抓取重量，再通过计算初始抓取高度下抓取的重量与计划重量的偏差获取二次修正高度，得出抓取高度，实现精准抓料。

2.根据权利要求1所述的一种实现双绳双瓣抓斗无人天车精准抓料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，包含以下步骤：

步骤S01：大车前进方向为X轴正向，小车前进方向为Y轴正向，主钩起升方向为Z轴正向，大小车后退极限对应料区拐角地面为原点，建立料区三维坐标系；

步骤S02：利用3D扫描仪扫描料区，获取料型在扫描仪坐标系下的三维数据；

步骤S03：标定3D扫描仪设备的扫描头在料区三维坐标系下的三维坐标；

步骤S04：根据3D扫描仪的扫描头在料区三维坐标系下的三维坐标，将扫描获取的扫描仪坐标系下的三维数据转换为料区坐标系的三维数据；

步骤S05：以原点为基准，X方向200mm，Y方向100mm为单位长度建立料区网格式三维模型，其中X方向转换后从小到大依次定义为X₀、X₁、X₁......X_max-1、X_max，Y方向转换后从小到大依次定义为Y₀、Y₁、Y₁......Y_max-1、Y_max；

所述步骤(2)中，包含以下步骤：

步骤S06：测量将抓斗完全张开时的角度θ_max，此时的开口度定义为1.0，完全闭合时的开口度定义为0，开口度与角度比例成线性；

步骤S07：抓斗额定最大抓取重量定义为W_max；

步骤S08：根据实际的抓取作业经验，建立抓取重量区间和抓斗开口度的对应关系图

抓取重量为0到0.05W_max，设置开口度为0.1，张开角度为0.1*θ_max；

抓取重量为0.05W_max到0.1W_max时，设置开口度为0.2，张开角度为0.2*θ_max；

抓取重量为0.1W_max到0.2W_max时，设置开口度为0.25，张开角度为0.25*θ_max；

抓取重量为0.2W_max到0.3W_max时，设置开口度为0.35，张开角度为0.35*θ_max；

抓取重量为0.3W_max到0.4W_max时，设置开口度为0.45，张开角度为0.45*θ_max；

抓取重量为0.4W_max到0.5W_max时，设置开口度为0.6，张开角度为0.6*θ_max；

抓取重量为0.5W_max到0.6W_max时，设置开口度为0.7，张开角度为0.7*θ_max；

抓取重量为0.6W_max到0.7W_max时，设置开口度为0.8，张开角度为0.8*θ_max；

抓取重量大于0.7W_max时，为防止提升电机过载，禁止抓取；

步骤S09：测量不同张开角度下开闭钢丝绳对应的下降量和抓斗的张开宽度；

所述步骤(3)中，包含以下步骤：

步骤S10：根据抓取重量W_plan所在抓取重量区间选择对应抓斗开口度及对应角度θ、开闭钢丝绳的下降量L_down、抓斗张开宽度L_width；

步骤S11：抓斗张开宽度L_width方向与X方向平行，以200mm为单位长度进行转换，得出网格式三维模型下的宽度值NumX；

步骤S12：测量出抓斗张开宽度方向垂直的抓斗一侧的长度L_length，长度方向与Y方向平行，以100mm为单位长度进行转换，得出网格式三维模型下的长度值NumY；

步骤S13：抓取料面的横截面是以宽为抓斗张开宽度L_width、长为抓斗一侧长度L_length的矩形，获取以料区坐标系原点为基准的抓取料面四条边所有网格式三维坐标点的数据，分别为(X₀,Y₀)到(X₀,Y_NumY)、(X_NumX,Y₀)到(X_NumX,Y_NumY)、(X₀,Y₀)到(X_NumX,Y₀)、(X₀,Y_NumY)到(X_NumX,Y_NumY)；

步骤S14：获取抓取料面上的所有网格式三维坐标点的高度值，计算抓取料面的总平均高度，定位为H_ave；

步骤S15：分别计算当前抓取料面四条边的平均高度，(X₀,Y₀)到(X₀,Y_NumY)的边高度定义为H_X0、(X_NumX,Y₀)到(X_NumX,Y_NumY)的边高度定义为H_NumX、(X₀,Y₀)到(X_NumX,Y₀)的边高度定义为H_Y0、(X₀,Y_NumY)到(X_NumX,Y_NumY)的边高度定义为H_NumY；

步骤S16：计算H_NumX-H_X0的绝对值X_Dif0，将其定义为当前抓取料面X方向的倾斜偏差；

步骤S17：计算H_NumY-H_Y0的绝对值Y_Dif0，将其定义为当前抓取料面Y方向的倾斜偏差；

步骤S18：嵌套循环遍历所有可抓取料面的数据，并计算对应料面总平均高度、X方向的倾斜偏差、Y方向的倾斜偏差；

步骤S19：按总平均高度由大到小的原则对所有可抓取料面进行排序，取前四分之一的料面数据；

步骤S20：去除X方向的倾斜偏差大于300mm的抓料料面数据；

步骤S21：去除Y方向的倾斜偏差大于300mm的抓料料面数据；

步骤S22：计算剩余抓取料面的X方向的倾斜偏差与去除Y方向的倾斜偏差的和，并按从小到大进行排序，取第一条料面数据作为最终抓取料面；

所述步骤(4)中，包含以下步骤：

步骤S23：抓斗张开到设定角度，保持开闭钢丝绳不动，支持钢丝绳开始下降，接触到料面后，下降至料面四条边的总平均高度后继续下降150mm，此时结束下降动作，下沉高度为H_ave-150mm，定义为H_ini；

步骤S24：测量抓斗臂长L_arm，计算抓斗在高度H_ini闭合时在该高度截面下方所抓物料体积为定义为V_sur，为扇形柱体，为三棱柱；

步骤S25：获取抓取料面内所有点的坐标及高度值，计算单位长度为1的网格四个顶点的高度总平均值H_unit，将该高度定义为该单位网格的料面高度；

步骤S26：计算单位网格内抓斗在高度H_ini之上可抓物料体积100×200×(H_unit-H_ini)，定义为V_unit；

步骤S27：将抓取料面内所有单位网格的体积进行累加，获得在高度H_ini之上可抓物料体积总和V_sum；

步骤S28：在高度H_ini抓斗可抓物料的总重量为(V_sur+V_sum)×ρ，定义为W_ini，其中ρ为物料的密度；

步骤S29：在高度H_ini抓斗可抓物料的总重量与计划重量偏差为W_ini-W_plan，定义为W_offset，转换为体积定义为V_offset，其中ρ为物料的密度；

步骤S30：抓斗需要二次下沉或上升的高度为定义为H_offset，其中L_wdith×L_length为抓斗抓取面的面积，由此得出抓斗抓取高度为H_ini-H_offset。