CN104118802B - 一种全自动垃圾搬运起重机取料投料作业自动控制方法 - Google Patents

Abstract

一种全自动垃圾搬运起重机取料投料作业自动控制方法，全自动垃圾搬运起重机自动定位和抓取点确定后，控制***发送指令至起升机构，实现自动取料作业。按照规划的速度，将起升、小车、大车联动至投料口中心位置上方后，抓斗自动打开，实现自动投料作业。能够实现垃圾仓的分区以及全自动垃圾搬运起重机的抓斗自动定位和抓取点的自动选择，从而实现取料作业的自动化。同时能够实现全自动垃圾搬运起重机的速度自动规划，能够根据抓斗与投料口的距离实现起升、小车、大车的速度相互协调，从而实现投料作业的自动化。延长了设备的使用寿命，改善了工作条件，降低了劳动强度，节约了能源损耗，提高了工作效率和机构运行可靠性，有利于企业进行成本控制，在垃圾焚烧这种恶劣的作业环境中，保证了操作者的作业安全。

Description

一种全自动垃圾搬运起重机取料投料作业自动控制方法

技术领域

本发明涉及垃圾搬运起重机作业自动控制方法，尤其涉及一种全自动垃圾搬运起重机取料投料作业自动控制方法。

背景技术

垃圾搬运起重机是焚烧发电厂供料***的核心，在垃圾的焚烧过程中，主要实现垃圾取料和投料等工作。具有连续工作、工作任务繁重的特点。同时由于抓斗取物使得工作负荷经常在额定状态，且各机构速度比一般桥式起重机高,维修工作环境的恶劣性使其可靠性要求高。

目前国产垃圾搬运起重机的控制方式采用手动控制或传统的半自动控制，工作任务全部由司机手动操作，只要保证大车、小车和起升机构没有超出各自极限运行范围即可。其工作效率、运行稳定性和安全性都无法达到较高水平。

垃圾搬运起重机的取料投料过程是指在需要加料时，垃圾搬运起重机利用抓斗抓取垃圾，通过控制大车、小车和起升机构运行，使抓斗运行至投料口。此时打开抓斗向投料口投放垃圾，再返回垃圾仓重复上述动作直至加料命令消失。

在起重机自动上料控制技术领域，公开号为CN201610353U的中国实用新型专利的公开说明书中公开了一种《垃圾抓斗起重机自动上料***》的技术方案，该技术方案实现了对垃圾抓斗起重车得精确位置控制。但没有提供定位方法，更没有提供一种基于精准定位方法的全自动垃圾搬运起重机的取料作业控制方法。

在起重机作业控制技术领域，公开号为CN103434936A的中国发明专利的公开说明书中公开了《一种起重机起重作业自动控制方法和***》的技术方案，该技术方案通过控制发动机转速和比例电磁阀的信号，很好的实现了起重机起重作业的自动控制。但没有提供垃圾抓斗起重机的大车、小车和起升三机构的速度控制方法，更没有提供一种基于速度自动规划的全自动垃圾搬运起重机的投料作业控制方法。

另外，目前普遍采用的垃圾抓斗起重机控制***，是在手动控制或半自动控制的前提下开发的，无法满足具有自动取料投料功能的全自动垃圾搬运起重机的控制要求。在起重机控制技术领域，公开号为CN203079568U的中国实用新型专利的说明书中公开了一种《全自动智能起重机电气控制***》的技术方案，该技术方案通过可编程控制器和上位机，利用变频器实现对起重机的智能控制。但没有一种自动控制方法应用在该电气控制***，无法很好实现***的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全自动垃圾搬运起重机取料投料作业自动控制方法，以实现垃圾搬运起重机的全自动控制，降低操作人员的劳动强度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种全自动垃圾搬运起重机取料投料作业自动控制方法，包括如下步骤：

1：判断投料口缺料信息，确定缺料口位置。

2：根据1得到的缺料口位置信息，确定抓取区域。

上述抓取区域的确定包括如下步骤：

2.1：根据垃圾仓大小和抓斗张开宽度，对垃圾仓进行功能分区。

2.2：在2.1的基础上，将垃圾仓在大车运行方向等份划分若开区域。

2.3：每个投料口对应一定抓取区域，料口缺料时优先从对应区域开始取料。

3：确定抓取区域后，利用控制***实现自动取料。

上述自动取料包括如下步骤：

3.1：利用各机构绝对值编码器传送至控制***的位置信息，实现全自动垃圾搬运起重机的自动定位。

3.2：利用激光测距传感器传送至控制***的垃圾面高度信息，结合取料策略，实现抓取点的自动选择。

上述取料策略包括如下步骤：

3.2.1：在2确定的抓取区域中，利用3.2的高度信息，选择区域中的最高点为抓取点。

3.2.2：若抓取区域中存在两个或两个以上高度相同的最高点，选择距投料口距离最近的点作为抓取点。

3.2.3：若抓取区域中垃圾量很少或者无料，选择相邻区域的最高点作为抓取点。

3.2.4：抓斗自动取料后，垃圾面高度值变化，待激光测距传感器重新扫描垃圾面后，利用新的高度信息，按照3.2.1、3.2.2和3.2.3的方法确定下一个抓取点。

全自动垃圾搬运起重机自动定位和抓取点确定后，控制***发送指令至起升机构，实现自动取料作业。

4：自动取料后，利用抓斗的高度值对起升速度进行自动规划。

上述利用抓斗高度值对起升机构进行速度自动规划包括如下步骤：

4.1：对不同高度的抓取点，根据起升机构速度曲线规划不同的起升速度。

4.2：在3动作时，起升机构以较小速度缓慢提升，直至抓斗完全闭合。

4.3：在4.2动作完成后，若抓取量符合要求，起升机构加速至安全高度后匀速运行。

上述抓取量要求的确定包括如下步骤：

4.3.1：当抓取量超过满载量的130％，判定抓斗超载，此时规定起升机构禁止提升。

4.3.2：当抓取量不足满载量的30％，判定抓斗抓取不足，此时规定抓斗开斗，重复3.2后，执行4.1动作。

4.4：在起升机构按4.3动作运行至减速起始高度后，减速运行至零速，制动器抱闸制动，等待抓斗打开投料。

上述减速起始高度的确定包括如下步骤：

4.4.1：利用起升机构速度曲线和4.2、4.3动作的时间，确定在4.2、4.3提升的高度。

上述缓慢提升高度和加速至最高速的提升高度是一定的，不同抓取点的匀速运行时间不同，导致匀速提升高度不同。

4.4.2：利用4.4.1的高度信息和投料高度，根据速度曲线的减速过程，确定减速起始高度。

5：在起升机构提升至安全高度后，联动大车、小车，利用起重机与投料口的距离值和速度曲线对大车、小车速度进行自动规划。

上述小车的速度自动规划包括如下步骤：

5.1：将小车与投料口中心位置的距离划分为若干区域。

5.2：利用小车与投料口中心位置的距离，计算小车运行至投料口的时间。

5.3：利用5.1和5.2得到的小车位置信息，根据小车的速度运行曲线，确定小车的最大运行速度。

上述最大运行速度的确定是根据小车所在的区域，按照变频器设置的参数确定得到的。

5.4：利用抓斗高度与投料高度的差值，根据起升机构速度变化曲线，计算起升机构将抓斗提升至高于投料平台高度所需时间。

5.5：将5.2和5.4得到的时间信息进行对比，确定小车的启动时间。

上述大车的速度自动规划与小车的速度自动规划相似，唯一不同的是在起升机构将抓斗提升至安全高度后，大车就可以直接启动，无需考虑启动时间。

6：按照规划的速度，将起升机构、小车、大车联动至投料口中心位置上方后，抓斗自动打开，实现自动投料作业。

7：自动循环2～6步骤，直到投料口缺料信息消失，完成自动取料投料作业。

按上述方案，所述的安全高度根据垃圾仓内的垃圾分布情况确定，以高于抓取点垃圾高度1～2米作为安全高度。

按上述方案，所述的投料高度的确定与投料平台高度有关，以高于投料平台高度的1～2米作为投料高度。

本发明的有益之处在于：能够实现垃圾仓的分区以及全自动垃圾搬运起重机的抓斗自动定位和抓取点的自动选择，从而实现取料作业的自动化。同时能够实现全自动垃圾搬运起重机的速度自动规划，能够根据抓斗与投料口的距离实现起升、小车、大车的速度相互协调，从而实现投料作业的自动化。延长了设备的使用寿命，改善了工作条件，降低了劳动强度，节约了能源损耗，提高了工作效率和机构运行可靠性，有利于企业进行成本控制，在垃圾焚烧这种恶劣的作业环境中，保证了操作者的作业安全。

附图说明

图1为本发明实施例的全自动垃圾搬运起重机自动取料投料流程图。

图2为本发明实施例的垃圾仓功能区划分示意图。

图3为本发明实施例在大车运行方向的垃圾仓分区示意图。

图4为本发明实施例在小车运行方向的取料区分区示意图。

图5为本发明实施例的激光测距传感器安装位置示意图。

图6为本发明实施例的垃圾面高度示意图。

图7为本发明实施例在自动取料作业后的垃圾面高度示意图。

图8为本发明实施例的起升机构速度规划示意图。

图9为本发明实施例的垃圾仓剖面图。

图10为本发明实施例的小车运行最大速度与距料口距离的关系示意图。

图11为本发明实施例的小车速度规划流程图。

图12为本发明实施例的小车速度规划示意图。

图13为本发明实施例的大车速度规划流程图。

图中：1.取料区，2.卸料区，3.取料盲区，4.第一投料口，5.第二投料口，6.第三投料口，7.激光测距传感器，8.垃圾仓，9.卸料口，10.抓斗，11.小车，12.大车，13.投料平台，14.焚烧炉,D₀.垃圾仓宽度，D₁.抓斗开启时直径，d.取料盲区宽度，m.卸料区宽度，n.取料区宽度，k.小车方向区域宽度，W_D.大车主梁宽，S.小车距投料口距离，H.投料平台高度，H₀.投料高度，h.抓斗实际高度值，V_qmax.起升机构最大速度，V_qmin.起升机构最小速度

具体实施方式

结合附图，利用一个实施例进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示,说明本实施例的全自动垃圾搬运起重机自动取料投料作业过程。

垃圾搬运起重机全自动取料投料作业是指控制***根据缺料料口信息，利用全自动垃圾搬运起重机取料投料作业自动控制方法实现取料和投料的全自动作业。

缺料口信息是操作人员利用触摸屏进行投料口的选择，这是自动取料投料的前提。本实施例以3个投料口为例，当缺料口确定后，控制***根据料口信息将大车12、小车11联动运行至取料点上方。垃圾搬运起重机的自动取料是指根据取料策略，确定好取料点之后，抓斗10自动下降，接触垃圾面后停止下降；当抓斗10过于倾斜时，自动调整取料位置。取料时，边抓边提，直至抓斗10完全闭合；利用称重传感器对抓取重量进行检测，当超载时需重新取料。垃圾搬运起重机的自动投料是指在完成自动取料后，利用速度规划，首先将抓斗10提升至投料高度，接着利用大车12、小车11联动将抓斗移至指定投料口。

自动取料投料作业，同时可以对垃圾的进行称重，并记录重量。在自动投料作业时，采用间歇性的开启抓斗投料，保证垃圾进入投料口。

作业流程是基于一种全自动垃圾搬运起重机取料投料作业自动控制方法实现的，包括如下步骤：

1：判断投料口缺料信息，确定缺料口位置。

2：根据1得到的缺料口位置信息，确定抓取区域。

上述抓取区域的确定包括如下步骤：

2.1：根据垃圾仓8大小和抓斗10张开宽度，对垃圾仓8进行功能分区。

2.2：在2.1的基础上，将垃圾仓在大车12运行方向等份划分若开区域。

2.3：第一投料口4、第二投料口5、第三投料口6分别对应一定抓取区域，料口缺料时优先从对应区域开始取料。

3：确定抓取区域后，利用控制***实现自动取料。

上述自动取料包括如下步骤：

3.1：利用各机构绝对值编码器传送至控制***的位置信息，实现全自动垃圾搬运起重机的自动定位。

3.2：利用激光测距传感器7传送至控制***的垃圾面高度信息，结合取料策略，实现抓取点的自动选择。

上述取料策略包括如下步骤：

3.2.1：在2确定的抓取区域中，利用3.2的高度信息，选择区域中的最高点为抓取点。

3.2.2：若抓取区域中存在两个或两个以上高度相同的最高点，选择距投料口距离最近的点作为抓取点。

3.2.3：若抓取区域中垃圾量很少或者无料，选择相邻区域的最高点作为抓取点。

3.2.4：抓斗10自动取料后，垃圾面高度值变化，待激光测距传感器7重新扫描垃圾面后，利用新的高度信息，按照3.2.1、3.2.2和3.2.3的方法确定下一个抓取点。

全自动垃圾搬运起重机自动定位和抓取点确定后，控制***发送指令至起升机构，实现自动取料作业。

4：自动取料后，利用抓斗10的高度值对起升速度进行自动规划。

上述利用抓斗10高度值对起升机构进行速度自动规划包括如下步骤：

4.1：对不同高度的抓取点，根据起升机构速度曲线规划不同的起升速度。

4.2：在3动作时，起升机构以较小速度缓慢提升，直至抓斗10完全闭合。

4.3：在4.2动作完成后，若抓取量符合要求，起升机构加速至安全高度后匀速运行。

上述抓取量要求的确定包括如下步骤：

4.3.1：当抓取量超过满载量的130％，判定抓斗10超载，此时规定起升机构禁止提升。

4.3.2：当抓取量不足满载量的30％，判定抓斗10抓取不足，此时规定抓斗10开斗，重复3.2后，执行4.1动作。

上述安全高度根据垃圾仓8内的垃圾分布情况确定，本发明选择高于抓取点垃圾高度1～2米作为安全高度。抓斗10提升至安全高度后，起升机构匀速运行。

4.4：在起升机构按4.3动作运行至减速起始高度后，减速运行至零速，制动器抱闸制动，等待抓斗10打开投料。

上述减速起始高度的确定包括如下步骤：

4.4.1：利用起升机构速度曲线和4.2、4.3动作的时间，确定在4.2、4.3提升的高度。

上述缓慢提升高度和加速至最高速的提升高度是一定的，不同抓取点的匀速运行时间不同，导致匀速提升高度不同。

4.4.2：利用4.4.1的高度信息和投料高度，根据速度曲线的减速过程，确定减速起始高度。

上述投料高度的确定与投料平台高度有关，本发明选择高于投料平台高度的1～2米作为投料高度。

5：在起升机构提升至安全高度后，联动大车12、小车11，利用起重机与投料口的距离值和速度曲线对大车12、小车11速度进行自动规划。

上述小车11的速度自动规划包括如下步骤：

5.1：将小车11与投料口中心位置的距离划分为若干区域。

5.2：利用小车11与投料口中心位置的距离，计算小车11运行至投料口的时间。

5.3：利用5.1和5.2得到的小车11位置信息，根据小车11的速度运行曲线，确定小车11的最大运行速度。

上述最大运行速度的确定是根据小车11所在的区域，按照变频器设置的参数确定得到的。

5.4：利用抓斗10高度与投料高度的差值，根据起升机构速度变化曲线，计算起升机构将抓斗10提升至高于投料平台高度所需时间。

5.5：将5.2和5.4得到的时间信息进行对比，确定小车11的启动时间。

上述大车12的速度自动规划与小车11的速度自动规划相似，唯一不同的是在起升机构将抓斗10提升至安全高度后，大车12就可以直接启动，无需考虑启动时间。

6：按照规划的速度，将起升机构、小车11、大车12联动至投料口中心位置上方后，抓斗10自动打开，实现自动投料作业。

7：自动循环2～6步骤，直到投料口缺料信息消失，完成自动取料投料作业。

结合图2、图3、图4、图5、图6和图7，说明垃圾仓8的分区和全自动垃圾搬运起重机的抓斗10自动取料的过程。

如图2、图3和图4所示，垃圾仓8分区包括功能区划分、大车12运行方向区域划分和小车11运行方向区域划分。

垃圾仓8功能区划分是本发明应用领域的特殊要求所决定的。特殊要求是指进入垃圾仓8的垃圾不能直接投入焚烧炉，必须在垃圾仓8内发酵2～3天。为了避免自动取料投料时将未发酵的垃圾投入焚烧炉14，本实施例将垃圾仓8内靠近卸料门的区域单独划分为卸料区2，卸料区2宽度不小于抓斗10开启时的直径。全自动垃圾搬运起重机在靠近垃圾8仓壁的区域抓取垃圾时，为了防止抓斗10与垃圾仓10仓壁相碰，必须在小车11、大车12运行的左右极限安装安全限位装置，将限位装置与垃圾仓壁的区域划分为取料盲区3。除去卸料区2、取料盲区3，将垃圾仓8其余区域划分为取料区1。本实施例中垃圾仓8的宽度为D₀米，抓斗10的开启时的直径为D₁米，取料盲区3的宽度d米，卸料区2的宽度为m米，取料区1的宽度为n米，则有n＝D₀-m-d，m≥D₁，将取料盲区宽度d定义为0.2m。

大车12运行方向区域划分是根据投料口的数量进行的。本实施例中垃圾仓8有3个焚烧投料口为第一投料口4、第二投料口5、第三投料口6，故将垃圾仓8纵向分为I、II、III三个区域，分别与第一投料口4、第二投料口5、第三投料口6一一对应。

小车11运行方向的区域划分是在垃圾仓8功能区域划分的基础上，将取料区1在小车11运行方向划分为i个间距相等(间距设为k米)的区域，则有根据抓斗10大小和单次投料量来确定i与k的值。

小车11运行方向区域的宽度k主要由抓斗10开启时的直径来确定。若k＞D₁，则两相邻区域间的垃圾不能完全抓取，垃圾的余量多少由两者的差值决定，余下的垃圾必须由人工操作手动抓取，这样就造成工作效率的低下。若k＜D₁，两相邻区域抓斗抓取面积产生重合，在不影响起重机单次投料量的情况下，少量的重合有利于减少垃圾的残留；如果重合面积过大，不仅会影响抓取量，还可能增加分区数量，从而增加投料次数，严重影响投料效率。当k取最大值即k＝D₁时，小车11运行方向分区数i最小，但i必须为一整值，即有：

$\begin{array}{cc}\[\frac{D_0-m-d}{D_1}\]\≤i\≤\[\frac{D_0-m-d}{D_1}\]+1,& m\≥D_1\end{array}---\left(1\right)$

$\begin{array}{cc}k=\frac{D_0-m-d}{i},& k\≤D_1\end{array}---\left(2\right)$

由式1、2确定最佳的i、k，完成对垃圾仓8的小车11运行方向区域划分。

如图5、图6和图7所示，全自动垃圾搬运起重机的抓斗自动取料包括垃圾仓内垃圾高度的信息采集过程和垃圾的抓取点的自动获取过程。

垃圾仓8内垃圾高度的信息采集是利用激光测距传感器7检测得到的。

首先如图4将取料区等分的划分为若干区域，利用安装在起重机主梁上的激光测距传感器检测出垃圾面与激光测距传感器本身之间的距离，用激光测距传感器相对于垃圾坑底的安装高度减去检测值得到垃圾面高度值。自动投料开始前大车12行走整个行程，高度信息存储在上位机中并实时更新。

激光测距传感器7的具体安装位置如图5所示。将传感器安装起重机主梁的边缘，且与主梁中心的距离小于抓斗10张开半径。在大车12主梁下侧边缘正对每行中心线的左右两侧各设置一个激光测距传感器7，垂直安装，无论大车12投料时是左行还是右行，实现实时检测垃圾面的高度。两激光传感器的安装高度一致，两者间距比抓斗张开的直径略大。

抓取点是根据垃圾面高度信息确定的。本实施例分3种情况对取料点的选取位置进行分析。垃圾面高度分布的示意图如图6所示，垃圾坑长度为L。

抓取点可分为以下三种情况：从点③抓取，坡度较大，抓斗10容易侧翻，虽然抓斗10上带有倾斜检测装置，但抓斗10的倾斜次数过多会降低工作效率；从点②抓取，由于两侧的垃圾高度较大，抓斗10下沉时受到两侧垃圾的阻力作用，导致抓斗10顶部未能接触垃圾，减少了垃圾抓取量；从点④抓取，不仅能获得尽可能大的抓取量还能减少抓斗10侧翻的几率。所以，本发明选择将最高点作为抓取点，本实施例的抓取点为最高点④。

若最高点的位置靠近垃圾坑壁，且与垃圾坑壁间的距离小于抓斗10张开时的半径，如图6中的①，这时从最高点抓取时抓斗与垃圾坑壁会发生碰撞，必须避免这种情形发生。故本实施例在数据处理时将与垃圾仓壁距离小于的数据去除掉，即只读取大车12运行方向坐标在区间内的高度值。

本实施例结合垃圾面的高度与起重机运行路径长短来确定垃圾取料点。在大车12运行方向的区域划分基础上，规定每个投料口对应一定的区域，料口缺料时优先从对应的取料区域的最高点逐次抓取；若对应的取料区域中垃圾量比较少或无料，则从相临的区域中抓取；若一个区域中存在两点或多个点的高度相同，则先从距料口距离较近的点开始抓取。

抓斗10取料时会有一个抓取范围，抓取垃圾之后必须去除抓取范围内的高度分布信息，待大车12运行扫描后获取新的垃圾面高度。本实施例说明其必要性，取料后垃圾面高度变化示意图如图7所示。

在位置④抓取之后，若大车1正处于料口的投料范围内，这时大车12不需要移动，不能更新抓取范围内的高度信息。若保留原高度信息，则会重复的从位置④抓取，这样完全违背了取料点选取规则。将抓取范围内的高度信息剔除以后，根据激光测距传感器的安装位置，可以测得位置⑤、位置⑥的垃圾高度，位置⑤、位置⑥位于抓斗10抓取范围的边缘处。由于经抓斗10取料之后，抓取范围内的垃圾高度会从边缘逐渐下凹，抓取范围内的高度比位置⑤或位置⑥的高度要低，可以利用位置⑤、位置⑥的高度与抓取范围以外的高度值进行比较，确定下一个最高点位置。

如图8所示，说明全自动垃圾搬运起重机在自动投料作业时起升机构的速度自动规划过程。

本实施例的起重机在取料之后移向投料口的过程中，由于起升高度大，在不同位置抓取时起升机构都可以加速至满载的最大速度。本实施例将起升机构的速度规划成三个阶段，具体说明如下：

阶段1：边抓边提阶段，为了避免抓斗10因受垃圾阻力而侧翻，在抓斗10闭合过程中，起升机构以较小速度V_qmin缓慢上升。V_qmin由抓斗的闭合时间、开闭高度差确定。

阶段2：快速运行阶段，抓斗10闭合后若满足抓取量的要求，起升机构加速至满载时的最大速度V_qmax后匀速运行。

阶段3：减速停止阶段，起升机构速度由V_qmax减至0后，制动器抱闸制动。

如图9、图10、图11和图12所示，说明全自动垃圾搬运起重机在自动投料作业时小车的速度自动规划过程。

所述小车11速度的自动规划包括小车11最大运行速度和小车11相对于起升机构的启动时间两部分。

小车11行驶过程中最大速度V_xmax根据小车11起始位置距投料位置的距离S来确定，本实施例的小车运行最大速度与距料口距离的关系如图10。本实施例中小车11能达到的最大运行速度对应电机的额定转速。在变频器参数设置中，小车11电机额定转速对应50Hz频率。将小车11的速度(0～50Hz)划分6个不同的档位。

如图10所示，S₁至S₅为以相应速度行驶的最短距离。若S＜S₁，小车11以V_xmin运行，到达投料范围后，停车制动；若S₁≤S＜S₂，小车11加速到10Hz(V₁)；若S₂≤S＜S₃，小车11加速到20Hz(V₂)；若S₃≤S＜S₄，小车11加速到30Hz(V₃)；若S₄≤S＜S₅，小车11加速到40Hz(V₄)；若S≥S₅，小车11加速到50Hz(V₅)。

若能确定S₁～S₅的值，就能得到小车11在不同位置能达到的最大速度。S₁～S₅的计算表达式为：

S_n＝S_加+S_减+S_p(3)

式3中，S_加为速度由0增至对应速度V_n行驶的距离，S_减为速度由V_n减至0行驶的距离，S_P为爬行行驶距离。

本实施例参照变频器设置的斜坡曲线对S_加、S_减进行计算，小车11变频器设置的加速和减速时间均为T_bx、最大运行速度为V_bx，则有：

$S_n=\frac{V_n^2\×T_{bx}}{V_{bx}}+S_p---\left(5\right)$

本实施例中当小车11速度小于或等于V_xmin时，钢丝绳的摆角很小，不影响抓斗10的投料作业，无需防摇；当小车11速度高于V_xmin后，防摇功能激活。本实施例为保证到达投料位置时小车11方向的位置精度满足要求，小车11接近料口时以速度V_xmin爬行，到达投料位置范围后停车制动。

本实施例的小车11速度规划分成5个阶段，如图12所示，具体说明如下：

阶段1：小车未满足启动条件，小车速度为0。

阶段2：满足启动条件后，加速至最大速度V_xmax。当速度高于V_xmin后，利用变频器防摇。

阶段3：小车11以V_xmax匀速运行，匀速运行不会造成钢丝绳的摇摆，取消防摇。

阶段4：由V_xmax减速至0行驶的距离S_减，当小车11距投料位置的距离小于或等于(S_减+S_p)后小车11开始减速至V_xmin，减速过程中激活防摇。

阶段5：小车11以V_xmin爬行，到达投料范围后停车制动，取消防摇。

结合图12和图9，对启动时间进行说明。本实施例中小车11相对于起升机构的启动时间为从抓斗10从安全高度行至投料平台高度所需时间。起升机构将抓斗10提升至安全行驶高度后，带动抓斗10不断上升。抓斗10提升至投料平台高度所需时间T随抓斗10高度h的增加而减小，而小车11运行至A点的时间T′为一定值，在某一时间T≤T′后小车11启动。

抓斗10提升至投料平台高度时，起升机构可能处于匀速或减速阶段，这与投料平台的位置与规定的投料位置间的距离(H₀-H)有关。若H₀-H＞S_p，抓斗10高度高过投料平台后，起升机构处于匀速运行状态；若H₀-H≤S_p，抓斗10高度高过投料平台后，起升机构处于减速运行状态。本实施例结合图8对两种情况下的T与h的关系进行讨论：

(1)H₀-H≤S_p时， $T=\frac{(H-h)-\[S_p-(H_0-H)\]}{V}+T_q-\sqrt{\frac{2(H_0-H)T_q}{V}}$

(2)H₀-H＞S_p时，

小车11行至A点时小车的速度变化有三种情形：小车11在加速过程中、小车11在匀速过程中、小车11在减速过程中：

(1)小车1在加速过程中，则说明小车1距离A点较近。小车1与A点间的距离的(S-S₀),则S-S₀≤S_加，

(2)小车11在匀速过程中，则S_加≤S-S₀＜S-S_减-S_p。小车11匀速行驶距离为(S-S_加-S₀)，小车11行至A点的时间

(3)小车11在减速过程中，则S-S₀＞S-S_减-S_p。小车11匀速行驶距离为(S-S_加-S_减-S_p)，小车11减速距离为(S_减+S_p-S₀)。这种情况下，T'的计算比较复杂，而实际情况下小车11至A点的减速距离也较短，可将其忽略。只计算加速和匀速段的时间，则

小车11行驶过程的最大速度和相对起升的启动时间都确定之后，小车11的速度曲线就规划完成，其具体流程如图11所示。

全自动垃圾搬运起重机在自动投料作业时大车12的速度自动规划过程与小车11相似，本实施例不再赘述，其流程图如图13所示。

Claims (3)

1.一种全自动垃圾搬运起重机取料投料作业自动控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

1：判断投料口缺料信息，确定缺料口位置；

2：根据1得到的缺料口位置信息，确定抓取区域；

上述抓取区域的确定包括如下步骤：

2.1：根据垃圾仓(8)大小和抓斗(10)张开宽度，对垃圾仓(8)进行功能分区；

2.2：在2.1的基础上，将垃圾仓(8)在大车(12)运行方向等份划分若开区域；

2.3：每个投料口对应一定抓取区域，料口缺料时优先从对应区域开始取料；

3：确定抓取区域后，利用控制***实现自动取料；

上述自动取料包括如下步骤：

3.1：利用各机构绝对值编码器传送至控制***的位置信息，实现全自动垃圾搬运起重机的自动定位；

3.2：利用激光测距传感器(7)传送至控制***的垃圾面高度信息，结合取料策略，实现抓取点的自动选择；

上述取料策略包括如下步骤：

3.2.1：在2确定的抓取区域中，利用3.2的高度信息，选择区域中的最高点为抓取点；

3.2.2：若抓取区域中存在两个或两个以上高度相同的最高点，选择距投料口距离最近的点作为抓取点；

3.2.3：若抓取区域中垃圾量很少或者无料，选择相邻区域的最高点作为抓取点；

3.2.4：抓斗自动取料后，垃圾面高度值变化，待激光测距传感器(7)重新扫描垃圾面后，利用新的高度信息，按照3.2.1、3.2.2和3.2.3的方法确定下一个抓取点；

全自动垃圾搬运起重机自动定位和抓取点确定后，控制***发送指令至起升机构，实现自动取料作业；

4：自动取料后，利用抓斗(10)的高度值对起升速度进行自动规划；

上述利用抓斗(10)高度值对起升机构进行速度自动规划包括如下步骤：

4.1：对不同高度的抓取点，根据起升机构速度曲线规划不同的起升速度；

4.2：在3动作时，起升机构以较小速度缓慢提升，直至抓斗(10)完全闭合；

4.3：在4.2动作完成后，若抓取量符合要求，起升机构加速至安全高度后匀速运行；

上述抓取量要求的确定包括如下步骤：

4.3.1：当抓取量超过满载量的130％，判定抓斗(10)超载，此时规定起升机构禁止提升；

4.3.2：当抓取量不足满载量的30％，判定抓斗(10)抓取不足，此时规定抓斗(10)开斗，重复3.2后，执行4.1动作；

4.4：在起升机构按4.3动作运行至减速起始高度后，减速运行至零速，制动器抱闸制动，等待抓斗(10)打开投料；

上述减速起始高度的确定包括如下步骤：

4.4.1：利用起升机构速度曲线和4.2、4.3动作的时间，确定在4.2、4.3提升的高度；

4.4.2：利用4.4.1的高度信息和投料高度，根据速度曲线的减速过程，确定减速起始高度；

5：在起升机构提升至安全高度后，联动大车(12)、小车(11)，利用起重机与投料口的距离值和速度曲线对大车(12)、小车(11)速度进行自动规划；

上述小车(11)的速度自动规划包括如下步骤：

5.1：将小车(11)与投料口中心位置的距离划分为若干区域；

5.2：利用小车(11)与投料口中心位置的距离，计算小车(11)运行至投料口的时间；

5.3：利用5.1和5.2得到的小车(11)位置信息，根据小车(11)的速度运行曲线，确定小车(11)的最大运行速度；

5.4：利用抓斗(10)高度与投料高度的差值，根据起升机构速度变化曲线，计算起升机构将抓斗(10)提升至高于投料平台高度所需时间；

5.5：将5.2和5.4得到的时间信息进行对比，确定小车(11)的启动时间；

上述大车(12)的速度自动规划与小车(11)的速度自动规划相似，唯一不同的是在起升机构将抓斗(10)提升至安全高度后，大车(12)就可以直接启动，无需考虑启动时间；

6：按照规划的速度，将起升机构、小车(11)、大车(12)联动至投料口中心位置上方后，抓斗(10)自动打开，实现自动投料作业；

7：自动循环2～6步骤，直到投料口缺料信息消失，完成自动取料投料作业。

2.根据权利要求1所述的一种全自动垃圾搬运起重机取料投料作业自动控制方法，其特征在于：所述的安全高度根据垃圾仓(8)内的垃圾分布情况确定，以高于抓取点垃圾高度1～2米作为安全高度。

3.根据权利要求1或2所述的一种全自动垃圾搬运起重机取料投料作业自动控制方法，其特征在于：所述的投料高度的确定与投料平台高度有关，以高于投料平台高度的1～2米作为投料高度。