CN109677824A - 全自动无人行车线缆盘仓储管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，建立仓库三维空间模型进行仓库规划，在行车的横梁中段下方安装全局相机和三维激光扫描仪，在行车的夹具上安装多干个局部相机，行车上安装车载终端；全局相机拍摄仓库全局视频，在监控界面显示；中心服务器发送入库任务，采用数据标签识别装置沿路径扫描运输车辆，获取各线缆盘的数据标签并发送至仓储数据库；仓储数据库获取数据标签后，中心服务器发送指令至车载终端，车载终端控制行车将线缆盘依次吊装至指定货位，仓储数据库更新所获取数据标签对应的货位信息。本发明的方法可提高仓储效率；减少人工成本，适应仓储智能化的发展需求。
Description
技术领域
本发明涉及全自动无人行车线缆盘仓储管理方法。
背景技术
对电网公司仓库室外堆场现存储物资种类进行分析，比较适合通过行车装卸的线缆类物资主要分为架空绝缘导线、钢绞线、低压电力电缆及电力电缆四种，四种线缆均使用线缆盘存储。在行车控制夹具装卸线缆盘过程中，现有技术大都通过视频监控结合人力操作完成。但在人力操作的效率已经很难满足仓储智能化的发展需求，为实现行车的全自动化控制，需要提供一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供全自动无人行车线缆盘仓储管理方法。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，包括：
S100.基于仓库实体空间尺寸在仓储数据库中建立仓库三维空间模型进行三维空间标识，用于仓库规划；仓库三维空间模型中按照行列高进行空间划分，行为行车行驶方向，列为行车吊具移动方向，高度为线缆预设层数；每行和列之间空间为最大线缆尺寸加上行车吊具作业空间；在空间划分的行列高处设置三维空间标识，即行列高坐标；空间划分获取的各单元依次对应为仓库三维空间模型的货位；
S200.在行车的横梁中段下方安装全局相机和三维激光扫描仪，在行车的夹具上安装多干个局部相机，行车上安装车载终端；全局相机拍摄仓库全局视频，在监控界面显示；
S300.中心服务器发送入库任务，采用数据标签识别装置沿路径扫描运输车辆，获取各线缆盘的数据标签并发送至仓储数据库；仓储数据库获取数据标签后，中心服务器发送指令至车载终端，车载终端控制行车将线缆盘依次吊装至指定货位，仓储数据库更新所获取数据标签对应的货位信息；
S400.中心服务器发送出库任务，发送信息中包括数据标签；中心服务器根据数据标签获取仓储数据库的货位信息，并发送至中心服务器；中心服务器发送指令至车载终端，车载终端控制行车将线缆盘依次吊装至出库口，仓储数据库更新货位信息，完成出库。
进一步的，所述S200还包括：在监控界面叠加仓库三维空间模型。
进一步的，所述S200还包括：在车载终端上安装定位装置，实时获取行车的位置信息，并在仓库三维空间模型中叠加显示，模拟行车的行车轨迹。
进一步的，所述S300中，数据标签识别装置扫描路径如下：
对于横向摆放的线缆盘，数据标签识别装置沿运输车辆绕行一周，识别线缆盘的数据标签；
对于纵横交错摆放的线缆盘，数据标签识别装置先沿横向摆放的线缆盘路径移动，之后沿纵向摆放的线缆盘路径移动，识别线缆盘的数据标签。
进一步的，所述数据标签中存储线缆的参数信息，包括线缆型号、长度、重量、供货厂商信息；数据标签识别装置识别数据标签后，将数据标签包含的参数信息存储至仓储数据库。
进一步的，所述S300中，中心服务器基于入库任务单和数据标签识别装置发送的数据标签信息进行入库货位分配，包括：按顺序进行货位分配、按统一型号进行货位分配、按订货批次进行货位分配、按线缆属性项目优先级进行货位分配或用户指定规则分配。
进一步的，所述方法还包括，在行车的吊具上安装编码器，夹具上安装重力传感器；车载终端接收编码器、重力传感器发送的数据并发送至中心服务器，获取吊具高度信息和载重数据，进行线缆盘盘点。
进一步的，所述方法还包括，还包括，在车载终端上安装定位装置，基于定位装置的定位信息、编码器获取的吊具高度信息及重力传感器的载重数据进行线缆盘吊装执行进度判断，流程如下：
S10.车载终端对比重力传感器当前载重数据及前一时刻的载重数据，如果负载发生变化，跳转S40，否则跳转S20；
S20.基于吊具高度信息判断是否存在吊起或吊下动作，如果没有，则基于车载终端上的定位装置获取行车位置信息，进行方向判断；
S30.进行任务匹配，如果有匹配的入库或出库任务，则计算行车应前进方向，并更新方向提示，结束判断流程；否则跳转S60；
S40.基于吊具高度信息判断是否存在吊起或吊下动作，如果存在吊起或吊下动作，则进行行车作业判断；
S50.进行任务匹配，如果有匹配的入库或出库任务，则更改作业执行状态，更新作业显示，并上传行车作业，结束判断流程；否则跳转S60；
S60.结束。
进一步的，车载终端控制行车将线缆盘依次吊装至指定货位的步骤如下：
S310.获取全局相机采集的线缆盘全局视频，设定线缆盘图像特定部位特征，通过寻找线缆盘全局视频中符合定义的线缆盘图像特定部位特征的方式来进行粗定位，获取线缆盘的粗略位置；
S320.通过三维激光扫描仪扫描线缆盘的粗略位置处，获取点云数据；对点云数据进行平面分割，将点集划分为平面集和非平面集；
S330.利用先验知识，基于RanSaC算法从平面分割的结果中筛选可能包含线缆的潜在平面集：通过RanSaC算法拟合出平面两侧的边线，计算其宽度，如果其宽度和线缆本身宽度的差超出了一定的范围，则认为其是不相关平面，剔除不相关平面后获取潜在平面集；
S340.基于滑动模板匹配获取潜在平面集中匹配度最高的平面，其坐标即线缆盘的三维坐标；
S350.将线缆盘的三维坐标反馈至车载终端，控制指引行车行驶到相应位置，行车起吊夹具下降到相应高度；
S360.获取多个局部相机采集的线缆盘局部视频，识别线缆盘中心可抓取位置，将行车起吊夹具移动到可抓取位置，完成线缆盘起吊。
本发明的管理方法可提高仓储效率；以存储18盘直径250cm，盘宽140cm低压电力电缆为例，现有行车存储模式需设立人行通道，假设通道宽度90cm，则18盘低压电力电缆共需堆场面积90㎡。采用本发明的管理方法，两排线缆盘之间距离缩短至30cm，存储同样数量的低压电力电缆，只需提供72㎡的室外堆场，节省20％的堆场面积，大大提升电力仓库物资存储的效率；全自动的入库出库管理，减少了人工成本，同时也降低了人工操作的风险和劳动强度；适应仓储智能化的发展需求。
附图说明
图1是本发明仓储规划三维空间标识示意图；
图2是本发明入库流程图；
图3是本发明出库流程图；
图4是本发明执行进度判断流程图；
图5是本发明点云数据平面分割的流程图；
图6是本发明滑动模板匹配的流程图；
图7是本发明行车装置结构示意图；
图8是本发明夹具平面主视结构示意图；
图9是本发明夹具侧视结构示意图；
图10是本发明夹具立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例说明本发明方法实施方式。
本发明的方法流程如下：
S100.仓库规划；
如图1所示，为了最大限度有效利用库存的空间，基于仓库实体空间尺寸在仓储数据库中建立仓库三维空间模型进行三维空间标识，用于仓库规划；仓库三维空间模型中按照行列高进行空间划分，行为行车行驶方向，列为行车吊具移动方向，高度为线缆预设层数；每行和列之间空间为最大线缆尺寸加上行车吊具作业空间；在空间划分的行列高处设置三维空间标识，即行列高坐标；空间划分获取的各单元依次对应为仓库三维空间模型的货位；
S200.在行车的横梁中段下方安装全局相机和三维激光扫描仪，在行车的夹具上安装多干个局部相机，行车上安装车载终端；全局相机拍摄仓库全局视频，在监控界面显示；在监控界面叠加仓库三维空间模型；在车载终端上安装定位装置，实时获取行车的位置信息，并在仓库三维空间模型中叠加显示，模拟行车的行车轨迹。
S300.入库；入库流程如图2所示；
中心服务器发送入库任务，采用数据标签识别装置沿路径扫描运输车辆，获取各线缆盘的数据标签并发送至仓储数据库；
数据标签识别装置的扫描路径为：
对于横向摆放的线缆盘，数据标签识别装置沿运输车辆绕行一周，识别线缆盘的数据标签；
对于纵横交错摆放的线缆盘，数据标签识别装置先沿横向摆放的线缆盘路径移动，之后沿纵向摆放的线缆盘路径移动，识别线缆盘的数据标签。
数据标签中存储线缆的参数信息，包括线缆型号、长度、重量、供货厂商信息；数据标签识别装置识别数据标签后，将数据标签包含的参数信息存储至仓储数据库。
中心服务器基于入库任务单和数据标签识别装置发送的数据标签信息进行入库货位分配，包括：按顺序进行货位分配、按统一型号进行货位分配、按订货批次进行货位分配、按线缆属性项目优先级进行货位分配或用户指定规则分配。
仓储数据库获取数据标签后，中心服务器发送指令至车载终端，车载终端控制行车将线缆盘依次吊装至指定货位，仓储数据库更新所获取数据标签对应的货位信息；
S400.出库；出库流程如图3所示；
中心服务器发送出库任务，发送信息中包括数据标签；中心服务器根据数据标签获取仓储数据库的货位信息，并发送至中心服务器；中心服务器发送指令至车载终端，车载终端控制行车将线缆盘依次吊装至出库口，仓储数据库更新货位信息，完成出库。
所述方法还包括，在行车的吊具上安装编码器，夹具上安装重力传感器；车载终端接收编码器、重力传感器发送的数据并发送至中心服务器，获取吊具高度信息和载重数据，进行线缆盘盘点。入库、出库其间，基于车载终端定位装置的定位信息、吊具高度信息及重力传感器的载重数据进行线缆盘吊装执行进度判断，流程如图4所示：
S10.车载终端对比重力传感器当前载重数据及前一时刻的载重数据，如果负载发生变化，跳转S40，否则跳转S20；
S20.基于吊具高度信息判断是否存在吊起或吊下动作，如果没有，则基于车载终端上的定位装置获取行车位置信息，进行方向判断；
S30.进行任务匹配，如果有匹配的入库或出库任务，则计算行车应前进方向，并更新方向提示，结束判断流程；否则跳转S60；
如果有更新作业执行状态后结束任务，否则跳转S40；
S40.基于吊具高度信息判断是否存在吊起或吊下动作，如果存在吊起或吊下动作，则进行行车作业判断；
S50.进行任务匹配，如果有匹配的入库或出库任务，则更改作业执行状态，更新作业显示，并上传行车作业，结束判断流程；否则跳转S60；
S60.结束。
入库、出库时车载终端控制行车装置吊装线缆盘的流程如下，其中全局相机、局部相机、三维激光扫描仪的安装方式参照实施例2的行车装置；
S100.获取第一相机8采集的线缆盘全局视频，设定线缆盘图像特定部位特征，通过寻找线缆盘全局视频中符合定义的线缆盘图像特定部位特征的方式来进行粗定位，获取线缆盘的粗略位置；其中，第一相机21拍摄时，将行车起吊夹具移动至边缘远离第一相机处；
S200.通过三维激光扫描仪7扫描线缆盘的粗略位置处，获取点云数据；对点云数据进行平面分割，将点集划分为平面集和非平面集；
点云分割的步骤具体如图5所示：
201.按照点云中点的相邻关系将点云划分为子窗口；
202.根据子窗口中点集的三维形状将其划分为平面和非平面两类，分割出已分类点集，分别加入平面集P和非平面集
203.选取未分割部分中平面度最好的子窗口作为区域增长的种子；
204.基于区域增长的种子进行区域增长，提取平面区域R；
205.将R中的点标记为已分割；
206.统计R中的点数，如果点数大于阈值t，则将R加入平面集P，否则加入非平面集；
207.重复步骤203～步骤206，直至分割完毕。
S300.利用先验知识，基于RanSaC算法从平面分割的结果中筛选可能包含线缆的潜在平面集：通过RanSaC算法拟合出平面两侧的边线，计算其宽度，如果其宽度和线缆本身宽度的差超出了一定的范围，则认为其是不相关平面，剔除不相关平面后获取潜在平面集；
S400.基于滑动模板匹配获取潜在平面集中匹配度最高的平面，其坐标即线缆盘的三维坐标；
滑动匹配步骤具体如图6所示：
S401.从潜在平面集中读取第1个平面；
S402.将平面从三维空间投影到二维空间的网格中；网格的边长为1cm；
S403.采用滑动模板对投影平面进行匹配；
S404.如果匹配度大于给定阈值，则将与模板匹配的网格投影回三维空间，保存其坐标；
S405.重复步骤502～步骤504，直至所有潜在平面集中的平面处理完毕。
S500.将线缆盘的三维坐标反馈至车载终端，控制指引行车行驶到相应位置，行车起吊夹具下降到相应高度；
S600.获取第二相机21、第三相机44、第四相机61采集的线缆盘局部视频，识别线缆盘中心可抓取位置，将行车起吊夹具移动到可抓取位置，完成线缆盘9起吊。
实施例2
本实施例具体说明本发明方法中示例的行车装置结构；
本发明示例的行车装置如图7-图10所示，图7为行车装置100结构示意图，包括行车、吊具和夹具；行车选用单梁门式电动葫芦起重机，电动葫芦采用四绳收放线结构；吊具顶端与行车横梁滑动连接，沿横梁滑动，吊具底端连接夹具。
图8～图10为行车的夹具结构示意图，所述夹具为左右对称结构，包括固定臂2、旋转臂1、固定臂2两侧的水平臂3、垂直臂、夹抱臂5和托脚6；固定臂2为水平结构，固定臂2 中段上端垂直连接旋转臂1，旋转臂1顶部开有孔11，用于连接吊钩；固定臂2两端水平延伸，通过位移装置31连接所述水平臂3，使水平臂3通过位移装置沿水平方向位移；水平臂3末端连接垂直臂，垂直臂包括垂直臂上段41和垂直臂下段42，垂直臂上段41和垂直臂下段42 间通过伸缩装置43连接，使垂直臂沿垂直方向伸缩；
位移装置31组成包括齿轮、滑轨、第一连接件和电机；固定臂2和水平臂3内设有空腔，齿轮、滑轨、第一连接件和电机设置于空腔内，第一连接件连接齿轮、固定臂2和水平臂3，经电机驱动齿轮转动带动水平臂沿滑轨水平运动。
伸缩装置组成包括齿轮、滑轨、第二连接件和电机；垂直臂上段41和垂直臂下段42连接处设有空腔，齿轮、滑轨、第二连接件和电机设置于空腔内，第二连接件连接齿轮、垂直臂上段41和垂直臂下段42，经电机驱动齿轮转动带动垂直臂下段沿滑轨垂直运动。
垂直臂末端连接夹抱臂5，如图8所示，夹抱臂5呈镂空三角结构，水平连接托脚6，用于托举线缆盘9，如图8所示，托举位点为线缆盘外圈下方，托脚6为圆角结构。
旋转臂1两侧设有重力传感器12。重力传感器12与旋转臂1相连，在进行线缆盘吊装操作的同时，可实现对线缆盘重量的记录，控制装置读取重力传感器12返回的重量信息，获得当前吊钩重量数据，传回后台之后，与上次记录的重量信息比较，查看是否有误差，进而进行盘点。夹抱臂5内侧设有激光对射装置51，当夹具下降到线缆以下高度时，激光对射被线缆阻挡，可用于线缆盘的盘点。
为实现精确定位，行车的横梁中段下端设有三维激光扫描仪7和第一相机8，夹具上设置有三个相机，固定臂2中段下端设有第二相机21，对线缆盘进行全局定位，引导夹具移动至线缆盘上方。垂直臂内侧设有第三相机44，夹具下降过程中，两侧垂直臂上设置的第三相机 44获取线缆盘边缘的位置，可根据两侧线缆盘边缘在视野区中的对称情况指示夹具移动的方向，进一步精细定位。夹抱臂5和托脚6连接处设有第四相机61，第四相机61观测线缆盘圆盘的侧面圆弧，根据圆弧和夹抱臂5的相对位置确定夹具移动的方向，进一步精细定位。
托脚6和三角形夹抱臂5底部两角为活动连接，通过电机控制托脚6放下和收起，可解决线缆并排摆放时中间距离小的问题。
Claims (11)
1.一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，其特征在于，包括：
S100.基于仓库实体空间尺寸在仓储数据库中建立仓库三维空间模型进行三维空间标识，用于仓库规划；仓库三维空间模型中按照行列高进行空间划分，行为行车行驶方向，列为行车吊具移动方向，高度为线缆预设层数；每行和列之间空间为最大线缆尺寸加上行车吊具作业空间；在空间划分的行列高处设置三维空间标识，即行列高坐标；空间划分获取的各单元依次对应为仓库三维空间模型的货位；
S200.在行车的横梁中段下方安装全局相机和三维激光扫描仪，在行车的夹具上安装多干个局部相机，行车上安装车载终端；全局相机拍摄仓库全局视频，在监控界面显示；
S300.中心服务器发送入库任务，采用数据标签识别装置沿路径扫描运输车辆，获取各线缆盘的数据标签并发送至仓储数据库；仓储数据库获取数据标签后，中心服务器发送指令至车载终端，车载终端控制行车将线缆盘依次吊装至指定货位，仓储数据库更新所获取数据标签对应的货位信息；
S400.中心服务器发送出库任务，发送信息中包括数据标签；中心服务器根据数据标签获取仓储数据库的货位信息，并发送至中心服务器；中心服务器发送指令至车载终端，车载终端控制行车将线缆盘依次吊装至出库口，仓储数据库更新货位信息，完成出库。
2.根据权利要求1所述的一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，其特征在于，所述S200还包括：在监控界面叠加仓库三维空间模型。
3.根据权利要求1所述的一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，其特征在于，所述S200还包括：在车载终端上安装定位装置，实时获取行车的位置信息，并在仓库三维空间模型中叠加显示，模拟行车的行车轨迹。
4.根据权利要求1所述的一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，其特征在于，所述S300中，数据标签识别装置的扫描路径为：
对于横向摆放的线缆盘，数据标签识别装置沿运输车辆绕行一周，识别线缆盘的数据标签；
对于纵横交错摆放的线缆盘，数据标签识别装置先沿横向摆放的线缆盘路径移动，之后沿纵向摆放的线缆盘路径移动，识别线缆盘的数据标签。
5.根据权利要求1所述的一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，其特征在于，所述数据标签中存储线缆的参数信息，包括线缆型号、长度、重量、供货厂商信息；数据标签识别装置识别数据标签后，将数据标签包含的参数信息存储至仓储数据库。
6.根据权利要求1所述的一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，其特征在于，所述S300中，中心服务器基于入库任务单和数据标签识别装置发送的数据标签信息进行入库货位分配，包括：按顺序进行货位分配、按统一型号进行货位分配、按订货批次进行货位分配、按线缆属性项目优先级进行货位分配或用户指定规则分配。
7.根据权利要求1所述的一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，其特征在于，还包括，在行车的吊具上安装编码器，夹具上安装重力传感器；车载终端接收编码器、重力传感器发送的数据并发送至中心服务器，获取吊具高度信息和载重数据，进行线缆盘盘点。
8.根据权利要求7所述的一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，其特征在于，还包括，在车载终端上安装定位装置，基于定位装置的定位信息、编码器获取的吊具高度信息及重力传感器的载重数据进行线缆盘吊装执行进度判断，流程如下：
S10.车载终端对比重力传感器当前载重数据及前一时刻的载重数据，如果负载发生变化，跳转S40，否则跳转S20；
S20.基于吊具高度信息判断是否存在吊起或吊下动作，如果没有，则基于车载终端上的定位装置获取行车位置信息，进行方向判断；
S30.进行任务匹配，如果有匹配的入库或出库任务，则计算行车应前进方向，并更新方向提示，结束判断流程；否则跳转S60；
S40.基于吊具高度信息判断是否存在吊起或吊下动作，如果存在吊起或吊下动作，则进行行车作业判断；
S50.进行任务匹配，如果有匹配的入库或出库任务，则更改作业执行状态，更新作业显示，并上传行车作业，结束判断流程；否则跳转S60；
S60.结束。
9.根据权利要求1所述的一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，其特征在于，车载终端控制行车将线缆盘依次吊装至指定货位的步骤如下：
S310.获取全局相机采集的线缆盘全局视频，设定线缆盘图像特定部位特征，通过寻找线缆盘全局视频中符合定义的线缆盘图像特定部位特征的方式来进行粗定位，获取线缆盘的粗略位置；
S320.通过三维激光扫描仪扫描线缆盘的粗略位置处，获取点云数据；对点云数据进行平面分割，将点集划分为平面集和非平面集；
S330.利用先验知识，基于RanSaC算法从平面分割的结果中筛选可能包含线缆的潜在平面集：通过RanSaC算法拟合出平面两侧的边线，计算其宽度，如果其宽度和线缆本身宽度的差超出了一定的范围，则认为其是不相关平面，剔除不相关平面后获取潜在平面集；
S340.基于滑动模板匹配获取潜在平面集中匹配度最高的平面，其坐标即线缆盘的三维坐标；
S350.将线缆盘的三维坐标反馈至车载终端，控制指引行车行驶到相应位置，行车起吊夹具下降到相应高度；
S360.获取多个局部相机采集的线缆盘局部视频，识别线缆盘中心可抓取位置，将行车起吊夹具移动到可抓取位置，完成线缆盘起吊。
10.根据权利要求1所述的一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，其特征在于，所述S320中，点云分割的步骤如下：
S321.按照点云中点的相邻关系将点云划分为子窗口；
S322.根据子窗口中点集的三维形状将其划分为平面和非平面两类，分割出已分类点集，分别加入平面集P和非平面集∅；
S323.选取未分割部分中平面度最好的子窗口作为区域增长的种子；
S324.基于区域增长的种子进行区域增长，提取平面区域R；
S325.将R中的点标记为已分割；
S326.统计R中的点数，如果点数大于阈值t，则将R加入平面集P，否则加入非平面集∅；
S327.重复S323~S326，直至分割完毕。
11.根据权利要求1所述的一种全自动无人行车线缆盘仓储管理方法，其特征在于，所述S340中，滑动匹配的步骤如下：
S341.从潜在平面集中读取第1个平面；
S342.将平面从三维空间投影到二维空间的网格中；网格的边长为1cm；
S343.采用滑动模板对投影平面进行匹配；
S344.如果匹配度大于给定阈值，则将与模板匹配的网格投影回三维空间，保存其坐标；
S345.重复S342~S344，直至所有潜在平面集中的平面处理完毕。
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