CN109720891A - 一种货物自动装载规划系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种货物自动装载规划系统，包括安装于停车区域上方的激光扫描机构、带动所述激光扫描机构转动的旋转机构，和与激光扫描机构连接的控制器，其中所述激光扫描机构用于对停车区域停放的待装载车辆进行扫描并采集三维点云数据；所述控制器用于从所述三维点云数据中获取待装载车辆的车斗形状和位置，并根据码垛调整参数从车斗位置数据中生成所述装载物的装载测量区域，利用货物形状参数和/或对应码垛规则从装载测量区域中获取各货物的对应摆放位置信息。实现了根据各装载车辆车斗型号和车斗内装载环境获取可供装载的每一货物的摆放位置信息，保证自动装车机头在实施货物装载作业中不会出现码放位置不正确或碰撞破包的问题发生。

Description

一种货物自动装载规划系统和方法

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，尤其涉及一种货物自动装载规划系统和方法。

背景技术

传统的工厂袋装包装的产品，如水泥，化肥，面粉等生产企业，在产品发货时往往依靠人力进行袋装货物的装车作业。特别是水泥行业，目前大多数是靠工人在车斗里，等待车斗上方的生产线传送带(可以一定范围内人工改变传送带的朝向和高低位置)输送水泥过来。当输送的袋装水泥从传送带上掉落到车斗的过程中时，工人通过人力改变其掉落轨迹从而掉落在车斗上预期位置进行装车。这种人工作业的主要问题是人体面临着水泥粉尘的危害，而且随着社会的发展，越来越少的人愿意去从事袋装水泥装车这类工作环境恶劣的工作岗位，对企业生产造成了困难。

为解决上述困难，自动化产品提供商基于水泥厂现有的袋装水泥生产输送线，通过改造加装自动装车机头，将该机头与输送皮带连接接收袋装水泥，然后将机头移动到指定坐标位置，再放落袋装水泥到车斗里，从而替代人工袋装水泥码垛作业。但是车斗里哪些空间能够放置水泥袋且如何放置水泥袋是需要根据车斗的长宽高进行确定的。同时由于各运输车辆的车斗型号不一样，并且车斗内部往往会有凸起或残留货物等影响码垛的情况出现，从而导致放置水泥袋在摆放时碰到车斗内部凸起，导致破包或者码放位置错位等情况。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种货物自动装载规划系统，包括安装于停车区域上方的激光扫描机构、带动所述激光扫描机构转动的旋转机构，和与激光扫描机构连接的控制器，其中所述激光扫描机构用于对停车区域停放的待装载车辆进行扫描并采集三维点云数据；所述控制器用于从所述三维点云数据中获取待装载车辆的车斗形状和位置，并根据码垛调整参数从车斗形状和位置数据中生成所述装载物的装载测量区域，利用货物形状参数和/或对应码垛规则从装载测量区域中获取各货物的对应摆放位置信息。

优选的，所述旋转机构以预设速度带动激光扫描机构旋转以采集每一预设间隔的三维点云数据，所述三维点云数据包括每个探测点离原点的距离、采集时间戳、旋转机构转过的角度以及扫描机构的激光发射角度。

优选的，所述三维点云数据不包括旋转机构加速到预设速度和从预设速度减速至停止的两时间段所采集的数据。

优选的，所述控制器被配置为通过滤波以及车斗内壁面的法向特征获取车斗内壁的点云数据。

优选的，所述控制器被配置为根据装载货物形状和/或装载车型获取货物可装载高度和码垛调整参数，并通过从所述三维点云数据中识别的待装载车辆车斗内部区域和所述货物可装载高度生成第一摆放空间，根据所述码垛调整参数对第一摆放空间进行边界调整并形成第二摆放空间。

优选的，所述控制器被配置为根据货物形状参数计算所述第二摆放空间内的码垛排数、每排码垛包数和码垛层数；并利用货物形状参数依次生成各件货物预摆放区域，检测车斗内壁数据点是否在要码放的货物预摆放区域内，如果是则平移此件货物预摆放区域至所述车斗内壁数据点脱离该货物预摆放区域，否则存储该件货物预摆放区域。

本发明还公开了一种货物自动装载规划方法，包括采集停放有待装载车辆的装载区域的三维点云数据；从所述三维点云数据中获取所述待装载车辆的车斗形状和位置；根据码垛调整参数从车斗形状和位置数据中获取所述货物的装载测量区域；利用货物形状参数和/或对应码垛规则从装载测量区域中获取任一装载货物的对应摆放位置信息。

优选的，所述步骤从所述三维点云数据中获取待装载车辆的形状和车斗位置，具体包括通过滤波以及车斗内壁面的法向特征获取车斗内壁的点云数据。

优选的，所述步骤根据码垛调整参数从车斗形状和位置数据中获取所述货物的装载测量区域，具体包括：根据装载货物形状和/或装载车型获取货物可装载高度和码垛调整参数；识别待装载车辆车斗底面和/或侧面位置，并根据所述货物可装载高度形成第一摆放空间；根据所述码垛调整参数对第一摆放空间进行边界调整并形成第二摆放空间。

优选的，所述步骤利用货物形状参数和/或对应码垛规则从装载测量区域中获取任一装载货物的对应摆放位置信息，具体包括根据货物形状参数确定所述第二摆放空间内的码垛排数、每排码垛包数和码垛层数；根据货物形状参数依次生成各件货物预摆放区域，检测车斗内壁数据点是否在要码放的货物预摆放区域内，如果是则平移此件货物预摆放区域至所述车斗内壁数据点脱离该货物预摆放区域，否则存储该件货物预摆放区域。

本发明通过利用激光扫描机构获取待装载车辆的车斗形状和位置信息，并根据相应货物的码垛调整参数从车斗位置信息中生成相应的可用于货物码垛测量的装载测量区域，最终根据货物形状参数和相应码垛规则从装载测量区域中计算获取后续待装载的每一件货物的对应摆放位置信息，实现了根据各装载车辆车斗型号和车斗内装载环境对应获取可供装载的每一货物的摆放位置信息，保证后续自动装车机头在实施货物装载作业中不会出现码放位置不正确或碰撞破包的问题发生。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例公开的一种货物自动装载规划系统的使用示意图。

图2为本发明一实施例公开的激光扫描机构和旋转机构的结构示意图。

图3为本发明一实施例公开的货物自动装载规划系统的原理示意图。

图4为本发明一实施例公开的激光扫描机构的扫描工作示意图。

图5为本发明一实施例公开的激光扫描机构的扫描扇面旋转角度a示意图。

图6为本发明一实施例公开的激光扫描机构的扫描维度θ的示意图。

图7为本发明一实施例公开的扫描数据坐标转换示意图。

图8为本发明一实施例公开的旋转机构的转动半径导致误差的示意图。

图9为本发明一实施例公开的第二摆放空间的计算示意图。

图10为本发明一实施例公开的停车辅助机构的原理示意图。

图11为本发明一实施例公开的货物自动装载规划方法的步骤示意图。

图12为本发明一实施例公开的步骤S3包含的具体步骤示意图。

图13为本发明一实施例公开的步骤S4包含的具体步骤示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

附图1和2为实施例公开的一种货物自动装载规划系统示意图，该货物自动装载规划系统包括安装于停车区域上方的激光扫描机构31、带动所述激光扫描机构31转动的旋转机构32，和与激光扫描机构31连接的控制器33，其中激光扫描机构31用于对停车区域停放的待装载车辆1进行扫描并采集三维点云数据；而控制器33用于从所述三维点云数据中获取待装载车辆1的车斗11的形状和位置数据，并根据码垛调整参数从车斗11的形状和位置数据中生成所述装载物的装载测量区域，利用货物形状参数和/或对应码垛规则从装载测量区域中获取各货物的对应摆放位置信息。通过利用激光扫描机构获取待装载车辆的车斗位置信息，并根据相应货物的码垛调整参数从车斗位置信息中生成相应的可用于货物码垛测量的装载测量区域，最终根据货物形状参数和相应码垛规则从装载测量区域中计算获取后续待装载的每一件货物的对应摆放位置信息，实现了根据各装载车辆车斗型号和车斗内装载环境对应获取可供装载的每一货物的摆放位置信息，保证后续自动装车机头在实施货物装载作业中不会出现码放位置不正确或碰撞破包的问题发生。

具体的，控制器33通过获取激光扫描机构31的扫描数据并形成pcd格式数据，激光扫描机构31安置于车顶，保证能完全扫描到车斗内壁。扫描时按照附图4和5中所示，设定一个开始的初始的角度和结束角度，需要保证角度能够对规格要求内的所有车型都能完整扫描，具体可根据场景对这两个角度参数化设定。其中，本实施例中的旋转机构32以预设速度带动激光扫描机构旋转以采集每一预设间隔的三维点云数据，所述三维点云数据包括每个探测点离原点的距离、采集时间戳、旋转机构转过的角度以及扫描机构的激光发射角度。在本实施例中，上述预设间隔可以是旋转机构每转动0.25度获取一次线性扫描数据，0.25度是根据扫描器与车辆距离为5米内时，保证车辆扫描的点云密度足够覆盖车斗表面细节。当然也可根据其它场景对该预设间隔进行其它参数化设定。在扫描完成后，控制器从扫描器获取原始点数据后转换成pcd格式点云数据。

在一些实施例中，如附图3所示，所述旋转机构32可由脉冲发生器321、步进驱动器322和分度盘323构成。其中激光扫描机构31固定安装在刚性分度盘323上。脉冲发生器321用于控制步进驱动器322，步进驱动器322驱动分度盘323旋转从而带动激光扫描机构31旋转。如附图4-6所示，扫描有两个维度角度，如下θ与a。其中a是扫描扇面旋转过的角度。因此a所在的平面与旋转过程中的任一个扫描扇面都是垂直的。θ可以通过设定激光扫描机构31而提供，不需要额外的旋转机构。a则需要通过旋转机构32进行旋转操作，以覆盖扫描整个待装载车辆的车斗或车身。具体的，本实施例中的激光扫描机构31可以采用SlCK LSM111激光雷达扫描器，对于θ维度的参数，是由sick扫描器性能参数决定的。Sick扫描器在θ维度的分辨率有0.25度与0.5度两种，考虑到我们场景要求5cm的精度，以及最大车斗长度<＝10m，所以0.5度的分辨率不够(0.5度下，距离为8m时，长度分辨率为7cm)，需要选用0.25度的分辨率。Sick扫描器在0.25度的分辨率下，每秒可以做25次数据采集。根据安装位置和停车位置，以及覆盖的车型，可以给定一个初始扫描角度a0，以及为了保证能扫描完整车身的一个旋转角度a1。通常情况下，a1＞＝90度，<＝120度。

本实施中的旋转机构可以设置为在脉冲卡发送4000个脉冲，分度盘转20度，即旋转机构的角度分辨率可以达到0.005度。a维度方向的设定参数可以为每0.2度采集一次数据，即要求脉冲卡发送速度为1000hz/s。另外，可以以实际某个扫描面作为a维度的0度，此时可以设置a0＝0。同时在根据前述设定采集参数后，需要确定采集的数据项。本实施例可以采用以扫描器为原点的类球坐标，则需要采集的数据项就是每个探测点的(t，θ，a，l)，其中l表示探测点离原点的距离，t表示采集时间戳，θ，a为前述的两个维度的角度。根据sick扫描器提供的可采集数据，可以采集到θ、l、以及采集的时间t。对于a因为是额外加装的旋转机构的数据，因此需通过计算获取。由于前述已设定旋转机构的旋转速度为5度/s，即每0.2度/40ms，只需获得每个点采集时间，即可根据采集点的时间间隔计算出每个点的a值。以下述采集参数设定为例进行说明：初始角度a0＝0，θ0＝0度，起始时间为t0，sick分辨率为0.25，那么第一次获取的点集合：P1＝{(t0，0，0，l1)，(t0，0.25，0，l2)，(t0，0.5，0，l3)...(t0，0.75，0，ln)|n<＝1080}，n取决于θ1的大小即n＝θ1/0.25度，ln表示实际的采集距离，是可以从sick直接获取到。第二次采集的数据为：P2＝{(t1，0，a1，l1)，(t1，0.25，a1，l2)，(t1，0.5，a1，l3)...(t1，0.75，a1，ln)|n<＝1080}，然后用(t1-t0)*5度/s就可以得到第二次采集数据的a1的角度。在现有的通过激光扫描器获取空间数据中，其a角度的采集往往是通过使用倾角器传感器来获取，但本实施例中通过采用旋转速度和激光扫描机构的采集频率来确定a维度的精度，无需采用倾角器，而分度盘的精度比倾角器高2个数量级别可充分保证所获取三维点云数据的精确度，也可省去倾角器传感器部件。同时由于不采用绝对坐标系所需的倾角器，而是采用以扫描器作为原点的相对坐标系，因此大大降低了激光扫描机构的安装要求，对其水平和垂直度等要求都不高。

具体的，如图7所示，控制器中将采集数据的类球坐标转换为直角坐标具体过程如下：以扫描器作为原点0，并以某次采集数据所在的扫描扇形面OTN作为xy轴所在面，且x轴为扫描扇形面的中心射线；另以通过扫码器并且垂直于xy的线作为z轴。扫描面OTN转过图中所示的a角度到达扫描面OAM。在扫描面OAM，作等腰三角形OAM，且0H为三角形OAM的高和底边AM的中心线；作通过H点且垂直于x轴于B点的垂线。所以A点的直角坐标为：

0H＝OA*cos(θ)

X＝OH*cos(a)＝OA*cos(θ)cos(a)

Y＝-OA*sin(θ)

Z＝OH*sin(a)＝OA*cos(θ)*sin(a)

在另一些具体实施例中，如图8所示，由于激光扫描器在旋转机构以0点为圆心，半径为r进行旋转，K为发射点，A为探测点。上述实施例中所描述的采集距离l，为附图8的AK，而非A0。根据附图8示，可以很容易计算出A0＝(AK^2+r^2)^0.5。所以采集数据的直角坐标转换公式里的l可以为为下值：

(I^2+r^2)^0.5，从而转换公式变为：

X＝(I^2+r^2)^0.5)*cos(θ)cos(a)

Y＝((I^2+r^2)^0.5)*sin(θ)

Z＝((I^2+r^2)^0.5)*cos(θ)*sin(a)

通过排除旋转机构的转动半径带来的误差，可以提高激光扫描机构采集距离的精度，保证后续码垛位置的测量准确性。

在其它实施例中，所述三维点云数据不包括旋转机构加速到预设速度和从预设速度减速至停止的两时间段所采集的数据。由于旋转机构在启动旋转至进入匀速旋转阶段，以及下到达指定旋转角度时的减速停止阶段，其旋转速度并非设定的旋转速度例如5度/s，所以需要把启动时间段和停止时间段的所采集的数据删除。以前述实施例的设定参数为例，旋转机构完成启动时间进入匀速旋转和减速到停止的时间段内所转过的角度远小于0.2度，因此可以把最开始的2次采集，以及最后两次采集的数据抛弃。通过对所获取的采集数据进行筛选以删除旋转机构加速和减速阶段的采集数据，保证所采集的三维点云数据的精确性，避免后续所获取的各货物的摆放位置信息的准确。

在另一些实施例中，旋转机构32上还可设置有倾角器，所述倾角器用于旋转机构的自检或者校正使用。例如在初始时，倾角读数为a0，在用脉冲发生器指定旋转角度为β，那么分度盘323旋转完成后，理论上倾角读数应该是a0+β。因此旋转完成后，如果从倾角读取数为a1，当a0和β的和与a1的差值小于预设值时则表示旋转机构工作正常，否则表示旋转机构的误差超出可接受范围需要校正，例如当误差预设值为0.5度时，因为倾角器精度为0.5度，在|a1-(a0+β)|<＝0.5度，那么表示工作正常。通过设置倾角器可监控旋转机构的转动精度，避免因安装或者器件问题，导致旋转机构转动出现误差而影响后续的测量数据精度。

在另一些实施例中，所述控制器用于从所述三维点云数据中获取待装载车辆的形状和车斗位置数据，具体包括被配置为通过滤波以及车斗内壁面的法向特征获取车斗内壁的点云数据。

在另一些实施例中，所述控制器被配置为根据装载货物形状和装载车型获取货物可装载高度和码垛调整参数，并通过从所述三维点云数据中识别的待装载车辆车斗内部区域和所述货物可装载高度生成第一摆放空间，根据所述码垛调整参数对第一摆放空间进行边界调整并形成第二摆放空间。具体的，控制器从车斗内壁点云数据中识别车斗底面的四个顶点，以此四个顶点和车斗底面，形成长A，宽B，高C的长方体R，其中可装车高度C可以通过检索数据库中本次装载车型对应设定的可装车高度来获取，也可预先设定。同时控制器通过检索数据库中此次装载货物或装载车型获取对应的码垛调整参数，在数据库中可每种装载车型和装载货物都可对应相应码垛调整参数。例如本实施例中根据装载车型或装载货物查询确定码垛调整参数为宽正15cm，长为负10cm。因此如附图9所示，对长方体R的宽度向两侧各拓宽了15cm，即当装车高度超过两侧护栏时，水泥袋摆放时是可以超出车斗护栏边缘15cm的。此外，A长度车斗长减去10cm是为了防止尾部因放落水泥不稳而水泥包掉到车外。通过根据车型和待装载货物来确定车斗码垛空间的调整参数，使得装载管理系统可以根据不同装载物和车斗的特性来确定车斗的最大可装载空间，最大限度的提高车斗的装载量。

在另一些实施例中，所述控制器被配置为根据货物形状参数计算所述第二摆放空间内的码垛排数、每排码垛包数和码垛层数；并利用货物形状参数依次生成各件货物预摆放区域，检测车斗内壁数据点是否在要码放的货物预摆放区域内，如果是则平移此件货物预摆放区域至所述车斗内壁数据点脱离该货物预摆放区域，否则存储该件货物预摆放区域。即通过利用待装载货物形状参数在第二摆放空间内进行货物模拟摆放，当所述模拟货物在预摆放位置与车斗内壁发生接触时，将所述模拟货物平移预设距离直至不发生接触时将当相应摆放区域数据存储到货物摆放位置数据库中。具体的，可设置待装载的袋装水泥视为的长a，宽b，高c的长方体r。以附图9中所示左下角顶点0为原点，控制器被配置为按照如下方法对袋装水泥进行模拟码垛：

1)码垛排数根据A/b，向下取整获取此次码垛排数；每排包数是根据B/a，向下取整得到此次每排包数；同时可以码垛的层数是根据C/c向下取整获取。

2)码垛顺序是从可底部原点0处开始，当然也可选择从其它位置开始：第一层第一排第一包，每排往y轴方向码放下一包；码包时按照5)步骤说明进行码放。

3)一排码完后，顺序定位到下一排开始码放；

4)一层码完后，抬高一层后按照与第一层相同的方式与顺序对每一排进行码放处理；

5)对每一排码放水泥包时，需要判断水泥袋的长方体是否与车斗内壁表面有碰撞，如果有碰撞则该位置就不能码放。需要将模拟水泥包往y轴方向增加5cm后尝试码放，当然也可设置为其它移动间隔。直到无车斗内壁与该水泥包碰撞。此外当码放高一层的水泥包时，需要保证下一层的有水泥包，否则即使没有碰撞也不能码放。

上述通过将与待装载货物体型相同的模拟货物在第二摆放空间的模拟环境中进行码垛模拟，通过检测车斗内壁的点是否在要码放的货物长方体内，如果在长方体内就表示有碰撞，否则表示没有碰撞。通过上述方式可以在不受运输车辆的车斗型号限制以及车斗内部各类凸起异物的影响，准确获取车斗内可以码放货物的每一个位置的精确位置信息，提供给后续自动装车机头进行自动化码垛的需要。

在另一些实施例中，货物自动装载规划系统还包括安装于停车区域的停车辅助机构，如附图10所示，本实施例中的停车辅助机构包括位于停车区域右侧的第一组车厢测距仪、位于停车区域左侧的第二组车厢测距仪、停车引导基准线、引导显示屏和控制器。具体的，停车辅助机构的自动停车引导分为两阶段，第一阶段是物理引导，司机通过肉眼以及车上的某个参考点观察中轴引导激光基准线，进行方向调整，使得中轴基准线大致与车辆的中轴重合。第二阶段，T感应器检测到车头进入，语音提醒进入微调区。微调区左边两个第二组车厢测距仪L1和L2(相距2m，这个距离可以根据实际场景参数化)，再加上右边第一组车厢测距仪中的R1测距仪一起用于检测车厢长度L短于3.3m的车型的中轴以及偏转。而右边两个第一组车厢测距仪R1和R2测距仪(相距3.3m，这个距离可以根据实际场景参数化)，再加上左边L1测距仪一起用于检测车厢长度L大于3.3米的车型。其中微调区主要用于保证待装载车辆车身正，且中轴基准线与车厢中轴重合，同时车辆前后到达定点位置，使得后续自动装车机头无需大范围的移动调整，即可进行后续的货物装载作业。

具体的，本实施例中以检测车厢长度小于3.3m为例进行具体说明如下，如附图10所示：

当Dl1＝Dl2时，说明车身是正的；当Dl1＝Dl2＝Dr1时说明车厢中轴与中轴基准线重合。当然在实际使用时，由于车厢两侧表面往往呈现凹凸，设其凹凸差为e，那么|Dl1-Dl2|<＝e就可认为Dl1＝Dl2。同样，如果|Dr1-Dl2|<＝e则认为Dr1＝Dl2。

当T感应线未被车身遮挡，且右边测距R1所测得的距离远小于车道宽度，那么认为车尾处于T感应线与R1之间，即车辆的前后位置到达定点位置。例如T感应线与R1的距离是5cm，所以车辆前后位置误差可以控制在5cm内。当然在其它实施例中，也可在停车区域两侧再多增加几对激光测距仪，经多次采样取平均后可降低因车辆两侧表面凹凸过大或车辆两侧不直导致的测量数据误差变大的问题。通过停车辅助机构先行对待装载车辆的停放位置进行定位和监督，避免出现因待装载车辆停车位置不当给上方的激光扫描机构的扫描造成困难，以及给后续自动装车机头造成需过大的移动距离的问题，避免影响后续的货物装车作业效率。

附图11为一实施例公开的一种货物自动装载规划方法，用于对停放于转载区域内等候转载的货车车斗内的货物放置位置进行规划和获取，其具体包括如下：

步骤S1，采集停放有待装载车辆的装载区域的三维点云数据。

具体的，通过获取激光扫描机构的扫描数据并形成pcd格式数据，激光扫描机构安置于车顶，保证能完全扫描到车斗内壁。扫描时按照附图4和5中所示，设定一个开始的初始的角度和结束角度，需要保证角度能够对规格要求内的所有车型都能完整扫描，具体可根据场景对这两个角度参数化设定。其中，本实施例中的旋转机构以预设速度带动激光扫描机构旋转以采集每一预设间隔的三维点云数据，所述三维点云数据包括每个探测点离原点的距离、采集时间戳、旋转机构转过的角度以及扫描机构的激光发射角度。在本实施例中，上述预设间隔可以是旋转机构每转动0.25度获取一次线性扫描数据，0.25度是根据扫描器与车辆距离为5米内时，保证车辆扫描的点云密度足够覆盖车斗表面细节。当然也可根据其它场景对该预设间隔进行其它参数化设定。在扫描完成后，控制器从扫描器获取原始点数据后转换成pcd格式点云数据。同时采用以扫描器为原点的类球坐标，采集的数据项为每个探测点的(t，θ，a，l)，其中l表示探测点离原点的距离，t表示采集时间戳，θ，a为前述的两个维度的角度。根据sick扫描器提供的可采集数据，可以采集到θ、l、以及采集的时间t。对于a因为是额外加装的旋转机构的数据，只需获得每个点采集时间，即可根据采集点的时间间隔计算出每个点的a值。然后将采集数据的类球坐标转换为直角坐标系，通过采用旋转速度和激光扫描机构的采集频率来确定a维度的精度，无需采用倾角器，而分度盘的精度比倾角器高2个数量级别可充分保证所获取三维点云数据的精确度，也可省去倾角器传感器部件。同时由于不采用绝对坐标系所需的倾角器，而是采用以扫描器作为原点的相对坐标系，因此大大降低了激光扫描机构的安装要求，即提高了整个扫描数据获取的可靠性。

进一步的，所采集的三维点云数据不包括旋转机构加速到预设速度和从预设速度减速至停止的两时间段所采集的数据。由于旋转机构在启动旋转至进入匀速旋转阶段，以及下到达指定旋转角度时的减速停止阶段，其旋转速度并非设定的旋转速度例如5度/s，所以需要把启动时间段和停止时间段的所采集的数据删除。通过对所获取的采集数据进行筛选以删除旋转机构加速和减速阶段的采集数据，保证所采集的三维点云数据的精确性，避免后续所获取的各货物的摆放位置信息的准确。

步骤S2，从所述三维点云数据中获取所述待装载车辆的车斗的形状和位置数据。具体可通过滤波以及车斗内壁面的法向特征获取车斗内壁的点云数据。

步骤S3，根据码垛调整参数从车斗形状和位置数据中获取所述货物的装载测量区域，具体包括：

步骤S31，根据装载货物形状和/或装载车型获取货物可装载高度和码垛调整参数。所述装载货物形状和装载车型所对应的可装载高度和码垛调整参数可预先存储于相应数据库中。当通过检测设备发送的数据中获知所装载货物形状和装载车型时即可从数据库中检索获取其对应的可装载高度和码垛调整参数。

步骤S32，识别待装载车辆车斗底面和/或侧面位置，并根据所述货物可装载高度形成第一摆放空间。从车斗内壁点云数据中识别车斗底面的四个顶点，以此四个顶点和车斗底面，形成长A，宽B，高C的长方体R即第一摆放空间，其中可装车高度C可以通过检索数据库中本次装载车型对应设定的可装车高度来获取，也可预先设定。

步骤S33，根据所述码垛调整参数对第一摆放空间进行边界调整并形成第二摆放空间。通过检索数据库中此次装载货物或装载车型获取对应的码垛调整参数，在数据库中可每种装载车型和装载货物都可对应相应码垛调整参数。例如本实施例中根据装载车型或装载货物查询确定码垛调整参数为宽正15cm，长为负10cm。因此如附图9所示，对第二摆放空间的长方体R修改宽度向两侧各拓宽了15cm，即当装车高度超过两侧护栏时，水泥袋摆放时是可以超出车斗护栏边缘15cm的。此外，A长度车斗长减去1Ocm是为了防止尾部因放落水泥不稳而水泥包掉到车外。

通过根据车型和待装载货物来确定车斗码垛空间的调整参数，使得装载管理系统可以根据不同装载物和车斗的特性来确定车斗的最大可装载空间，最大限度的提高车斗的装载量。

步骤S4，利用货物形状参数和/或对应码垛规则从装载测量区域中获取任一装载货物的对应摆放位置信息。具体的，可设置待装载的袋装水泥视为的长a，宽b，高c的长方体r。以附图9中所示左下角顶点0为原点，按照如下具体步骤对袋装水泥进行模拟码垛：

步骤S41，根据货物形状参数确定所述第二摆放空间内的码垛排数、每排码垛包数和码垛层数。码垛排数根据A/b，向下取整获取此次码垛排数；每排包数是根据B/a，向下取整得到此次每排包数；同时可以码垛的层数是根据C/c向下取整获取。

步骤S42，根据货物形状参数依次生成各件货物预摆放区域，检测车斗内壁数据点是否在要码放的货物预摆放区域内，如果是则平移此件货物预摆放区域至所述车斗内壁数据点脱离该货物预摆放区域，否则存储该件货物预摆放区域。

码垛顺序是从可底部原点0处开始，当然也可选择从其它位置开始：第一层第一排第一包，每排往y轴方向码放下一包；码包时按照5)步骤说明进行码放。在一排码完后，顺序定位到下一排开始码放。在一层码完后，抬高一层后按照与第一层相同的方式与顺序对每一排进行码放处理。对每一排码放水泥包时，需要判断水泥袋的长方体是否与车斗内壁表面有碰撞，如果有碰撞则该位置就不能码放。需要将模拟水泥包往y轴方向增加5cm后尝试码放，当然也可设置为其它移动间隔。直到无车斗内壁与该水泥包碰撞。此外当码放高一层的水泥包时，需要保证下一层的有水泥包，否则即使没有碰撞也不能码放。通过将与待装载货物体型相同的模拟货物在第二摆放空间的模拟环境中进行码垛模拟，通过检测车斗内壁的点是否在要码放的货物长方体内，如果在长方体内就表示有碰撞，否则表示没有碰撞。通过上述方式可以在不受运输车辆的车斗型号限制以及车斗内部各类凸起异物的影响，准确获取车斗内可以码放货物的每一个位置的精确位置信息，提供给后续自动装车机头进行自动化码垛的需要。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述各实施例中的所称控制器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific lntegrated Circuit，ASlC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种货物自动装载规划系统，其特征在于，包括安装于停车区域上方的激光扫描机构、带动所述激光扫描机构转动的旋转机构，和与激光扫描机构连接的控制器，其中：

所述激光扫描机构用于对停车区域停放的待装载车辆进行扫描并采集三维点云数据；

所述控制器用于从所述三维点云数据中获取待装载车辆的车斗形状和位置，并根据码垛调整参数从车斗形状和位置数据中生成所述装载物的装载测量区域，利用货物形状参数和/或对应码垛规则从装载测量区域中获取各货物的对应摆放位置信息。

2.根据权利要求1所述的货物自动装载规划系统，其特征在于：

所述旋转机构以预设速度带动激光扫描机构旋转以采集每一预设间隔的三维点云数据，所述三维点云数据包括每个探测点离原点的距离、采集时间戳、旋转机构转过的角度以及扫描机构的激光发射角度。

3.根据权利要求2所述的货物自动装载规划系统，其特征在于：

所述三维点云数据不包括旋转机构加速到预设速度和从预设速度减速至停止的两时间段所采集的数据。

4.根据权利要求1-3任一所述的货物自动装载规划系统，其特征在于，所述控制器被配置为通过滤波以及车斗内壁面的法向特征获取车斗内壁的点云数据。

5.根据权利要求4所述的货物自动装载规划系统，其特征在于，所述控制器被配置为：根据装载货物形状和/或装载车型获取货物可装载高度和码垛调整参数，并通过从所述三维点云数据中识别的待装载车辆车斗内部区域和所述货物可装载高度生成第一摆放空间，根据所述码垛调整参数对第一摆放空间进行边界调整并形成第二摆放空间。

6.根据权利要求5所述的货物自动装载规划系统，其特征在于，所述控制器被配置为：根据货物形状参数计算所述第二摆放空间内的码垛排数、每排码垛包数和码垛层数；并利用货物形状参数依次生成各件货物预摆放区域，检测车斗内壁数据点是否在要码放的货物预摆放区域内，如果是则平移此件货物预摆放区域至所述车斗内壁数据点脱离该货物预摆放区域，否则存储该件货物预摆放区域。

7.一种货物自动装载规划方法，其特征在于：

采集停放有待装载车辆的装载区域的三维点云数据；

从所述三维点云数据中获取所述待装载车辆的车斗形状和位置；

根据码垛调整参数从车斗形状和位置数据中获取所述货物的装载测量区域；

利用货物形状参数和/或对应码垛规则从装载测量区域中获取任一装载货物的对应摆放位置信息。

8.根据权利要求7所述的货物自动装载规划方法，其特征在于，所述步骤从所述三维点云数据中获取待装载车辆的形状和车斗位置，具体包括：

通过滤波以及车斗内壁面的法向特征获取车斗内壁的点云数据。

9.根据权利要求8所述的货物自动装载规划方法，其特征在于，所述步骤根据码垛调整参数从车斗形状和位置数据中获取所述货物的装载测量区域，具体包括：

根据装载货物形状和/或装载车型获取货物可装载高度和码垛调整参数；

识别待装载车辆车斗底面和/或侧面位置，并根据所述货物可装载高度形成第一摆放空间；

根据所述码垛调整参数对第一摆放空间进行边界调整并形成第二摆放空间。

10.根据权利要求9所述的货物自动装载规划方法，其特征在于，所述步骤利用货物形状参数和/或对应码垛规则从装载测量区域中获取任一装载货物的对应摆放位置信息，具体包括：

根据货物形状参数确定所述第二摆放空间内的码垛排数、每排码垛包数和码垛层数；

根据货物形状参数依次生成各件货物预摆放区域，检测车斗内壁数据点是否在要码放的货物预摆放区域内，如果是则平移此件货物预摆放区域至所述车斗内壁数据点脱离该货物预摆放区域，否则存储该件货物预摆放区域。