2021.08
第1章 概述
1.1 簡介
米樂科技的雷達(dá)行車測繪儀產(chǎn)品能夠快速穩(wěn)定的獲取空間三維數(shù)據(jù)，并通過mirror3D點(diǎn)云處理軟件，靈活的使用腳本，快速進(jìn)行分析處理，比如體積計算，物料定位，物體識別等，然后，將處理結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，生成報表以及網(wǎng)頁端展示。以此，適應(yīng)企業(yè)數(shù)據(jù)信息采集、自動化、數(shù)字化的各類需求。
米樂科技自主研發(fā)的激光雷達(dá)行車測繪系統(tǒng)，基于高精度高性價比的單線、多線激光雷達(dá)，通過智能云臺實時角度控制，生成高密度點(diǎn)云，精度達(dá)厘米級，可用于三維建模、料位、煤堆、糧倉等體積的檢測，也可以用智能倉儲的無人化作業(yè)。雷達(dá)跟著行車運(yùn)行進(jìn)行掃描，掃描范圍、掃描速度，可以任意設(shè)置，用一根網(wǎng)線接收雷達(dá)數(shù)據(jù)，簡化布線。雷達(dá)傳輸采用網(wǎng)口通訊，可以適應(yīng)遠(yuǎn)距離控制和數(shù)據(jù)傳輸，通過網(wǎng)絡(luò)（或者無線網(wǎng)）傳輸將實時數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控或者總控中心?？梢远噙_(dá)幾十，甚至上百個雷達(dá)架設(shè)點(diǎn)，共用一個服務(wù)器，方便進(jìn)行集中控制，集中管理。
1.2 特點(diǎn)
l 通用性廣：不同種類、不同規(guī)格形狀、不同表面顏色、不同樣式擺放測量及建模需求。
l 安裝靈活：安裝高度和安裝角度可任意調(diào)節(jié)，測量角度可根據(jù)實際測量調(diào)節(jié)，還可以根據(jù)場地的大小和物體料堆的大小進(jìn)行實際調(diào)節(jié)。
l 適應(yīng)能力強(qiáng)：抗干擾、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，不受環(huán)境光線的限制光線昏暗或者夜晚也能正常測量。
l 性能強(qiáng)大：激光雷達(dá)采用工業(yè)級設(shè)計，IP67防護(hù)等級，量程10-150米（測量距離可根據(jù)實際要求選取）測量穩(wěn)定，精度可達(dá)厘米級。
l 快速實施：可使用mirror3D點(diǎn)云處理軟件，靈活的腳本，快速進(jìn)行分析處理，也可以進(jìn)行二次開發(fā)。
l 無需現(xiàn)場標(biāo)定：出廠設(shè)置適用狀態(tài)。
l 設(shè)置簡單：任何人都可以在短時間內(nèi)簡單設(shè)定。
l 使用壽命長：擁有IP67 外殼防護(hù)等級，抗沖擊性好，并采用高韌性電纜，可放心使用
1.3 型號說明
HR360 | L1 | D30 |
① | ② | ③ |
① 代表雷達(dá)掃描范圍：
HR360：范圍360度
② 代表雷達(dá)通道數(shù)：
L1：單線激光
L16：16線激光
③ 代表雷達(dá)有效距離：
D30：30米
D50：50米
D150：150米
第2章 快速使用
2.1 開箱檢查
打開包裝前，請先檢查外包裝標(biāo)明的產(chǎn)品型號是否與訂購的產(chǎn)品一致。打開包裝后，請先戴上防靜電手套，然后按照《裝箱清單》或訂購合同仔細(xì)核對配件是否齊備。檢查產(chǎn)品表面是否有機(jī)械損壞，如果表面有損壞，或產(chǎn)品內(nèi)容與《裝箱清單》或訂購合同不符，請不要使用，并立即與米樂科技聯(lián)系。
表 1裝箱清單
序號 | 名稱 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 雷達(dá) | 1 | 多線 |
2 | 雷達(dá)固定板 | 1 | L型（安裝支架自備） |
3 | 運(yùn)動控制器 | 1 | 24V 四軸 |
4 | 模塊電腦 | 1 | I3視覺專用 |
5 | 編碼器計米器 | 1 | 法蘭型（安裝支架自備） |
6 | 零位行程開關(guān) | 1 | 機(jī)械式（安裝支架自備） |
電源(雷達(dá)、電腦) | 1 | 12V 2A | |
電源(控制器) | 24V 2A | ||
螺釘（雷達(dá)安裝） | 4 | M3×12 | |
測試網(wǎng)線 | 1 | 半米 |
2.2 安裝環(huán)境
l 遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁干擾環(huán)境，遠(yuǎn)離大功率用電器。
l 避免與大功率用電器共用電源。
l 激光雷達(dá)設(shè)備線纜避免與強(qiáng)電流或電壓頻繁切換的供電線平行鋪設(shè)。
2.3 準(zhǔn)備工作
在安裝之前，請先準(zhǔn)備好以下物品：
l Ethernet 線纜（7 類線以上或者支持 10GBASE-T）；
l 萬用表；
l 剝線鉗；
l 壓線鉗；
l 十字螺絲刀一套；
l 內(nèi)六角扳手一套
第3章 硬件連接及安裝
3.1 快速連接
圖 1接線圖
本產(chǎn)品使用方便，在使用本產(chǎn)品前必須注意配置的電源適配器不能使用錯誤，連接設(shè)備各器件時要按規(guī)范要求進(jìn)行操作。
l 請務(wù)必在切斷控制器的電源后，實施線纜的連接和拆除。如果在接通電源的狀態(tài)下實施連接和拆除，將會導(dǎo)致故障。 l 請先確認(rèn)連接器的朝向，然后再進(jìn)行連接。如果連接不正確，會使連接器的針腳彎折，導(dǎo)致故障。 |
3.2 安裝方式
3.2.1 雷達(dá)安裝
圖 2雷達(dá)安裝方式
3.2.2 編碼器安裝
圖 3編碼器安裝方式
3.2.3 零位開關(guān)安裝
圖 4零位開關(guān)安裝方式
在安裝雷達(dá)、編碼器、零位開關(guān)時需要注意安裝牢固，行車在運(yùn)行過程中安裝的設(shè)備部件不能有抖動現(xiàn)象，設(shè)備部件需要跟隨行車運(yùn)行。但是安裝的設(shè)備部件不能影響行車的正常工作。編碼器的計米輪要緊貼在行車軌道上，編碼器計米輪不能緊固在行車上，使計米輪能自由的根據(jù)編碼器上彈簧的伸縮上下波動，很順暢的在行車軌道上自由跟隨行車運(yùn)行。零位開關(guān)安裝后需要調(diào)整開關(guān)的觸碰角度和長度。雷達(dá)安裝時需要注意雷達(dá)的掃描角度。如果設(shè)備部件安裝距離遠(yuǎn)需要延長電源和數(shù)據(jù)線時，需要注意電源的正負(fù)極和設(shè)備的信號線的線序不能接錯，詳細(xì)閱讀各部件線纜說明，接錯線纜會損壞設(shè)備各部件，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。
第4章 系統(tǒng)配置
4.1 系統(tǒng)配置
設(shè)備根據(jù)其功能模塊大致可以劃分成硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大子系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包含主控箱模塊、傳感器模塊、雷達(dá)模塊、控制器模塊、網(wǎng)橋模塊以及零位限位模塊。軟件系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)分析等模塊。
設(shè)備通過行車跟隨設(shè)備帶動激光雷達(dá)（感知設(shè)備）對物料位置進(jìn)行掃描；使用編碼器對運(yùn)動軌跡進(jìn)行補(bǔ)償修正；整體設(shè)備為簡化布線和安裝難度，使用無線數(shù)據(jù)傳輸。前端感知設(shè)備采集物料的表面外形數(shù)據(jù)并回傳至控制器，通過軟件系統(tǒng)的處理、建模、定位。
表 2控制各部件說明
序號 | 名稱 | 說明 |
1 | 控制箱 | 觸摸屏、模塊電腦、按鈕、鼠標(biāo) |
2 | 運(yùn)動控制器 | 實時獲取編碼器和零位、限位信號 |
3 | 零位限位開關(guān) | 安裝于行車 |
4 | 雷達(dá) | 掃描激光雷達(dá) |
5 | 編碼器 | 位置采集 |
6 | 無線網(wǎng)橋 | 連接網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù) |
圖 5系統(tǒng)配置
4.2 雷達(dá)接線圖
圖 6接線圖
如需多點(diǎn)采集，可以通過交換機(jī)將多個雷達(dá)并聯(lián)到一起，通過一根網(wǎng)線與上位機(jī)通訊。
l 請務(wù)必在切斷控制器的電源后，實施線纜的連接和拆除。如果在接通電源的狀態(tài)下實施連接和拆除，將會導(dǎo)致故障。 l 請先確認(rèn)連接器的朝向，然后再進(jìn)行連接。如果連接不正確，會使連接器的針腳彎折，導(dǎo)致故障。 |
4.3 軟件顯示和配置雷達(dá)
隨雷達(dá)附送的點(diǎn)云顯示軟件解析數(shù)據(jù)包和設(shè)備包信息，顯示 3D 點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過可視化界面，用戶可以重置雷達(dá)參數(shù)。具體操作流程參見 雷達(dá)設(shè)置章節(jié)。
雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)缺省的參數(shù) IP 和端口號如下表：
表 3 雷達(dá)默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)配置
IP 地址 | UDP 設(shè)備包端口號 | UDP 數(shù)據(jù)包端口號 | |
雷達(dá) | 192.168.1.200 | 2368（固定不可配） | 2369（固定不可配） |
電腦 | 192.168.1.102 | 2369 | 2368 |
注意： 1. 設(shè)置雷達(dá) P IP 時 ， 本地 P IP 與 目的 P IP 不能 設(shè)置為同一 IP ， 否則雷達(dá)將不能正常工作。
2. 雷達(dá)組播模式時，兩個目的端口禁止設(shè)置為同一個端口號。
連接雷達(dá)時，電腦與雷達(dá)的 IP 在不同網(wǎng)段時，需要設(shè)置網(wǎng)關(guān)；相同網(wǎng)段時，設(shè)置不同 IP 即可，例如：192.168.1.x，子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.0。若需查找雷達(dá)的以太網(wǎng)配置信息，連接雷達(dá)后電腦可以使用Wireshark 軟件抓取設(shè)備 ARP 包進(jìn)行分析，有關(guān) ARP 包的特征識別，雷達(dá)連接電腦上直接查看雷達(dá)數(shù)據(jù)。
第5章 指示燈
5.1 指示燈定義
指示燈 | 狀態(tài) | 工作說明 |
雷達(dá) | 綠燈長亮 | 代表線路連接正常 |
黃燈閃爍 | 代表信號正常，正在通訊 | |
黃燈長亮 | 代表線路短路 | |
黃燈滅 | 代表沒有通訊 | |
上位機(jī) | 綠燈長亮 | 代表線路連接正常 |
黃燈閃爍 | 代表信號正常，正在通訊 | |
黃燈長亮 | 代表線路短路 | |
黃燈滅 | 代表沒有通訊 | |
控制器 | 綠色 | 正常 |
紅色 | 故障 |
第6章 軟件系統(tǒng)
每當(dāng)設(shè)備完成一個流程，數(shù)據(jù)回至后端服務(wù)器后，軟件自動開始數(shù)據(jù)處理和結(jié)算。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理是經(jīng)由實時采集，有線傳輸至工控機(jī)后，在工控機(jī)內(nèi)完成的處理、建模、分析。密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)能真實的反映出測場的空間位置關(guān)系、環(huán)境內(nèi)特征物的外形、選定區(qū)域的長度面積等，通過內(nèi)嵌數(shù)據(jù)分析軟件的交互，可以為用戶提供所測區(qū)域的上述信息
原始數(shù)據(jù)的處理和建模時內(nèi)嵌于軟件系統(tǒng)之中，在設(shè)備開機(jī)后就同步運(yùn)行完成的。分析模塊有簡單而又直觀的用戶交互界面，提供數(shù)據(jù)模型查看、數(shù)據(jù)記錄、歷史數(shù)據(jù)回溯、設(shè)備狀態(tài)自檢、分析報告生成等功能，幫助使用人員能方便的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
6.1 雷達(dá)掃描
圖7數(shù)據(jù)處理分析軟件
軟件的界面和實際功能可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行部分調(diào)整。
數(shù)據(jù)處理模塊能實現(xiàn)采集過程中設(shè)備姿態(tài)的自動調(diào)節(jié)、單幀點(diǎn)云數(shù)據(jù)解算及定位數(shù)據(jù)融合轉(zhuǎn)換、噪點(diǎn)過濾等多個單元。
(1) 原始數(shù)據(jù)解析單元，利用軟件庫對硬件數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀和分析處理，并濾除無用的點(diǎn)云信息；
(2) 定位信息融合單元，主要用于將采集過程中將編碼器取得的位置信息融合到雷達(dá)采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，使得點(diǎn)云數(shù)據(jù)與實際表面信息對應(yīng)；
(3) 噪點(diǎn)濾波單元，用于對所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，去除所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪點(diǎn)，得到去噪后的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
6.2 數(shù)據(jù)建模模塊
點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過初步處理，可以獲取到地形環(huán)境和目標(biāo)物的相對三維位置信息，結(jié)合通過定位技術(shù)獲得的精準(zhǔn)的點(diǎn)云原點(diǎn)的大地空間坐標(biāo)信息，利用三維點(diǎn)云的變形轉(zhuǎn)換（平移、旋轉(zhuǎn)、有縮放）算法轉(zhuǎn)換點(diǎn)云集“單幀數(shù)據(jù)”中的每個點(diǎn)，來生成最終空間直角空間坐標(biāo)系統(tǒng)下的點(diǎn)云集合。數(shù)據(jù)后處理時，需要將不同測站的點(diǎn)云通過一定的方式拼接成一個整體，來構(gòu)建一個完整的場景。
受限于掃描設(shè)備本身的掃描范圍，為了獲取目標(biāo)物料堆以及周邊的全貌表面三維信息，獲取的數(shù)據(jù)時針對目標(biāo)物不同角度和方位的掃描數(shù)據(jù)。掃描過程中，軟件錄入掃描設(shè)備每次獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的掃描角度和原點(diǎn)位置信息，待數(shù)據(jù)回傳至前端處理器后，軟件算法根據(jù)每個點(diǎn)云數(shù)據(jù)對應(yīng)的角度和掃描原點(diǎn)位置對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，進(jìn)而得到目標(biāo)物和周邊環(huán)境的全貌點(diǎn)云。
圖8數(shù)據(jù)建模分析
掃描完成后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行截取、變換、拼接、空洞填充、體積計算，計算所測量料堆的體積。
分辨率與空洞填充的值相對應(yīng)；
基準(zhǔn)面要與料倉底部一致，或者先采集空料倉，讓基準(zhǔn)面低于料倉底部測得空料倉體積，再裝料采集，基準(zhǔn)面不變，用采集到得體積減去空料倉體積，就可以得到料倉內(nèi)的物料體積。
表 5 多次體積測量分析
倉庫編號 | 物料名稱 | 密度 | 1次測量（體積m3） | 2次測量（體積m3） | 平均值 | 1次測量-平均值 | 2次測量-平均值 | （1次測量-平均值）/平均值（%） | （2次測量-平均值）/平均值（%） |
1號倉 | 金精礦 | 1.89 | 5050.806 | 5051.72 | 5051.26 | -0.914 | 0.457 | -0.018094484 | 0.009047242 |
2號倉 | 多寶山二廠9月 | 1.88 | 1084.388 | 1084.032 | 1084.21 | 0.356 | -0.178 | 0.032834967 | -0.016417484 |
3號倉 | 多寶山二廠10月 | 1.88 | 1764.721 | 1765.731 | 1765.23 | -1.01 | 0.505 | -0.05721647 | 0.028608235 |
4號倉 | 多寶山二廠9月 | 1.88 | 5218.521 | 5219.191 | 5218.86 | -0.67 | 0.335 | -0.012838063 | 0.006419031 |
5號倉 | 空 | 1.88 | 2299.128 | 2300.362 | 2299.75 | -1.234 | 0.617 | -0.053658123 | 0.026829061 |
6號倉 | 陸玖 | 1.9 | 1023.258 | 1024.035 | 1023.65 | -0.777 | 0.3885 | -0.07590511 | 0.037952555 |
7號倉 | 大冶華萊 | 1.9 | 287.64 | 288.448 | 288.044 | -0.808 | 0.404 | -0.280512699 | 0.14025635 |
8號倉 | 龍巖投創(chuàng) | 1.9 | 33.09 | 32.995 | 33.0425 | 0.095 | -0.0475 | 0.287508512 | -0.143754256 |
9號倉 | 無煙煤和活性炭粉 | 1.79 | 889.686 | 888.003 | 888.845 | 1.683 | -0.8415 | 0.189346956 | -0.094673478 |
10號倉 | 吹煉渣和復(fù)精礦 | 1.79 | 1299.019 | 1299.489 | 1299.25 | -0.47 | 0.235 | -0.036174605 | 0.018087302 |
11號倉 | 煙灰和復(fù)精礦 | 1.07 | 1042.322 | 1042.352 | 1042.34 | -0.03 | 0.015 | -0.002878148 | 0.001439074 |
12號倉 | 石灰石 | 1.51 | 513.28 | 517.878 | 515.579 | -4.598 | 2.299 | -0.891812894 | 0.445906447 |
圖9 數(shù)據(jù)建模分析
幾千平方米的范圍內(nèi)體積測量重復(fù)精度可以達(dá)到千分之一以內(nèi)。
6.3 報表模塊
考慮到物料堆放的盤查工作是一個周期性的，對歷史數(shù)據(jù)回溯有一定依賴的，需要反復(fù)勘驗過往數(shù)據(jù)的一項工作。對物料檢測系統(tǒng)在工作生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，通過報表的方式對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，使用戶可以回溯調(diào)取之前3個月（可以延長保存日期）內(nèi)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，達(dá)到集成化的數(shù)據(jù)存儲和應(yīng)用，來滿足整個智能化生產(chǎn)作業(yè)對數(shù)據(jù)的依賴。
行車3D視覺設(shè)備在每次完成一個工作流程后會生成海量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和分析提取隔間物料堆體量數(shù)據(jù)。為了減少內(nèi)存儲數(shù)據(jù)的壓力， 在每次完成盤庫后檢測的數(shù)據(jù)會生成報表保存在文件內(nèi)。
檢測報告中主要顯示了物料體積和物料的重量數(shù)據(jù)，并且顯示了整體物料倉的掃描模型效果，也展示了每個料倉的模型。
檢測報告是按時間自動保存，每使用一次檢測報告就保存一次。這樣可以方便后期查看，也可以作為資料存檔。
圖10報表示例
第7章 功能特點(diǎn)
7.1 硬件功能特色
表6設(shè)備硬件系統(tǒng)各模塊特點(diǎn)
子模塊 | 功能作用 | 特點(diǎn) |
定位模塊 | 為設(shè)備載體提供位置信息和基準(zhǔn)（零位）信息 | 設(shè)備定位，位置補(bǔ)償；幫助拼接，確定坐標(biāo)，提高數(shù)據(jù)整體精度 |
通信模塊 | 工廠的數(shù)據(jù)傳輸 | 符合工廠工作條件 |
感知模塊 | 三維掃描采集空間信息 | 采集工作環(huán)境空間三維信息；可對點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模分析；扇面采集，數(shù)據(jù)有較好的覆蓋和重疊度 |
控制模塊 | 控制設(shè)備各模塊的協(xié)作和整體的控制系統(tǒng) | 簡單易用 |
行車3D視覺設(shè)備的硬件系統(tǒng)最主要的功能是根據(jù)行車的行進(jìn)方向，對行車底部的物料堆做定期的巡回式位置數(shù)據(jù)采集和體積統(tǒng)計。整體硬件系統(tǒng)的設(shè)計核心思路是追求設(shè)備的運(yùn)行高度自動化，設(shè)備操作的少人化（行車司機(jī)1人），操作簡單直觀（無需大量技術(shù)背景或培訓(xùn)），維護(hù)簡易方便，能滿足智能化工業(yè)生產(chǎn)升級的需求。設(shè)備的各個模塊相互配合，在下達(dá)作業(yè)命令后，會按預(yù)設(shè)程序自行完成工作區(qū)域物料位置數(shù)據(jù)統(tǒng)計；運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計框架也非常靈活，具有一定的拓展性，可以追加諸如激光測距定位、慣性導(dǎo)航、室內(nèi)無線定位、視覺系統(tǒng)等模塊。
7.2 軟件功能特色
在對物料堆三維建模的過程中，由于受測量設(shè)備測量范圍的限制以及被測物體外形的復(fù)雜性等，掃描設(shè)備在單一位置只能得到物體某一部分表面的數(shù)據(jù)，無法得到空間完整的形狀信息。本方案的軟件算法，可以融合從不同角度位置的量測，配合定位數(shù)據(jù)的補(bǔ)償算法，經(jīng)過配準(zhǔn)后才能重構(gòu)出整個空間。對不同位置下測量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高精度處理拼接是本方案的一項重要特點(diǎn)。
同時工廠采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理還面臨以下挑戰(zhàn)：
l 點(diǎn)云數(shù)據(jù)密度不均勻
l 遮擋物導(dǎo)致數(shù)據(jù)需要去除
l 沿導(dǎo)軌運(yùn)動有震動和偏移
l 大量重復(fù)數(shù)據(jù)需要精簡抽稀
l 灰塵、氣候、人為原因造成的噪聲需要去除
這些問題的解決方式是通過已有的成熟算法和大量的工程試驗經(jīng)驗，把地面適用的數(shù)據(jù)采集和技術(shù)嫁接到礦井的工作環(huán)境下，沿用通用的數(shù)據(jù)算法和分析流程，同時也是本產(chǎn)品設(shè)計的一大特色。
同時，由于設(shè)備使用的不同，周邊環(huán)境因素，所輸出的數(shù)據(jù)不可能*一致，點(diǎn)云數(shù)據(jù)不可避免出現(xiàn)噪點(diǎn)或接邊兼容性的問題。因此在建模前需通過特殊處理將數(shù)據(jù)融合，去噪，定位后才能更好進(jìn)行合拼和特征提取。在解決融合和處理等問題后，需要將匯總的數(shù)據(jù)自動生成三維模型以便在視覺上進(jìn)行展示。這個環(huán)節(jié)的核心是將原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換成可進(jìn)行更多分析與功能應(yīng)用的數(shù)據(jù)鏈，并可讓其他輸出平臺統(tǒng)一應(yīng)用系統(tǒng)。
表 7自動化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)各模塊特點(diǎn)
子模塊 | 功能作用 | 特點(diǎn) |
點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊 | 去除數(shù)據(jù)噪音；同時進(jìn)行數(shù)據(jù)定位匹配與融合處理 | 自動化的激光雷達(dá)的原始分析數(shù)據(jù)；自動化的數(shù)據(jù)過濾、融合、抽?。?/p> |
點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模模塊 | 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、配準(zhǔn)、拼接、補(bǔ)洞；重建整體空間三維模型 | 連續(xù)、高分辨率的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和完整的三維模型 |
點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析模塊 | 分析工作面點(diǎn)云數(shù)據(jù)的外形和統(tǒng)計物料堆相關(guān)數(shù)據(jù) | 體空間的感知；特征物（隔間墻體）的捕捉；自動化的物料堆切割統(tǒng)計 |
數(shù)據(jù)庫模塊 | 記錄盤庫數(shù)據(jù)；數(shù)字高程圖 | 可以回溯歷史；變化趨勢分析；生成導(dǎo)出制式表格 |
在點(diǎn)云數(shù)據(jù)的過濾方面主要通過條件濾波模塊和半徑濾波模塊對實采點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波操作，去除孤立的噪點(diǎn)，提升點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量。在其他實施例中，該噪點(diǎn)濾波單元還包括直通濾波模塊、體素濾波模塊、統(tǒng)計濾波模塊、條件濾波模塊和半徑濾波模塊中的一種或多種，通過這些濾波模塊可以去除點(diǎn)云中的噪聲和離群點(diǎn)，得到有用的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的三維建模。數(shù)據(jù)處理算法實現(xiàn)了采集過程中設(shè)備姿態(tài)的自動調(diào)節(jié)、單幀點(diǎn)云數(shù)據(jù)的定位及補(bǔ)償糾正、多幀點(diǎn)云數(shù)據(jù)的全局整合以及對噪點(diǎn)數(shù)據(jù)的過濾篩選等功能。物料堆的三維建模實現(xiàn)了從傳統(tǒng)二維圖像到空間三維信息的突破，通過已有的算法，可以在三維模型數(shù)據(jù)上實現(xiàn)空間信息的量測感知以及特殊外形的判定和分辨。
第8章 附錄
8.1 系統(tǒng)配置清單及功能描述
序號 | 分類 | 模塊 | 名稱 | 型號 | 數(shù)量 | 功能描述 |
1 | 硬件部分 | 激光雷達(dá) | 16線激光雷達(dá) | C16 | 1 | 掃描通道：16路；測距方式：脈沖式；激光波段:905nm；信號傳輸方式：無線功率與信號傳輸；最小距離:0.5米；距離：200米；數(shù)據(jù)獲取速度：32萬點(diǎn)每秒；不受光線影響，全天候檢測。 |
2 | 定位模塊 | 編碼器 | 400 | 1 | 測算具體時間點(diǎn)的天車定位數(shù)據(jù)和姿態(tài)信息，一圈400脈沖。 | |
3 | 零位模塊 | 行程開關(guān) | - | 1 | 開始零位位置；確定坐標(biāo)，提高數(shù)據(jù)整體精度。 | |
4 | 通訊模塊 | 無線基站和終端 | 500m | 1 | 短距離使用有線傳輸數(shù)據(jù)，長距離使用無線傳輸。通訊距離可以達(dá)到500米，也可以增加到數(shù)公里。 | |
5 | 控制箱 | 機(jī)電、控制箱及運(yùn)動控制等器件 | 自研 | 1 | 含控制箱外殼、電源、驅(qū)動器、外圍器件等。 | |
6 | 實時相機(jī) | 雙目（選配） | intel | 1 | 工作范圍：0.4-20m；圖像分辨率：1280×720@30FPS/848×480@FPS精度誤差：＜2.2%（7m內(nèi)）。 | |
7 | 運(yùn)動控制 | 軸運(yùn)動控制器 | 4軸 | 1 | 具有開關(guān)信號、模擬量信號、邏輯及運(yùn)動控制等功能。四軸脈沖軸，24路輸入，8路輸出。 | |
8 | 上位機(jī) | 模塊電腦及顯示器 | I3八代 | 1 | 顯示雷達(dá)掃描圖像，處理掃描數(shù)據(jù)和展示最后效果，15寸顯示器，I3八代處理器，8G內(nèi)存。 | |
9 | 設(shè)備控制 | 運(yùn)動控制 | 自研 | 1 | 采用編碼器反饋位置和行程開關(guān)零位信號閉環(huán)控制。 | |
10 | 數(shù)據(jù)傳輸 | 自研 | 1 | 總線控制及數(shù)據(jù)交互。 | ||
11 | 設(shè)備監(jiān)測 | 自研 | 1 | 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)測、報警、急停等。 | ||
12 | 軟件部分 | 雷達(dá)采集 | 數(shù)據(jù)解析 | 自研 | 1 | 實現(xiàn)雷達(dá)底層數(shù)據(jù)的解析，UDP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為xyz坐標(biāo)。 |
13 | 坐標(biāo)變換 | 自研 | 1 | 將雷達(dá)數(shù)據(jù)和編碼器反饋位置進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲取真實物理世界的點(diǎn)云模型。 | ||
14 | 降采樣 | 自研 | 1 | 對坐標(biāo)變換后的點(diǎn)云模型，進(jìn)行柵格化降采樣。 | ||
15 | 點(diǎn)云處理 | 平移旋轉(zhuǎn) | 自研 | 1 | 對獲取的點(diǎn)云模型進(jìn)行平移旋轉(zhuǎn)與物理世界的地面對齊。 | |
16 | 點(diǎn)云裁剪 | 自研 | 1 | 對點(diǎn)云模型進(jìn)行自由邊界裁剪，去掉其他無關(guān)區(qū)域。 | ||
17 | 點(diǎn)云擬合 | 自研 | 1 | 可對點(diǎn)云進(jìn)行點(diǎn)、線、面擬合。 | ||
18 | 點(diǎn)云配準(zhǔn) | 自研 | 1 | 給定配準(zhǔn)模型后，可對點(diǎn)云進(jìn)行配準(zhǔn)獲取定位坐標(biāo)。 | ||
19 | 點(diǎn)云測量 | 自研 | 1 | 可對點(diǎn)云進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)，點(diǎn)到線，線線夾角，線面夾角，體積等測量。 |
8.2 數(shù)據(jù)及展示
序號 | 分類 | 模塊 | 名稱 | 型號 | 數(shù)量 | 功能描述 |
1 | 軟件部分 | 數(shù)據(jù)庫 | 建立數(shù)據(jù)庫 | 自研 | 1 | 通過腳本建立mySQL數(shù)據(jù)庫。 |
2 | 編輯數(shù)據(jù)庫 | 自研 | 1 | 通過腳本對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行編輯。 | ||
3 | 數(shù)據(jù)添加 | 自研 | 1 | 通過腳本對數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行添加。 | ||
4 | 三維展示 | 本地展示 | 自研 | 1 | 本地軟件進(jìn)行點(diǎn)云查看；天車及夾爪等stl模型顯示。 | |
5 | 瀏覽器展示 | 自研 | 1 | 將點(diǎn)云、天車及夾爪等模型轉(zhuǎn)化為gltf格式，通過FTP發(fā)送到服務(wù)器，可在瀏覽器中查看模型。 | ||
6 | 報表 | Word報告 | 通過腳本自動生成word報告。 |
8.3 外部接口
序號 | 分類 | 模塊 | 型號 | 數(shù)量 | 功能描述 |
1 | 外部接口 | PLC接口 | 西門子 | 1 | 西門子Smart/1500系列，通過網(wǎng)口，對寄存器直接寫入坐標(biāo)及其他觸發(fā)信號。 |
2 | GPIO接口 | IO接口 | 1 | 4路輸入，4路輸出GPIO接口。 | |
3 | 外部網(wǎng)口 | 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口 | 1 | 遠(yuǎn)程桌面、向日葵訪問。 | |
4 | 控制卡IO接口 | 開關(guān)量 | 1 | 24路輸入，8路輸出。 | |
5 | 控制卡擴(kuò)展軸控制 | 脈沖方向 | 1 | 三個脈沖方向擴(kuò)展軸。 |
