干散货发货机器人规则发货模式下保证单斗抓取量的方法设计

常懿 朱领龙 于继明

摘 要：干散货发货是发货系统的难题，因现场环境恶劣、工况安装条件限制，现场采用规则抓矿能减少3D生成、路径规划、盲点数据补偿等带来大量的开销，且简洁易实现，适合工业级发货应用。规则发货模式对每斗抓取的效果要求较高，每斗之间既不能产生较大的抓空操作，又要保证抓取的重量在一定范围。因此，研究工况限制条件下，相邻位的位置关系与抓取误差的计算，直接关系到抓取的效果。文中根据实际现场数据，建立数学模型进行推理计算，研究相邻抓取位与抓空之间的关系，为实际的系统应用提供了计算方法与参考模型。

关键词：干散货发货;发货机器人;规则抓取;相邻位误差估计;数学模型;单斗抓取

中图分类号：TP241;G642文献标识码：A文章编号：2095-1302（2019）09-00-03

0 引 言

在工业干散货发现现场，因现场条件复杂、工况条件及安装条件的限制，当前基本还是采用全人工发货或信息辅助条件下人工发货方式。要实现自动化发货、干散货，首先要解决科学、合理的抓取规则，保证稳定的抓取效果。本文将以梅山矿业公司发货需求，结合常见的工况条件，建立数学模型，研究、设计干散货规则发货方法中相邻位的位置关系及抓空误差限制条件，并以实际工况数据做样本进行分析，得出每斗抓取效果的误差限制模型及参数关系。

1 发货业务需求及工况限制条件

干散货的发货受到干散货表面动态变化、极不规则分布等原因的限制，基本是人工发货或辅助半自动化[1]。干散货自动装运一直是行业应用难度较大的课题，近2年来，有些学者及工程技术人员做了一些研究。任博士团队研究设计了船用遥控式抓斗的应用仿真系统，用于培训与教学，并未就真实工况进行研究[2]。王研究员设计了码头自动化方案，并在實践上做了研究与尝试，但在抓取量、抓取方法设计上，还需要进一步研究。其是全自动的装运系统要解决的稳定的抓取问题，要保证每斗装运的效果不能低于规定的吨位，并且每斗之间可能因位置关系造成抓空的最大重量限制在一定范围。其中抓取位置同时受到抓斗大小、堆料分布的限制，如果设计不合理，会造成超抓、少抓或空抓取的情况，不能满足工业级稳定发货需求。典型的干散货发货场景及关键要素如图1所示。

2 最大抓空误差模型及关系研究

2.1 业务场景定义

根据图1场景，发货算法场景定义如图2所示。

由图4可知，二者之间呈线性关系，二者距离越远，则抓空占比越小，中心越近，抓空占比越大。由此可知，如果两斗之间要稳定在一定的误差范围，则要根据式（3）计算相邻的两斗中心位置之间的距离关系。假设抓取散装物密度为4.8 t/m3，如果每斗抓空的误差最大不能超过600 kg，则根据计算，两次抓取中心位置距离就不低于3 m。

3 结 语

根据干散货规则发货方式下发货效果要求，以梅山典型的发货现场为例，研究设计最大抓空误差限制条件下，相邻两斗抓取距离与抓取最大误差之间的关系，并以现场数据进行计算分析，给出最大误差限制条件下规则抓取方法，为实际应用提供了计算模型与经验数据。

注：本文通讯作者为于继明。

参 考 文 献

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