装车系统和方法与流程

1.本技术涉及通信技术，尤其涉及一种装车系统和方法。


背景技术：

2.水泥、沙子等散装物资在产出后，还需通过大型交通工具进一步转运。大宗散装物质在装车过程中，依靠人工检验车辆信息，工人在车间上方的观察室内指挥车辆移动，并根据车厢内物资的高度位置，控制散装机进行装料。
3.以上人工装车作业模式精度有限，且需要消耗现场工人的大量精力，会导致工作效率下降，容易引发事故。同时，开放的车厢无法抑制粉尘的散播，大量粉尘会对一线工人的身体造成损害，故亟须实现装车自动化，避免工人进入现场工作，提升装车效率。现有的自动化装料方案，需要对场地进行改造，加装地磅等重型设备，改造过程中需考虑场地限制，且改造费用高昂。


技术实现要素：

4.本技术提供一种装车系统和方法，旨在利用成本较低且易于安装的传感器装置实现自动化装车。
5.本技术一实施例提供一种装车系统，包括：车辆信息获取模块、车辆引导模块、下料模块和控制模块；
6.其中，车辆引导模块、下料模块和车辆信息获取模块均与控制模块连接；
7.车辆信息获取模块用于采集车辆的属性信息和位置信息，下料模块获取下料信息，控制模块用于根据车辆的位置信息和车辆的属性信息生成车辆引导信号，车辆引导模块在车辆引导信号控制下工作，提示车辆行驶位置；
8.控制模块用于根据下料信息生成下料控制信号；下料模块在下料控制信号控制下工作，向车辆的车斗中装载物料。
9.在一实施例中，车辆信息获取模块包括：第一激光雷达；
10.第一激光雷达布置于车辆装载区域的后方区域，第一激光雷达的输出端与控制模块的输入端连接；
11.第一激光雷达用于采集位于第一激光雷达前方车辆的第一点云数据，控制模块接收车辆的第一点云数据，根据车辆的第一点云数据和车辆的尺寸信息生成车辆的位置信息，并根据车辆的位置信息和车辆的属性信息生成车辆引导信号。
12.在一实施例中，控制模块具体用于：
13.根据第一激光雷达采集的第一点云数据和车辆的尺寸信息获得车辆的头部与第一激光雷达之间距离，以及车辆的尾部与第一激光雷达之间的距离；
14.根据车辆的头部与第一激光雷达之间距离，车辆的尾部与第一激光雷达之间的距离，以及不同位置的距离条件确定车辆是否进入车辆装载区域；并根据确定结果生成车辆引导信号。
15.在一实施例中，控制模块具体用于：
16.对第一点云数据进行坐标转换，获得大地坐标系下的第二点云数据；
17.根据车辆的尺寸信息对第二点云数据进行车尾点云提取，获得第三点云数据；
18.对第三点云数据进行车尾区域提取和边界拟合处理，获得车尾区域的拟合线；根据车尾区域的拟合线获得车辆的尾部与第一激光雷达之间的距离，并根据车辆的尺寸信息获得车辆的头部与第一激光雷达之间的距离。
19.在一实施例中，车辆引导模块包括声光报警器；控制模块具体用于：
20.在车辆进入车辆装载区域时生成停车指令，声光报警器在停车指令的控制下生成停车提示信号；在车辆超过车辆装载区域时生成后退指令，声光报警器在后退指令的控制下生成后退提示信号；在车辆未进入车辆装载区域时生成前进指令，声光报警器在前进指令的控制下生成前进提示信号。
21.在一实施例中，下料模块包括：下料量传感器以及下料机；
22.下料量传感器与控制模块连接；下料量传感器用于采集下料量；
23.控制模块用于在下料量满足车辆移动条件时，生成表示车辆移动的提示信号；并实时接收车辆的位置信息，根据两次获得的位置信息确定车辆的移动量，根据车辆的移动量和车辆的步进阈值生成表示车辆位置的提示信号。
24.在一实施例中，下料模块还包括：下料口位置传感器；下料口位置传感器与控制模块连接；
25.控制模块用于在确定车辆移动到指定位置时生成下降指令，下降指令控制下料机的下料口下降；下料口位置传感器采集下料口的实时位置信息，控制模块接收下料口的实时位置信息，并在下料口的实时位置信息达到预设下降位置时生成停止下降指令。
26.本技术另一实施例提供一种装车方法，装车系统包括车辆信息获取模块、车辆引导模块、下料模块和控制模块，方法应用于控制模块，方法包括：
27.接收车辆信息获取模块获取的车辆的属性信息、车辆的位置信息以及下料模块获取的下料信息；
28.根据车辆的位置信息、车辆的属性信息以及下料信息生成下料控制信号和车辆引导信号；
29.车辆引导信号用于控制车辆引导模块向车辆提示行驶位置；下料信息用于控制下料模块向车辆的车斗中装载物料。
30.在一实施例中，装车方法中的车辆信息获取模块包括：第一激光雷达；第一激光雷达布置于车辆装载区域的后方区域；
31.根据车辆的位置信息、车辆的属性信息以及下料信息生成下料控制信号和车辆引导信号，具体包括：
32.根据第一激光雷达采集的第一点云数据和车辆的尺寸信息获得车辆的头部与第一激光雷达之间距离，以及车辆的尾部与第一激光雷达之间的距离；
33.根据车辆的头部与第一激光雷达之间距离，车辆的尾部与第一激光雷达之间的距离，以及不同位置的距离条件确定车辆是否进入车辆装载区域；并根据确定结果生成车辆引导信号。
34.在一实施例中，装车方法中第一激光雷达采集的第一点云数据和车辆的尺寸信息
获得车辆的尾部与第一激光雷达之间的距离，具体包括：
35.对第一点云数据进行坐标转换，获得大地坐标系下的第二点云数据；
36.根据车辆的尺寸信息对第二点云数据进行车尾点云提取，获得第三点云数据；
37.对第三点云数据进行车尾区域提取和边界拟合处理，获得车尾区域的拟合线；根据车尾区域的拟合线获得车辆的尾部与第一激光雷达之间的距离,并根据车辆的尺寸信息获得车辆的头部与第一激光雷达之间的距离。
38.本技术提供一种装车系统和方法，装车系统包括车辆信息获取模块、车辆引导模块、下料模块和控制模块；车辆信息获取模块、车辆引导模块和下料模块均与控制模块相连，装车方法应用在控制模块中；车辆信息获取模块中读写装置和激光雷达用于采集车辆的属性信息和位置信息，控制模块根据车辆的属性信息和位置信息生成车辆引导信号，引导车辆移动。当车辆进入车辆装载区域时，下料模块获取下料信息，控制模块根据下料信息生成下料控制信号，控制下料模块向车辆的车斗中装载物料，当每堆物料满足下料量时，引导车辆前移步进，下料模块继续装载物料，循环以上步进、装载过程直至车辆前移至结束下料位置或装载量达到车辆装载阈值。
附图说明
39.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
40.图1为本技术一实施例提供的装车系统的结构示意图；
41.图2为本技术一实施例提供的激光雷达布置示意图；
42.图3为本技术一实施例提供的控制模块对车尾识别与测距的流程图；
43.图4为本技术一实施例提供的控制模块确定车辆头部与第一激光雷达之间距离的示意图；
44.图5为本技术一实施例提供的下料模块构成及装载物料的示意图；
45.图6为本技术一实施例提供的装车方法的流程图。
46.通过上述附图，已示出本技术明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本技术构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本技术的概念。
具体实施方式
47.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
48.现有的自动化装车控制方案中，通过地磅计算装车道上车辆车厢内的装车量，引导车辆移动位置，直至完成装车。该自动化装料方案需要对装车场地进行改造，加装地磅等重型设备，改造过程中受场地限制，同时各类设备成本也较高。
49.基于上述问题，本技术提供一种装车系统和方法，旨在实现易于改造且成本较低的自动化装料系统。本技术的技术构思是：在车辆装载区域内布置传感器以获取车辆位置
信息，结合车辆位置信息以及流量传感器获取的车厢物料装载情况，引导车辆移动，并控制下料装置释放物料，车辆在步进过程中装填物料，直至完成装载。
50.如图1所示，本技术一实施例提供一种装车系统，该装车系统包括车辆信息获取模块200、车辆引导模块300、下料模块400和控制模块100。
51.其中，车辆引导模块300、下料模块400和车辆信息获取模块200均与控制模块100连接。
52.车辆信息获取模块200用于采集车辆的属性信息和位置信息，下料模块400获取下料信息，控制模块100用于根据车辆的位置信息和车辆的属性信息生成车辆引导信号，车辆引导模块300在车辆引导信号控制下工作，提示车辆行驶位置。
53.车辆的属性信息至少包括车牌号、车头长宽高、车斗长宽高，车辆装载阈值、车辆步进阈值、每堆装载物料的高度阈值和体积阈值，以上信息在装车前已提前录入射频卡中，车辆信息获取模块200通过读写器读取射频卡，获取射频卡中的车辆属性信息。
54.车辆位置信息是依据布置在车辆装载区域的传感器所获取的相对位置信息，控制模块100在获取车辆位置信息后，还要根据车辆装载阈值、车辆步进阈值等车辆属性信息，才能生成车辆引导信号。
55.控制模块100用于根据下料信息生成下料控制信号；下料模块400在下料控制信号控制下工作，向车辆的车斗中装载物料。
56.本技术一实施例提供一种装车系统，车辆信息获取模块包括：第一激光雷达；
57.第一激光雷达布置于车辆装载区域的后方区域，第一激光雷达的输出端与控制模块的输入端连接。
58.例如：如图2所示，第一激光雷达即为车辆识别与测距装置，当第一激光雷达布置在车辆装载区域后方时，主要负责车辆尾部正面识别与测距，并可以根据车辆尺寸获得车辆头部与第一激光的距离。当车辆车身过长，一个单线激光雷达无法准确定位时，还可以将第二激光雷达布置于车辆装载区域的前方区域，使第一激光雷达与第二激光雷达的连线方向平行于车辆前进方向，两个雷达的扫描平面垂直于地面，此时，第二激光雷达负责车辆头部正面识别与测距，两个激光雷达的距离应满足整个装车过程中至少一个雷达可以进行识别与测距。
59.第一激光雷达用于采集位于第一激光雷达前方车辆的第一点云数据，控制模块接收车辆的第一点云数据，根据车辆的第一点云数据和车辆的尺寸信息生成车辆的位置信息，并根据车辆的位置信息和车辆的属性信息生成车辆引导信号。
60.第一激光雷达采集的点云数据为二维有序点云数据，经过滑动中止滤波处理后，即为第一点云数据，控制模块根据车辆的第一点云数据以及车头、车斗的长宽高信息可以生成车辆的位置信息，并根据车辆的位置信息和车辆装载阈值、车辆步进阈值等属性信息生成车辆引导信号。
61.在上述技术方案中，使用激光雷达作为车辆识别与测距的装置，根据激光雷达采集的第一点云数据和车辆车头、车斗的长宽高尺寸信息可以生成车辆位置信息，并根据车辆位置信息和车辆属性信息生成车辆引导信号。同时，还可以根据实际的需求改变激光雷达布置的位置和数量，识别与测距的装置还可以替换为双目摄像机等其他具有相同功能的设备。
62.如图3所示，本技术一实施例提供一种装车系统，控制模块用于处理第一点云数据，具体步骤如下：
63.s101、对第一点云数据进行坐标转换，获得大地坐标系下的第二点云数据。
64.例如：第一点云数据用p1表示，p1为二维有序极坐标数据。以雷达中心为原点，x轴竖直向下，y轴水平指向车辆，建立直角坐标系，根据转换公式x＝r cosθ，y＝r sinθ，可以将p1极坐标转换至该直角坐标系下，获得第二点云数据p2。
65.s102、根据车辆的尺寸信息对第二点云数据进行车尾点云提取，获得第三点云数据。
66.例如：在直角坐标系下，车尾在y轴水平方向上对应的初始位置为y
max
，结束位置为y
min
，车尾在x轴竖直方向上对应的最高点为x
max
，最低点为x
min
。对p2中y不在(y
min
,y
max
)，x不在(x
min
,x
max
)的点云数据进行过滤，获得第三点云数据p3。
67.s103、对第三点云数据进行车尾区域提取和边界拟合处理，获得车尾区域的拟合线；根据车尾区域的拟合线获得车辆的尾部与第一激光雷达之间的距离，并根据车辆的尺寸信息获得车辆的头部与第一激光雷达之间的距离。
68.在该步骤中，可以通过动态阈值的方法判断撕裂点，对第三点云数据进一步进行分割，提取车尾区域，根据车尾区域的拟合线计算车尾到第一激光雷达中心的距离，根据车头和车斗的尺寸计算车辆的头部与第一激光雷达中心的距离。
69.例如：首先，在p3的极坐标空间下，设两相邻点为pj和p
j 1
，两者之间的夹角为θj，则pj与p
j 1
之间的撕裂点阈值为mj＝2rjsinθj，根据撕裂点阈值公式可依次求出所有点的撕裂点阈值；
70.两相邻点pj和p
j 1
之间的距离为当mj＞mj时，pj即为撕裂点，根据以上规则，可依次求出所有撕裂点。因为第三点云数据p3由有序的第一点云数据转换提取而来，因此也是有序的，以撕裂点为分割点，可以将第三点云数据p3分割为多个区域{c1，c2，...，cn}；
71.从{c1，c2，...，cn}中可以获取各区域的点云数量{n1，n2，...，nn}，点云区域cj中点云数量的最大值nj大于设定的阈值n时，则可以初步判断该点云区域cj为车尾点云；
72.由于车尾正面近似垂直于地面，故点云区域cj的点云数据所拟合的直线斜率应近似于0，假设cj的拟合直线为l，直线l的斜率为kj，若kj小于设定的斜率阈值k，则可进一步确定点云区域cj为车尾点云；
73.在确定的直角坐标系下，根据拟合直线l即可计算获得车辆的尾部到第一激光雷达之间的距离，再根据车辆的尺寸信息计算车辆头部到第一激光雷达之间的距离。
74.在上述技术方案中，控制模块接收第一激光雷达采集的第一点云数据，对第一点云数据进行转换提取等变换，根据点云区域拟合直线判断车尾区域，并根据拟合线计算获取车尾与第一激光雷达之间的距离，该相对距离用于生成车辆的位置信息。
75.本技术一实施例提供一种装车系统，控制模块具体用于：
76.根据第一激光雷达采集的第一点云数据和车辆的尺寸信息获得车辆的头部与第一激光雷达之间距离，以及车辆的尾部与第一激光雷达之间的距离。
77.例如：如图4所示，车辆装载时进入一个狭窄的通道，该通道可以起到左右限位的
作用，因此可以只在车辆前进方向上进行定位。车头长度为l1,车斗长度为l2，根据第一激光雷达采集的第一点云数据可以获取车尾到第一激光雷达中心的距离为d1，第一激光雷达扫描平面与第一激光雷达所在水平面l的夹角为a1，车辆尾部正面在水平面l上的投影与第一激光雷达之间的距离为d1cosa1，因此可以计算获得车辆头部正面在水平面l上的投影与第一激光雷达之间的距离为：d1cosa1 l1 l2。
78.根据车辆的头部与第一激光雷达之间距离，车辆的尾部与第一激光雷达之间的距离，以及不同位置的距离条件确定车辆是否进入车辆装载区域；并根据确定结果生成车辆引导信号。
79.车辆装载区域固定，因此，可以通过车辆的头部与第一激光雷达之间距离，车辆的尾部与第一激光雷达之间的距离，以及不同位置的距离条件来确定车辆在装载通道中的具体位置，由此判断是否进入车辆装载区域，并根据结果生成车辆引导信号。
80.在上述技术方案中，控制模块根据第一激光雷达采集的第一点云数据获取车辆尾部到第一激光雷达中心的距离，并根据车头以及车斗的尺寸进一步确定车辆头部与第一激光雷达之间的距离。依靠车辆的位置信息及不同位置的距离条件，判断车辆是否进入车辆装载区域，从而生成车辆引导信号。
81.本技术一实施例提供一种装车系统，车辆引导模块包括声光报警器，控制模块具体用于：
82.在车辆进入车辆装载区域时生成停车指令，声光报警器在停车指令的控制下生成停车提示信号；在车辆超过车辆装载区域时生成后退指令，声光报警器在后退指令的控制下生成后退提示信号；在车辆未进入车辆装载区域时生成前进指令，声光报警器在前进指令的控制下生成前进提示信号。
83.例如：声光报警器有红黄绿三种灯光，可发出嗡鸣声，当车辆进入车辆装载区域时，声光报警器亮红灯并嗡鸣提醒，指引车辆停车；当车辆超过车辆装载区域时，声光报警器亮黄灯，指引车辆后退；当车辆未进入车辆装载区域时，声光报警器亮绿灯，引导车辆前移。
84.本技术一实施例提供一种装车系统，下料模块包括：下料量传感器、下料机以及下料口传感器。其中，下料量传感器和下料口传感器均与控制模块连接，下料量传感器用于采集下料量。
85.控制模块确定车辆移动到指定位置时生成下降指令，下降指令控制下料机的下料口下降；下料口位置传感器采集下料口的实时位置信息，控制模块接收下料口的实时位置信息，并在下料口的实时位置信息达到预设下降位置时生成停止下降指令。
86.例如：如图5所示，使用点激光雷达作为下料口位置传感器，控制模块确定车辆移动到指定位置时生成下料指令，控制下料机的下料口下降，当点激光雷达采集到的数据表明下料口实时位置达到预设下降位置时，控制模块生成停止下降指令。
87.控制模块用于在下料量满足车辆移动条件时，生成表示车辆移动的提示信号；并实时接收车辆的位置信息，根据两次获得的位置信息确定车辆的移动量，根据车辆的移动量和车辆的步进阈值生成表示车辆位置的提示信号。
88.例如：如图5所示，使用流量计作为下料量传感器，流量计实时监测下料量，当流量计数据达到每堆物料流量阈值时，控制模块生成停止下料指令。此时下料量满足车辆移动
条件，控制模块生成车辆移动提示信号。控制模块根据实时位置信息确定车辆移动量，控制模块根据车辆移动量与车辆步进阈值的关系，生成相应指令控制声光报警器引导车辆。当车辆移动量小于车辆步进阈值时，声光报警器亮绿灯，引导车辆前移至移动量达到车辆步进阈值；当车辆移动量等于车辆步进阈值时，声光报警器亮红灯并嗡鸣提醒，指引车辆停车；当车辆移动量大于车辆步进阈值时，声光报警器亮黄灯，指引车辆后退。
89.在上述技术方案中，控制模块在确定车辆移动到指定位置时，生成下降指令控制下料机的下料口下降，根据下料口位置传感器采集下料口实时位置信息，当下料口实时位置达到预设下降位置时，下料口停止下降，下料机开始下料。根据下料量传感器判断每堆物料是否达到下料阈值，满足每堆下料条件后，控制模块生成引导指令，声光报警器依据引导指令指引车辆前移至移动量达到车辆步进阈值。
90.如图6所示，本技术一实施例提供一种装车方法，装车系统包括车辆信息获取模块、车辆引导模块、下料模块和控制模块，该方法应用于控制模块，具体步骤如下：
91.s201、接收车辆信息获取模块获取的车辆的属性信息、车辆的位置信息以及下料信息。
92.其中，车辆属性信息提前录入射频卡，车辆信息获取模块使用读写器直接读写即可；车辆的位置信息根据车辆信息获取模块中的第一激光雷达所采集的第一点云数据和车辆尺寸信息生成；下料信息由下料模块获取。
93.s202、根据车辆的位置信息、车辆的属性信息以及下料信息生成下料控制信号和车辆引导信号。
94.其中，根据车辆的位置信息判断车辆是否进入车辆装载区域，当车辆未进入车辆装载区域时，车辆引导信号指引车辆前移。当车辆进入车辆装载区域后，根据车辆的位置信息、车辆装载阈值、车辆步进阈值、每堆物料体积阈值等车辆属性信息以及下料信息生成下料控制信号和车辆引导信号。下料控制信号控制下料机的下料口实时位置以及每堆物料的流量。
95.s203、车辆引导信号用于控制车辆引导模块向车辆提示行驶位置；下料信息用于控制下料模块向车辆的车斗中装载物料。
96.其中，当车辆引导信号提示车辆行驶位置位于车辆装载区域时，下料模块中下料机的下料口在下料控制信号控制下下降至预设位置，并根据下料控制信号向车辆的车斗中装载物料，当每堆物料满足下料量后，车辆引导信号指示车辆按照车辆步进阈值前移，下料模块继续向车辆的车斗中装载物料。循环下料、步进操作直至车辆前移至结束下料位置或装载量达到车辆装载阈值。
97.在上述技术方案中，控制模块利用车辆信息获取模块采集车辆的属性信息和位置信息，利用下料模块获取下料信息。控制模块根据以上信息生成车辆引导信号以及下料控制信号，依靠车辆引导信号以及下料控制信号在下料、步进的循环过程中完成物料装载。
98.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
99.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求书来限制。