智能装车系统车体位姿识别关键技术研究

发布时间：2020-07-14 04:04

【摘要】：近年来,诸如水泥、白灰、矿粉、化工制品、面粉等袋装产品,基本实现了产品的自动生产、包装和码垛,但其装车任务特别是在线装车目前还没有完全实现自动化,仍然需要一定量的人工参与来完成。不仅装车效率低、劳动强度大,而且长期下来会对装车工人的健康造成严重的危害。因此,行业内急需一款智能装车系统来替代人工完成装车任务。其中,采用激光雷达视觉测量和海量点云数据处理技术对货车车体进行自动识别和测量,从而获取车斗的位置和尺寸信息是智能装车系统进行装车作业的前提。鉴于此,本论文重点研究智能装车系统车体位姿识别技术。本论文主要从智能装车系统的设计、车体位姿测量系统的搭建以及车斗尺寸、位置测量与识别方法等三方面进行了研究。其主要工作及创新性研究包括:1)根据当前我国袋装产品的装车现状,结合车间生产线的特点对智能装车系统进行了总体设计,并对每一部分的功能进行了详细介绍;2)基于智能装车原理,重点设计了待装车辆车体位姿识别测量系统,并对该系统的工作原理、硬件选型和系统搭建进行了深入研究;3)为了解决激光雷达测量系统工作过程中导线缠绕的问题,设计了专用的雷达吊架。采用一根长螺杆贯穿整个吊架,长螺杆穿过导电滑环的中孔,通过锁紧机构将导电滑环的定子与长螺杆锁紧;4)根据车斗位姿测量系统的组成与结构,推导了系统的数学模型;5)根据货车车斗在三维激光雷达测量系统中的点云数据特点,提出了一整套提取车斗位置和车斗尺寸的点云数据处理方法。通过区域分割、聚类分割、边界分割等方法,将属于车斗的点云提取出来。采用投影法找到车斗底部四个角点的位置,进而计算出车体位姿;6)编写车体位姿测量系统的控制软件;7)搭建车体位姿识别测量系统并对车斗模型和和真实车体进行测量试验,从测量精度上验证本文所述方法的可靠性与可行性。本文提出的车体位姿识别测量系统与方法,能够准确地测量出车斗长宽和车帮高度,并对车斗位置进行准确定位,为智能装车系统提供了装车所需的车体信息。实验表明,该车体位置尺寸测量方法能够满足装车系统对车斗定位精度的要求,为装车作业实现自动化、提高装车效率、减轻工人劳动强度提供了前期理论依据和技术方法支持。
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN958.98;F252
【图文】：

装物料产量巨大，近年来，中国的水泥产量稳居世界第一，占世界水泥总产量超过50%。我国的水泥产量在 2017 年达到 23.16 亿吨，其中袋装水泥的产量约占水泥总产量的一半。面粉产量在 2017 年为 1.38 亿吨，化肥自 2012 年之后产量稳定在 0.7亿吨左右，面粉和化肥基本上也都是采用袋装。通过对河北省某水泥厂的调研得出，如果将现有袋装物料人工装车改为自动装车，平均每吨可节约人工装车费用约为 3元，根据对近几年得到的数据保守估计，在我国，仅袋装水泥、面粉、化肥行业，每年可节约装车费约 40.98 亿元。此外，通过调查走访发现，在各行业中从事装车作业的主体一一装车工人，基本都属于“60 后”和“70 后”人员，而年轻一代的“80 后”和“90 后”基本没有人愿意从事装车方面的体力劳动工作。也就是说，从事装车一类工作的后续人员非常匮乏[4]。而且，很大一部分行业在装车物流方面存在环境恶劣，工作量过大，工作场所粉尘含量超标等情况，工人长期处在这种环境中工作，极易出现职业病[5]。例如长期搬运云母和水泥，会使工人得矽肺（硅肺、尘肺）；长期搬运苯胺等化工产品，会造成皮肤黏膜的损伤和腐蚀，散发出的刺鼻气味或粉尘会还会引起咽炎、肺炎、甚至是心脏停搏[6]-[7]。

装车系统,大型企业

a) b)图 1-3 SpeedFlexx 装车系统图 1-4 SpeedRoad 装车系统通过上述国外研究现状来看，国外的装车系统相对完善，主要是面向大型企业

【参考文献】