详情

原文传递一种用于物料场的自动堆料、取料、堆取料方法和系统

专利名称：	一种用于物料场的自动堆料、取料、堆取料方法和系统
摘要：	本发明涉及一种用于物料场的自动堆料、取料方法，该方法包括利用固定安装在料场上方的三维激光扫描仪对料场物料进行扫描形成物料的点云数据；根据物料的点云数据及预设的参考特征点进行三维建模并完成堆、取料作业；其中，形成料场的三维模型包括清洗步骤、拼接步骤、去除步骤、填充步骤和建模步骤。本发明还公开了一种用于物料场的自动堆、取料和堆取料系统。本发明利用固定在料场上方的三维激光扫描仪来扫描料场物料的点云数据，在扫描过程中可以没有堆、取料机参与，三维激光扫描仪可以独立实时运行，节省了工作时间，并且通过获取堆料机的对位角度或获取取料机的起始点和终止点，可以更加准确地进行堆、取料作业。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京中盛博方环保工程技术有限公司
发明人：	孟祥伍;陈迟;唐策
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201910501989.7
公开号：	CN110194375A
代理机构：	北京天盾知识产权代理有限公司
代理人：	张彩珍
分类号：	B65G65/28(2006.01);B;B65;B65G;B65G65
申请人地址：	100001 北京市海淀区创业路8号1号楼6层1-3号603
主权项：	1.一种用于物料场的自动堆料方法，包括以下步骤：利用固定安装在料场上方的三维激光扫描仪对料场物料进行扫描形成物料的第一点云数据；根据所述第一点云数据及预设的参考特征点对料场物料进行三维建模，形成料场的三维模型；根据料场的三维模型，获取作业的对位角度完成堆料作业；其中，所述三维建模包括如下子步骤：清洗步骤：对所述第一点云数据进行清洗形成第二点云数据；拼接步骤：对所述第二点云数据进行拼接获得第三点云数据；去除步骤：在物料的落料堆积面上获取堆料臂的点云数据，从第三点云数据中去除堆料臂的点云数据得到第四点云数据；填充步骤：对第二点云数据中的空白区域进行点云填充以获得填充点云数据，将第四点云数据与填充点云数据合并获得第五点云数据；建模步骤：根据所述第五点云数据及预设的参考特征点对料场物料进行三维建模。 2.根据权利要求1所述的自动堆料方法，其特征在于，在对料场物料进行扫描之前还包括建立坐标系步骤：建立料场的空间三维坐标系，将料场的空间三维坐标系的空间分隔为多个立方体网格；其中，三维激光扫描仪每次扫描的区域都对应空间三维坐标系内的一组立方体网格；以及所述清洗步骤还包括：在所述料场的空间三维坐标系中并基于高斯分布的方法检测出第一点云数据中的离群点，并将该离群点从第一点云数据中去除，得到所述第二点云数据。 3.根据权利要求1所述的自动堆料方法，其特征在于，所述去除步骤获取堆料臂的点云数据包括：对于物料的落料堆积面上的每个第一点N0(x1,y1,z1)，寻找目标点N1(x1,y1,z2)，该目标点N1应满足点N1与原点O的距离d超过预设距离并且z2-z1是否大于预设高度差；获取N1点与x轴的夹角α1：其中，x0、y0是原点O的坐标值；判断α1是否小于预设角度，若α1小于预设角度，则将该点N1作为取料臂上的点云数据；若α1不小于预设角度，则寻找下一个目标点。 4.根据权利要求1所述的自动堆料方法，其特征在于，所述填充步骤包括以下子步骤：统计每个立方体网格内部包含的第二点云数据的数据点数量，若数据点数量＝1，则直接获得立方体网格的唯一数据点的坐标；若数据点数量>1，则通过反距离权重法获得立方体网格的多个数据点的坐标；若数据点数量＝0，则将该立方体网格加入空白序列数组中，形成第二点云数据中的空白区域；以及，对于数据点数量>1或＝1的立方体网格，根据该立方体网格内的所述数据点的坐标获得对应的局部表面法向量；根据所述局部表面法向量获取所述数据点的法向量变化值；根据所述数据点的法向量变化值的大小进行排序；获取数据点的法向量变化值中的最小值所对应的数据点，并将该数据点作为起始种子点P；基于所述起始种子点P，对空白区域进行填充。 5.一种用于物料场的自动堆料系统，其特征在于：所述自动堆料系统包括三维激光扫描仪、清洗模块、拼接模块、去除模块、填充模块、建模模块、角度对位模块和堆料机；利用固定安装在料场上方的三维激光扫描仪对料场物料进行扫描形成第一点云数据；所述清洗模块用于对所述第一点云数据进行清洗形成第二点云数据；所述拼接模块用于对所述第二点云数据进行拼接获得第三点云数据；所述三维激光扫描仪在物料的落料堆积面上获取取料臂的点云数据；所述去除模块用于从第三点云数据中去除堆料臂的点云数据得到第四点云数据；所述填充模块用于对第二点云数据中的空白区域进行点云填充以获得填充点云数据，将第四点云数据与填充点云数据合并获得第五点云数据；所述建模模块用于根据所述第五点云数据及预设的参考特征点对料场物料进行三维建模；所述角度对位模块用于根据料场的三维模型获取堆料机作业的对位角度，堆料机基于所述对位角度完成堆料作业。 6.一种用于物料场的自动取料方法，包括以下步骤：利用固定安装在料场上方的三维激光扫描仪对料场物料进行扫描形成物料的第一点云数据；根据所述第一点云数据及预设的参考特征点对料场物料进行三维建模，形成料场的三维模型；根据料场的三维模型，获取作业的起始点和终止点，并基于所述起始点和终止点完成取料作业；其中，所述三维建模包括如下子步骤：清洗步骤：对所述第一点云数据进行清洗形成第二点云数据；拼接步骤：对所述第二点云数据进行拼接获得第三点云数据；去除步骤：在物料的落料堆积面上获取取料臂的点云数据，从第三点云数据中去除取料臂的点云数据得到第四点云数据；填充步骤：对第二点云数据中的空白区域进行点云填充以获得填充点云数据，将第四点云数据与填充点云数据合并获得第五点云数据；建模步骤：根据所述第五点云数据及预设的参考特征点对料场物料进行三维建模。 7.根据权利要求6所述的自动取料方法，其特征在于，所述获取作业的起始点和终止点包括：基于物料的点云数据获取物料堆积面上的最高点C′的坐标，由该最高点C′的坐标得到点C′在水平面投影点B′的坐标，将点C′与点B′在垂直方向的中间位置点D′取出，以点D′为圆心，以D′与C′的距离为半径，形成取料机的取料臂的取料区域，取料机的取料臂与该取料区域相切；将物料的点云数据中的每个点的坐标中的z值设为0，并存入一个二维坐标系中，物料的点云数据在该二维坐标系中形成两簇交点组，分别设为第一交点组和第二交点组；对第一交点组上的点云的坐标值进行平均处理，得到坐标为(xe,ye,ze)的一个点，将该点计为E,将点E作为取料机在当前取料层的取料起始点；对第二交点组上的点云的坐标值进行平均处理，得到坐标为(xf,yf,zf)的一个点，将该点计为F,将点F作为取料机在当前取料层的取料终止点。 8.根据权利要求7所述的自动取料方法，其特征在于：建立一个二维坐标系，将取出的D′点都投影到该二维坐标系中，则D′点在该二维坐标系中形成一个封闭圈，取料臂当前的前进方向与该封闭圈相交所获得的交点组是第一交点组；所述第二交点组为取料臂下一次前进方向与该封闭圈相交所获得的交点组。 9.一种用于物料场的自动取料系统，其特征在于，所述自动取料系统包括三维激光扫描仪、清洗模块、拼接模块、去除模块、填充模块、建模模块、起始点获取模块、终止点获取模块和取料机；利用固定安装在料场上方的三维激光扫描仪对料场物料进行扫描形成第一点云数据；所述清洗模块用于对所述第一点云数据进行清洗形成第二点云数据；所述拼接模块用于对所述第二点云数据进行拼接获得第三点云数据；所述三维激光扫描仪在物料的落料堆积面上获取取料臂的点云数据，所述去除模块用于从第三点云数据中去除取料臂的点云数据得到第四点云数据；所述填充模块用于对第二点云数据中的空白区域进行点云填充以获得填充点云数据，将第四点云数据与填充点云数据合并获得第五点云数据；所述建模模块用于根据所述第五点云数据及预设的参考特征点对料场物料进行三维建模，形成料场的三维模型；所述起始点获取模块根据料场的三维模型获取取料机作业的起始点；所述终止点获取模块根据料场的三维模型获取取料机作业的终止点；取料机根据所述作业的起始点和终止点完成取料作业。 10.一种用于物料场的自动堆取料系统，包括三维激光扫描仪、清洗模块、拼接模块、去除模块、填充模块、建模模块、角度对位模块、起始点获取模块、终止点获取模块、堆料机和取料机；利用固定安装在料场上方的三维激光扫描仪对料场物料进行扫描形成第一点云数据；所述清洗模块用于对所述第一点云数据进行清洗形成第二点云数据；所述拼接模块用于对所述第二点云数据进行拼接获得第三点云数据；所述三维激光扫描仪在物料的落料堆积面上获取取料臂的点云数据；所述去除模块用于从第三点云数据中去除取料臂的点云数据得到第四点云数据；所述填充模块用于对第二点云数据中的空白区域进行点云填充以获得填充点云数据，将第四点云数据与填充点云数据合并获得第五点云数据；所述建模模块用于根据所述第五点云数据及预设的参考特征点对料场物料进行三维建模，形成料场的三维模型；当进行堆料作业时，所述角度对位模块用于根据料场的三维模型获取堆料机作业的对位角度，堆料机基于所述对位角度完成堆料作业；当进行取料作业时，所述起始点获取模块和终止点获取模块分别根据料场的三维模型获取取料机作业的起始点和终止点，取料机根据所述作业的起始点和终止点完成取料作业。
所属类别：	发明专利