CN114803555A - 板坯运输车辆自动装卸系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板坯运输车辆自动装卸系统及方法，该系统包括：数据采集单元、通讯单元、数据处理单元和天车操作单元。数据采集单元用于对停车区内的板坯运输车辆进行扫描，获取扫描区域的三维坐标数据。通讯单元用于实现数据采集单元与数据处理单元之间、以及数据处理单元和天车操作单元之间的数据通讯。数据处理单元用于接收所述扫描区域的三维坐标数据，并结合预设算法，计算板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据。天车操作单元用于接收运输车辆上装卸载板坯的中心坐标数据，对板坯运输车辆上的板坯进行装载或卸载。本发明可以对板坯运输车辆上的板坯进行自动装载或卸载，整个过程无需工作人员参与，精度及工作效率较高，安全风险和成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及车辆装卸技术领域，尤其涉及一种板坯运输车辆自动装卸系统及方法。
背景技术
钢坯是炼钢炉炼成的钢水经过铸造后得到的产品，其中截面宽高比较大的称为板坯。板坯主要用于轧制扁平板材，是一种重要的金属工业产品。由于板坯生产车间与再加工车间往往不在同一厂区，需要使用汽车运输，所以板坯的装载或卸载成为车辆运输的重点
在现有技术中，每个装载或卸载区标准配置需三名工作人员，板坯车辆装载或卸载主要依靠天车驾驶员、地面指挥员与生产调度员协同工作实现。生产调度员将需要运输的板坯相关信息传至天车驾驶员，天车驾驶员根据生产调度员发送的信息将板坯装载至装车位置或将板坯卸载至板坯库，地面指挥员在天车驾驶员装载或卸载车时指挥天车驾驶员。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
在装载或卸载板坯时，天车驾驶员主要依靠目测对板坯及车辆位置定位，地面指挥员对天车驾驶员不易观察的位置信息进行校正，精度及工作效率低，并且容易发生掉坯安全事故。此外，每个装载或卸载区标准配置需三名工作人员，成本较高。
发明内容
本发明实施例提供一种板坯运输车辆自动装卸系统，用以对板坯运输车辆上的板坯进行自动装载或卸载，整个过程无需工作人员参与，精度及工作效率较高，安全风险和成本较低，该系统包括：
数据采集单元、通讯单元、数据处理单元和天车操作单元；
所述数据采集单元用于对停车区内的板坯运输车辆进行扫描，获取扫描区域的三维坐标数据；
所述通讯单元用于分别实现所述数据采集单元与所述数据处理单元之间、以及所述数据处理单元和所述天车操作单元之间的数据通讯；
数据处理单元用于接收所述扫描区域的三维坐标数据，并结合预设算法，计算板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据；
所述天车操作单元用于接收板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据，并根据所述中心坐标数据对板坯运输车辆上的板坯进行装载或卸载。
可选的，所述系统还包括：可视化单元，用于对所述数据采集单元、所述通讯单元和所述数据处理单元传输的数据进行可视化展示。
可选的，所述数据采集单元包括：激光雷达、转台和控制器；
所述激光雷达用于对板坯运输车辆进行扫描；
所述转台与所述激光雷达连接，用于带动所述激光雷达转动，以获取所述激光雷达扫描区域的三维坐标数据；
所述控制器用于控制所述激光雷达和所述转台的工作状态。
可选的，所述数据采集单元还包括：寄存器，与所述激光雷达电连接，用于存储所述激光雷达的扫描数据。
可选的，所述数据采集单元还包括：冷却设备，用于对所述激光雷达和所述转台进行降温处理。
可选的，所述通讯单元、数据处理单元和所述可视化单元设置在工控机内，所述工控机与所述板坯运输车辆所在的停车区具有预设距离。
可选的，所述数据处理单元包括：数据预处理模块和算法应用模块；
所述数据预处理模块用于获取板坯运输车辆需要装载或卸载板坯的信息，并根据板坯运输车辆需要装载或卸载板坯的信息对扫描区域的三维坐标数据进行预处理，所述预处理包括：数据切割、滤波、降低采样密度；
所述算法应用模块用于根据预处理后的三维坐标数据，结合预设算法，获取板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据。
可选的，所述通讯单元利用以太网分别实现所述数据采集单元与所述数据处理单元之间、以及所述数据处理单元和所述天车操作单元之间的数据通讯。
可选的，所述系统还包括：报警模块，用于当板坯运输车辆在停车区的状态未达到预设要求时进行报警。
本发明实施例还提供一种板坯运输车辆自动装卸方法，用以对板坯运输车辆上的板坯进行自动装载或卸载，整个过程无需工作人员参与，精度及工作效率较高，安全风险和成本较低，该方法包括：
利用数据采集单元对停车区内的板坯运输车辆进行扫描，获取扫描区域的三维坐标数据；
利用数据处理单元接收所述扫描区域的三维坐标数据，并结合预设算法，计算板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据；
利用天车操作单元接收板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据，并根据所述中心坐标数据对板坯运输车辆上的板坯进行装载或卸载，在此过程中，利用通讯单元分别实现所述数据采集单元与所述数据处理单元之间、以及所述数据处理单元和所述天车操作单元之间的数据通讯。
本发明实施例中，通过设置通讯单元，分别实现了数据采集单元与数据处理单元之间、以及所述数据处理单元和天车操作单元之间的数据通讯。通过设置数据采集单元、数据处理单元和天车操作单元，并利用数据采集单元对停车区内的板坯运输车辆进行扫描，获取扫描区域的三维坐标数据，利用数据处理单元接收所述扫描区域的三维坐标数据，并结合预设算法，计算板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据，再利用天车操作单元接收板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据，并根据所述中心坐标数据对板坯运输车辆上的板坯进行自动装载或卸载，整个过程无需工作人员参与，精度及工作效率较高，安全风险和成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。在附图中：
图1为本发明实施例中板坯运输车辆自动装卸系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中板坯运输车辆自动装卸系统的应用示例图；
图3为本发明实施例中板坯运输车辆自动装卸方法的应用示例图。
附图标记如下：
1 数据采集单元，
2 通讯单元，
3 数据处理单元，
301 数据预处理模块，
302 算法应用模块，
4 天车操作单元，
5 可视化单元。
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明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
下面对本申请中涉及的名称进行说明：
激光雷达：激光主动探测传感器设备的一种统称，其主要工作原理是通过高频测距激光和扫描检测角度综合计算，实现对目标轮廓的三维激光扫描测量。
飞行时间测距法：通过向目标连续发送光脉冲，利用传感器接收从物体返回的光，探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。
点云：通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合称之为点云。
发明实施例提供了一种板坯运输车辆自动装卸系统，如图1所示，该系统包括：数据采集单元1、通讯单元2、数据处理单元3和天车操作单元4。其中，数据采集单元1用于对停车区内的板坯运输车辆进行扫描，获取扫描区域的三维坐标数据。通讯单元2用于分别实现数据采集单元1与数据处理单元3之间、以及数据处理单元3和天车操作单元4之间的数据通讯。数据处理单元3用于接收所述扫描区域的三维坐标数据，并结合预设算法，计算板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据或者装载板坯的位置坐标数据。天车操作单元4用于接收板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据，并根据所述中心坐标数据对板坯运输车辆上的板坯进行装载或卸载。
本发明实施例提供的板坯运输车辆自动装卸系统的工作原理如下所述：
待板坯运输车辆停到停车区后，利用数据采集单元1对停车区内的板坯运输车辆进行扫描，获取扫描区域的三维坐标数据。并利用数据处理单元3接收所述扫描区域的三维坐标数据，并结合预设算法，计算板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据，再利用天车操作单元4接收板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据，并根据所述中心坐标数据对板坯运输车辆上的板坯进行装载或卸载。在此过程中，利用通讯单元2分别实现数据采集单元1与数据处理单元3之间、以及所述数据处理单元3和天车操作单元4之间的数据通讯。
本发明实施例提供的板坯运输车辆自动装卸系统，通过设置通讯单元2，分别实现了数据采集单元1与数据处理单元3之间、以及所述数据处理单元3和天车操作单元4之间的数据通讯。通过设置数据采集单元1、数据处理单元3和天车操作单元4，并利用数据采集单元1对停车区内的板坯运输车辆进行扫描，获取扫描区域的三维坐标数据，利用数据处理单元3接收所述扫描区域的三维坐标数据，并结合预设算法，计算板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据，再利用天车操作单元4接收板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据，并根据所述中心坐标数据对板坯运输车辆上的板坯进行自动装载或卸载，整个过程无需工作人员参与，精度及工作效率较高，安全风险和成本较低。
其中，数据采集单元1包括：激光雷达、转台和控制器。激光雷达用于对板坯运输车辆进行扫描。转台与激光雷达连接，用于带动激光雷达转动，以获取激光雷达扫描区域的三维坐标数据。控制器用于控制激光雷达和转台的工作状态。
在实际应用时，如图2所示，可以将数据采集单元1设置在停车区的正上方，确保其扫描范围需能完全覆盖停车区，利用激光雷达由上向下对停车区进行扫描。激光雷达根据飞行时间测距法可以获得所测对象的二维极坐标数据，在此过程中，转台可带动激光雷达转动，根据转台反馈的角度可得到所扫描范围内物体的三维极坐标数据。再根据下列公式将极坐标转换成世界坐标系，转换公式如下：
x＝d sinα
y＝d cosαcosβ
z＝d cosαsinβ
其中，x为世界坐标系中x方向值，y为世界坐标系中y方向值，z为世界坐标系中z方向值，d为激光雷达根据飞行时间测距法所测距离值，α为单束激光与激光雷达所在平面法线之间夹角大小，β为转台法线与水平面法线之间夹角大小。
为了保存激光雷达的扫描数据，该数据采集单元1还包括：寄存器，与所述激光雷达电连接，用于存储所述激光雷达的扫描数据。
进一步地，为了根据避免激光雷达和转台因工作时间过程发生过热现象，进而导致无法正常工作，该数据采集单元1还包括：冷却设备，用于对激光雷达和转台进行降温处理。
具体实施时，数据采集单元1整体在安装时应保持水平，距离地面高度10m～20m范围内较合适，激光雷达扫描方向与板坯运输车辆的车长方向保持平行，转台转动方向与车宽方向平行。数据采集单元1收到扫描请求信号后对停车区进行扫描，扫描数据存在数据采集单元1的寄存器中，当收到发送数据请求信号时将所采集数据发送至数据处理单元3，并清空寄存器。
其中，为了保证作业效果，激光雷达在10％反射率环境下扫描距离不应少于20m，精度不应大于4mm，角分辨率不应大于0.3mrad，利用以太网通讯。转台摆动角度范围不应小于30°，角分辨率不应大于0.2mrad。
为了确保数据采集单元1与数据处理单元3之间、以及数据处理单元3和天车操作单元4之间数据通讯的稳定性，可以使通讯单元2利用以太网分别实现数据采集单元1与数据处理单元3之间、以及数据处理单元3和天车操作单元4之间的数据通讯。
具体实施时，通讯单元2可以根据TCP协议实现数据处理单元3与数据采集单元1间通讯，每当数据处理单元3需要数据时建立连接，获取完数据后断开连接。根据S7协议实现数据处理单元3与天车操作单元4之间通讯，数据处理单元3与天车操作单元4间为常连接，在需要装、卸车时，天车操作单元4需要将所装、卸板坯信息发送给数据处理单元3，同时利用计数器实现断网监测功能及断网重连功能。
在本发明实施例中，如图1所示，该数据处理单元3包括：数据预处理模块301和算法应用模块302。其中，数据预处理模块301用于获取板坯运输车辆需要装载或卸载板坯的信息，并根据板坯运输车辆需要装载或卸载板坯的信息对扫描区域的三维坐标数据进行预处理，所述预处理包括：数据切割、滤波、降低采样密度。算法应用模块302用于根据预处理后的三维坐标数据，结合预设算法，获取板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据。
具体实施时，利用数据预处理模块301获得本次所装载或卸载板坯的信息，之后对采集的三维数据进行点云格式化处理，之后根据装、卸车要求对点云数据进行数据切割、滤波、降低采样密度操作。如果获取的是装载信息，则对车辆停车状态进行评估，车辆如果在停车区内倾斜严重，系统会触发报警模块(用于当板坯运输车辆在停车区的状态未达到预设要求时进行报警)，令车辆需重新进入停车区；若倾斜在允许范围内则进行下一步。如果获取的是卸车单则不对车辆停车状态评估。
最后将预处理后的点云数据导入算法应用模块302，利用板坯和运输车辆三维数据的阶跃特性和边缘检测算法计算板坯合理的装载或卸载坐标信息。其中装载板坯时，首先计算预处理后的点云数据，得到车辆的长宽高及世界坐标，板坯前端与车辆前端留出适当固定距离，该距离根据板坯长度与车辆长度确定，多板坯装载时按照前对齐原则计算每块板坯的中心坐标，最后将计算结果传至天车操作单元4。卸载板坯时，首先计算预处理后的点云数据，得到最上边板坯的长宽、最上边板坯上表面高度及其世界坐标，再计算最上边板坯的中心坐标，将计算结果传至天车操作单元4，等待最上边板坯被卸载后再次扫描并重复之前的过程，直到所有板坯被卸载。
为了便于工作人员实时查看板坯运输车辆自动装卸系统的作业情况，如图1所示，该系统还包括：可视化单元5。该可视化单元5用于对数据采集单元1、通讯单元2和数据处理单元3传输的数据进行可视化展示。
其中，可视化单元5可以为一体式显示屏，在显示通讯单元2所传递的数据、算法应用模块302计算结果和实现算法的控制参数、处理后的点云图像信息的同时，可以实现与工作人员的交互操作。
进一步地，为了方便观察停车区的情况，可以将通讯单元2、数据处理单元3和可视化单元5设置在工控机内，工控机与板坯运输车辆所在的停车区具有预设距离。
下面结合图3对本发明体用的板坯运输车辆自动装卸系统的工作流程进行详细介绍：
S1、对数据采集单元1中硬件设备进行标定，使得数据采集单元1所得数据坐标系与天车操作单元4坐标系一样。
S2、初始化系统参数，用于各个模块间及模块与天车操作单元4间的通讯，设备标定及参数初始化只需在初次使用时执行。
S3、运输车辆到达停车区后，司机触发地面柜上的按钮确认车辆到达。
S4、天车操作单元4根据车辆到达信号将装载或卸载单发送至通讯单元2，通讯单元2收到装载或卸载单后返回天车操作单元确认信息。
S5、天车操作单元4若未收到确认信息，间隔固定时间后重新发送装、卸车单。
S6、板坯运输车辆自动检测系统若收到装载单，对停车区进行扫描，获得扫描对象的三维数据。
S7、对扫描对象的三维数据进行滤波、切割、数据降采样处理并通过可视化单元5在地面柜显示。
S8、装车时需判断车辆停放是否合理，若不合理需要离开停车区重新进入。
S9、将扫描对象三维数据导入算法应用模块302并根据板坯长宽高信息计算板坯装载的中心位置，将板坯装载的中心位置突出显示在点云上。
S10、人工检验板坯装载中心位置是否异常，无异常则将位置信息传输至天车操作单元；异常则重新扫描计算。
S11、若收到卸载单，对停车区进行扫描，获得所装载最顶端板坯三维数据。
S12、对所得三维数据进行滤波、切割处理并通过可视化单元5在地面柜显示。
S13、将最顶端板坯三维数据导入算法模块得到板坯中心位置，将中心位置突出显示在点云上。
S14、人工检验中心位置是否异常，无异常则将位置信息传输至天车操作单元4；异常则重新扫描计算。
S15、检查是否所有板坯卸载完毕。
若未卸载完毕重复S8-S11，直到所有板坯卸载完毕。
本发明实施例还提供了利用上述板坯运输车辆自动装卸系统对板坯进行自动装、卸的方法，所述方法包括：
利用数据采集单元1对停车区内的板坯运输车辆进行扫描，获取扫描区域的三维坐标数据；
利用数据处理单元3接收所述扫描区域的三维坐标数据，并结合预设算法，计算板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据；
利用天车操作单元4接收板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据，并根据所述中心坐标数据对板坯运输车辆上的板坯进行装载或卸载。在此过程中，利用通讯单元2分别实现所述数据采集单元1与数据处理单元3之间、以及数据处理单元3和天车操作单元4之间的数据通讯。
通过上述方法，可以对板坯运输车辆上的板坯进行自动装载或卸载，整个过程无需工作人员参与，精度及工作效率较高，安全风险和成本较低。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种板坯运输车辆自动装卸系统，其特征在于，包括：数据采集单元(1)、通讯单元(2)、数据处理单元(3)和天车操作单元(4)；
所述数据采集单元(1)用于对停车区内的板坯运输车辆进行扫描，获取扫描区域的三维坐标数据；
所述通讯单元(2)用于分别实现所述数据采集单元(1)与所述数据处理单元(3)之间、以及所述数据处理单元(3)和所述天车操作单元(4)之间的数据通讯；
数据处理单元(3)用于接收所述扫描区域的三维坐标数据，并结合预设算法，计算板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据；
所述天车操作单元(4)用于接收板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据，并根据所述中心坐标数据对板坯运输车辆上的板坯进行装载或卸载。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：可视化单元(5)，用于对所述数据采集单元(1)、所述通讯单元(2)和所述数据处理单元(3)传输的数据进行可视化展示。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集单元(1)包括：激光雷达、转台和控制器；
所述激光雷达用于对板坯运输车辆进行扫描；
所述转台与所述激光雷达连接，用于带动所述激光雷达转动，以获取所述激光雷达扫描区域的三维坐标数据；
所述控制器用于控制所述激光雷达和所述转台的工作状态。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数据采集单元(1)还包括：寄存器，与所述激光雷达电连接，用于存储所述激光雷达的扫描数据。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数据采集单元(1)还包括：冷却设备，用于对所述激光雷达和所述转台进行降温处理。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述通讯单元(2)、数据处理单元(3)和所述可视化单元(5)设置在工控机内，所述工控机与所述板坯运输车辆所在的停车区具有预设距离。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理单元(3)包括：数据预处理模块(301)和算法应用模块(302)；
所述数据预处理模块(301)用于获取板坯运输车辆需要装载或卸载板坯的信息，并根据板坯运输车辆需要装载或卸载板坯的信息对扫描区域的三维坐标数据进行预处理，所述预处理包括：数据切割、滤波、降低采样密度；
所述算法应用模块(302)用于根据预处理后的三维坐标数据，结合预设算法，获取板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通讯单元(2)利用以太网分别实现所述数据采集单元(1)与所述数据处理单元(3)之间、以及所述数据处理单元(3)和所述天车操作单元(4)之间的数据通讯。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：报警模块，用于当板坯运输车辆在停车区的状态未达到预设要求时进行报警。
10.利用权利要求1-9任一项所述的板坯运输车辆自动装卸系统对板坯进行自动装载或卸载的方法，其特征在于，所述方法包括：
利用数据采集单元(1)对停车区内的板坯运输车辆进行扫描，获取扫描区域的三维坐标数据；
利用数据处理单元(3)接收所述扫描区域的三维坐标数据，并结合预设算法，计算板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据；
利用天车操作单元(4)接收板坯运输车辆上板坯的中心坐标数据，并根据所述中心坐标数据对板坯运输车辆上的板坯进行装载或卸载，在此过程中，利用通讯单元(2)分别实现所述数据采集单元(1)与所述数据处理单元(3)之间、以及所述数据处理单元(3)和所述天车操作单元(4)之间的数据通讯。
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- 2021-01-19 CN CN202110068285.2A patent/CN114803555A/zh active Pending
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