CN110096026B - 一种全自动智能装车检测与控制方法及系统 - Google Patents

一种全自动智能装车检测与控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全自动智能装车检测与控制方法，属于水泥袋输送技术领域，包括在三维运动机构的X轴正负方向、Y轴正负方向以及Z轴负方向均安装有激光传感器，该五个激光传感器的末端集中于一点，三维运动机构可带动传送带沿X轴、Y轴、Z轴上下前后左右运动，包括：获取五个激光传感器的实时测量数据，并根据实时测量数据，检测出待作业车辆的车型；根据待作业车辆的车型和水泥袋包的尺寸，进行水泥袋包的装车作业。本方案不用准确检测出较窄边缘处的两次突变，因此对激光传感器的测数频率要求不高，可以进行快速的车型检测，且测量结果更加准确。

Description

一种全自动智能装车检测与控制方法及系统
技术领域
本发明涉及水泥袋输送技术领域，特别涉及一种全自动智能装车检测与控制方法。
背景技术
水泥生产过程中会产生的高密度粉尘，影响作业人员身体健康，尤其是将水泥装车的工人，患病率更高，因此，越来越多的水泥袋自动装车技术应运而生。在进行水泥袋自动装车时，一般需对车型进行检测，在对各种车型进行检测时，关键是确定车厢的大小和车厢在装车车间的停靠位置，车厢大小的确定属于三维测量的范畴。
目前，一般采用的是红外光电扫描技术，该技术采用三维轮廓跟踪扫描的方法，对机动车的长度、宽度及高度三个方向上进行轮廓跟踪扫描，重构出机动车的三维轮廓。但由于驾驶员主观因素导致车辆偏移、轮胎气压的高低以及采用的光学器件本身受环境影响较大等原因，导致本方法所测结果并不准确。
也有技术人员提出利用激光传感器通过车厢挡板边时，传感器所测得的数据会产生突变，从而检测出车厢的长方向边缘和宽方向边缘，得到车辆车厢的长宽高等尺寸。但是该方法在实际应用过程中存在一个明显的缺陷：由于在实际作业时，车厢挡板边很窄，大约为2～3cm，而激光传感器测数的频率有限；同时边缘检测需要完整检测到通过挡板边的两次数据突变才能识别，为了保证测量精度，激光传感器的运动速率必受限，从而影响了整个车型
检测的精度，导致其无法完成高速车型检测的目标，影响实际作业的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全自动智能装车检测与控制方法，以适用高速检测车型的需要，提高车型检测的准确率，提高水泥装车作业的效率。
为实现以上目的，本发明采用一种全自动智能装车检测与控制方法，在三维运动机构的X轴正负方向、Y轴正负方向以及Z轴负方向均安装有激光传感器，该五个激光传感器的末端集中于一点，三维运动机构可带动传送带沿X轴、Y轴、Z轴上下前后左右运动，包括：
获取五个激光传感器的实时测量数据，并根据实时测量数据，检测出待作业车辆的车型；
根据待作业车辆的车型和水泥袋包的尺寸，进行水泥袋包的装车作业。
进一步地，所述三维运动机构的X轴与待作业车辆的车长平行，Y轴与待作业车辆的车宽平行，Z轴与待作业车辆的高度方向平行；
所述获取五个激光传感器的实时测量数据，并根据实时测量数据，检测出待装车车辆的车型，包括：
在待作业车辆移动至指定区域中时，若待作业车辆后挡板为打开状态，驱动传送带沿从车尾向车头方向移动；
当位于Z轴负方向的激光传感器的数值发生突变时，传送带停止运动，并记录该激光传感器突变前和突变后的测量数据；
将位于Z轴负方向的激光传感器突变前后的测量数据做差，得到待作业车辆的车厢底板高度；
控制传送带沿Z轴负方向运动，直至Z轴负方向的激光传感器数值为预先设定数值时停止；
将位于Y轴正、负方向的激光传感器的测量数据求和，得到待作业车辆的车宽D2；
将位于X轴正方向的激光传感器的测量数据作为待作业车辆的车长D1；
控制传送带沿Z轴正方向移动，在检测到位于Y轴负方向的激光传感器的测量数据发生突变时，传送带停止运动，并记录位于Z轴负方向的激光传感器数据，作为待作业车辆的车高D3。
进一步地，所述获取五个激光传感器的实时测量数据，并根据实时测量数据，检测出待装车车辆的车型，包括：
在待作业车辆移动至指定区域中时，若待作业车辆后挡板为关闭状态，带动传送带沿车位向车头方向移动；
当位于Z轴负方向的激光传感器的数值发生突变时，控制传送带沿X轴正方向运动设定距离；
记录位于Z轴负方向的激光传感器数值发生突变前的测量数据和传送带运动设定距离后Z轴负方向的激光传感器的测量数据，并将两次测量数据之差作为车厢底板的高度；
控制传送带沿Z轴负方向运动，直至Z轴负方向的激光传感器数值为预先设定数值时停止；
将当前时刻X轴正负方向的激光传感器所测量数据相加作为待作业车辆的车长D1；
将当前时刻Y轴正负方向的激光传感器所测量数据相加作为待作业车辆的车宽D2；
控制传送带沿Z轴正方向运动，在Y轴正负方向的激光传感器数值发生突变时，将当前时刻Z轴负方向的激光传感器所测量数据作为待作业车辆的车高D3。
进一步地，所述根据待作业车辆的车型和水泥袋包的尺寸，以装车起始点位置进行水泥袋包的装车作业，包括：
根据车型检测中获取的待作业车辆的长宽高尺寸和水泥袋包的尺寸，计算当前车型装载的水泥排数n、列数m和层数q；
设定水泥袋包装车起始点位置坐标(x，y，z)、三维运动机构复位点坐标(0，0，h初始)，h初始为装车复位点的激光传感器距离地面的高度；
以装车起始点位置开始，按照路径规划，在所述待作业车辆中装载所述水泥袋包的排列数及层数。
进一步地，所述路径规划包括装列、换行以及换层依次执行，或者装行、换列以及换层依次执行，在三维运动机构头部安装有用于获取水泥袋数信息的红外计数器，还包括利用红外计数器所获取的当前已装载的水泥袋包数量，解算当前系统装包状态，步骤如下：
在本次作业开始计数时，判断当前红外计数器值p是否大于可装水泥总袋数N；
若大于N，则用当前红外计数器值p减去上一次装车作业完成时的计数N，得到本次作业计数的准确p值。
判断p是否能被(n×m)整除；
若是，得到当前层数＝p/(n×m)，当前行数＝n，当前列数＝m；
若否，得到当前层数＝int[p/(n×m)]+1；
判断[p-((当前层数-1)×n×m)]是否能被n整除；
若是，得到当前列数＝[p-((当前层数-1)×n×m)]/n，当前行数＝n；
若否，得到当前列数＝[p-((当前层数-1)×n×m)]/n+1，当前行数＝p-(当前层数-1)×n×m-(当前列数-1)×n。
进一步地，在所述路径规划为装列、换行以及换层依次执行时，所述以装车起始点位置开始，按照路径规划，在所述待作业车辆中装载所述水泥袋包的排列数及层数，包括：
1)根据水泥袋数信息，控制三维运动机构从装车起始位置(x，y，z)，沿X轴方向码放水泥袋包n个，n表示预备装载的水泥袋包行数，1≤n≤int(D1/d2)，d2表示水泥袋包宽度；
2)控制三维运动机构依次运动到位置(x，y+a1×d1，z)，沿X轴方向将所述水泥袋包摆放好直至第a1列铺满，并在a1取最大值时判断车厢第一层铺满水泥袋包，其中1≤a1≤m-1，m表示预备装载的水泥袋包列数，1≤m≤int(D2/d1)，d1表示水泥袋包长度；
3)控制三维运动机构依次运动到位置(x，y，z+a2×d3)，并重复上述步骤1)至2)，直至第a2层铺满水泥袋包，并在a2取最大值时判断所述待作业车辆水泥袋包装载完成，其中1≤a2≤q-1，q表示预备装载的水泥袋包层数，1≤q≤int(D3/d3)，d3表示水泥袋包高度。
进一步地，在所述步骤1)中，所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝d2/vx；
在所述步骤2)中，所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx、三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝(D1-d2)/vx＝d1/vy；
在所述步骤3)中，所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx、三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy、三维运动机构沿Z轴方向的电机转速vz与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝(D1-d2)/vx＝(D2-d1)/vy＝d3/vz，△d为传送带上相邻两个水泥袋包之间的距离。
进一步地，在所述规划路径为装行、换列以及换层依次执行时，所述以装车起始点位置开始，按照路径规划，在所述待作业车辆中装载所述水泥袋包的排列数及层数，包括：
1)根据水泥袋数信息，控制将三维运动机构从装车起始位置(x，y，z)，沿Y轴方向码放水泥袋包m个，m表示预备装载的水泥袋包列数，1≤m≤int(D2/d1)，d1表示水泥袋包长度；
2)控制三维运动机构依次运动到位置(x+a3×d2，y，z)，沿Y轴方向将所述水泥袋包摆放好直至第a3行铺满，并在a3取最大值时判断车厢第一层铺满水泥袋包，其中1≤a3≤n-1，n表示预备装载的水泥袋包行数，1≤n≤int(D1/d2)，d2表示水泥袋包宽度；
3)控制三维运动机构依次运动到位置(x，y，z+a2×d3)，并重复上述步骤1)至2)，直至第a2层铺满水泥袋包，并在a2取最大值时判断所述待作业车辆水泥袋包装载完成，其中1≤a2≤q-1，q表示预备装载的水泥袋包层数，1≤q≤int(D3/d3)，d3表示水泥袋包高度。
进一步地，在所述步骤1)中，所述三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝d1/vy；
在所述步骤2)中，所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx、三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝d2/vx＝(D2-d1)/vy；
在所述步骤3)中，所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx、三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy、三维运动机构沿Z轴方向的电机转速vz与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝(D1-d2)/vx＝(D2-d1)/vy＝d3/vz，△d为传送带上相邻两个水泥袋包之间的距离。
进一步地，所述装车起始点位置为待作业车辆车厢的左上角或右上角。
另一方面，提供一种全自动智能装车检测与控制系统，包括激光传感器、红外计数器、通讯模块、计算决策模块、监控模块和运动控制模块；
激光传感器的输出端经通讯模块与计算决策模块连接，红外计数器的输出端与运动控制模块连接，计算决策模块经通讯模块与运动控制模块连接，监控模块分别与计算决策模块和运动控制模块连接，其中：
激光传感器用于将测量数据传给计算决策模块；
红外计数器用于获取当前已装载的水泥袋包数量，并传给计算决策模块，进行系统装包状态实时更新，计算出目前状态相匹配的装包速度，并分解为装包机运动序列，通过通讯模块将控制指令发送给运动控制模块；
计算决策模块用于利用车型检测的算法，通过计算决策，生成装备策略与装备序列，并分解为装包机运动序列，通过通讯模块将控制指令发送给运动控制模块；
运动控制模块用于根据接收到计算决策模块的控制指令，对三维运动机构的运动进行控制；
监控模块用于动态监控作业现场的全自动智能装车的工作状态，并可实时操作系统的工作步骤。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明通过在三维运动机构的X轴正负方向、Y轴正负方向以及Z轴负方向均安装有激光传感器，该五个激光传感器的末端集中于一点，利用X轴正负方向、Y轴正负方向安装的激光传感器测量的数据即可检测出车辆长宽等尺寸，不用准确检测出较窄边缘处的两次突变，因此对激光传感器的测数频率要求不高，可以进行快速的车型检测，且测量结果更加准确。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种全自动智能装车检测与控制方法的流程示意图；
图2是车型检测和装车作业实现原理图；
图3是车型检测和装车作业的流程示意图；
图4是车型检测示意图；
图5是装车作业流程示意图；
图6是按列方向铺放的路径规划示意图；
图7是按行方向铺放的路径规划示意图；
图8是三维运动机构示意图；
图9是红外计数器计数流程示意图；
图10是传送带在车厢内运动受限制的几何关系示意图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1所示，本实施例公开了一种全自动智能装车检测与控制方法，在三维运动机构的X轴正负方向、Y轴正负方向以及Z轴负方向均安装有激光传感器，该五个激光传感器的末端集中于一点，三维运动机构可带动传送带沿X轴、Y轴、Z轴上下前后左右运动，包括如下步骤S1至S2：
S1、获取五个激光传感器的实时测量数据，并根据实时测量数据，检测出待作业车辆的车型；
S2、根据待作业车辆的车型和水泥袋包的尺寸，进行水泥袋包的装车作业。
需要说明的是，本实施例中，三维运动机构的Y轴与待作业车辆的车宽平行，X轴与待作业车辆的车长平行，Z轴与待作业车辆的高度方向平行。通过在X轴正负方向、Y轴正负方向以及Z轴负方向分别安装有激光传感器，利用X轴正负方向、Y轴正负方向安装的激光传感器测量的数据即可检测出车辆长宽等尺寸，不用准确检测出较窄边缘处的两次突变，因此对激光传感器的测数频率要求不高，可以进行快速的车型检测，且测量结果更加准确。
具体地，本实施例中的三维运动机构可如图8所示，其包括输送机构1、执行机构2、用于将水泥袋包码放在车厢内的码袋机构3、支撑板6以及第一导轨7，第一导轨7与车长方向平行且布置于支撑板6上；输送机构1包括直线段输送部分11、倾斜段输送部分12和变幅输送部分13，直线段输送部分11布置在第一导轨7上，变幅输送部分13位于支撑板6下方，直线段输送部分11的物料出口与倾斜段输送部分12的物料入口铰接，变幅输送部分13的物料入口与倾斜段输送部分12的物料出口铰接，变幅输送部分13包括输送带和外框131，输送带安装在外框131内，且与外框131为转动连接。码袋机构3与变幅输送部分13的物料出口连接且与变幅输送部分13水平布置，执行机构2通过第一滚轮布置在第一导轨7上，执行机构2与变幅输送部分13外框两侧之间通过钢丝绳8连接，执行机构2带动变幅输送部分13运动以带动码袋机构3码放水泥袋包。激光传感器安装在码袋机构3的传送带下方某点处。
如图3至图4所示，假设安装在X轴正方向和负方向的激光传感器为第一激光传感器和第二激光传感器，安装在Y轴正方向和负方向的激光传感器为第三激光传感器和第四激光传感器，安装在Z轴负方向的激光传感器为第五激光传感器。该五个激光传感器的固定安装在传送带下方某一点，利用五个激光传感器检测车型分为两种情况，具体如下：
(1)待作业车辆车厢的后挡板为打开状态：
将待作业车辆移动至指定区域中，通过三维运动机构带动传送带沿从车尾向车头方向移动。当位于第五激光传感器的数值发生大于阈值T1的突变时则说明第五激光传感器已经位于车厢区域的上方并且车厢后侧边缘处，控制传送带立即停止运动，并记录第五激光传感器突变前的测量数据h1和突变后的测量数据h2；将位于Z轴负方向的激光传感器突变前后的测量数据做差，得到待作业车辆的车厢底板高度即车厢底板高度＝h1-h2；将第三激光传感器的测量数据和第四激光传感器的测量数据求和，得到待作业车辆的车宽D2；将第一激光传感器的测量数据作为待作业车辆的车长D1；然后控制传送带沿Z轴正方向移动，在检测到第四激光传感器的测量数据发生大于阈值T2的突变时，传送带立即停止运动，记录当前位置下第五激光传感器的测量数据，作为待作业车辆的车高D3。
(2)待作业车辆车厢的后挡板为关闭状态：
将待作业车辆移动至指定区域中，通过三维运动机构带动传送带沿车位向车头方向移动；当位于第五激光传感器的数值发生突变时，控制传送带沿X轴正方向运动设定距离L1；记录第五激光传感器数值发生突变前的测量数据h3和传送带运动距离L1后第五激光传感器的测量数据h4，并将两次测量数据之差作为车厢底板的高度，即车厢底板的高度＝h3-h4；控制传送带沿Z轴负方向运动，直至第五激光传感器数值为预先设定距离L2时，将当前时刻第一激光传感器和第二激光传感器所测量数据相加作为待作业车辆的车长D1；将当前时刻第三激光传感器和第四激光传感器所测量数据相加作为待作业车辆的车宽D2；控制传送带沿Z轴正方向运动，在第三激光传感器和第四激光传感器的测量数据均发生大于阈值T3的突变时，将当前时刻第五激光传感器所测量数据作为待作业车辆的车高D3。
需要说明的是，本实施例中所述阈值为本领域技术人员经过大量实验所得出的一个用于与激光传感器测量数据进行比较的一个经验值。假设车厢距离地面高度为H1，车底板距离地面高度为H2。第一种情况：车厢后挡板未打开时，则检测第一次突变的阈值T1应取0<T1<H1，第二次突变的阈值T2应取0<T2<H1-H2。第二种情况：车厢后挡板已打开时，则检测第一次突变的阈值T3应取0<D3<H2。
在实际应用中，考虑实际地面不平整，激光测量到地面的距离会发生微小变化，应根据实际工作环境的地面平整度来确定判断阈值的可取最小值。
另外，上述设定距离L1和L2的取值分为两种情况，假设车厢长D1，车厢距离地面高度为H1，车底板距离地面高度为H2。传送带后端的铰接点高度为H(这是不变的，因为最高位置为传送带与地面水平，传动带只能绕着铰接点旋转，整个传送带通过行车部分带动向前运动)传送带长L，有：
第一种情况，车厢后挡板未打开，为了使得沿车宽方向的激光传感器可以测量距离两侧挡板的距离，需要让激光传感器模块进入车厢内。同时，车厢后挡板未打开，传送带在车厢内运动受几何关系的限制，即向X轴正方向运动距离L1和向Z轴负方向运动距离(H-H2-L2)有几何关系的约束，其几何关系如图10所示。传送带最高位置为水平状态，只能在最高位置以下的状态位上下运动，同时，传送带可以水平向前或向后运动。则L1取值范围：0<L1<D1，L2在当前L1条件下，L2能达到的最小值，L1/(L-L1)＝(H-H2-L2)/(H-H1)，即L2＝H-H2-L1*(H-H1)/(L-L1)。
第二种情况：车厢后挡板已经打开；检测到一次突变，即说明已经到达车厢后边界处，由于没有几何关系的限制，可以直接往下运动，运动距离L1的取值范围：0<L1<D1，预先设定距离L2的取值范围：0<L2<H1-H2。
如图3、图5所示，在检测出待作业车辆的车型后，对待作业车辆进行装包处理，包括：
根据车型检测中获取的待作业车辆的长D1、宽D2和高D3，和水泥袋包的长d1、宽d2和高d3，计算并选择当前车型装载的水泥排数n、列数m和层数q：
1≤n≤int(D1/d2)；
1≤m≤int(D2/d1)；
1≤q≤int(D3/d3)。
设定水泥袋包装车起始点位置坐标(x，y，z)、三维运动机构复位点坐标(0，0，h初始)，h初始为装车复位点的激光传感器距离地面的高度；三维运动机构头的坐标为(Lx，Ly，h)，当位于车厢上方时，h等于沿着z轴负方向的激光传感器实时数据加上车厢底板高度，其余情况h等于沿着z轴负方向的激光传感器实时数据；
以装车起始点位置开始，按照路径规划，在所述待作业车辆中装载所述水泥袋包的排列数及层数，其中，路径规划包括装列、换行以及换层依次执行，或者装行、换列以及换层依次执行，参见图6。
需要说明的是，车型检测完成时，车辆停在车厢上方，此时三维运动机构头的坐标为(Lx1,Ly1,h)，一般装水泥都从车厢的左上角或者右上角开始装包，以从车厢左上角开始装载水泥的情况分析路径规划为例：车厢左上角的装车初始点的坐标为(Lx1+车厢检测时沿着x轴正方向的激光传感器的读数，Ly1+车型检测时沿着y轴正方向的激光传感器的读数，h0+h车底板)，这里h0指的是装第一层水泥所需的三维运动机构头的距离车厢底板的高度，根据我国现行水泥袋包的尺寸标准，这里可取30cm。
具体地，h0的取值根据袋装载水泥包的尺寸标准确定，初始装车时，水泥袋从码垛段往下码放，因此码垛段离底板的高度略大于水泥袋包的高度即可，这样落放高度较小，产生的粉尘污染较少。根据经验，这里可选用离底板高度30cm的经验数值。
理论上，落放高度h0的取值范围：实际待装载的水泥带包袋高度<h0<能符合几何约束的最大值对应的落放高度。(需要考虑后档板是否打开的情况)
具体地，如图6-图7所示，两种路径规划情况下，待作业车辆装包的流程如下：
(1)在路径规划为装列、换行以及换层依次执行时：
1)根据水泥袋数信息，控制三维运动机构从装车起始位置(x，y，z)，沿X轴方向码放水泥袋包n个，匹配装车速度为：所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝d2/vx；
2)装完第一列后，控制三维运动机构依次运动到位置(x，y+a1×d1，z)，即(Lx1+车厢检测时沿着X轴正方向的激光传感器的读数，Ly1+车型检测时沿着Y轴正方向的激光传感器的读数-(当前列数-1)×d1，h0+h车底板)，然后沿X轴方向将所述水泥袋包摆放好直至第a1列铺满，并在a1取最大值时判断车厢第一层铺满水泥袋包，其中1≤a1≤m-1，m表示水泥袋包列数，1≤m≤int(D2/d1)，d1表示水泥袋包长度；其匹配速度为：所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx、三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝(D1-d2)/vx＝d1/vy。
3)控制三维运动机构依次运动到位置(x，y，z+a2×d3)，即(Lx1+车厢检测时沿着X轴正方向的激光传感器的读数，Ly1+车型检测时沿着Y轴正方向的激光传感器的读数，h0+h车底板+(当前层数-1)×d3)，并重复上述步骤1)至2)，直至第a2层铺满水泥袋包，并在a2取最大值时判断所述待作业车辆水泥袋包装载完成，其中1≤a2≤q-1，q表示水泥袋包层数，1≤q≤int(D3/d3)，d3表示水泥袋包高度。其匹配速度：所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx、三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy、三维运动机构沿Z轴方向的电机转速vz与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝(D1-d2)/vx＝(D2-d1)/vy＝d3/vz，△d为传送带上相邻两个水泥袋包之间的距离。
(2)规划路径为装行、换列以及换层依次执行时：
1)根据红外计数器获取的水泥袋数信息，控制将三维运动机构从装车起始位置(x，y，z)，沿Y轴方向码放水泥袋包m个，这里需要匹配装车速度：三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝d1/vy。
2)装完第一排，快速控制三维运动机构运动到位置(x+a3×d2，y，z)，即Lx1+车厢检测时沿着X轴正方向的激光传感器的读数-(当前排数-1)×d2，Ly1+车型检测时沿着Y轴正方向的激光传感器的读数，h0+h车底板)，然后沿Y轴方向将所述水泥袋包摆放好直至第a3行铺满，并在a3取最大值时判断车厢第一层铺满水泥袋包，其中1≤a3≤n-1，n表示预备装载的水泥袋包行数，1≤n≤int(D1/d2)，d2表示水泥袋包宽度。其中匹配速度为：三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx、三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝d2/vx＝(D2-d1)/vy。
3)当装完第一层，控制三维运动机构依次运动到位置(x，y，z+a2×d3)，即Lx1+车厢检测时沿着X轴正方向的激光传感器的读数，Ly1+车型检测时沿着Y轴正方向的激光传感器的读数，h0+h车底板+(当前层数-1)×d3)。并重复上述步骤1)至2)，直至第a2层铺满水泥袋包，并在a2取最大值时判断所述待作业车辆水泥袋包装载完成，其中1≤a2≤q-1，q表示预备装载的水泥袋包层数，1≤q≤int(D3/d3)，d3表示水泥袋包高度。其匹配速度：三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx、三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy、三维运动机构沿Z轴方向的电机转速vz与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝(D1-d2)/vx＝(D2-d1)/vy＝d3/vz，△d为传送带上相邻两个水泥袋包之间的距离。
如图2所示，本实施例中待作业车辆的车型检测和装包作业的控制系统包括：激光传感器10、红外计数器20、通讯模块30、计算决策模块40、监控模块60和运动控制模块50；激光传感器10的输出端经通讯模块30与计算决策模块40连接，红外计数器20的输出端与运动控制模块50连接，计算决策模块40经通讯模块30与运动控制模块50连接，监控模块60分别与计算决策模块40和运动控制模块50连接。其中：
激光传感器10用于将测量数据传给计算决策模块40，进行现场环境识别、车型大小检测、三维运动机构头定位和三维运动机构运动规划，通过计算决策，生成装备策略与装备序列，并分解为装包机运动序列，通过通讯模块30将控制指令发送给运动控制模块50。
红外计数器20信息，用于获取已装载的水泥袋包数量，并传给计算决策模块40，进行系统装包状态实时更新，计算出目前状态相匹配的装包速度，并分解为装包机运动序列，通过通讯模块30将控制指令发送给运动控制模块50。
计算决策模块40包括车型检测的算法，如何定位三维运动机构头，如何根据当前的三维运动机构头位置以及系统装包状态进行三维运动机构运动规划，通过计算决策，生成装备策略与装备序列，并分解为装包机运动序列，通过通讯模块30将控制指令发送给运动控制模块50。
运动控制模块50包括可编程控制器，电机驱动器，运动电机。运动控制模块50用于接收到计算决策模块40的控制指令，对三维运动机构的运动进行控制。其通过可编程控制器传送给电机驱动器，从而实现运动电机的控制。三维运动机构中可带动传送带沿着x轴y轴z轴上下左右前后运动的三维运动机构至少需要安装三个方向的运动电机，沿着x轴方向的运动电机的行程为Lx，沿着y轴方向的运动电机的行程为Ly，沿着z轴方向的运动电机的行程为Lz，设装车复位点三个方向的运动电机的行程数均为0。
监控模块60用于动态监控作业现场的全自动智能装车的工作状态，并可实时操作系统的工作步骤。
需要说明的是，本方案中全自动智能装车方案所对应的一种系统实现架构可包括上位机操作基站，下位机控制系统和上述袋装水泥自动装车装置的硬件部分。上位机包括运动规划模块、计算决策模块、监控界面、环境识别模块和通讯模块；下位机包括感测模块、控制模块、辅助模块和总控模块；所述环境识别模块(激光传感器)进用于提供上位机进行现场环境识别，车型检测和装包信息融合，通过计算决策模块，生成装备策略与装备序列，并分解为装包机运动序列，通过通讯模块将控制指令发送给下位机总控模块。上位机完成任务规划会下发控制指令序列给下位机总控模块，总控模块跟控制模块进行信息交换。控制模块采集三维运动机构运动传感器信息，对运动电机进行变频控制以协调装包节奏，控制执行机构运动实现自动装包。
进一步地，如图9所示，本实施例中通过安装在三维运动机构头部的红外计数器20，每当传送带传送一袋水泥到水泥车厢中，经过红外计数器20区域，红外计数器20数值加一。红外计数器20返回的当前值，即是本次水泥装车作业中当前已经装好的水泥袋数，在每次装车完成后，红外计数器20值清零。
并且在车型检测完成后直至装车完成前，监控模块60实时读取红外计数器20的值p，并解算当前系统装包状态，这里以按列铺放方法为例，按行铺放方法同理，具体过程为：
根据上述计算的实际可装载水泥袋包的行数n，列数m，层数q，计算可装水泥总袋数：N＝n×m×q，通过当前红外计数器值p计算对应车厢中当前铺放水泥的位置。
判断p是否在上一个装车作业完成后已经清零，即在本次作业开始计数时，判断p是否会大于N，若大于N，则需要减去上一次装车作业完成时的计数N，才能得到本次作业计数的准确p值。
判断p是否刚好铺满某一层，即p是否能被(n×m)整除，若能，说明p刚好铺满某一层，当前层数＝p/(n×m)，当前行数＝n，当前列数＝m；
若不能，当前层数＝int[p/(n×m)]+1，判断p是否刚好铺满某一列，即[p-((当前层数-1)×n×m)]是否能被n整除；
若能，则说明p刚好铺满某一列，当前列数＝[p-((当前层数-1)×n×m)]/n，当前行数＝n；
若不能，当前列数＝[p-((当前层数-1)×n×m)]/n+1，当前行数＝p-(当前层数-1)×n×m-(当前列数-1)×n。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全自动智能装车检测与控制方法，其特征在于，在三维运动机构的X轴正负方向、Y轴正负方向以及Z轴负方向均安装有激光传感器，该五个激光传感器的末端集中于一点，三维运动机构可带动传送带沿X轴、Y轴、Z轴上下前后左右运动，包括：
获取五个激光传感器的实时测量数据，并根据实时测量数据，检测出待作业车辆的车型；
所述三维运动机构包括输送机构、执行机构、用于将水泥袋包码放在车厢内的码袋机构、支撑板以及第一导轨，第一导轨与车长方向平行且布置于支撑板上；输送机构包括直线段输送部分、倾斜段输送部分和变幅输送部分，直线段输送部分布置在第一导轨上，变幅输送部分位于支撑板下方，直线段输送部分的物料出口与倾斜段输送部分的物料入口铰接，变幅输送部分的物料入口与倾斜段输送部分的物料出口铰接，变幅输送部分包括输送带和外框，输送带安装在外框内，且与外框为转动连接，码袋机构与变幅输送部分的物料出口连接且与变幅输送部分水平布置，执行机构通过第一滚轮布置在第一导轨上，执行机构与变幅输送部分外框两侧之间通过钢丝绳连接，执行机构带动变幅输送部分运动以带动码袋机构码放水泥袋包，激光传感器安装在码袋机构的传送带下方；
所述三维运动机构的X轴与待作业车辆的车长平行，Y轴与待作业车辆的车宽平行，Z轴与待作业车辆的高度方向平行；
所述获取五个激光传感器的实时测量数据，并根据实时测量数据，检测出待装车车辆的车型，包括：
在待作业车辆移动至指定区域中时，若待作业车辆后挡板为打开状态，驱动传送带从车尾向车头方向移动；
当位于Z轴负方向的激光传感器的数值发生突变时，传送带停止运动，并记录该激光传感器突变前和突变后的测量数据；
将位于Z轴负方向的激光传感器突变前后的测量数据做差，得到待作业车辆的车厢底板高度；
控制传送带沿Z轴负方向运动，直至Z轴负方向的激光传感器数值为预先设定数值时停止；
将位于Y轴正、负方向的激光传感器的测量数据求和，得到待作业车辆的车宽D2；
将位于X轴正方向的激光传感器的测量数据作为待作业车辆的车长D1；
控制传送带沿Z轴正方向移动，在检测到位于Y轴负方向的激光传感器的测量数据发生突变时，传送带停止运动，并记录位于Z轴负方向的激光传感器数据，作为待作业车辆的车高D3；
在待作业车辆移动至指定区域中时，若待作业车辆后挡板为关闭状态，带动传送带沿车尾向车头方向移动；
当位于Z轴负方向的激光传感器的数值发生突变时，控制传送带沿X轴正方向运动设定距离；
记录位于Z轴负方向的激光传感器数值发生突变前的测量数据和传送带运动设定距离后Z轴负方向的激光传感器的测量数据，并将两次测量数据之差作为车厢底板的高度；
控制传送带沿Z轴负方向运动，直至Z轴负方向的激光传感器数值为预先设定数值时停止；
将当前时刻X轴正负方向的激光传感器所测量数据相加作为待作业车辆的车长D1；
将当前时刻Y轴正负方向的激光传感器所测量数据相加作为待作业车辆的车宽D2；
控制传送带沿Z轴正方向运动，在Y轴正负方向的激光传感器数值发生突变时，将当前时刻Z轴负方向的激光传感器所测量数据作为待作业车辆的车高D3；
根据待作业车辆的车型和水泥袋包的尺寸，进行水泥袋包的装车作业。
2.如权利要求1所述的全自动智能装车检测与控制方法，其特征在于，所述装车起始点位置为待作业车辆车厢的左上角或右上角，所述根据待作业车辆的车型和水泥袋包的尺寸，以装车起始点位置进行水泥袋包的装车作业，包括：
根据车型检测中获取的待作业车辆的长宽高尺寸和水泥袋包的尺寸，计算并选择当前车型装载的水泥排数n、列数m和层数q；
设定水泥袋包装车起始点位置坐标(x，y，z)、三维运动机构复位点坐标(0，0，h初始)，h初始为装车复位点的激光传感器距离地面的高度；
以装车起始点位置开始，按照路径规划，在所述待作业车辆中装载所述水泥袋包的排列数及层数。
3.如权利要求2所述的全自动智能装车检测与控制方法，其特征在于，所述路径规划包括装列、换行以及换层依次执行，或者装行、换列以及换层依次执行，在三维运动机构头部安装有用于获取水泥袋数信息的红外计数器，还包括利用红外计数器所获取的当前已装载的水泥袋包数量，解算当前系统装包状态，步骤如下：
在本次作业开始计数时，判断当前红外计数器值p是否大于可装水泥总袋数N；
若大于N，则用当前红外计数器值p减去上一次装车作业完成时的计数N，得到本次作业计数的准确p值；
判断p是否能被(n×m)整除；
若是，得到当前层数＝p/(n×m)，当前行数＝n，当前列数＝m；
若否，得到当前层数＝int[p/(n×m)]+1；
判断[p-((当前层数-1)×n×m)]是否能被n整除；
若是，得到当前列数＝[p-((当前层数-1)×n×m)]/n，当前行数＝n；
若否，得到当前列数＝[p-((当前层数-1)×n×m)]/n+1，当前行数＝p-(当前层数-1)×n×m-(当前列数-1)×n。
4.如权利要求3所述的全自动智能装车检测与控制方法，其特征在于，在所述路径规划为装列、换行以及换层依次执行时，所述以装车起始点位置开始，按照路径规划，在所述待作业车辆中装载所述水泥袋包的排列数及层数，包括：
1)根据水泥袋数信息，控制三维运动机构从装车起始位置(x，y，z)，沿X轴方向码放水泥袋包n个，n表示预备装载的水泥袋包行数，1≤n≤int(D1/d2)，d2表示水泥袋包宽度；
2)控制三维运动机构依次运动到位置(x，y+a1×d1，z)，沿X轴方向将所述水泥袋包摆放好直至第a1列铺满，并在a1取最大值时判断车厢第一层铺满水泥袋包，其中1≤a1≤m-1，m表示预备装载的水泥袋包列数，1≤m≤int(D2/d1)，d1表示水泥袋包长度；
3)控制三维运动机构依次运动到位置(x，y，z+a2×d3)，并重复上述步骤1)至2)，直至第a2层铺满水泥袋包，并在a2取最大值时判断所述待作业车辆水泥袋包装载完成，其中1≤a2≤q-1，q表示预备装载的水泥袋包层数，1≤q≤int(D3/d3)，d3表示水泥袋包高度。
5.如权利要求4所述的全自动智能装车检测与控制方法，其特征在于，在所述规划路径为装行、换列以及换层依次执行时，所述以装车起始点位置开始，按照路径规划，在所述待作业车辆中装载所述水泥袋包的排列数及层数，包括：
1)根据水泥袋数信息，控制三维运动机构从装车起始位置(x，y，z)，沿Y轴方向码放水泥袋包m个，m表示预备装载的水泥袋包列数，1≤m≤int(D2/d1)，d1表示水泥袋包长度；
2)控制三维运动机构依次运动到位置(x+a3×d2，y，z)，沿Y轴方向将所述水泥袋包摆放好直至第a3行铺满，并在a3取最大值时判断车厢第一层铺满水泥袋包，其中1≤a3≤n-1，n表示预备装载的水泥袋包行数，1≤n≤int(D1/d2)，d2表示水泥袋包宽度；
3)控制三维运动机构依次运动到位置(x，y，z+a2×d3)，并重复上述步骤1)至2)，直至第a2层铺满水泥袋包，并在a2取最大值时判断所述待作业车辆水泥袋包装载完成，其中1≤a2≤q-1，q表示预备装载的水泥袋包层数，1≤q≤int(D3/d3)，d3表示水泥袋包高度。
6.如权利要求4所述的全自动智能装车检测与控制方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝d2/vX；
在所述步骤2)中，所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx、三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝(D1-d2)/vx＝d1/vy；
在所述步骤3)中，所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx、三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy、三维运动机构沿Z轴方向的电机转速vz与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝(D1-d2)/vx＝(D2-d1)/vy＝d3/vz，△d为传送带上相邻两个水泥袋包之间的距离。
7.如权利要求5所述的全自动智能装车检测与控制方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝d1/vy；
在所述步骤2)中，所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx、三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝d2/vx＝(D2-d1)/vy；
在所述步骤3)中，所述三维运动机构沿X轴方向的电机转速vx、三维运动机构沿Y轴方向的电机转速vy、三维运动机构沿Z轴方向的电机转速vz与传送带的速度v1之间满足(d1+△d)/v1＝(D1-d2)/vx＝(D2-d1)/vy＝d3/vz，△d为传送带上相邻两个水泥袋包之间的距离。
8.一种全自动智能装车检测与控制系统，其特征在于，包括激光传感器、红外计数器、通讯模块、计算决策模块、监控模块和运动控制模块；
激光传感器的输出端经通讯模块与计算决策模块连接，红外计数器的输出端与运动控制模块连接，计算决策模块经通讯模块与运动控制模块连接，监控模块分别与计算决策模块和运动控制模块连接，其中：
激光传感器用于将测量数据传给计算决策模块；
红外计数器用于获取当前已装载的水泥袋包数量，并传给计算决策模块，进行系统装包状态实时更新，计算出目前状态相匹配的装包速度，并分解为装包机运动序列，通过通讯模块将控制指令发送给运动控制模块；
计算决策模块用于利用车型检测的算法，通过计算决策，生成装备策略与装备序列，并分解为装包机运动序列，通过通讯模块将控制指令发送给运动控制模块；
运动控制模块用于根据接收到计算决策模块的控制指令，对三维运动机构的运动进行控制；
监控模块用于动态监控作业现场的全自动智能装车的工作状态，并可实时操作系统的工作步骤；
所述全自动智能装车检测与控制系统还包括三维运动机构；
所述三维运动机构包括输送机构、执行机构、用于将水泥袋包码放在车厢内的码袋机构、支撑板以及第一导轨，第一导轨与车长方向平行且布置于支撑板上；输送机构包括直线段输送部分、倾斜段输送部分和变幅输送部分，直线段输送部分布置在第一导轨上，变幅输送部分位于支撑板下方，直线段输送部分的物料出口与倾斜段输送部分的物料入口铰接，变幅输送部分的物料入口与倾斜段输送部分的物料出口铰接，变幅输送部分包括输送带和外框，输送带安装在外框内，且与外框为转动连接，码袋机构与变幅输送部分的物料出口连接且与变幅输送部分水平布置，执行机构通过第一滚轮布置在第一导轨上，执行机构与变幅输送部分外框两侧之间通过钢丝绳连接，执行机构带动变幅输送部分运动以带动码袋机构码放水泥袋包，激光传感器安装在码袋机构的传送带下方。
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