CN207397012U - 带有光学雷达的控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种带有光学雷达的控制系统，包括：传输装置、光学雷达、雷达控制单元和传输控制单元；其中，传输装置的驱动电机通过机械传动部件驱使物料承载部向指定方向运动；光学雷达耦接雷达控制单元，根据雷达控制信号周期性或随机调整光学信号发射部和回波信号接收部的信号发射和接收角度，并将信号发射和接收数据反馈给雷达控制单元；雷达控制单元耦接传输控制单元，将信号发射和接收数据所表示的距离数据提供给传输控制单元；传输控制单元耦接传输装置的驱动电机，根据距离数据向驱动电机输出相匹配的电机控制信号。本申请实施例通过光学雷达获得多个方向上的距离数据，并自动获取与距离数据相匹配的控制信号，可实现更精确高效的控制。

Description

带有光学雷达的控制系统

技术领域

本申请属于自动控制技术领域，尤其涉及一种带有光学雷达的控制系统。

背景技术

在物料传输领域，通过传送带等装置将物料运送到指定位置是最基本也最迫切的需求。然而，一方面，传输系统运行时需要消耗大量的能源；另一方面，物料的传输往往是按需进行的，其需求具有很强的不规律性，时断时续的情况比较普遍；也就是说，传统的传输系统经常会因系统空转带来大量的能源消耗，效率极其低下。

为避免空转带来的一系列问题，现有技术中出现了一些智能控制皮带运行速度的方案，比如通过在料仓的进料口处安装红外光幕，根据红外光幕识别物料的信号控制主皮带的启动和停止；又或者根据摄像头采集的图像/视频来识别物料，进而控制主皮带的启动和停止；还有利用激光雷达测量上料瞬间的物料体积的方案，其基于精确的传送带的形状模型，在该模型下使用激光雷达进行测距，根据测量值与模型的差值计算物料体积，从而实现物料体积的瞬间测量。

但是，发明人在实现本发明的过程中发现，上述现有技术均存在着较为明显的缺陷。其中，红外光幕只能在接收端识别是否有物料切割光幕，无法精确控制传输装置的运行速度、功率等参数。而图像/视频分析技术对现场环境要求比较高，但煤矿井下环境比较复杂，比如在煤炭生产过程中会存在大量的粉尘和水雾，可能导致图像/视频模糊不清楚，而影响分析的准确性。基于传送带模型的激光雷达测距严重依赖于模型的精准度，其适用性及灵活性非常有限，无法大规模地推广和应用。

因此，现有技术中对物料传输装置仍无法做到合理且精确高效地控制，能源浪费的情况普遍且难以控制。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本申请实施例提供一种能够自适应的传输装置控制方案。

在一种可能的实施方式中，提供了一种带有光学雷达的控制系统，包括：传输装置、光学雷达、雷达控制单元和传输控制单元；其中，所述传输装置包括物料承载部和驱动电机，所述驱动电机通过机械传动部件驱使所述物料承载部向指定方向运动；所述光学雷达包括光学信号发射部和回波信号接收部，所述光学雷达耦接雷达控制单元，所述光学雷达根据所述雷达控制单元提供的雷达控制信号周期性或随机调整所述光学信号发射部和所述回波信号接收部的信号发射和接收角度，所述光学雷达同时将信号发射和接收数据反馈给所述雷达控制单元；所述雷达控制单元还耦接传输控制单元，将所述信号发射和接收数据所表示的距离数据提供给所述传输控制单元；所述传输控制单元耦接所述传输装置的所述驱动电机，根据所述距离数据向所述驱动电机输出相匹配的电机控制信号。

可选地，所述光学雷达为激光雷达。

可选地，所述激光雷达为单线激光雷达和/或多线激光雷达。

可选地，所述传输装置包括：传送带、刮板机和螺旋输送机中的一个或多个。

可选地，所述传输装置中的所述机械传动部件包括：皮带、齿轮、链条和螺杆中的一个或多个。

可选地，所述传输装置包括多个传输部件组合而成的传输系统。

可选地，所述多个传输部件串联和/或并联。

可选地，所述系统还包括：图像采集单元和图像辅助控制单元；其中，

所述图像采集单元耦接所述图像辅助控制单元，将采集的所述传输装置表面的物料图像提供给所述图像辅助控制单元；

所述图像辅助控制单元耦接所述传输控制单元，提供基于所述物料图像的辅助控制信号。

本申请的实施例提供了一种带有光学雷达的控制系统，该方案通过光学雷达获得多个方向上的距离数据，并自动获取与距离数据相匹配的控制信号，从而可实现更精确高效的控制。此外，本申请实施例的方案可快速自动适应各种不同的设备和环境，其灵活性和适用性远高于现有技术。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例。

图1为本申请的一个实施例中带有光学雷达的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

本领域技术人员可以理解，本申请中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同设备、模块或参数等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

物料传输控制问题的核心在于如何准确控制传输装置的启停，使得传输装置的运转速度与进料量相匹配，避免空转带来的能源消耗。现有技术中通过红外光幕、摄像头或激光雷达等来实现对物料的检测，但现有方案普遍难以准确测量出物料的体积，尤其是无法针对复杂变化的环境自适应进行测量。在本申请的实施例中，通过光学雷达进行全面探测，利用机器学习获得的训练模型来产生控制信号，使得物料的测量和传输控制可以更精准更高效，且能自动适应各种不同的设备和环境。

如图1所示，在本申请的一个典型应用场景中，通过一个带有光学雷达的控制系统来进行物料的检测和传输装置的控制，从而实现了根据物料进料情况对传输装置运行的动态控制。在图1中，传输装置的控制系统包括：传输装置10、光学雷达20、雷达控制单元30和传输控制单元40；其中，所述传输装置10包括物料承载部11和驱动电机12，所述驱动电机12通过机械传动部件驱使所述物料承载部11向指定方向运动；所述光学雷达20包括光学信号发射部21和回波信号接收部22，所述光学雷达20耦接雷达控制单元30，所述光学雷达20根据所述雷达控制单元30提供的雷达控制信号周期性或随机调整所述光学信号发射部21和所述回波信号接收部22的信号发射和接收角度，所述光学雷达20同时将信号发射和接收数据反馈给所述雷达控制单元30；所述雷达控制单元30还耦接传输控制单元30，将所述信号发射和接收数据所表示的距离数据提供给所述传输控制单元；所述传输控制单元30耦接所述传输装置10的所述驱动电机12，根据所述距离数据向所述驱动电机12输出相匹配的电机控制信号。

在本申请的实施例中，通过光学雷达获得多个方向上的距离数据，使用机器学习得到的训练模型来自动获取与距离数据相匹配的控制信号，从而可实现更精确高效的控制，且本申请实施例的控制系统可快速自动适应各种不同的设备和环境，其灵活性和适用性远高于现有技术。

其中，在本申请的实施例中，光学雷达通过发送光学信号并接收该光学信号在反射表面所产生的回波信号，通过TOF(Time of Flight，飞行时间)来进行测距。本申请中的光学雷达包括使用不同波段光学信号(包括可见光和/或不可见光等)的光学雷达。进一步地，随着电子器件的进步，激光雷达技术的成本逐渐下降，使得其应用领域越来越广。由于激光雷达在成本、精度、可靠性和抗干扰能力方面具有一定优势，在本申请的优选实施例中，所述光学雷达包括单线和/或多线激光雷达。

在本申请的实施例中，传输装置并不局限于传送带，也包括其他形式的传输装置，例如刮板机、螺旋输送机等。并且，本申请中传输装置也不局限于单一的传输部件，也可包括多个传输部件组合而成的传输系统，比如多级传送带系统，或者传送带与其他传输装置的组合等。

在本申请的一种可选实施方式中，所述光学雷达为激光雷达。

可选地，所述激光雷达为单线激光雷达和/或多线激光雷达。

可选地，所述传输装置包括：传送带、刮板机和螺旋输送机中的一个或多个。

可选地，所述传输装置中的所述机械传动部件包括：皮带、齿轮、链条和螺杆中的一个或多个。

可选地，所述传输装置包括多个传输部件组合而成的传输系统。

可选地，所述多个传输部件串联和/或并联。

可选地，所述系统还包括：图像采集单元和图像辅助控制单元；其中，

所述图像采集单元耦接所述图像辅助控制单元，将采集的所述传输装置表面的物料图像提供给所述图像辅助控制单元；

所述图像辅助控制单元耦接所述传输控制单元，提供基于所述物料图像的辅助控制信号。

在本申请的一种可选实施方式中，距离数据与控制信号的匹配可以通过机器学习的训练模型实现；在另一种可选实施方式中，更简单地，匹配方式可以通过预先存储的信息得到，比如在本地或云端存储有距离数据与控制信号的匹配表，通过查表的方式来获得信号输出。该匹配表可以通过任何可能的手段来设定和更新，比如上述的机器学习方式，或是通过预先测定或人工经验等方式来实现。

此外，可选地，距离数据与控制信号的匹配还可根据系统的反馈来进行修正更新。比如，所述系统还可包括：反馈接收单元，用于接收所述传输装置执行所述控制信号后的反馈信息；学习修正单元，用于使用所述反馈信息进行进一步的机器学习，以修正所述训练模型。

可选地，所述机器学习采用人工神经网络、卷积神经网络和深度神经网络中的一种或多种进行。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对原有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种带有光学雷达的控制系统，其特征在于，包括：传输装置、光学雷达、雷达控制单元和传输控制单元；其中，

所述传输装置包括物料承载部和驱动电机，所述驱动电机通过机械传动部件驱使所述物料承载部向指定方向运动；

所述光学雷达包括光学信号发射部和回波信号接收部，所述光学雷达耦接雷达控制单元，所述光学雷达根据所述雷达控制单元提供的雷达控制信号周期性或随机调整所述光学信号发射部和所述回波信号接收部的信号发射和接收角度，所述光学雷达同时将信号发射和接收数据反馈给所述雷达控制单元；

所述雷达控制单元还耦接传输控制单元，将所述信号发射和接收数据所表示的距离数据提供给所述传输控制单元；

所述传输控制单元耦接所述传输装置的所述驱动电机，根据所述距离数据向所述驱动电机输出相匹配的电机控制信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光学雷达为激光雷达。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述激光雷达为单线激光雷达和/或多线激光雷达。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传输装置包括：传送带、刮板机和螺旋输送机中的一个或多个。

5.根据权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述传输装置中的所述机械传动部件包括：皮带、齿轮、链条和螺杆中的一个或多个。

6.根据权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述传输装置包括多个传输部件组合而成的传输系统。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个传输部件串联和/或并联。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：图像采集单元和图像辅助控制单元；其中，

所述图像采集单元耦接所述图像辅助控制单元，将采集的所述传输装置表面的物料图像提供给所述图像辅助控制单元；

所述图像辅助控制单元耦接所述传输控制单元，提供基于所述物料图像的辅助控制信号。