一种基于AGV小车实现的辅助铜精炼系统及方法与流程

一种基于agv小车实现的辅助铜精炼系统及方法
技术领域
1.本发明涉及一种基于agv小车实现的辅助铜精炼系统及方法，属于铜精炼自动化技术领域。


背景技术：

2.铜精炼是利用某些杂质对氧的亲和力大于铜，而其氧化物又不溶于铜液等性质，通过氧化造渣或挥发除去。其过程是将液态铜加入精炼炉升温或固态铜料加入炉内熔化，然后向铜液中鼓风氧化，使杂质挥发、造渣；扒出炉渣后，用插入青木或向铜液中注入重油、石油气或氨等方法还原其中的氧化铜。还原过程中用木炭或焦炭覆盖铜液表面，以防再氧化。精炼后可铸成点解精炼所用的铜阳极或铜锭。精炼炉渣含铜较高，可返回转炉处理。
3.传统精炼作业需要人工在铜精炼炉前用一根搅拌杆对炉内的铜水进行搅拌混合，并注入用于铜精炼的氧化气体和还原气体，因铜精炼炉附近的温度极高，搅拌铜水需要耗费很大的力气，工作环境非常艰苦，且人力有限，对铜水的搅拌并不均匀，导致产出的成品品质不一。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于agv小车实现的辅助铜精炼系统及方法，利用agv小车搭载精炼杆，按照设计的轨迹运行，携带精炼杆对铜水进行搅拌，辅助精炼，大大降低了人力成本，提高成品质量。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种基于agv小车实现的辅助铜精炼系统，包括室内定位模块、agv小车以及上位终端；
7.所述室内定位模块包括设置于铜精炼炉所在的室内区域内的若干无线定位发射器，各所述无线定位发射器用于发出无线定位数据；
8.所述agv小车包括车载定位装置、驱动模块和通信模块以及辅助铜精炼杆；所述车载定位装置用于接收各所述无线定位发射器发出的无线定位数据；所述驱动模块用于驱动agv小车移动；所述通信模块用于与上位终端信息数据交互；所述辅助铜精炼杆一端与所述agv小车的车身固定连接，另一端伸入铜精炼炉，且另一端设置有搅拌装置；
9.所述上位终端包括轨迹设定模块和移动控制模块；所述轨迹设定模块用于设定并存储agv小车的移动轨迹；所述移动控制模块用于根据各无线定位数据的信号强度输出agv小车的实时位置信息，根据实时位置信息及移动轨迹计算小车沿移动轨迹行进的移动数据，并根据移动数据输出驱动指令至所述通信模块，所述通信模块将驱动指令输出至驱动模块，驱动模块根据驱动指令驱动小车移动。
10.作为优选实施方式，所述移动轨迹包括排序的若干定位点以及各定位点的位置信息；所述移动控制模块根据实时位置信息与目标定位点的位置信息计算agv小车与目标定位点之间的偏差距离，根据所述偏差距离计算移动数据；
11.其中，所述移动控制模块根据定位点的排序确定下一目标定位点。
12.作为优选实施方式，所述移动控制模块中包括一基于神经网络的定位模型，用于输出agv小车的实时位置信息；所述定位模型的训练过程为：
13.对铜精炼炉所在的室内区域的水平面建立坐标系，在室内区域选取若干采集点，获取各采集点在坐标系中的坐标；将agv小车放置在各所述采集点上，通过车载定位模块获取各无线定位发射器发出的无线定位数据的信号强度，得到实测信号强度组合；
14.为实测信号强度组合添加对应采集点的坐标作为标签坐标，生成训练样本；
15.以实测信号强度作为神经网络的输入，输出为预测的小车坐标，构建损失函数度量预测的小车坐标与标签坐标之间偏差，根据损失函数输出的损失值及标准梯度下降法对神经网络进行反向传播训练，直到神经网络输出的精度达到预设的阈值，保存网络参数，得到所述定位模型。
16.作为优选实施方式，所述无线定位发射器为rfid射频信号发生器、wifi信号发生器、蓝牙发射器中的一种或两种以上的结合。
17.作为优选实施方式，所述搅拌装置包括转动平台、电机以及两l型通气杆；所述电机固定设置在所述辅助铜精炼杆的另一端，其输出轴与所述转动平台的一端面固定连接；两l型通气杆的一端分别穿过所述转动平台并与转动平台固定连接，且两l型通气杆错位设置；所述l型通气杆内部空心，所述l型通气杆穿过转动平台的一端与气管的一端连通，所述气管的另一端沿所述辅助铜精炼杆内部延伸至agv小车，并与装载于agv小车上的气泵连接，所述气泵用于向气管输入辅助铜精炼的气体。
18.另一方面，本发明提供一种基于agv小车实现的辅助铜精炼方法，包括以下步骤：
19.在铜精炼炉所在区域内设置若干无线定位装置及agv小车，agv小车包括一辅助铜精炼杆，所述辅助铜精炼杆一端与所述agv小车的车身固定连接，另一端伸入铜精炼炉，且另一端设置有搅拌装置；
20.设定agv小车的移动轨迹；
21.通过agv小车的车载定位装置接收各所述无线定位发射器发出的无线定位数据；
22.根据各无线定位数据的信号强度输出agv小车的实时位置信息，根据实时位置信息及设定的移动轨迹计算小车沿移动轨迹行进的移动数据，并根据移动数据驱动小车移动，带动辅助铜精炼杆运动对铜精炼炉中的铜水进行搅拌精炼。
23.作为优选实施方式，所述移动轨迹包括排序的若干定位点以及各定位点的位置信息；所述根据实时位置信息及设定的移动轨迹计算小车沿移动轨迹行进的移动数据的方法具体为：
24.根据实时位置信息与目标定位点的位置信息计算agv小车与目标定位点之间的偏差距离，根据所述偏差距离计算移动数据；
25.其中，所述移动控制模块根据定位点的排序确定下一目标定位点。
26.作为优选实施方式，通过基于神经网络的定位模型输出agv小车的实时位置信息，所述定位模型的训练过程为：
27.对铜精炼炉所在的室内区域的水平面建立坐标系，在室内区域选取若干采集点，获取各采集点在坐标系中的坐标；将agv小车放置在各所述采集点上，通过车载定位模块获取各无线定位发射器发出的无线定位数据的信号强度，得到实测信号强度组合；
28.为实测信号强度组合添加对应采集点的坐标作为标签坐标，生成训练样本；
29.以实测信号强度作为神经网络的输入，输出为预测的小车坐标，构建损失函数度量预测的小车坐标与标签坐标之间偏差，根据损失函数输出的损失值及标准梯度下降法对神经网络进行反向传播训练，直到神经网络输出的精度达到预设的阈值，保存网络参数，得到所述定位模型。
30.作为优选实施方式，所述无线定位发射器为rfid射频信号发生器、wifi信号发生器、蓝牙发射器中的一种或两种以上的结合。
31.作为优选实施方式，所述搅拌装置包括转动平台、电机以及两l型通气杆；所述电机固定设置在所述辅助铜精炼杆的另一端，其输出轴与所述转动平台的一端面固定连接；两l型通气杆的一端分别穿过所述转动平台并与转动平台固定连接，且两l型通气杆错位设置；所述l型通气杆内部空心，所述l型通气杆穿过转动平台的一端与气管的一端连通，所述气管的另一端沿所述辅助铜精炼杆内部延伸至agv小车，并与装载于agv小车上的气泵连接，所述气泵用于向气管输入辅助铜精炼的气体。
32.本发明具有如下有益效果：
33.本发明一种基于agv小车实现的辅助铜精炼系统及方法，利用agv小车搭载精炼杆，按照设计的轨迹运行，携带精炼杆对铜水进行搅拌，辅助精炼，大大降低了人力成本，提高成品质量。
附图说明
34.图1为本发明实施例一的系统原理框图；
35.图2为本发明实施例一中系统布置在铜精炼炉所在区域的示意图；
36.图3为本发明实施例一中agv小车的结构示意图；
37.图4为本发明实施例一中l型通气杆旋转后的agv小车的结构示意图；
38.图5为本发明实施例一中搅拌装置的结构示意图；
39.图6为本发明实施例二的方法流程图。
40.图中附图标记为：
41.1、铜精炼炉；2、agv小车；20、辅助铜精炼杆；21、搅拌装置；211、壳体；212、双轴电机；213、l型通气杆；214、气管；3、无线定位发射器。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
44.应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
45.术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
46.术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
47.实施例一：
48.参见图1和图2，一种基于agv小车实现的辅助铜精炼系统，包括室内定位模块、agv小车2以及上位终端；
49.所述室内定位模块包括设置于铜精炼炉1所在的室内区域内的若干无线定位发射器3，各所述无线定位发射器3用于发出无线定位数据；
50.所述agv小车2包括车载定位装置、驱动模块和通信模块、辅助铜精炼杆20，以及用于供电的电源模块等必要部分；所述车载定位装置用于接收各所述无线定位发射器3发出的无线定位数据；所述驱动模块用于驱动agv小车2移动，本实施例中驱动模块为履带式行进组件；所述通信模块用于与上位终端信息数据交互，用于上传各无线定位发射器3发出的无线定位数据，并接收上位终端发出的指令；所述辅助铜精炼杆20一端与所述agv小车2的车身固定连接，另一端伸入铜精炼炉1，且另一端设置有搅拌装置21，通过搅拌装置21对铜精炼炉1中的铜水进行搅拌精炼；
51.所述上位终端包括轨迹设定模块和移动控制模块；所述轨迹设定模块用于设定并存储agv小车2的移动轨迹；所述移动控制模块用于根据各无线定位数据的信号强度输出agv小车2的实时位置信息，根据实时位置信息及移动轨迹计算小车沿移动轨迹行进的移动数据，并根据移动数据输出驱动指令至所述通信模块，所述通信模块将驱动指令输出至驱动模块，驱动模块根据驱动指令驱动小车移动。
52.本实施例通过上位终端设定agv小车2的移动轨迹，首先保存agv小车2的home位和工作起点位，home位即agv小车2在不工作时的停放位置，保证agv小车2每次工作结束时回到停放位置，进行充电，工作起点位需要人工测定，挪动agv小车2，使辅助铜精炼杆20恰好垂直伸入铜精炼炉1的位置即为工作起点位；开始工作时，agv小车2会从home位移动至工作起点位，将辅助铜精炼杆202放入铜精炼炉1，再根据移动轨迹进行运动，移动轨迹是人为设定的模仿人工进行精炼作业时精炼杆的运动轨迹，通常是不同方向的前后往复运动，也可根据需要自行设定；agv小车2按设定好的移动轨迹进行运动，即可带动辅助铜精炼杆20进行运动，从而通过搅拌装置21对铜液进行搅拌，辅助精炼。
53.作为本实施例的优选实施方式，所述移动轨迹包括排序的若干定位点以及各定位点的位置信息，例如一个移动轨迹包括1～20号定位点，每一定位点均包含了位置信息；所述移动控制模块根据实时位置信息与目标定位点的位置信息计算agv小车2与目标定位点之间的偏差距离，根据所述偏差距离计算移动数据；
54.所述移动控制模块根据定位点的排序确定下一目标定位点，在本实施例中，设定了两定位点间的移动周期t，没经过一次周期t，则认为已到达上一序号的定位点，以下一序号的定位点为目标定位点；例如agv小车2到达起始工作位后，经过周期t，开始以序号为1的定位点作为目标定位点，进行移动，再经过周期t后，以序号为2的定位点作为目标定位点，以此类推，当到达目标定位点为最后一序号的定位点后，经过周期t重新以序号为1的定位点作为下一目标定位点，进行循环。
55.作为本实施例的优选实施方式，所述移动控制模块中包括一基于神经网络的定位模型，用于输出agv小车2的实时位置信息；所述定位模型的训练过程为：
56.对铜精炼炉1所在的室内区域的水平面建立坐标系，在室内区域选取若干采集点，获取各采集点在坐标系中的坐标(xn，yn)；将agv小车2放置在各所述采集点上，通过车载定位模块获取各无线定位发射器3发出的无线定位数据的信号强度，得到实测信号强度组合；
57.为实测信号强度组合添加对应采集点的坐标作为标签坐标，生成训练样本；
58.以实测信号强度作为神经网络的输入，输出为预测的小车坐标，构建损失函数度量预测的小车坐标与标签坐标之间偏差，根据损失函数输出的损失值及标准梯度下降法对神经网络进行反向传播训练，直到神经网络输出的精度达到预设的阈值，保存网络参数，得到所述定位模型。
59.作为本实施例的优选实施方式，所述无线定位发射器3为rfid射频信号发生器、wifi信号发生器、蓝牙发射器中的一种或两种以上的结合。
60.参见图3至图5，作为本实施例的优选实施方式，所述搅拌装置21包括转动平台211、电机212以及两l型通气杆213；所述电机212固定设置在所述辅助铜精炼杆20的另一端；本实施例中，电机212为步进电机，电机212的控制电路板设置在小车上，电机212与控制电路板之间通过电缆连接，电缆埋在辅助铜精炼杆20内部，电机212的输出轴与所述转动平台211的一端面固定连接；两l型通气杆213的一端分别穿过所述转动平台211并与转动平台211固定连接，且两l型通气杆213错位设置；所述l型通气杆213内部空心，所述l型通气杆213穿过转动平台211的一端与气管214的一端连通，所述气管214的另一端沿所述辅助铜精炼杆20内部延伸至agv小车2，并与装载于agv小车2上的气泵连接，所述气泵用于向气管214输入辅助铜精炼的气体，例如富氧空气、天然气、液化气等等。在本实施例中，非工作状态下两l型通气杆213与辅助铜精炼杆20处于同一水平面，当agv小车2到达工作起始位后，上位终端发出工作指令至通信模块，通信模块接收通信指令并传输至控制电路板，控制电路板控制电机212动作，带动两l型通气杆213转动至与辅助铜精炼杆20垂直。
61.实施例二：
62.参见图6，一种基于agv小车2实现的辅助铜精炼方法，包括以下步骤：
63.在铜精炼炉1所在区域内设置若干无线定位装置及agv小车2，agv小车2包括一辅助铜精炼杆20，所述辅助铜精炼杆20一端与所述agv小车2的车身固定连接，另一端伸入铜精炼炉1，且另一端设置有搅拌装置21；
64.设定agv小车2的移动轨迹；
65.通过agv小车2的车载定位装置接收各所述无线定位发射器3发出的无线定位数据；
66.根据各无线定位数据的信号强度输出agv小车2的实时位置信息，根据实时位置信息及设定的移动轨迹计算小车沿移动轨迹行进的移动数据，并根据移动数据驱动小车移动，带动辅助铜精炼杆20运动对铜精炼炉1中的铜水进行搅拌精炼。
67.作为优选实施方式，所述移动轨迹包括排序的若干定位点以及各定位点的位置信息；所述根据实时位置信息及设定的移动轨迹计算小车沿移动轨迹行进的移动数据的方法具体为：
68.根据实时位置信息与目标定位点的位置信息计算agv小车2与目标定位点之间的
偏差距离，根据所述偏差距离计算移动数据；
69.其中，所述移动控制模块根据定位点的排序确定下一目标定位点。
70.作为优选实施方式，通过基于神经网络的定位模型输出agv小车2的实时位置信息，所述定位模型的训练过程为：
71.对铜精炼炉1所在的室内区域的水平面建立坐标系，在室内区域选取若干采集点，获取各采集点在坐标系中的坐标；将agv小车2放置在各所述采集点上，通过车载定位模块获取各无线定位发射器3发出的无线定位数据的信号强度，得到实测信号强度组合；
72.为实测信号强度组合添加对应采集点的坐标作为标签坐标，生成训练样本；
73.以实测信号强度作为神经网络的输入，输出为预测的小车坐标，构建损失函数度量预测的小车坐标与标签坐标之间偏差，根据损失函数输出的损失值及标准梯度下降法对神经网络进行反向传播训练，直到神经网络输出的精度达到预设的阈值，保存网络参数，得到所述定位模型。
74.作为优选实施方式，所述无线定位发射器3为rfid射频信号发生器、wifi信号发生器、蓝牙发射器中的一种或两种以上的结合。
75.作为优选实施方式，所述搅拌装置21包括转动平台211、电机212以及两l型通气杆213；所述电机212固定设置在所述辅助铜精炼杆20的另一端，其输出轴与所述转动平台211的一端面固定连接；两l型通气杆213的一端分别穿过所述转动平台211并与转动平台211固定连接，且两l型通气杆213错位设置；所述l型通气杆213内部空心，所述l型通气杆213穿过转动平台211的一端与气管214的一端连通，所述气管214的另一端沿所述辅助铜精炼杆20内部延伸至agv小车2，并与装载于agv小车2上的气泵连接，所述气泵用于向气管214输入辅助铜精炼的气体。
76.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。