焦炉大车自动驾驶定位方法与流程

1.本发明属于焦化行业焦炉大车自动化技术领域，具体涉及一种焦炉大车自动驾驶定位方法。


背景技术：

2.在焦炉生产作业过程中，焦炉四大车的定位精度和可靠性关系到焦炭生产效率和系统安全。焦炉大车定位不准会造成推焦、装煤、拦焦、熄焦等过程发生故障，甚至造成事故。提供一种稳定性好、精度高的定位方式成为焦炉大车自动化控制领域的迫切需求。
3.现有的焦炉大车定位方式一部分采用人工控制，工人劳动强度大，工作环境恶劣，易出现误操作；另一部分采用自动化定位系统，多采用以下技术路线：码牌 增量式旋转编码器定位装置,利用增量式旋转编码器进行精确定位，间断布置的码牌和光电开关进行炉号识别，实现位置的粗测量，同时码牌和光电开关检测的位置信息对增量式旋转编码器数据进行校正。但此种方案不能在行程的全程对编码器进行校正，无法全程识别大车所在位置；另外，焦炉大车移动时，车轮易出现打滑现象，车轮打滑时，电机带动车轮在转动，而实际是车轮在打滑没有移动，或者移动距离与安装在电机上的增量式旋转编码器检测出来的实际距离不相符，导致定位不准确。


技术实现要素：

4.鉴于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种焦炉大车自动驾驶定位方法，该方法解决人工控制劳动强度大，易出现误操作问题；同时解决现有自动化定位系统安装施工难度大、定位不准、抗环境干扰能力差、不能全程对编码器进行校正及车轮打滑不能精准定位的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种焦炉大车自动驾驶定位方法，该方法利用焦炉大车自动驾驶定位系统，所述系统包括焦炉、大车、视觉相机、炉号牌、驱动装置、旋转编码器、轨道、地址检测器、激光雷达、伺服运动控制系统；其中，所述焦炉的一侧设有轨道，大车在轨道上运动，在焦炉与大车相邻一侧的炉壁上设有炉号牌，炉号牌为多个，多个所述的炉号牌沿大车运行方向分别设置在不同的焦炉的炉壁上，每个炉号牌上印刷有与其相对应的焦炉的炉号数字；
7.所述大车车体一侧设有视觉相机，视觉相机与安装在焦炉上面的炉号牌平行相对；大车底部设有车轮，车轮由驱动装置驱动，所述驱动装置的伺服电机上设有旋转编码器；
8.所述激光雷达安装在大车的后端，轨道朝向激光雷达的一端安装雷达反光膜；
9.所述自动驾驶定位方法具体包括以下步骤：
10.步骤1、手动移动大车到第1个炉号焦炉所在的位置，校零完成后第1个炉号的绝对式旋转编码器位置设定为0，同时将激光雷达的当前距离设定为第1个炉号的激光雷达位置；之后手动移动大车到第2个炉号焦炉所在的位置，对位正确后将绝对式旋转编码器当前
位置设定为第2个炉号的位置，同时将激光雷达的当前距离设定为第2个炉号的激光雷达位置；以此类推，直到最后一个炉号焦炉所在的位置设定完成，实现每个炉号焦炉之间的距离设定；
11.步骤2、利用伺服运动控制系统控制大车运动，伺服运动控制系统接到走行指令信息后，确认需要定位的计划炉号；
12.步骤3、伺服运动控制系统根据视觉相机识别出大车当前所在炉号信息，用需定位的计划炉号的激光雷达位置－当前炉号的激光雷达位置建立的x轴坐标系信息，计算对比得出大车走行的距离值，确定大车走行方向，若计算的距离值为正，则大车前进；若计算的距离值为负，则大车后退；
13.步骤4、伺服运动控制系统根据计算的大车走行的距离值控制大车驱动装置按照给定的距离值前进或者后退到指定的位置；大车行走过程中，绝对式旋转编码器随伺服电机旋转，记录电机旋转圈数，ssi编码器模块根据车轮周长及电机旋转圈数计算出大车的走行距离sb；与此同时，激光雷达实时监视大车的走行距离sc，伺服运动控制系统实时校验sb与sc是否在允许的误差范围内；若是，则控制大车继续走行，到达指定位置后大车停止；若否，则伺服运动控制系统判断出车轮出现打滑现象，执行步骤5；
14.步骤5、伺服运动控制系统计算车轮打滑的距离sa，判断车轮打滑的距离sa是否小于伺服运动控制系统定位叠加距离的阈值s
th
；若是，则执行步骤6；反之，则执行步骤7；
15.sa＝sb－sc16.步骤6、伺服运动控制系统调整大车走行的距离值，以车轮打滑的距离sa作为补偿数据，自动加上车轮打滑的距离做叠加定位，消除误差，同时继续控制大车走行，到达指定位置后大车停止；
17.步骤7、伺服运动控制系统自动切换到jog点动模式运行，利用伺服运动控制系统设定的减速度计算出大车从接受到停止命令到大车完全停止走行的距离so；判断大车走行方向，若大车前进，则当激光雷达实时监测的位置＝定位的计划炉号的激光雷达位置－so时，伺服运动控制系统发出停止指令；若大车后退，则当激光雷达实时监测的位置＝定位的计划炉号的激光雷达位置 so时，伺服运动控制系统发出停止指令；当大车停止时，若激光雷达实时监测的位置在设定的炉号的激光雷达位置允许误差范围内，则定位完成；
18.步骤8、在大车行驶到达设定位置时，伺服运动控制系统将视觉相机采集到的炉号与设定炉进行对比，进一步确定对位是否准确，若不准确，则可以报警提醒。
19.作为本发明的优选，沿大车运行方向还设置格雷母线编码电缆，大车上设置地址检测器，地址检测器沿大车运行全程采集的格雷母线编码电缆位置数据用于监视大车运行距离；
20.在大车行走过程中，当大车运行距离超过起始炉号与最后炉号位置时，地址检测器向伺服运动控制系统发出紧急停车命令，伺服运动控制系统控制大车紧急停止。
21.作为本发明的优选，所述伺服运动控制系统包括中央控制器，所述激光雷达实时监控大车走行距离，所述视觉相机用于识别并读取炉号牌，所述旋转编码器为绝对式旋转编码器，用于记录电机旋转圈数，激光雷达、视觉相机和绝对式旋转编码器均与中央控制器连接。
22.作为本发明的优选，所述驱动装置根据伺服运动控制系统计算出的走行距离驱动
大车行走，实现精准定位走行，驱动装置包括伺服驱动器、伺服电机、联轴器、减速器；所述视觉相机为工业相机，带有自动调焦功能，工业相机上面带有光源。
23.作为本发明的优选，步骤s4计算对比得出大车移动的距离值时，用步骤s2设定的第i个炉号的激光雷达距离-第j个炉号的激光雷达距离；其中，第i个炉号为当前大车所在焦炉的炉号位置，第j个炉号为计划大车走行至焦炉的炉号位置，根据该值的正、负来确定大车前进或后退。
24.作为本发明的优选，sc＝|激光雷达实时监测的位置－大车走行前识别的大车所在炉号的激光雷达位置|或sc＝|大车走行前识别的大车所在炉号的激光雷达位置－激光雷达实时监测的位置|。
25.本发明的优点和有益效果：
26.(1)本发明提供的驾驶定位系统设置带有位置数据的激光雷达，利用激光雷达数据沿大车行走路线建立一套x轴坐标系，视觉相机沿大车运行，利用全程采集的炉号牌判定大车所处炉号，从而准确计算大车走行距离，然后通过伺服运动控制系统来控制大车驱动装置对大车进行定位，大车走行过程中，绝对式旋转编码器和激光雷达精确测定大车行走距离，两值实时校正可以确保大车定位精度。
27.(2)本发明提供的驾驶定位系统安装施工难度小、定位准、抗环境干扰能力强。
28.(3)本发明提供的驾驶定位方法当绝对式旋转编码器和激光雷达测定的大车行走距离不在允许的误差范围内时，利用通过绝对式旋转编码器与激光雷达计算的数据可以及时计算并补偿打滑距离，解决现有焦炉大车因车轮打滑不能精准定位的问题。
29.(4)本发明提供的驾驶定位方法当打滑距离超过阈值时自动切换jog点动模式运行，计算出大车从接受到停止命令到大车完全停止走行的距离，之后控制大车行驶到指定位置后发出停止指令，此种方式控制简单，且定位准确；当大车停止时，利用激光雷达实时监测的位置与设定的炉号的激光雷达位置可以进一步校验定位是否准确，若在允许误差范围内，则表示定位完成。
30.(5)本发明提供的驾驶定位方法在大车到达设定位置时，视觉相机采集到的炉号牌可以用于校验定位炉号是否正确，进一步保障定位准确性。
31.(6)发明提供的驾驶定位方法每次定位完成后自动对编码器进行校零以消除车轮打滑等因素产生的误差。
32.(7)本发明格雷母线编码电缆实时监控大车运行情况，若发现超过定位距离则发出紧急停车保障大车安全运行。
附图说明
33.图1为本发明焦炉大车自动驾驶定位系统的结构示意图；
34.图2为本发明焦炉大车自动驾驶定位方法的流程图。
具体实施方式
35.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实
施例，都属于本技术保护的范围。
36.实施例1
37.如图1所示，本发明提供一种焦炉大车自动驾驶定位系统，包含焦炉1、大车2、视觉相机3、炉号牌4、驱动装置5、格雷母线编码电缆6、旋转编码器7、轨道8、地址检测器9、激光雷达10、伺服运动控制系统12；
38.其中，所述焦炉1的一侧设有轨道8，大车2在轨道8上运动，在焦炉1与大车2相邻一侧的炉壁上设有炉号牌4，炉号牌4为多个，多个所述的炉号牌4沿大车2运行方向分别设置在不同的焦炉1的炉壁上，每个炉号牌4上印刷有与其相对应的焦炉1的炉号数字，即1号焦炉的炉号牌4上印刷有1，2号焦炉的炉号牌4上印刷有2，3号焦炉的炉号牌4上印刷有3，以此类推；
39.所述大车2车体一侧设有视觉相机3，视觉相机3与安装在焦炉1上面的炉号牌4平行相对；大车2底部设有车轮11，车轮11由驱动装置5驱动，驱动装置5包括伺服驱动器、伺服电机、联轴器、减速器，所述伺服电机上设有旋转编码器7；沿大车2运行方向还设置格雷母线编码电缆6，大车2上设置地址检测器9，地址检测器9沿大车运行全程采集的格雷母线编码电缆位置数据用于监视大车运行距离；
40.所述激光雷达10安装在大车2的后端，轨道8朝向激光雷达10的一端安装雷达反光膜13，雷达反光膜13与激光雷达10配合实现大车走行距离的精准测定。
41.本实施例中，所述伺服运动控制系统包括中央控制器，所述激光雷达10实时监控大车走行距离，所述视觉相机3用于识别并读取炉号牌4上的炉号数字，所述旋转编码器7用于记录电机旋转圈数，激光雷达10、视觉相机3、旋转编码器7和地址检测器9均与中央控制器电连接。
42.本实施例中，1号焦炉1为距离雷达反光膜13最远的焦炉，设置在大车2行进方向的最前端，激光雷达10测得的距离最大。
43.进一步，本实施例中，所述视觉相机3为工业相机，带有自动调焦功能，工业相机上面带有光源；所述旋转编码器7为绝对式旋转编码器；所述大车为焦炉大车。
44.进一步，本实施例中，所述驱动装置5根据伺服运动控制系统12计算出的走行距离驱动大车2行走，实现精准定位走行。
45.实施例2
46.如图2所示，本实施例利用实施例1所述的定位系统实现对焦炉大车自动驾驶定位，具体驾驶定位方法为：
47.步骤1、手动移动大车到第1个炉号焦炉所在的位置，校零完成后第1个炉号的绝对式旋转编码器位置设定为0，同时将激光雷达的当前距离设定为第1个炉号的激光雷达位置；之后手动移动大车到第2个炉号焦炉所在的位置，对位正确后将绝对式旋转编码器当前位置设定为第2个炉号的位置，同时将激光雷达的当前距离设定为第2个炉号的激光雷达位置；以此类推，直到最后一个炉号焦炉所在的位置设定完成，实现每个炉号焦炉之间的距离设定；
48.步骤2、利用伺服运动控制系统控制大车运动，伺服运动控制系统接到走行指令信息后，确认需要定位的计划炉号；
49.步骤3、伺服运动控制系统根据视觉相机识别出大车当前所在炉号信息，用需定位
的计划炉号的激光雷达位置－当前炉号的激光雷达位置建立的x轴坐标系信息，计算对比得出大车走行的距离值，确定大车走行方向，若计算的距离值为正，则大车前进；若计算的距离值为负，则大车后退；
50.步骤4、伺服运动控制系统根据计算的大车走行的距离值控制大车驱动装置按照给定的距离值前进或者后退到指定的位置；大车行走过程中，绝对式旋转编码器随伺服电机旋转，记录电机旋转圈数，ssi编码器模块根据车轮周长及电机旋转圈数计算出大车的走行距离sb；与此同时，激光雷达实时监视大车的走行距离sc，伺服运动控制系统实时校验sb与sc是否在允许的误差范围内；若是，则控制大车继续走行，到达指定位置后大车停止；若否，则伺服运动控制系统判断出车轮出现打滑现象，执行步骤5；
51.步骤5、伺服运动控制系统计算车轮打滑的距离sa，判断车轮打滑的距离sa是否小于伺服运动控制系统定位叠加距离的阈值s
th
；若是，则执行步骤6；反之，则执行步骤7；
52.sa＝sb－sc53.步骤6、伺服运动控制系统调整大车走行的距离值，以车轮打滑的距离sa作为补偿数据，自动加上车轮打滑的距离做叠加定位，消除误差，同时继续控制大车走行，到达指定位置后大车停止；
54.步骤7、伺服运动控制系统自动切换到jog点动模式运行，利用伺服运动控制系统设定的减速度计算出大车从接受到停止命令到大车完全停止走行的距离so；判断大车走行方向，若大车前进，则当激光雷达实时监测的位置＝定位的计划炉号的激光雷达位置－so时，伺服运动控制系统发出停止指令；若大车后退，则当激光雷达实时监测的位置＝定位的计划炉号的激光雷达位置 so时，伺服运动控制系统发出停止指令；当大车停止时，若激光雷达实时监测的位置在设定的炉号的激光雷达位置允许误差范围内，则定位完成；
55.步骤8、在大车行驶到达设定位置时，伺服运动控制系统将视觉相机采集到的炉号与设定炉进行对比，进一步确定对位是否准确，若不准确，则可以报警提醒。
56.本实施例中，激光雷达实时监测的位置、当前炉号的激光雷达位置、定位的计划炉号的激光雷达位置均是指通过激光雷达测定的大车所在位置距离雷达反光膜的距离值。
57.本实施例中，步骤s3计算对比得出大车移动的距离值时，用步骤s2设定的第i个炉号的激光雷达位置-第j个炉号的激光雷达位置；其中，第i个炉号为当前大车所在焦炉的炉号位置，第j个炉号为定位的计划大车走行至焦炉的炉号位置，根据该值的正、负来确定大车前进或后退。
58.本实施例激光雷达实时监视大车的走行距离sc计算时与大车走行方向有关，若大车前进，则sc＝激光雷达实时监测的位置－大车走行前识别的大车所在炉号的激光雷达位置；若大车后退，则sc＝大车走行前识别的大车所在炉号的激光雷达位置－激光雷达实时监测的位置，即：sc＝|激光雷达实时监测的位置－大车走行前识别的大车所在炉号的激光雷达位置|或sc＝|大车走行前识别的大车所在炉号的激光雷达位置－激光雷达实时监测的位置|。
59.进一步，本实施例中，在大车行走过程中，当大车运行距离超过起始炉号与最后炉号位置时，地址检测器向伺服运动控制系统发出紧急停车命令，伺服运动控制系统控制大车紧急停止，保障大车安全运行。
60.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限
制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。