扦样机的多维力监测及受力反馈方法、装置、设备及存储介质与流程

本技术涉及粮食扦样检测，尤其涉及一种扦样机的多维力监测及受力反馈方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、随着粮食仓储物流行业自动化水平的提升，导轨式扦样机被广泛应用于车厢内粮食堆的自动抽样检测作业中。在实际扦样场景下，扦样机需要驱动取样杆从粮面以上位置垂直下扦至粮食堆内部以获取样本，下扦过程中取样杆会持续受到来自粮食颗粒的挤压、摩擦以及可能存在的异物阻挡等外部载荷作用。为确保取样杆结构安全并准确获取样本，扦样机需具备感知取样杆在下扦过程中实际受力状态的能力，以便及时识别异常受力工况并采取相应控制措施。

2、目前现有导轨式扦样机仅配备沿取样杆轴向的单向力传感器，仅能监测取样杆下扦时受到的垂直方向阻力，无法获取取样杆在水平面内两个正交方向上的受力信息以及绕水平两轴的扭矩信息，导致控制系统对取样杆在粮食内部承受的弯折载荷缺乏完整感知。由于缺少对取样杆弯矩和水平剪力的监测手段，扦样机无法判断取样杆是否因触碰硬质异物或粮食密度不均而产生过大的水平方向弯曲变形，也无法区分下扦阻力异常增大是源自正常触底还是异常阻挡，因而在取样杆已发生塑性弯曲变形或下扦路径上存在障碍物时，控制系统仍按预设行程继续驱动取样杆下行。

3、因此，如何有效识别扦样机的取样杆弯折风险，是目前亟待解决的技术问题。

4、上述内容仅用于辅助理解本技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种扦样机的多维力监测及受力反馈方法、装置、设备及存储介质，旨在解决如何有效识别扦样机的取样杆弯折风险的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术提出一种扦样机的多维力监测及受力反馈方法，所述方法应用于扦样机，所述扦样机包括行走轨和取样杆，所述方法包括：驱动所述取样杆在目标扦样点执行扦样动作，并在执行所述扦样动作的过程中，获取取样杆受力参数和取样杆高度，其中，所述取样杆受力参数包括x轴力、y轴力、z轴力、x轴扭矩和y轴扭矩，平行于所述行走轨的方向为x轴，垂直于所述行走轨的方向为y轴，平行于所述取样杆的方向为z轴；基于所述取样杆受力参数和所述取样杆高度，得到取样杆工作状态；基于所述取样杆工作状态和所述取样杆受力参数，确定目标安全指标；在所述目标安全指标不满足预设安全条件时，控制所述取样杆终止所述扦样动作。

3、在一实施例中，所述基于所述取样杆受力参数和所述取样杆高度，得到取样杆工作状态，包括：

4、获取扦样起始高度；

5、基于所述x轴力和所述y轴扭矩建立并求解第一平衡方程，得到x轴等效集中力和x轴取样杆头部集中力；

6、基于所述y轴力和所述x轴扭矩建立并求解第二平衡方程，得到y轴等效集中力和y轴取样杆头部集中力；

7、基于所述x轴等效集中力和所述y轴等效集中力，得到等效集中力；

8、基于所述x轴取样杆头部集中力和所述y轴取样杆头部集中力，得到取样杆头部集中力；

9、基于所述扦样起始高度、所述取样杆高度、所述等效集中力、所述取样杆头部集中力和z轴力，得到取样杆当前工作状态。

10、在一实施例中，所述基于所述取样杆工作状态和所述取样杆受力参数，确定目标安全指标，包括：

11、在所述取样杆工作状态为第一预设状态时，基于所述取样杆受力参数，得到目标组合应力，将所述目标组合应力作为目标安全指标；

12、在所述取样杆工作状态为第二预设状态时，基于所述取样杆受力参数，得到取样杆重心在预设平面上的投影长度，将所述投影长度作为目标安全指标。

13、在一实施例中，基于所述取样杆受力参数，得到目标组合应力，包括：

14、获取取样杆的材料力学参数和截面参数；

15、基于所述材料力学参数、所述x轴扭矩、所述y轴扭矩，得到目标正应力；

16、基于所述x轴力、所述y轴力、所述材料力学参数和所述截面参数，得到目标切应力；

17、基于所述目标正应力和所述目标切应力，得到目标组合应力。

18、在一实施例中，基于所述取样杆受力参数，得到取样杆重心在预设平面上的投影长度和z轴力变化率，包括：

19、获取取样杆自重；

20、基于所述取样杆自重、所述x轴扭矩和所述y轴扭矩建立力学方程；

21、求解所述力学方程，得到取样杆重心在预设平面上的投影长度。

22、在一实施例中，所述在所述目标安全指标不满足预设安全条件时，控制所述取样杆终止所述扦样动作之后，还包括：

23、基于所述目标扦样点的不同时刻的z轴力，得到z轴力变化率；

24、在所述z轴力变化率大于等于预设变化率阈值时，获取第一预设高度阈值和第二预设高度阈值，其中，所述第一预设高度阈值小于所述第二预设高度阈值；

25、在基于所述取样杆高度小于等于所述第一预设高度阈值时，确定所述取样杆触底；

26、在基于所述取样杆高度大于等于所述第二预设高度阈值时，确定所述取样杆触及异物；

27、在所述取样杆高度大于所述第一预设高度阈值且所述取样杆高度小于所述第二预设高度阈值时，确定所述目标扦样点无效，并重新设置扦样点。

28、在一实施例中，所述扦样机还包括测距传感器、力传感器和视觉传感器；

29、所述驱动所述取样杆在目标扦样点执行扦样动作，并在执行所述扦样动作的过程中，获取取样杆受力参数和取样杆高度，包括：

30、驱动所述取样杆在目标扦样点执行扦样动作，并在执行所述扦样动作的过程中，获取驱动脉冲数量、测距传感器采集的扦样起始高度和力传感器采集的取样杆受力参数，其中，所述目标扦样点基于所述视觉传感器采集的扦样范围生成；

31、基于所述驱动脉冲数量，得到取样杆下降高度；

32、基于所述取样杆下降高度和所述扦样起始高度，得到取样杆高度。

33、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种扦样机的多维力监测及受力反馈装置，所述扦样机的多维力监测及受力反馈装置包括：

34、采集模块，用于驱动所述取样杆在目标扦样点执行扦样动作，并在执行所述扦样动作的过程中，获取取样杆受力参数和取样杆高度，其中，所述取样杆受力参数包括x轴力、y轴力、z轴力、x轴扭矩和y轴扭矩，平行于所述行走轨的方向为x轴，垂直于所述行走轨的方向为y轴，平行于所述取样杆的方向为z轴；

35、判断模块，用于基于所述取样杆受力参数和所述取样杆高度，得到取样杆工作状态；

36、确定模块，用于基于所述取样杆工作状态和所述取样杆受力参数，确定目标安全指标；

37、终止模块，用于在所述目标安全指标不满足预设安全条件时，控制所述取样杆终止所述扦样动作。

38、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种扦样机的多维力监测及受力反馈设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序配置为实现如上文所述的扦样机的多维力监测及受力反馈方法的步骤。

39、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述的扦样机的多维力监测及受力反馈方法的步骤。

40、此外，为实现上述目的，本技术还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述的扦样机的多维力监测及受力反馈方法的步骤。

41、本技术驱动取样杆在目标扦样点执行扦样动作，并在执行所述扦样动作的过程中，获取取样杆受力参数和取样杆高度，其中，所述取样杆受力参数包括x轴力、y轴力、z轴力、x轴扭矩和y轴扭矩，平行于所述行走轨的方向为x轴，垂直于所述行走轨的方向为y轴，平行于所述取样杆的方向为z轴；基于所述取样杆受力参数和所述取样杆高度，得到取样杆工作状态；基于所述取样杆工作状态和所述取样杆受力参数，确定目标安全指标；在所述目标安全指标不满足预设安全条件时，控制所述取样杆终止所述扦样动作。由于获取的受力参数覆盖了扦样机在取样杆下扦过程中的三维空间完整受力信息，使得控制系统能够基于受力信息与高度信息的耦合解算来判定取样杆当前所处的受力工况，并据此确定用于评估结构安全性的目标安全指标。当该目标安全指标不满足预设安全条件时即控制取样杆终止扦样动作，实现了对取样杆弯曲变形风险的有效识别与主动保护，避免了取样杆因过载弯折而造成的设备损坏。