CN113295001B - 一种烧结机台车料层厚度的检测系统、方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及金属烧结、球团技术领域,提供一种烧结机台车料层厚度的检测系统、方法及装置,检测系统包括用于检测台车速度的台车速度检测器和2D激光扫描仪,2D激光扫描仪设置在烧结台车一侧;通过2D激光扫描仪扫描料面上的多个测量点,并根据2D激光扫描仪的扫描角度以及到测量点的距离,计算多个测量点的坐标;然后设定2D激光扫描仪的采样周期,根据料面的轮廓线以及一个采样周期内台车运行角度,生成一个采样周期的料层轮廓面;根据多个采样周期内生成的料层轮廓面以及台车的高度,生成台车的料层厚度数据集。通过本申请实施例提供的一种烧结机台车料层厚度的检测系统,能够准确获得烧结机内台车整个料面的料层厚度。
Description
技术领域
本申请涉及金属烧结、球团技术领域,尤其涉及一种烧结机台车料层厚度的检测系统、方法及装置。
背景技术
烧结及球团是钢铁工业的基础环节,为炼铁提供优质的原料。烧结工艺是将含铁原料经配料、混合后在烧结机上经主抽风机的抽风作用、高温焙烧,使含铁原料发生一系列物理化学变化的过程。烧结的成品为烧结矿,主要用于高炉炼铁。烧结生产工艺流程通常主要有原料的接受、筛分破碎及溶剂燃料的破碎筛分,配料,布料,抽风烧结,鼓风冷却,筛分整粒,除尘等环节组成。
其中,烧结机布料的料层厚度及均匀性,不仅影响烧结矿的质量,还影响烧结矿的产量。球团链篦机的层厚也是其关键参数之一,层厚过高难以干透生球易爆裂,层厚过低产量太低。
故需要对布料的层厚情况进行检测,现有技术中,烧结工艺一般采用在九辊布料机之后设置雷达料位计或声波料位计,检测烧结台车上的料层厚度。球团工艺一般采用在进链篦机之前设置雷达料位计或声波料位计检测台车料层厚度。
但是,这种方式只能检测到一个较小的斑点处的料层厚度,而由于烧结机的下料量不一定均匀且在局部区域容易堵大块,利用单点的方式检测料层的厚度,并用此厚度评估一个辅门宽度区域的料层厚度,其检测结果不具备整个料面层厚的代表性,导致检测结果在实际应用过程中,存在较大的误差。
发明内容
本申请提供了一种烧结机台车料层厚度的检测系统、方法及装置,以解决现有技术中烧结机台车料层厚度单点检测存在较大误差的问题。
本申请第一方面提供的一种烧结机台车料层厚度的检测系统,所述检测系统包括用于检测台车速度的台车速度检测器和2D激光扫描仪,所述2D激光扫描仪设置在烧结台车一侧,且处于烧结机的工序上游;所述检测系统还包括连接所述台车速度检测器和2D激光扫描仪的控制器;
所述控制器被配置为执行以下步骤:
根据所述2D激光扫描仪相对于台车的安装位置,确定所述2D激光扫描仪的扫描起始位置和扫描终止位置;
根据扫描始位置和扫描终止位置,确定扫描区域;
控制所述2D激光扫描仪在一个扫描区域内扫描获取多个测量点,并根据所述2D激光扫描仪的扫描距离以及测量点对应的扫描角度,计算多个测量点的坐标;
根据多个测量点的坐标,生成料面的轮廓线;
设定所述2D激光扫描仪的采样周期,所述采样周期是指所述2D激光扫描仪两次采样之间的时间间隔;
接收所述台车速度检测器发送的台车运行速度,并根据所述采样周期,根据一个料层截面的采样周期,确定一个采样周期内台车运行距离;
根据料层一个扫描截面的轮廓线以及一个采样周期内台车运行距离,生成一个采样周期的料层轮廓面;
根据多个扫描周期内生成的料层轮廓面以及以及台车的高度,生成烧结台车的料层厚度数据集,其中,烧结台车的料层厚度数据集包括了台车上任意点的料层厚度。
可选的,在根据所述2D激光扫描仪相对于台车的安装位置,确定所述2D激光扫描仪的扫描起始位置和扫描终止位置的步骤之前,还包括:
建立扫描坐标系,所述扫描坐标系以所述2D激光扫描仪为坐标原点O,以竖直向上方向为X轴正方向,以水平垂直指向台车的方向为Y轴正方向。
可选的,所述扫描起始位置为OA,所述扫描终止位置为OB,其中,点A为台车外侧挡板的顶点,点B为台车内侧挡板的顶点。
可选的,所述根据多个测量点的坐标,生成料层一个扫描截面的轮廓线的步骤中,还包括:
利用多个测量点在扫描坐标系中的坐标,采用样条曲线拟合出料层一个扫描截面的轮廓线。
可选的,在所述控制所述2D激光扫描仪在一个扫描区域内扫描获取多个测量点,并根据所述2D激光扫描仪的扫描距离以及距离测量点的距离,计算多个测量点的坐标的步骤中,还包括:
筛选出所有测量点中Y轴坐标与点B的Y轴坐标的差值小于预设阈值的测量点,并标记为异常点;
比较异常坐标点中,X轴坐标的数值大小,并保留X轴坐标的数值最小的异常点,去除其他异常点。
可选的,在所述控制所述2D激光扫描仪在一个扫描区域内扫描获取多个测量点的信息,包括到被测点的距离及扫描角度,并根据测量点的信息,计算多个测量点的坐标的步骤中,还包括:
用异常点中X轴坐标的数值最小的X坐标,替换点A的X坐标,并插入到扫描的多个测量点中,作为扫描起始点。
可选的,根据料层一个扫描截面的轮廓线以及扫描一个料层截面的台车运行距离,生成一个扫描周期的料层轮廓面,具体执行步骤是:
将一个扫描截面的轮廓线以台车运行方向为平移方向,平移一个料层截面的台车运行距离,生成一个扫描周期的料层轮廓面。
本申请第二方面提供一种烧结机台车料层厚度的检测方法,所述检测方法包括:
根据所述2D激光扫描仪相对于台车的安装位置,确定所述2D激光扫描仪的扫描起始位置和扫描终止位置;
根据扫描起始位置和扫描终止位置,确定扫描区域;
控制所述2D激光扫描仪在一个扫描区域内扫描获取多个测量点,并根据所述2D激光扫描仪的扫描距离以及测量点对应的扫描角度,计算多个测量点的坐标;
根据多个测量点的坐标,生成料层一个扫描截面的轮廓线;
设定所述2D激光扫描仪的采样周期,所述采样周期是指所述2D激光扫描仪两次采样之间的时间间隔;
根据台车运行速度以及一个料层截面的采样周期,确定一个采样周期内台车运行距离;
根据料层一个扫描截面的轮廓线以及一个采样周期内台车运行距离,生成一个采样周期的料层轮廓面;
根据多个采样周期内生成的料层轮廓面以及台车的高度,生成台车的料层厚度数据集,其中,台车的料层厚度数据集包括了台车上任意点的料层厚度。
本申请第三方面提供一种烧结机台车料层厚度的检测装置,所述检测装置包括用于检测台车速度的台车速度检测器和2D激光扫描仪,所述2D激光扫描仪设置在烧结台车一侧,且处于烧结机的工序上游;所述检测系统还包括连接所述台车速度检测器和2D激光扫描仪的控制器。
本申请提供的一种烧结机台车料层厚度的检测系统、方法及装置,所述检测系统包括用于检测台车速度的台车速度检测器和2D激光扫描仪,所述2D激光扫描仪设置在烧结台车一侧,且处于烧结机的工序上游;所述检测系统还包括连接所述台车速度检测器和2D激光扫描仪的控制器;通过2D激光扫描仪扫描料面上的多个测量点,并根据2D激光扫描仪的扫描角度以及到测量点的距离,计算多个测量点的坐标;然后设定所述2D激光扫描仪的采样周期,所述采样周期是指所述2D激光扫描仪两次采样之间的时间间隔,根据料面的轮廓线以及一个采样周期内台车运行角度,生成一个采样周期的料层轮廓面;根据多个采样周期内生成的料层轮廓面以及台车的高度,生成台车的料层厚度数据集。通过本申请实施例提供的一种烧结机台车料层厚度的检测系统,能够准确获得烧结机内台车整个料面的料层厚度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种烧结机台车料层厚度的检测系统整体结构示意图;
图2为本申请实施例提供的扫描坐标系位置示意图;
图3为本申请实施例提供的控制器执行步骤图;
图4为本申请实施例提供的一个扫描周期内台车运行距离L的示意图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明,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。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
下述实施例以烧结工艺为例进行说明,球团工艺安装与检测方法基本类似。为了能够准确的检测出烧结机内部台车1上的料层厚度,本申请实施例提供一种烧结机台车料层厚度的检测系统,参见图1,为本申请实施例提供的一种烧结机台车料层厚度的检测系统整体结构示意图,所述检测系统包括用于检测台车1速度的台车速度检测器11和2D激光扫描仪2,所述2D激光扫描仪2设置在烧结台车一侧,且处于烧结机3的工序上游;所述检测系统还包括连接所述台车速度检测器11和2D激光扫描仪2的控制器4。其中,图1中的箭头指向方向为工序下游方向。
参见图3,为本申请实施例提供的控制器执行步骤图所述控制器被配置为执行以下S301至S307:
S301,根据所述2D激光扫描仪相对于台车的安装位置,确定所述2D激光扫描仪的扫描起始位置和扫描终止位置;
其中,根据所述2D激光扫描仪2相对于台车1的安装位置,还建立有扫描坐标系,参见图2,为本申请实施例提供的扫描坐标系位置示意图。所述扫描坐标系以所述2D激光扫描仪2为坐标原点O,以竖直向上方向为X轴正方向,以垂直指向台车的方向为Y轴正方向。则所述扫描始位置为OA,所述扫描终止位置为OB,其中,点A为台车1外侧挡板的顶点,点B为台车1内侧挡板的顶点。
需要说明的是,点A为台车1外侧挡板上最靠近料层一侧的顶点,即,所述2D激光扫描仪2发射的激光经过点A,可以达到台车1的料面上。其中,2D激光扫描仪2指能连续不停的发射激光脉冲,通过设备自身所带的光学机构将激光脉冲按一定角度间隔(角度分辨率)发射向扫描角度内的各个方向,而形成一个径向坐标为基准的二维扫描面。
2D激光扫描仪2的激光测距是利用时间飞行(Time of flight)原理,当激光发射器发出激光脉冲,内部定时器开始计算时间(t1),当激光波碰到物体部分能量返回,当激光接收器收到返回激光波时,停止内部定时器(t2),因为光速V已知,所能精测量出与被测物体的距离信息d=(t2-t1)*V。
S302,根据扫描起始位置和扫描终止位置,确定扫描区域。
S303,控制所述2D激光扫描仪在一个扫描区域内扫描获取多个测量点,并根据所述2D激光扫描仪的扫描距离以及测量点对应的扫描角度,计算多个测量点的坐标。
所述扫描角度是指,所述扫描起始位置与所述2D激光扫描仪当前扫描位置之间的角度,计算多个测量点的坐标,利用的原理是三角函数,在知道斜边长度(2D激光扫描仪2至测量点的距离),以及斜边与一条直角边的角度后,可以确定两条直角边的长度,即测量点的坐标。
由于台车1边缘的影响,以及所述2D激光扫描仪2的扫描始位置和扫描终止位置的设置,获取的测量点存在两个缺陷,一是,在扫描结束阶段,由于不确定料层厚度,需要扫描至台车1内侧挡板的顶点,此时可能会存在多个异常点,即获取的测量点实际上为台车内侧挡板的侧面。为了降低异常点带来的影响,采用以下方法去除测量点中的异常点。
首先,筛选出所有测量点中Y轴坐标与点B的Y轴坐标的差值小于预设阈值的测量点,并标记为异常点;然后,比较异常坐标点中,X轴坐标的数值大小,并保留X轴坐标的数值最小的异常点,去除其他异常点。
需要说明的是,所有测量点中Y轴坐标与点B的Y轴坐标的差值小于预设阈值的测量点,本质上是处于所述台车1内侧挡板处的点,但是由于所述台车1内侧挡板并不是一个绝对的平面,内侧挡板表面坐标点的Y轴坐标存在一个预设范围,在此预设范围内的Y轴坐标,与B的Y轴坐标的差值小于预设阈值。
二是,在扫描开始阶段,由于台车1外侧挡板的遮挡,处于台车1外侧挡板边缘的料面无法扫描,但是从布料的角度考虑,台车1边缘为检测的区域较小,且台车1两侧边缘的物料情况存在一定的相似性,故采用以下方法,降低台车1外侧挡板遮挡带来的影响。用异常点中X轴坐标的数值最小的X坐标,替换点A的X坐标,并插入到扫描的多个测量点中,作为扫描起始点。
S304,根据多个测量点的坐标,生成料面的轮廓线。
利用多个测量点在轮廓坐标系中的坐标,采用样条曲线拟合出料层一个扫描周期的轮廓线。具体可采用B样条曲线,将多个测量点拟合为完整的轮廓线,从而获得料层一个扫描截面的轮廓线。其中,由于2D激光扫描仪2是按角度间隔测量数据,会出现距离2D激光扫描仪2近的位置,测量点密集,距离远的位置,测量点稀疏,造成采集到的料面层厚数据不等间隔排布,为了使拟合的轮廓线更贴合实际的料面轮廓,还可以对测量出的测量点,进行抽样插值,以获得更多的中间测量点,从而提高拟合出的轮廓线,更贴合实际的料面轮廓。
S305,设定所述2D激光扫描仪的采样周期,所述采样周期是指所述2D激光扫描仪两次采样之间的时间间隔。
S306,接收所述台车速度检测器发送的台车运行速度,并根据一个料层截面的扫描周期,确定扫描一个料层截面的台车运行距离。
需要说明的是,这里所说的一个扫描周期,是指提取的两次采样数据之间的时间间隔,一次采样数据为扫描一个扫描区域的所有测量点,如图4所示,一个扫描周期内台车运行距离L,是指两次采样数据的第一个采样测量点所对应的距离。
S307,根据料层一个扫描截面的轮廓线以及一个采样周期内台车运行距离,生成一个采样周期的料层轮廓面。
由于在2D激光扫描仪2的扫描过程中,所述台车1一直处于运动过程中,则多个测量点坐标虽然处于同一个扫描坐标系下,但是测量点在台车1上的实际位置,并不在同一条直线上,故,需要将一个采样周期内,所述台车1的运行距离作为一个采样周期的料层轮廓面。
其中,根据轮廓线及台车运行角度,生成一个扫描周期的料层轮廓面,采用的是将一个扫描截面的轮廓线以台车运行方向为平移方向,平移一个采样周期内台车运行距离,生成一个采样周期的料层轮廓面。
S308,根据多个采样周期内生成的料层轮廓面以及台车的高度,生成烧结台车的料层厚度数据集,其中,烧结台车的料层厚度数据集包括了台车上任意点的料层厚度。
需要说明的是,台车1上用于运输物料的上表面为平面,这里所说的台车1的高度,是指台车1上用于运输物料的上表面。将整体料面的轮廓面上各点的X轴坐标值,减去台车1的高度处所的X轴坐标值,即可获得整体料面上各点的料层厚度,从而生成台车1的料层厚度数据集。
为了建立完整的料层厚度数据集,需要先定义一个世界坐标系,与台车的运动方向为N轴,垂直台车底面的方向为M轴,2D激光扫描仪2安装侧到台车1另一侧的方向为P轴方向,2D激光扫描仪2一次采集n测量点,记为p1、p2、p3、…pi、…pn。则将n测量点转化到世界坐标系下表示为点Pi,Pi是一个包含三维坐标的一列三行的数据,从上到下,每一行分别代表N、M、P的坐标值,则:
第k次检测的截面数据记为Pc(k):
其中,li为M轴坐标,hi为P轴坐标,台车的速度为v,每隔时间t采集一次数据,则第k次检测后,所有的数据记为Pa(k):
Pa(1)=Pc(1)
通过上述转换过程,可以将料层厚度数据集统一到世界坐标系中,随着台车1的不断运动,构建出台车1的料面厚度的料层厚度数据集。根据烧结机的长度,设置数据中N值的范围小于烧结机长度,只保留区间内数据。根据整体料层厚度数据集可以直观的反馈烧结机台车1上各个部分混合料的高度分布。
下述为本申请方法实施例,由本申请系统实施例进行实施。对于本申请方法实施例中未披露的细节,请参照本申请系统实施例。
一种烧结机台车料层厚度的检测方法,所述检测方法应用于所述检测系统中,所述检测方法包括:
根据所述2D激光扫描仪相对于台车1的安装位置,确定所述2D激光扫描仪2的扫描起始位置和扫描终止位置。
根据扫描起始位置和扫描终止位置,确定扫描区域。
控制所述2D激光扫描仪2在一个扫描区域内扫描获取多个测量点,并根据所述2D激光扫描仪2的扫描距离以及距离测量点的距离,计算多个测量点的坐标。
根据多个测量点的坐标,生成料层一个扫描截面的轮廓线。
根据台车运行速度以及一个料层截面的扫描周期,确定扫描一个料层截面的台车运行距离。
根据料层一个扫描截面的轮廓线以及扫描一个料层截面的台车运行距离,生成一个扫描周期的料层轮廓面。
根据多个扫描周期内生成的料层轮廓面以及台车1的高度,生成台车1的料层厚度数据集,其中,台车1的料层厚度数据集包括了台车1上任意点的料层厚度。
下述为本申请装置实施例,用于实施本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节,请参照本申请方法实施例。
一种烧结机台车料层厚度的检测装置,所述检测装置用于执行所述检测方法;所述检测装置包括用于检测台车1速度的台车速度检测器11和2D激光扫描仪2,所述2D激光扫描仪2设置在烧结台车一侧,且处于烧结机3的工序上游;所述检测系统还包括连接所述台车速度检测器11和2D激光扫描仪2的控制器4。
本申请实施例提供的一种烧结机台车料层厚度的检测系统、方法及装置,所述检测系统包括用于检测台车1速度的台车速度检测器11和2D激光扫描仪2,所述2D激光扫描仪2设置在烧结台车一侧,且处于烧结机3的工序上游;所述检测系统还包括连接所述台车速度检测器11和2D激光扫描仪2的控制器4;通过2D激光扫描仪2扫描料面上的多个测量点,并根据2D激光扫描仪2的扫描角度以及到测量点的距离,计算多个测量点的坐标;根据多个测量点的坐标,生成料面的轮廓线;然后设定所述2D激光扫描仪2的采样周期,所述采样周期是指所述2D激光扫描仪2两次采样之间的时间间隔,根据料面的轮廓线以及一个采样周期内台车运行角度,生成一个采样周期的料层轮廓面;根据多个采样周期内生成的料层轮廓面以及台车的高度,生成台车的料层厚度数据集。通过本申请实施例提供的一种烧结机台车料层厚度的检测系统,能够准确获得烧结机内台车1整个料面的料层厚度。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可,以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例,并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种烧结机台车料层厚度的检测系统,其特征在于,所述检测系统包括用于检测台车速度的台车速度检测器和2D激光扫描仪,所述2D激光扫描仪设置在烧结台车一侧,且处于烧结机的工序上游;所述检测系统还包括连接所述台车速度检测器和2D激光扫描仪的控制器;
所述控制器被配置为执行以下步骤:
建立扫描坐标系,所述扫描坐标系以所述2D激光扫描仪为坐标原点O,以竖直向上方向为X轴正方向,以水平垂直指向台车的方向为Y轴正方向;
根据所述2D激光扫描仪相对于台车的安装位置,确定所述2D激光扫描仪的扫描起始位置和扫描终止位置,所述扫描起始位置为OA,所述扫描终止位置为OB,其中,点A为台车外侧挡板的顶点,点B为台车内侧挡板的顶点;
根据扫描始位置和扫描终止位置,确定扫描区域;
控制所述2D激光扫描仪在一个扫描区域内扫描获取多个测量点,并根据所述2D激光扫描仪的扫描距离以及测量点对应的扫描角度,计算多个测量点的坐标;
根据多个测量点的坐标,生成料面的轮廓线;
设定所述2D激光扫描仪的采样周期,所述采样周期是指所述2D激光扫描仪两次采样之间的时间间隔;
接收所述台车速度检测器发送的台车运行速度,并根据所述采样周期,根据一个料层截面的采样周期,确定一个采样周期内台车运行距离;
根据料层一个扫描截面的轮廓线以及一个采样周期内台车运行距离,生成一个采样周期的料层轮廓面;
根据多个扫描周期内生成的料层轮廓面以及台车的高度,生成烧结台车的料层厚度数据集,其中,烧结台车的料层厚度数据集包括了台车上任意点的料层厚度。
2.根据权利要求1所述的检测系统,其特征在于,所述根据多个测量点的坐标,生成料层一个扫描截面的轮廓线的步骤中,还包括:
利用多个测量点在扫描坐标系中的坐标,采用样条曲线拟合出料层一个扫描截面的轮廓线。
3.根据权利要求1所述的检测系统,其特征在于,在所述控制所述2D激光扫描仪在一个扫描区域内扫描获取多个测量点,并根据所述2D激光扫描仪的扫描距离以及距离测量点的距离,计算多个测量点的坐标的步骤中,还包括:
筛选出所有测量点中Y轴坐标与点B的Y轴坐标的差值小于预设阈值的测量点,并标记为异常点;
比较异常坐标点中,X轴坐标的数值大小,并保留X轴坐标的数值最小的异常点,去除其他异常点。
4.根据权利要求3所述的检测系统,其特征在于,在所述控制所述2D激光扫描仪在一个扫描区域内扫描获取多个测量点的信息,包括到被测点的距离及扫描角度,并根据测量点的信息,计算多个测量点的坐标的步骤中,还包括:
用异常点中X轴坐标的数值最小的X坐标,替换点A的X坐标,并插入到扫描的多个测量点中,作为扫描起始点。
5.根据权利要求1所述的检测系统,其特征在于,根据料层一个扫描截面的轮廓线以及扫描一个料层截面的台车运行距离,生成一个扫描周期的料层轮廓面,具体执行步骤是:
将一个扫描截面的轮廓线以台车运行方向为平移方向,平移一个料层截面的台车运行距离,生成一个扫描周期的料层轮廓面。
6.一种烧结机台车料层厚度的检测方法,其特征在于,所述检测方法应用于权利要求1-5任意一项所述的检测系统中,所述检测方法包括:
根据所述2D激光扫描仪相对于台车的安装位置,确定所述2D激光扫描仪的扫描起始位置和扫描终止位置;
根据扫描起始位置和扫描终止位置,确定扫描区域;
控制所述2D激光扫描仪在一个扫描区域内扫描获取多个测量点,并根据所述2D激光扫描仪的扫描距离以及测量点对应的扫描角度,计算多个测量点的坐标;
根据多个测量点的坐标,生成料层一个扫描截面的轮廓线;
设定所述2D激光扫描仪的采样周期,所述采样周期是指所述2D激光扫描仪两次采样之间的时间间隔;
根据台车运行速度以及一个料层截面的采样周期,确定一个采样周期内台车运行距离;
根据料层一个扫描截面的轮廓线以及一个采样周期内台车运行距离,生成一个采样周期的料层轮廓面;
根据多个采样周期内生成的料层轮廓面以及台车的高度,生成台车的料层厚度数据集,其中,台车的料层厚度数据集包括了台车上任意点的料层厚度。
7.一种烧结机台车料层厚度的检测装置,其特征在于,所述检测装置用于执行权利要求6所述的检测方法;所述检测装置包括用于检测台车速度的台车速度检测器和2D激光扫描仪,所述2D激光扫描仪设置在烧结台车一侧,且处于烧结机的工序上游;所述检测装置还包括连接所述台车速度检测器和2D激光扫描仪的控制器。
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