本发明专利技术涉及矿用挖掘机称重技术领域，更具体地说，一种基于激光雷达和摄像装置的挖掘机称重系统，包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括工控机、车斗宽度识别装置、车斗侧轮廓识别装置和物料面识别装置，软件部分包括识别与分割模块和分析计算模块，识别与分割模块包括特征位置判断模块和分割提取模块，分析计算模块包括车斗宽度分析模块、车斗侧轮廓分析模块和物料面分析模块。本发明专利技术通过提出一种基于激光雷达和摄像装置的挖掘机称重系统，以方便的计算出当前车斗中物料的全部体积，结合所在工作面的物料密度，计算出当前车斗内的物料重量。量。量。
【技术实现步骤摘要】
一种基于激光雷达和摄像装置的挖掘机称重系统
[0001]本专利技术涉及矿用挖掘机称重
，更具体地说，涉及一种基于激光雷达和摄像装置的挖掘机称重系统。
技术介绍
[0002]现有大型矿用机械正铲式挖掘机称重系统，是通过测量铲斗的空间位置和工作机构力矩，进行复杂的力学动态建模，实时计算获取的，现有的系统测量精度低、系统复杂、计量结果的随机性较大。工作一段时间后复杂的传感系统经常会出现零位偏移等问题，重新校准耗费人力物力，且校准结果的准确与否需要在铲斗中装载数十吨已知重量的货物后才能得到验证，成本很高。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于激光雷达和摄像装置的挖掘机称重系统，以方便的计算出当前物料的全部体积，结合所在工作面的物料密度，计算出当前车斗内的物料重量。
[0004]为实现上述目的，一种基于激光雷达和摄像装置的挖掘机称重系统，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括工控机、车斗宽度识别装置、车斗侧轮廓识别装置和物料面识别装置，所述软件部分包括识别与分割模块和分析计算模块，所述识别与分割模块包括特征位置判断模块和分割提取模块，所述分析计算模块包括车斗宽度分析模块、车斗侧轮廓分析模块和物料面分析模块。
[0005]可选的，所述车斗宽度识别装置、车斗侧轮廓识别装置和物料面识别装置通过以太网连接至交换机，交换机和工控机直接连接，所述车斗宽度识别装置、车斗侧轮廓识别装置和物料面识别装置的输入端采用摄像头的图片采集。
[0006]基于上述技术特征，工控机作为整个系统的核心运算单元，同时作为主时钟单元，向各个传感器发送时间同步数据，采集的图像点云等信息的时间戳均来自工控机，摄像头采用减震底座固定，自带清洁功能，防止粉尘造成的图像干扰。考虑矿山环境的光线明暗变化、夜间光照不足等因素，摄像头具备大光圈功能，最大程度获取更多的物料图像信息，便于后台图像处理。
[0007]可选的，所述车斗宽度识别装置安装在挖掘机大臂上方靠近天轮的位置采用激光雷达和摄像头组合套件，拍摄视场中线和该点距地面垂线的夹角为10
°
。
[0008]基于上述技术特征，车斗宽度识别装置时刻探测视场范围内是否有矿车出现，只有检测到矿车时，才将记录的点云和图像信息发送至工控机，否则记录的数据一律丢弃，避免系统存储过多的无关数据。
[0009]可选的，所述车斗侧轮廓识别装置安装在挖掘机前部大臂跟脚处拍摄视场中线和设备中心线保持一致，向上抬起角度20
°
，使得矿车侧面轮廓恰好处于视场中间。
[0010]基于上述技术特征，车斗侧轮廓识别装置时刻探测视场范围内是否有矿车出现，
只有检测到矿车时，才将记录的点云和图像信息发送至工控机，当矿车出现时，车斗宽度和车斗侧轮廓识别装置都应探测到物体的存在，如果只有一个装置检测到矿车，认为此时周边的粉尘、灯光等环境对装置产生了干扰，单独装置采集的数据做丢弃处理。
[0011]可选的，所述物料面识别装置平行安装在车斗宽度识别装置内侧，视场中线和大臂的垂面呈30
°
夹角，且与大臂的横截面平面呈10
°
夹角。
[0012]基于上述技术特征，物料面识别装置精确的角度设计确保当挖掘机向左回转的过程中，车斗内的物料在某个时刻完全呈现于该装置有效视场范围内，物料面识别装置采用128线激光雷达，用于识别表面凹凸不平的物料，为后台处理提供足够密度的点云分布，最小分辨尺寸不大于10cm，通常情况处于休眠状态，只有当车斗宽度和车斗侧轮廓识别装置都探测到矿车后，该装置才开始工作，并将点云和图像数据连续发送至工控机，直至工控机检测到可用的数据帧之后，向该装置发送休眠信号。
[0013]可选的，所述特征位置判断模块提取出车斗宽度识别装置和车斗侧轮廓识别装置发出的图像信息，判断是否有矿车出现，并将可能出现的其它工程机械予以滤除。
[0014]基于上述技术特征，车斗宽度识别装置和车斗侧轮廓识别装置向工控机发送点云和图像数据，由特征位置判断模块提取出图像信息，并判断是否有矿车出现，并将可能出现的其它工程机械予以滤除，通过矿车的整体尺寸、颜色、黑色轮胎尺寸等重要特征进行准确判别。
[0015]可选的，所述分割提取模块用于分割矿车的智能识别算法，结合像素的颜色信息，参考矿车通常为黄色或白色，车轮胎颜色为黑色，将灰色的矿山环境、蓝色的天空等其它像素滤除，同时用于车斗宽度和车斗侧轮廓的整幅画面三维信息，从而分割出矿卡的宽度和侧面三维图像信息，该信息已经将背景和噪音信息全部滤除。
[0016]基于上述技术特征，分割提取模块用于车斗宽度和车斗侧轮廓的整幅画面三维信息，从而分割出矿卡的宽度和侧面三维图像信息，该信息已经将背景和噪音信息全部滤除。
[0017]可选的，所述车斗宽度分析模块根据已经分割提取的矿车宽度三维图像信息，结合车斗俯视图是矩形这一特征，识别出车斗边界的两个端点，对应点云信息包含了激光雷达到两点的距离以及激光点到两点的连线夹角，根据三角形解算原理得到车斗宽度。
[0018]基于上述技术特征，通过车斗宽度分析模块计算出车斗的宽度。
[0019]可选的，所述车斗侧轮廓分析模块根据已经分割提取的矿车侧轮廓三维图像信息，结合车斗侧视图是三角形这一特征，识别出三个角点三个点的点云信息包含了距离及两两点之间的夹角，分别进行解算，即可得到车斗侧轮廓的三条边长得到车斗侧轮廓。
[0020]基于上述技术特征，通过车斗侧轮廓分析模块确定车斗尾部、车斗前部和车斗底部三点之间的三角形的边长，计算出该三角形的面积。结合车斗宽度分析模块计算出车斗的宽度来计算出矿车本体内物料的体积。
[0021]可选的，所述物料面分析模块基于运算速度和精度的综合考量，重构采用PRS多项式响应面方法，根据精度要求采用5阶PRS拟合物料表面即可。
[0022]基于上述技术特征，车斗上部的物料可以近似为一个底面是矿车车斗上表面的矩形，上表面为上文获取的重构物料表面，二者包围的空间即为车斗上部的物料体积，结合矿车本体内物料的体积得出全部体积。
[0023]本专利技术提供的一种基于激光雷达和摄像装置的挖掘机称重系统，与现有技术相
比，具有以下有益效果：
[0024]本专利技术通过安装在矿用挖掘机天轮附近的激光雷达和摄像装置直接获取卸载在矿车车斗内的物料分布图像和矿车车斗的形状，通过对上述两部分原始图像信息进行噪音滤波、物料和矿车的识别、点云抽稀等计算，获取一幅仅包含矿车车斗和物料的三维点云图像，再综合考虑运算速度、计算精度等因素，通过点云重构得到物料和矿车车斗可解析的三维图像。利用该解析方程，便可方便的计算出当前物料的全部体积，再结合所在工作面的物料密度，计算出当前车斗内的物料重量。
[0025]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或相关本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达和摄像装置的挖掘机称重系统，包括硬件部分和软件部分，其特征在于：所述硬件部分包括工控机、车斗宽度识别装置、车斗侧轮廓识别装置和物料面识别装置，所述软件部分包括识别与分割模块和分析计算模块，所述识别与分割模块包括特征位置判断模块和分割提取模块，所述分析计算模块包括车斗宽度分析模块、车斗侧轮廓分析模块和物料面分析模块。2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达和摄像装置的挖掘机称重系统，其特征在于：所述车斗宽度识别装置、车斗侧轮廓识别装置和物料面识别装置通过以太网连接至交换机，交换机和工控机直接连接，所述车斗宽度识别装置、车斗侧轮廓识别装置和物料面识别装置的输入端采用摄像头的图片采集。3.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达和摄像装置的挖掘机称重系统，其特征在于：所述车斗宽度识别装置安装在挖掘机大臂上方靠近天轮的位置采用激光雷达和摄像头组合套件，拍摄视场中线和该点距地面垂线的夹角为10
°
。4.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达和摄像装置的挖掘机称重系统，其特征在于：所述车斗侧轮廓识别装置安装在挖掘机前部大臂跟脚处拍摄视场中线和设备中心线保持一致，向上抬起角度20
°
，使得矿车侧面轮廓恰好处于视场中间。5.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达和摄像装置的挖掘机称重系统，其特征在于：所述物料面识别装置平行安装在车斗宽度识别装置内侧，视场中线和大臂的垂面呈30
°
夹角，且与大臂的横截面平面呈10
°
夹角。6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫芬，
申请(专利权)人：山西明洋易自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。