CN111023972A - 静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统，包括支架、步进电机、减速器、微机控制器、主机、以及用于探测激光雷达转回至机械原点的归零感应器；所述减速器固定在支架上，减速器上固定有步进电机，且该步进电机的输出轴通过联轴器与减速器的输入轴传动连接，减速器的输出主轴上固定有激光雷达，激光雷达与主机电连接；所述归零感应器设置在减速器上且通过微机控制器与主机电连接。本发明由于使用激光雷达可以克服现有技术的双目视觉或结构光方法易受外界光线变化，背景颜色影响的缺陷；而使激光雷达主动旋转又可以克服现有技术激光雷达必须动态测量的不足，实现激光雷达对邮包体积的静态测量。

Description

静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统

技术领域

本发明涉及物流自动化检测技术领域，尤其涉及一种静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统。

背景技术

目前物流发展迅速，由于劳动力成本的增加人们对物流自动化越来越引起重视，物流自动化中对邮包体积的测量是一个重要的环节。现在国内大部分物流企业对邮包体积的测量还是用传统的人工方式来测量。虽然也有部分是用自动化设备来测量，但大部分是使用双目视觉或结构光方法。由于双目视觉和结构光方法由于易受外界光线变化，背景颜色的影响，会出现很多使用上的问题。虽然也有用激光雷达来测量快递邮包体积但都是动态的，也就是在快递邮包分拣流水线上通过快递邮包在流水线上运动来实现激光雷达对邮包体积的测量，也称为是激光雷达动态测量。

现针对以上问题设计出一种静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统，具备包裹静态测量、精准度高的优点，解决了双目视觉和结构光方法，易受外界光线变化、背景颜色影响的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统，包括支架、步进电机、减速器、微机控制器、主机、以及用于探测激光雷达转回至机械原点的归零感应器；所述减速器固定在支架上，减速器上固定有步进电机，且该步进电机的输出轴通过联轴器与减速器的输入轴传动连接，减速器的输出主轴上固定有激光雷达，激光雷达与主机电连接；所述归零感应器设置在减速器上且通过微机控制器与主机电连接。

进一步的，归零感应器包括磁铁、霍尔元件，磁铁嵌在与主轴同步转的齿轮上，霍尔元件设置在磁铁扫过区域减速器的壳体内，霍尔元件通过微机控制器与主机电连接。

进一步的，减速器包括壳体、蜗杆、涡轮，壳体固定在支架上，蜗杆两端通过轴承固定在壳体内，且其中部与涡轮传动连接，涡轮固定在减速器的输出主轴，输出主轴通过轴承固定在壳体上。

进一步的，所述激光雷达用于对静态快递邮包进行激光扫描，并采集被检测物体的激光扫描波形序列。

进一步的，主机对激光雷达采集的所述激光扫描波形序列采用最小二乘法多项式逼近算法进行数据处理，并将处理结果存储至主机内。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

1.由于使用激光雷达可以克服现有技术的双目视觉或结构光方法易受外界光线变化，背景颜色影响的缺陷；而使激光雷达主动旋转又可以克服现有技术激光雷达必须动态测量的不足，实现激光雷达对邮包体积的静态测量；使用激光雷达主动旋转的方法获得信息可以实现对快递邮包的三维重构，从而在对重构的快递邮包三维模型进行最优化处理以实现使用廉价高误差激光雷达获得高精度的测量结果，可以大大减少系统成本。。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提出的一种是静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统的示意图；

图2为减速器的结构示意图；

图3为显示静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统控制框图示意图；

图4为激光雷达的激光扫描线及激光雷达扫描被扫描物体所产生的波形线示意图；

图5为激光雷达扫描被扫描物体所产生的波形线示意图；

图6为激光雷达扫描被扫描物体所产生的波形及对激光雷达所产生的波形进行最小多项式逼近处理后的的波形示意图；

图7为激光雷达所产生的波形进行最小多项式逼近处理后的波形示意图。

图中：1-支架、2-步进电机、3-减速器、4-微机控制器、5-主机、6-归零感应器、7-联轴器、8-激光雷达、9-磁铁、10-霍尔元件、11-壳体、12-蜗杆、13-涡轮、14-输出主轴、21-台面基准线、22-波形线、23-实际测量物体的高度、24-激光扫描线、25-处理后的波形。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

参照图1-7，一种静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统，包括支架1、步进电机2、减速器3、微机控制器4、主机5、以及用于探测激光雷达转回至机械原点的归零感应器6；所述减速器3固定在支架1上，减速器3上固定有步进电机2，且该步进电机2的输出轴通过联轴器7与减速器3的输入轴传动连接，减速器3的输出主轴上固定有激光雷达8，激光雷达8与主机5电连接；所述归零感应器6设置在减速器3上且通过微机控制器4与主机5电连接。

归零感应器6包括磁铁9、霍尔元件10，磁铁9嵌在与主轴同步转的齿轮上，霍尔元件10设置在磁铁9扫过区域减速器3的壳体内，霍尔元件10通过微机控制器4与主机5电连接。

减速器3包括壳体11、蜗杆12、涡轮13，壳体11固定在支架1上，蜗杆12两端通过轴承固定在壳体11内，且其中部与涡轮13传动连接，涡轮13固定在减速器3的输出主轴14，输出主轴14通过轴承固定在壳体11上。

所述激光雷达8用于对静态快递邮包进行激光扫描，并采集被检测物体的激光扫描波形序列。

主机5对激光雷达8采集的所述激光扫描波形序列采用最小二乘法多项式逼近算法进行数据处理，并将处理结果存储至主机8内。

主机5使用带返回值和控制参数的命令对微机控制器4进行操作，微机控制器4用返回值的方式向主机5返回激光雷达8位置状态信息。

步进电机带动减速器通过旋转主轴实现激光雷达的围着激光雷达发射中心主动旋转，激光雷达为每帧扇形对被测物体扫描，从而获得被测物体外形波形；当激光雷达的围着激光雷达发射中心主动旋转180度并同时连续采样可以获得被测物体外形波形一周完整的被测物体外形波形序列，这个被测物体外形一周完整的波形序列可以为后续主体提供用于建立被测物体三维模型的数据，采用最小二乘法多项式逼近算法对激光雷达采集的对被测物体的数据处理进行处理，以及后续的三维模型的图像处理和优化数学计算可以获得高精度的体积测量数据。

磁铁和霍尔元件组成归零感应器，用于每次激光雷达主动旋转扫描前必须要检测是否回到机械原点。

磁铁接近霍尔元件时霍尔元件发出机械原点信号。归零感应器是用于返回微机控制器的激光雷达回到机械原点信号。

归零感应器可以用很多方法实现，如光电技术，有触点行程开关等。

由于霍尔元件可以工作在有油腻，尘埃及各种光线干扰等环境中，又由于霍尔元件无触点，工作可靠，所以归零感应器选用霍尔元件。

在实施列中我们是把磁铁嵌在与主轴相连的齿轮上，霍尔元件嵌在齿轮箱内，当主轴相连的齿轮上的磁铁接近嵌在齿轮箱内霍尔元件时霍尔元件发出回到机械原点信号；这样结构紧凑，工作可靠，非常理想。

所述微机控制器用于驱动步进电机反转回机械原点，当激光雷达回到机械原点时归零感应器向微机控制器发出信号，停止反转。微机控制器也可用于驱动步进电机正转实现激光雷达主动旋转对被测物体扫描获得被测物体外形波形序列。

所述主机用于协调整体运行并接受，处理和存储激光雷达获得的被测物体外形波形序列。

微机控制器向主机返回系统状态信号，如已回机械原点，一帧角度旋转到位等。主机向微机控制器发送各种控制命令，返回机械原点，扫描一帧旋转角度等。

微机控制器驱动步进电机正转扫描或反转回机械原点。当到达机械原点时磁铁接近霍尔元件时，霍尔元件向微机控制器发出不同电波，微机控制器控制步进电机停止反转，并向上位机主机也返回一个已回机械原点到达信号，即系统已处于初始状态。

主机与激光雷达实现双向通讯：主机可以向激光雷达发送各种设置参数和控制命令，激光雷达向主机发送激光雷达扫描被扫描物体所产生的波形，计算机对接受到的波形数据进行处理和存储。

在主机处与初始状态时允许主机接受激光雷达发出的一组激光雷达的激光扫描线24序列。每条激光射扫描线24的终点连线形成激光雷达扫描被扫描物体所产生的波形线22，台面基准线21，实际测量物体的高度23。

可以看出后所显示的激光雷达扫描被扫描物体所产生的波形线22与台面基准线21和实际测量物体的高度3之间的关系。激光雷达扫描被扫描物体所产生的波形线22实际上是在台面基准线21和实际测量物体的高度23之间波动的曲线，波动幅度就是激光雷达的测量误差。激光雷达测量精度越高，测量误差越小，越接近与实台面基准线21和实际测量物体的高度23。如激光雷达测量误差对于0，那么激光雷达扫描被扫描物体所产生的波形2将分别在扫描台面时与台面基准线21重合，或扫描物体时与实际测量物体的高度23重合。

使用最小二乘法多项式逼近算法对激光雷达扫描被扫描物体所产生的波形22进行处理，处理后的波形25。

激光雷达所产生的波形用最小二乘方多项式逼近处理后的波形25分别与相应的台面基准线21重合，或实际测量物体的高度23重合。完全消除了激光雷达扫描所产生的误差，有效地提高了激光雷达的测量精度,为使用廉价的高误差性能的激光雷达而获得高精度的测量结果提供了可能。

用静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统控制框图来描述系统的控制流程。

主机接受到微机控制器完成激光雷达的角度旋转后开始执行对激光雷达的下一帧信息采集处理周期，把下一帧采集用最小二乘方多项式逼近处理后的波形存储。

主机在完成控制激光雷达旋转180度后，完成完整的对被扫描物体激光扫描波形序列的采集，处理和存储后，结束一个静态快递邮包激光雷达旋转数据采集进程。微机控制器，步进电机，机械减速器，归零感应器构成一个闭环系统用于精确控制激光雷达回复初始状态。

本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统，其特征在于包括支架(1)、步进电机(2)、减速器(3)、微机控制器(4)、主机(5)、以及用于探测激光雷达转回至机械原点的归零感应器(6)；

所述减速器(3)固定在支架(1)上，减速器(3)上固定有步进电机(2)，且该步进电机(2)的输出轴通过联轴器(7)与减速器(3)的输入轴传动连接，减速器(3)的输出主轴上固定有激光雷达(8)，激光雷达(8)与主机(5)电连接；

所述归零感应器(6)设置在减速器(3)上且通过微机控制器(4)与主机(5)电连接。

2.根据权利要求1所述的静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统，其特征在于：归零感应器(6)包括磁铁(9)、霍尔元件(10)，磁铁(9)嵌在与主轴同步转的齿轮上，霍尔元件(10)设置在磁铁(9)扫过区域减速器(3)的壳体内，霍尔元件(10)通过微机控制器(4)与主机(5)电连接。

3.根据权利要求1所述的静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统，其特征在于：减速器(3)包括壳体(11)、蜗杆(12)、涡轮(13)，壳体(11)固定在支架(1)上，蜗杆(12)两端通过轴承固定在壳体(11)内，且其中部与涡轮(13)传动连接，涡轮(13)固定在减速器(3)的输出主轴(14)，输出主轴(14)通过轴承固定在壳体(11)上。

4.根据权利要求1所述的静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统，其特征在于：所述激光雷达(8)用于对静态快递邮包进行激光扫描，并采集被检测物体的激光扫描波形序列。

5.根据权利要求4所述的静态快递邮包激光雷达旋转数据采集系统，其特征在于：主机(5)对激光雷达(8)采集的所述激光扫描波形序列采用最小二乘法多项式逼近算法进行数据处理，并将处理结果存储至主机(8)内。

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