2021.11
第1章 概述
1.1 簡介
米樂科技的導(dǎo)軌小車測繪儀產(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(jì)算，物料定位，物體識(shí)別等，然后，將處理結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，生成報(bào)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(dòng)化、數(shù)字化的各類需求。
米樂科技自主研發(fā)的測繪系統(tǒng)，基于高精度高性價(jià)比的單線、多線激光雷達(dá)，通過智能云臺(tái)實(shí)時(shí)角度控制，生成高密度點(diǎn)云，精度達(dá)厘米級(jí)，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(chǔ)的無人化作業(yè)。雷達(dá)跟著導(dǎo)軌小車運(yùn)行，進(jìn)行掃描，掃描范圍、掃描速度，可以任意設(shè)置，用無線網(wǎng)傳輸雷達(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(shí)時(shí)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(gè)雷達(dá)架設(shè)點(diǎn)，共用一個(gè)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(shí)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(shí)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(jí)設(shè)計(jì)，IP67防護(hù)等級(jí)，量程10-150米（測量距離可根據(jù)實(shí)際要求選?。y量穩(wěn)定，精度可達(dá)厘米級(jí)。
l 快速實(shí)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)置優(yōu)化到適用狀態(tài)。
l 設(shè)置簡單：任何人都可以在短時(shí)間內(nèi)簡單設(shè)定。、
l 使用壽命長：擁有IP67外殼防護(hù)等級(jí)，抗沖擊性好，并采用高韌性電纜，可放心使用。
1.3 型號(hào)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(hào)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(hào) | 名稱 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 雷達(dá) | 1 | 多線/單線 |
2 | 小車 | 1 | 導(dǎo)軌小車 |
3 | 無線模塊 | 1 | 無線通訊設(shè)備 |
4 | 電腦 | 1 | I3視覺專用 |
5 | 導(dǎo)軌 | 1 | 小車運(yùn)行導(dǎo)軌 |
6 | 安裝支架 | 1 | 固定導(dǎo)軌 |
7 | 充電模塊 | 1 | 小車充電 |
8 | 固定螺絲 | 1 | 安裝導(dǎo)軌等 |
9 | 電源線纜 | 1 | RVVP 3×2.5mm |
10 | 網(wǎng)絡(luò)線纜 | 1 | 網(wǎng)絡(luò)通訊（六類） |
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 硬件部分
3.1 整體結(jié)構(gòu)
圖 1 導(dǎo)軌機(jī)器人
導(dǎo)軌小車是由內(nèi)置電池、無線模塊、編碼器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、充電刷等主要元器件組成。導(dǎo)軌小車在安裝完成后，首先需要給電池充電，把導(dǎo)軌小車移動(dòng)到起始位置和導(dǎo)電塊緊密接觸為鋰電池充電，一般充電兩小時(shí)可使用4-5個(gè)來回（以100米距離為例），使用次數(shù)以導(dǎo)軌長度確定。充電完成后通過控制系統(tǒng)為導(dǎo)軌小車發(fā)送命令，導(dǎo)軌小車會(huì)按照控制系統(tǒng)發(fā)送的指令運(yùn)行。運(yùn)行時(shí)編碼器會(huì)通過無線模塊實(shí)時(shí)給控制系統(tǒng)發(fā)送導(dǎo)軌小車的實(shí)際位置。導(dǎo)軌小車運(yùn)行到導(dǎo)軌的終點(diǎn)位置，限位開關(guān)檢測到終點(diǎn)信號(hào)，控制器會(huì)按照預(yù)先設(shè)置好的方式執(zhí)行，停到終點(diǎn)等待返回運(yùn)行命令或者直接返回，根據(jù)實(shí)際需求完成設(shè)置。激光雷達(dá)會(huì)采集到需要的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，處理軟件根據(jù)項(xiàng)目需求處理采集到的雷達(dá)數(shù)據(jù)。處理后的數(shù)據(jù)軟件會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)到文件夾內(nèi)，也可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制室。
3.2 硬件參數(shù)
表 2參數(shù)表
3.3 模塊電腦
圖 2 模塊電腦正面
圖 3 模塊電腦背面
第4章 設(shè)備安裝
4.1 導(dǎo)軌小車
圖 4 安裝示意圖
安裝前需要確定安裝高度（安裝高度為能夠掃描到物料頂部為宜），在結(jié)實(shí)牢固的位置安裝導(dǎo)軌支架，導(dǎo)軌支架必須安裝在同一水平面，確保導(dǎo)軌小車運(yùn)行順暢。導(dǎo)軌支架安裝完成后再次確認(rèn)水平面。安裝導(dǎo)軌時(shí)需要注意導(dǎo)軌的接頭位置，接頭不能有高低不平或者左右錯(cuò)位現(xiàn)象，導(dǎo)軌小車在街頭位置能夠順利滑行。由于導(dǎo)軌比較長所以安裝時(shí)要確認(rèn)導(dǎo)軌安裝在一條直線上，確保導(dǎo)軌小車運(yùn)行時(shí)不會(huì)卡頓。
4.2 控制柜
圖 5 控制柜
由于導(dǎo)軌小車的主要部件都安裝在小車內(nèi)部，所以控制柜比較簡單，控制柜內(nèi)部主要由電腦和電源模塊組成，電腦主要控制導(dǎo)軌小車和處理雷達(dá)采集的數(shù)據(jù)，電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供安全的供電。
4.3 快速連接
圖 6 接線示意圖
導(dǎo)軌小車測繪儀外部接線元器件比較少，并且使用的元器件功率不大，所以布線很簡單。只要按照用電標(biāo)準(zhǔn)布線安裝即可。電源使用普通的220V電源通過電源保護(hù)器為電腦和導(dǎo)軌小車充電模塊供電。
無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊需要注意，安裝時(shí)要在無線輻射范圍內(nèi)。保證通訊暢通，以免對傳輸數(shù)據(jù)造成不必要的麻煩。
第5章 軟件部分
每當(dāng)設(shè)備完成一個(gè)流程，數(shù)據(jù)回至后端服務(wù)器后，軟件自動(dòng)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(shí)時(shí)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(shí)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(shí)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(bào)告生成等功能，幫助使用人員能方便的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
5.1 雷達(dá)掃描
圖7數(shù)據(jù)處理分析軟件
軟件的界面和實(shí)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(shí)現(xiàn)采集過程中設(shè)備姿態(tài)的自動(dòng)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(gè)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(shí)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)。
5.2 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(gè)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(shí)，需要將不同測站的點(diǎn)云通過一定的方式拼接成一個(gè)整體，來構(gòu)建一個(gè)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(shí)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(gè)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(jì)算，計(jì)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 3 多次體積測量分析
倉庫編號(hào) | 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(hào)倉 | 金精礦 | 1.89 | 5050.806 | 5051.72 | 5051.26 | -0.914 | 0.457 | -0.018094484 | 0.009047242 |
2號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)倉 | 空 | 1.88 | 2299.128 | 2300.362 | 2299.75 | -1.234 | 0.617 | -0.053658123 | 0.026829061 |
6號(hào)倉 | 陸玖 | 1.9 | 1023.258 | 1024.035 | 1023.65 | -0.777 | 0.3885 | -0.07590511 | 0.037952555 |
7號(hào)倉 | 大冶華萊 | 1.9 | 287.64 | 288.448 | 288.044 | -0.808 | 0.404 | -0.280512699 | 0.14025635 |
8號(hào)倉 | 龍巖投創(chuàng) | 1.9 | 33.09 | 32.995 | 33.0425 | 0.095 | -0.0475 | 0.287508512 | -0.143754256 |
9號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)倉 | 石灰石 | 1.51 | 513.28 | 517.878 | 515.579 | -4.598 | 2.299 | -0.891812894 | 0.445906447 |
圖9報(bào)表示例
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)。
5.3 報(bào)表模塊
考慮到物料堆放的盤查工作是一個(gè)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(yàn)過往數(shù)據(jù)的一項(xiàng)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(bào)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(gè)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(chǔ)和應(yīng)用，來滿足整個(gè)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(gè)工作流程后會(huì)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(chǔ)數(shù)據(jù)的壓力， 在每次完成盤庫后檢測的數(shù)據(jù)會(huì)生成報(bào)表保存在文件內(nèi)。
檢測報(bào)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(gè)料倉的模型。
檢測報(bào)告是按時(shí)間自動(dòng)保存，每使用一次檢測報(bào)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(bào)表示例
序號(hào) | 分類 | 模塊 | 名稱 | 型號(hào) | 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(hào)傳輸方式：無線功率與信號(hào)傳輸；最小距離:0.5米；最合適距離：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(shí)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 | 小車控制箱 | 機(jī)電、控制箱及運(yùn)動(dòng)控制等器件 | 自研 | 1 | 含控制箱外殼、電源、驅(qū)動(dòng)器、外圍器件等。 | |
6 | 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。 | |
7 | 雷達(dá)采集 | 運(yùn)動(dòng)控制 | 自研 | 1 | 采用編碼器反饋位置和行程開關(guān)零位信號(hào)閉環(huán)控制。 | |
8 | 數(shù)據(jù)傳輸 | 自研 | 1 | 總線控制及數(shù)據(jù)交互。 | ||
9 | 設(shè)備監(jiān)測 | 自研 | 1 | 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)測、報(bào)警、急停等。 | ||
10 | 點(diǎn)云處理 | 數(shù)據(jù)解析 | 自研 | 1 | 實(shí)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)。 | |
11 | 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(shí)物理世界的點(diǎn)云模型。 | ||
12 | 軟件部分 | 點(diǎn)云處理 | 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。 |
13 | 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。 | ||
14 | 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。 | ||
15 | 點(diǎn)云擬合 | 自研 | 1 | 可對點(diǎn)云進(jìn)行點(diǎn)、線、面擬合。 | ||
16 | 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)。 | ||
17 | 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。 |
序號(hào) | 分類 | 模塊 | 名稱 | 型號(hào) | 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(bào)表 | Word報(bào)告 | 通過腳本自動(dòng)生成word報(bào)告。 |
序號(hào) | 分類 | 模塊 | 型號(hào) | 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(hào)。 |
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(gè)脈沖方向擴(kuò)展軸。 |
