阅读说明：本技术 一种斗轮机定位系统及方法 (Bucket wheel machine positioning system and method ) 是由 谭建军 刘文哲 邹光球 谌志东 李志强 郑丙文 唐旭 盛长林 李号彩 戴青松 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：一种斗轮机定位系统,包括行走检测系统、回转检测系统、大臂检测单元；行走检测系统包括行走天线控制箱、行走位置检测箱、行走编码电缆；回转检测系统包括回转天线控制箱、回转位置检测箱、回转编码电缆；一种定位方法,包括(1)获取并计算行走位置信号；(2)获取并计算回转位置信号；(3)获取俯仰角信号。本发明中行走编码电缆和回转编码电缆采用传输基准线及多股传输对线组成的形式,有效的提高了测量的精度；通过电磁耦合方式采集信号,并通过分别处理行走位置信号、回转位置信号、俯仰角信号的方式,提高了系统的抗干扰能力；采用多股传输对线与传输基准线进行逐一对比的方式,运算方式简单,可以降低对处理器的要求。(A bucket wheel machine positioning system comprises a walking detection system, a rotation detection system and a large arm detection unit; the walking detection system comprises a walking antenna control box, a walking position detection box and a walking coding cable; the rotary detection system comprises a rotary antenna control box, a rotary position detection box and a rotary coding cable; a positioning method comprises (1) acquiring and calculating a walking position signal; (2) acquiring and calculating a rotation position signal; (3) and acquiring a pitch angle signal. According to the invention, the walking coding cable and the rotary coding cable adopt a form consisting of a transmission reference line and a plurality of transmission alignment lines, so that the measurement precision is effectively improved; the signal is acquired in an electromagnetic coupling mode, and the anti-interference capability of the system is improved in a mode of respectively processing a walking position signal, a rotation position signal and a pitch angle signal; the mode of comparing the multi-strand transmission line with the transmission reference line one by one is adopted, the operation mode is simple, and the requirement on a processor can be reduced.)

一种斗轮机定位系统及方法

技术领域

本发明属于料场斗轮机领域，具体涉及一种斗轮机定位系统及方法。

背景技术

斗轮机是一种大型、高效的料场机械化设备，大量应用在港口码头、能源、化工等散料堆场，用于物料的周转。

目前，市场上对斗轮机在料场的定位主要采用编码器、定位标签、卫星等方式进行定位，但是编码器定位识别率低、打滑等问题较多，造成定位偏差较大，定位标签、卫星等定位方式在料场被干煤棚覆盖后，定位信号衰减问题难以避免，也容易造成定位偏差较大。随着斗轮机无人值守完全自动化研究的成功，市场对斗轮机精准定位提出了更高的要求，对行走、回转、俯仰精度的依赖越来越高，精度越高，越能满足对斗轮机无人化的需求，现阶段的定位方式很难满足市场的需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种定位精度高的、抗干扰能力强的斗轮机定位系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种斗轮机定位系统，包括行走检测系统、回转检测系统、大臂检测单元；

所述行走检测系统包括行走天线控制箱、行走位置检测箱、行走编码电缆；所述行走编码电缆延斗轮机行走方向布置；所述行走天线控制箱延所述行走编码电缆路径运行；所述行走天线控制箱与所述行走位置检测箱电性连接，用于通过电磁耦合方式从所述行走编码电缆中获取相应位置的行走位置信号；所述行走位置检测箱用于接收所述行走天线控制箱获取的行走位置信号并处理、传输；

所述回转检测系统包括回转天线控制箱、回转位置检测箱、回转编码电缆；所述回转编码电缆延斗轮机回转方向布置；所述回转天线控制箱延所述回转编码电缆路径运行；所述回转天线控制箱与所述回转位置检测箱电性连接，用于通过电磁耦合方式从所述回转编码电缆中获取相应位置的回转位置信号；所述回转位置检测箱用于接收所述回转天线控制箱获取的回转位置信号并处理、传输；

所述大臂检测单元用于检测斗轮机的俯仰角信号并传输。

所述行走位置检测箱包括行走地址检测器、地面通讯器；所述行走地址检测器输入端与所述行走天线控制箱电性连接，输出端与所述地面通讯器电性连接。

所述回转位置检测箱包括回转地址检测器、车载通讯器；所述回转地址检测器输入端与所述回转天线控制箱电性连接，输出端与所述车载通讯器电性连接。

所述行走编码电缆的两端设置有第一首端接线箱和第一尾端接线箱；所述回转编码电缆的两端设置有第二首端接线箱和第二尾端接线箱；所述第一首端接线箱和第二首端接线箱皆用于作为信号接入；所述第一尾端接线箱用于控制所述行走编码电缆的发出磁场；所述第二尾端接线箱用于控制所述回转编码电缆的发出磁场。

所述行走编码电缆由RX传输基准线和i+1对GX传输对线组成，所述i+1对GX传输对线分别为GX0、GX1、GX2、……、GXi；所述回转编码电缆由RH传输基准线和j+1对GH传输对线组成，所述j+1对GH传输对线分别为GH0、GH1、GH2、……、GHj；所述i和j由定位精度和定位距离确定。

所述行走天线控制箱还用于通过电磁耦合的方式控制所述行走编码电缆；所述回转天线控制箱还用于通过电磁耦合的方式控制所述回转编码电缆。

一种应用上述斗轮机定位系统的定位方法，包括(1)获取并计算行走位置信号；(2)获取并计算回转位置信号；(3)通过角度传感器获取俯仰角信号。

所述行走编码电缆由RX传输基准线和i+1对GX传输对线组成，所述i+1对GX传输对线分别为GX0、GX1、GX2、……、GXi；所述回转编码电缆由RH传输基准线和j+1对GH传输对线组成，所述j+1对GH传输对线分别为GH0、GH1、GH2、……、GHj；所述i和j由定位精度和定位距离确定。

所述获取行走位置信号包括以下步骤：

S11、所述RX传输基准线和i+1对GX传输对线分别产生磁场；

S12、所述行走天线控制箱通过电磁耦合方式从所述RX传输基准线和i+1对GX传输对线产生的磁场中获取所述行走天线控制箱所在位置的电磁信号；

S13、所述行走天线控制箱将获取的电磁信号进行放大并转化为电信号传输至所述行走位置检测箱；

S14、所述行走位置检测箱对RX传输基准线转化而来的电信号和i+1对GX传输对线转化而来的电信号逐一进行对比，相位一致的记为“0”，相位相反的记为“1”，最终获得一个长度为i+1的二进制字符串；

S15、根据二进制字符串和具体的位置测量精度信息运算出当前行走位置信息，并生成最终的行走位置信号。

所述获取回转位置信号包括以下步骤：

S11、所述RH传输基准线和j+1对GH传输对线分别产生磁场；

S12、所述回转天线控制箱通过电磁耦合方式从所述RH传输基准线和j+1对GH传输对线产生的磁场中获取所述回转天线控制箱所在位置的电磁信号；

S13、所述回转天线控制箱将获取的电磁信号进行放大并转化为电信号传输至所述回转位置检测箱；

S14、所述回转位置检测箱对RH传输基准线转化而来的电信号和j+1对GH传输对线转化而来的电信号进行逐一对比，相位一致的记为“0”，相位相反的记为“1”，最终获得一个长度为j+1的二进制字符串；

S15、根据二进制字符串和具体的位置测量精度信息运算出当前回转位置信息，并生成最终的回转位置信号。

本发明实施例的有益效果：

行走编码电缆和回转编码电缆采用传输基准线及多股传输对线组成的形式，有效的提高了测量的精度；

通过电磁耦合方式采集信号，提高了系统的抗干扰能力，并通过分别采集并初步处理行走位置信号、回转位置信号、俯仰角信号的方式，进一步提高了系统的稳定性；

采用多股传输对线与传输基准线进行逐一对比的方式，并结合测量精度进行简单运算，即可得出行走和回转的位置信息，运算方式简单，可以很好的降低对处理器的要求。

附图说明

下面结合附图对本发明的

具体实施方式

做进一步的说明。

图1是本发明实施例的系统结构示意图；

图2是本发明实施例的行走检测系统结构示意图；

图3是本发明实施例的回转检测系统结构示意图；

图4是本发明实施例的行走检测箱结构示意图；

图5是本发明实施例的回转检测箱结构示意图；

图6是本发明实施例的编码电缆展开结构示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图对本发明进一步详细说明。

参考图1-5，一种斗轮机定位系统，包括行走检测系统100、回转检测系统200、大臂检测单元300；

行走检测系统100包括行走天线控制箱110、行走位置检测箱120、行走编码电缆130；行走编码电缆130延斗轮机行走方向布置；行走天线控制箱110延行走编码电缆130路径运行；行走天线控制箱110与行走位置检测箱120电性连接，用于通过电磁耦合方式从行走编码电缆130中获取相应位置的行走位置信号；行走位置检测箱120用于接收行走天线控制箱110获取的行走位置信号并处理、传输；

行走位置检测箱120包括行走地址检测器121、地面通讯器122；行走地址检测器121输入端与行走天线控制箱110电性连接，输出端与地面通讯器122电性连接。

回转检测系统200包括回转天线控制箱210、回转位置检测箱220、回转编码电缆230；回转编码电缆230延斗轮机回转方向布置；回转天线控制箱210延回转编码电缆230路径运行；回转天线控制箱210与回转位置检测箱220电性连接，用于通过电磁耦合方式从回转编码电缆230中获取相应位置的回转位置信号；回转位置检测箱220用于接收回转天线控制箱210获取的回转位置信号并处理、传输；

回转位置检测箱220包括回转地址检测器221、车载通讯器222；回转地址检测器221输入端与回转天线控制箱210电性连接，输出端与车载通讯器222电性连接。

大臂检测单元300用于检测斗轮机的俯仰角信号并传输；本实施例中，大臂检测单元300采用普通角度传感器或双模倾角传感器；

本实施例中，角度传感器具体采用TMM88A-PKC090，测量精度可以达到0.01°，比以往斗轮机定位采用的角度测量精度有了巨大提高。

行走编码电缆130的两端设置有第一首端接线箱和第一尾端接线箱；回转编码电缆230的两端设置有第二首端接线箱和第二尾端接线箱；第一首端接线箱和第二首端接线箱皆用于作为信号接入；第一尾端接线箱用于控制行走编码电缆130的发出磁场；第二尾端接线箱用于控制回转编码电缆230的发出磁场；

参考图6，行走编码电缆130由RX传输基准线和i+1对GX传输对线组成，i+1对GX传输对线分别为GX0、GX1、GX2、……、GXi；回转编码电缆230由RH传输基准线和j+1对GH传输对线组成，j+1对GH传输对线分别为GH0、GH1、GH2、……、GHj；i和j由定位精度和定位距离确定；

本实施例中，GX传输对线和GH传输对线皆采用11对。

本实施例中，定位的精度主要依行走编码电缆130和回转编码电缆230中的传输基准线及多股传输对线的精密程度而定；

本实施例中，在第一尾端接线箱中还设置有第一编码装置，用于控制行走编码电缆130的发出特定变化规律的磁场；在第二尾端接线箱中还设置有第二编码装置，用于控制回转编码电缆230的发出特定变化规律的磁场；

行走天线控制箱110和行走编码电缆130为非接触式安装；回转天线控制箱210与回转编码电缆230为非接触式安装；

本实施例中，行走天线控制箱110沿着行走编码电缆130运行，回转天线控制箱210沿着回转编码电缆230运行；

本实施例中，行走天线控制箱110在行走编码电缆130的不同位置时，行走编码电缆130的RX传输基准线和i+1对GX传输对线会产生不同的感应信号，第一编码装置采集这些信号之后会生成原始的行走位置信号，并传输给行走天线控制箱110；回转天线控制箱210在回转编码电缆230的不同位置时，回转编码电缆230的RH传输基准线和j+1对GH传输对线会产生不同的感应信号，第二编码装置采集这些信号之后会生成原始的回转位置信号，并传输给回转天线控制箱210；

行走天线控制箱110还用于放大行走位置信号；回转天线控制箱210还用于放大回转位置信号；

本实施例中，通过在行走天线控制箱110和回转天线控制箱210增加信号增强和初步预处理的措施，有效加强了行走位置信号和回转位置信号的准确性和稳定性。

行走天线控制箱110还用于通过电磁耦合的方式控制行走编码电缆130；回转天线控制箱210还用于通过电磁耦合的方式控制回转编码电缆230。

上述斗轮机定位系统还包括主控单元，主控单元分别与行走位置检测箱120、回转位置检测箱220、大臂检测单元300电性连接；

本实施例中，主控单元采用西门子S7-1200；

本实施例中，主控单元起到了集控的作用，并且可以在接收俯仰角信号、行走位置信号和回转位置信号后生成斗轮机的姿态的定位信息。

本实施例中，当系统总共只有一个编码装置时仍然能够完成对两路编码电缆的编码，以只有第一编码装置为例：第一编码装置控制行走编码电缆130产生特定磁场，同时会将控制磁场的信号通过行走位置检测箱120传输至主控单元，主控单元进一步传输至回转位置检测箱220，回转位置检测箱220通过回转天线控制箱210采用电磁耦合的方式实现对回转编码电缆230的控制，然后回转天线控制箱210再采集回转编码电缆230电磁耦合产生的磁场，实现对自身位置的确定，最终实现通过一个编码装置实现对两个编码电缆的编码。

下面简述一下本实施例的简要运行过程：

当系统开始运行时，第一编码装置控制行走编码电缆130生成特定的磁场，行走天线控制箱110会通过电磁耦合感应到所处位置的行走编码电缆130产生的磁场，行走天线控制箱110对感应到的磁场进行处理并转换为电信号，再传输至行走位置检测箱120，并由行走位置检测箱120做进一步处理生成行走位置信号，然后传输至主控单元；

同时，第二编码装置控制回转编码电缆230生成特定的磁场，回转天线控制箱210会通过电磁耦合感应到所处位置的回转编码电缆230产生的磁场，回转天线控制箱210对感应到的磁场进行处理并转换为电信号，再传输至回转位置检测箱220，并由回转位置检测箱220做进一步处理生成回转位置信号，然后传输至主控单元；

同时，大臂检测单元300中的角度传感器或倾角传感器也会采集俯仰角信号，并传输至主控单元；

主控单元在接收俯仰角信号、行走位置信号、回转位置信号之后会生成最终的斗轮机的姿态的定位信息。

上述斗轮机定位系统还包括拓展接口，本实施例中，拓展接口与主控单元连接，通过主控单元最终实现与外界的数据交互和远程控制，甚至于实现无人化操作，或为软件系统提供斗轮机轨迹查询轨迹回放等。

本实施例还可适用于条形料场斗轮堆/取料机和门式堆取料机、圆形料场堆取料机的定位。

一种应用上述的斗轮机定位系统的定位方法，包括(1)获取并计算行走位置信号；(2)获取并计算回转位置信号；(3)通过角度传感器获取俯仰角信号。

行走编码电缆130由RX传输基准线和i+1对GX传输对线组成，i+1对GX传输对线分别为GX0、GX1、GX2、……、GXi；回转编码电缆230由RH传输基准线和j+1对GH传输对线组成，j+1对GH传输对线分别为GH0、GH1、GH2、……、GHj；i和j由定位精度和定位距离确定；

(1)获取行走位置信号包括以下步骤：

S11、第一尾端接线箱控制RX传输基准线和i+1对GX传输对线分别产生磁场；

S12、行走天线控制箱110通过电磁耦合方式从RX传输基准线和i+1对GX传输对线产生的磁场中获取行走天线控制箱110所在位置的电磁信号；

S13、行走天线控制箱110将获取的电磁信号进行放大并转化为电信号传输至行走位置检测箱120；

S14、行走位置检测箱120对RX传输基准线转化而来的电信号和i+1对GX传输对线转化而来的电信号逐一进行对比，相位一致的记为“0”，相位相反的记为“1”，最终获得一个长度为i+1的二进制字符串；

S15、根据二进制字符串和具体的位置测量精度信息运算出当前行走位置信息，并生成最终的行走位置信号。

(2)获取回转位置信号包括以下步骤：

S11、第二尾端接线箱控制RH传输基准线和j+1对GH传输对线分别产生磁场；

S12、回转天线控制箱210通过电磁耦合方式从RH传输基准线和j+1对GH传输对线产生的磁场中获取回转天线控制箱210所在位置的电磁信号；

S13、回转天线控制箱210将获取的电磁信号进行放大并转化为电信号传输至回转位置检测箱220；

S14、回转位置检测箱220对RH传输基准线转化而来的电信号和j+1对GH传输对线转化而来的电信号进行逐一对比，相位一致的记为“0”，相位相反的记为“1”，最终获得一个长度为j+1的二进制字符串；

S15、根据二进制字符串和具体的位置测量精度信息运算出当前回转位置信息，并生成最终的回转位置信号。

本实施例中，行走编码电缆130和回转编码电缆230的编码方式一致，下面以行走编码电缆130为例对本实施例中定位精度进行进一步的叙述：

行走编码电缆130内部具有RX传输基准线和多组GX传输基准线，多组传输对线分别以GX0、GX1、……、GX10命名；设电缆的标准步长为W，，则GX0、GX1、……、GX10步长分别为1W、2W、……、1024W，各传输对线以各自步长为单位进行双绞，RX传输基准线在整个电缆段中不交叉；以GX0为例，经过双绞后可以形成基本长度为W/2的闭合线圈，通过第一编码装置进行进一步编码，可以在W/2长度内生成以W/40为定位精度的变化磁场；参见图6，图中竖线即为第一编码装置的编码精度，每40个竖线间隔的长度即为一个W；

那么可以简单计算出以W/40定位精度的本实施例中可定位最大行走距离为W/40*(2^11)；

从上述过程可以看出，W的距离越小精度会越高，但是在实际使用过程中，还需要考虑磁通量的变化Φ＝S*B，当W越小时，B值越必定越小，进一步会导致磁通量的变化越小，从而很难在技术上实现电磁耦合的过程，本实施例中，W可以做到200mm，即定位精度为200/40mm，即5mm；

本实施例中，具体的W值的选择需要根基实际需求进行选择。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。