一种仓储物料检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及仓储物料检测技术领域，提出了一种仓储物料检测系统，包括天车、抓斗、扫描模块、PLC控制模块和算法模块，所述扫描模块包括激光扫描仪和毫米波扫描仪，所述激光扫描仪和所述毫米波扫描仪均固定设置在所述大车上；所述PLC控制模块用于控制所述大车和所述小车进行移动；所述算法模块用于对所述激光扫描仪和所述毫米波扫描仪获取的点云进行降噪和融合，计算目标位置物料的高度，并将物料的高度传输给所述PLC控制模块。本发明专利技术通过设置毫米波扫描仪，并使用算法模块对毫米波扫描仪和激光扫描仪获取的点云进行融合，提升了检测系统的检测精度，保障了天车在粉尘较多的环境中的自动化作业效率。化作业效率。化作业效率。

【技术实现步骤摘要】
一种仓储物料检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及仓储物料检测
，尤其涉及一种仓储物料检测系统及方法。

技术介绍

[0002]天车在仓储库区进行自动化作业时，需要通过传感器获取仓储库区范围内物料的分布情况，而在烟煤等粉尘较多的环境下作业时，空中的粉尘会影响传感器的精度，降低天车的自动化作业效率。
[0003]现有公开号为CN115626570A的专利技术专利，其公开了一种实现焦炭全过程处理的抓斗自动控制系统及方法，以2D扇形激光器和毫米波传感器结合实现物料分布检测，以网格化自动焦炭处理子软件、智能多策略自动焦炭处理子软件、多台抓斗协同子软件、自动盘库子软件等方式，全程远程自动操作，使人员远离现场有害环境，保证人员健康，同时一人多机，节约人力提高效率，实现了远程、安全、自动、高效率的焦炭处理过程，具有很高的应用价值。
[0004]上述技术方案中，为了对物料进行检测，其设置了2D激光传感器和毫米波传感器两种检测方式，当环境中干扰较少时，使用2D激光传感器对物料进行检测，而当环境中干扰较多时，则使用毫米波传感器对物料进行检测，但是，由于毫米波的波长较大，其检测精准度较差，会影响抓斗抓取位置的准确性，影响物料抓取作业的效率。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种仓储物料检测系统及方法，利用算法模块对毫米波扫描仪和激光扫描仪获得的点云进行融合，提升了检测系统的检测精度。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术提供了一种仓储物料检测系统，包括天车、抓斗、扫描模块、PLC控制模块和算法模块，其中，
[0007]所述天车包括大车和小车，所述小车滑动设置在所述大车上；
[0008]所述抓斗设置在所述小车上，并可在竖直方向上与所述小车发生位移；
[0009]所述扫描模块包括激光扫描仪和毫米波扫描仪，所述激光扫描仪和所述毫米波扫描仪均固定设置在所述大车上；
[0010]所述PLC控制模块用于控制所述大车和所述小车进行移动，控制所述抓斗在竖直方向上发生位移并抓取物料，控制所述激光扫描仪和所述毫米波扫描仪进行扫描；
[0011]所述算法模块用于对所述激光扫描仪和所述毫米波扫描仪获取的点云进行降噪和融合，计算目标位置物料的高度，并将物料的高度传输给所述PLC控制模块。
[0012]在以上技术方案的基础上，优选的，所述激光扫描仪设置在所述大车的端部，所述毫米波扫描仪设置在所述大车的中间位置，且所述毫米波扫描仪的扫描方向为竖直向下的方向。
[0013]第二方面，本专利技术提供了一种仓储物料检测方法，采用上述的仓储物料检测系统，包括以下步骤：
[0014]S1，使用所述PLC控制模块控制所述大车和所述小车进行移动，使所述抓斗位于物料抓取位置的上方，并同步开启所述激光扫描仪和所述毫米波扫描仪，对仓储物料进行扫描，获取激光点云和毫米波点云；
[0015]S2，建立世界坐标系，利用所述算法模块分别将激光点云和毫米波点云标定到世界坐标系中；
[0016]S3，利用所述算法模块对世界坐标系中的毫米波点云数据进行降噪处理；
[0017]S4，利用所述算法模块将降噪后毫米波点云与世界坐标系中的激光点云进行融合，使用去重合算法，在世界坐标系中生成去重点云；
[0018]S5，提取抓取位置处去重点云中各个点的Z轴数值，并对其进行大小比较，将最大的Z轴数值定义为抓取位置的物料高度，并将抓取位置的物料高度传输给所述PLC控制模块，控制所述抓斗对物料进行抓取。
[0019]在以上技术方案的基础上，优选的，所述大车和所述小车处于初始位置时，可分别在水平面上沿第一方向和第二方向进行移动，且第一方向和第二方向相互垂直；
[0020]在步骤S2中，所述小车初始位置在仓储地面上的投影点为世界坐标系的原点，第一方向为世界坐标系X轴的正方向，第二方向为世界坐标系Y轴的正方向，远离仓储地面的方向为世界坐标系Z轴的正方向。
[0021]更进一步优选的，在步骤S2中，根据所述激光扫描仪在所述大车上的安装位置，将激光点云标定到世界坐标系；
[0022]更进一步优选的，在步骤S2中，将毫米波点云标定到世界坐标系包括以下步骤：
[0023]S21，保存所述大车在世界坐标系中的坐标值和毫米波点云中各个点的坐标，并利用物料属性特征对毫米波点云进行除杂提纯；
[0024]S22，标定旋转欧拉角，得到欧拉角对应的旋转矩阵Mat_Rotate，让毫米波点云中每个点的坐标先与旋转矩阵Mat_Rotate相乘，再加上所述大车在世界坐标系中的坐标，以将毫米波点云标定到世界坐标系中；
[0025]S23，选取世界坐标系中毫米波点云的特征点P1和世界坐标系中激光点云中与P1位置对应的特征点P2，计算平移矩阵Mat_Tran＝P2
‑
P1，调用ICP配准算法进行配准，配准矩阵为Mat_ICP，标定矩阵Mat＝Mat_ICP*Mat_Tran，使用标定矩阵Mat对世界坐标系中的毫米波点云进行校准。
[0026]更进一步优选的，在步骤S22中，标定旋转欧拉角包括以下步骤：
[0027]S221，假设欧拉角为X，欧拉角构建矩阵为Mat_E；
[0028]S222，定义所述大车坐标值相等的毫米波点云为同一帧点云，将同一帧点云中每个点的坐标先减去所述大车的坐标，然后与欧拉角构建矩阵Mat_E相乘，再加上所述大车的坐标，得到同一帧点云中每个点的坐标集Px；
[0029]S223，使用滤波算法，以毫米波点云中处于仓储地面的点拟合平面，计算Px到拟合的平面的平均距离，所述平均距离小于阈值时完成标定，否则，重复S221
‑
S223。
[0030]更进一步优选的，在步骤S3中，毫米波点云数据降噪处理包括以下步骤：
[0031]S31，通过对毫米波点云的多普勒速度、雷达散射截面积、目标类型、动态属性和存在概率属性进行分析，选取毫米波点云中速度不大于所述大车的最大移动速度、雷达散射截面积在标准区间、目标类型为障碍物、动态属性为静止、存在概率大于80％的点作为有效
点，并去除毫米波点云中有效点之外的杂点；
[0032]S32，使用直通滤波，通过坐标值滤除毫米波点云中不在物料库区的杂点；
[0033]S33，使用聚类算法，滤除离群的杂点；
[0034]S34，使用最小二乘平滑算法对毫米波点云进行平滑处理；
[0035]S35，使用基于物料属性特征的物料面提取算法，判定顶面点云和斜坡点云，并去除空中杂点；
[0036]S36，使用基于物料特征的插值算法，补充缺少点云位置的物料特性，构建物料曲面；
[0037]S37，在S23中校准后的毫米波点云中提取曲面附近的点云；
[0038]S38，使用最小二乘算法、插值算法、三角化算法重建物料曲面。
[0039]更进一步优选的，在步骤S35中，物料面提取算法包括以下步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仓储物料检测系统，包括天车(1)、抓斗(2)、扫描模块(3)、PLC控制模块(4)和算法模块(5)，其中，所述天车(1)包括大车(11)和小车(12)，所述小车(12)滑动设置在所述大车(11)上；所述抓斗(2)设置在所述小车(12)上，并可在竖直方向上与所述小车(12)发生位移；其特征在于：所述扫描模块(3)包括激光扫描仪(31)和毫米波扫描仪(32)，所述激光扫描仪(31)和所述毫米波扫描仪(32)均固定设置在所述大车(11)上；所述PLC控制模块(4)用于控制所述大车(11)和所述小车(12)进行移动，控制所述抓斗(2)在竖直方向上发生位移并抓取物料，控制所述激光扫描仪(31)和所述毫米波扫描仪(32)进行扫描；所述算法模块(5)用于对所述激光扫描仪(31)和所述毫米波扫描仪(32)获取的点云进行降噪和融合，计算目标位置物料的高度，并将物料的高度传输给所述PLC控制模块(4)。2.如权利要求1所述的一种仓储物料检测系统，其特征在于：所述激光扫描仪(31)设置在所述大车(11)的端部，所述毫米波扫描仪(32)设置在所述大车(11)的中间位置，且所述毫米波扫描仪(32)的扫描方向为竖直向下的方向。3.一种仓储物料检测方法，其特征在于，采用如权利要求2所述的仓储物料检测系统，包括以下步骤：S1，使用所述PLC控制模块(4)控制所述大车(11)和所述小车(12)进行移动，使所述抓斗(2)位于物料抓取位置的上方，并同步开启所述激光扫描仪(31)和所述毫米波扫描仪(32)，对仓储物料进行扫描，获取激光点云和毫米波点云；S2，建立世界坐标系，利用所述算法模块(5)分别将激光点云和毫米波点云标定到世界坐标系中；S3，利用所述算法模块(5)对世界坐标系中的毫米波点云数据进行降噪处理；S4，利用所述算法模块(5)将降噪后毫米波点云与世界坐标系中的激光点云进行融合，使用去重合算法，在世界坐标系中生成去重点云；S5，提取抓取位置处去重点云中各个点的Z轴数值，并对其进行大小比较，将最大的Z轴数值定义为抓取位置的物料高度，并将抓取位置的物料高度传输给所述PLC控制模块(4)，控制所述抓斗(2)对物料进行抓取。4.如权利要求3所述的一种仓储物料检测方法，其特征在于：所述大车(11)和所述小车(12)处于初始位置时，可分别在水平面上沿第一方向和第二方向进行移动，且第一方向和第二方向相互垂直；在步骤S2中，所述小车(12)初始位置在仓储地面上的投影点为世界坐标系的原点，第一方向为世界坐标系X轴的正方向，第二方向为世界坐标系Y轴的正方向，远离仓储地面的方向为世界坐标系Z轴的正方向。5.如权利要求4所述的一种仓储物料检测方法，其特征在于：在步骤S2中，根据所述激光扫描仪(31)在所述大车(11)上的安装位置，将激光点云标定到世界坐标系。6.如权利要求5所述的一种仓储物料检测方法，其特征在于，在步骤S2中，将毫米波点云标定到世界坐标系包括以下步骤：S21，保存所述大车(11)在世界坐标系中的坐标值和毫米波点云中各个点的坐标，并利用物料属性特征对毫米波点云进行除杂提纯；
S22，标定旋转欧拉角，得到欧拉角对应的旋转矩阵Mat_Rotate，让毫米波点云中每个点的坐标先与旋转矩阵Mat_Rotate相乘，再加上所述大车(11)在世界坐标系中的坐标，以将毫米波点云标定到世界坐标系中；S23，选取世界坐标系中毫米波点云的特征点P1和世界坐标系中激光点云中与P1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，石先城，李恒，陈波，张涛，曹志俊，
申请(专利权)人：武汉港迪智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：