一种运输车与载货车的自动对接装填系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及车辆驾驶领域，具体涉及一种运输车与载货车的自动对接装填系统。


背景技术：

[0002]
随着人力成本不断提高，车辆物流企业急需要在降低运营成本、提升经营效率、减轻人员劳动强度等处加强创新改革。然而，目前运输车与载货车的对接装填一般采用人工操作的方式，不能实现货物的自动化对接装卸，人力成本高且人员劳动强度大。


技术实现要素：

[0003]
针对上述问题，本实用新型提供一种运输车与载货车的自动对接装填系统。
[0004]
本实用新型的目的采用以下技术方案来实现：
[0005]
本实用新型提供了一种运输车与载货车的自动对接装填系统，所述运输车和载货车上皆设置有吊装模块，所述载货车上还设有吊机，所述系统包括停车引导检测子系统、吊装模块定位检测子系统以及用于控制所述吊机的机械手的控制子系统，所述停车引导检测子系统包括监控摄像头、处理器、显示器、用于采集运输车的车体三维轮廓数据的16线激光雷达以及用于获取运输车图像的第一近红外相机，所述16线激光雷达、第一近红外相机、监控摄像头和显示器皆与所述处理器连接；
[0006]
所述处理器将所述车体三维轮廓数据和第一近红外相机采集的运输车图像进行数据融合处理，得到所述运输车相对于载货车的实时方位和距离信息，以及，根据所述实时方位和距离信息确定引导数据，将所述引导数据与所述监控摄像头采集的监控实时图像进行结合，发送至所述显示器进行显示，从而引导所述运输车停靠在所述载货车的规定范围内；
[0007]
所述处理器还在所述运输车停靠在所述载货车的规定范围内时，根据当前车体三维轮廓数据和当前运输车图像获取所述运输车相对于载货车的当前方位和距离信息，并将所述当前方位和距离信息发送至所述控制子系统；
[0008]
所述吊装模块定位检测子系统包括第二近红外相机、近红外光源、激光测距传感器、吊装模块标靶和车辆标靶，所述第二近红外相机、激光测距传感器皆与所述控制子系统连接；
[0009]
所述第二近红外相机用于对吊装模块、吊装模块标靶和车辆标靶进行拍摄，获取拍摄图像；
[0010]
所述控制子系统根据所述拍摄图像计算分析得到吊装模块的实时位置信息，以及根据所述当前方位和距离信息、激光测距传感器的感测信息、所述实时位置信息控制所述机械手装卸吊装模块。
[0011]
在一种能够实现的方式中，将所述车体三维轮廓数据和第一近红外相机采集的运输车图像进行数据融合处理，得到所述运输车相对于载货车的实时方位和距离信息，具体
包括：
[0012]
对所述车体三维轮廓数据进行干扰背景滤除；
[0013]
提取第一近红外相机采集的运输车图像的感兴趣区域，在所述感兴趣区域中提取对应于16线激光雷达扫描的三维点云数据；
[0014]
将所述三维点云数据与车体三维轮廓数据进行数据融合处理。
[0015]
在一种能够实现的方式中，所述第二近红外相机、近红外光源、激光测距传感器以整体模块形式布设于所述吊机的末端，所述的控制所述机械手装卸吊装模块，包括：
[0016]
控制所述机械手取运输车上的吊装模块；
[0017]
控制所述机械手将所述运输车上的吊装模块放到载货车；
[0018]
控制所述机械手取所述载货车上的吊装模块；
[0019]
控制所述机械手将所述载货车上的吊装模块放到所述运输车。
[0020]
在一种能够实现的方式中，所述控制所述机械手取运输车上的吊装模块，具体执行：
[0021]
根据所述当前方位和距离信息计算运输车上的吊装模块定位拍照位置坐标，控制吊机移动到与所述吊装模块定位拍照位置坐标对应的位置；
[0022]
控制所述第二近红外相机拍照获取图像，通过图像处理计算得到运输车上的吊装模块的实际位置；
[0023]
控制所述吊机移动到所述实际位置，接收激光测距传感器测量的所述运输车上的吊装模块上各点的相对距离信息，根据各点的平面相对位置，计算所述运输车上的吊装模块的倾角，根据所述倾角进行机械手与所述运输车上的吊装模块的定位对接。
[0024]
在一种能够实现的方式中，所述控制所述机械手取运输车上的吊装模块，还具体执行：在定位对接后控制显示器显示用于提示取吊装模块自动定位完成的提示信息。
[0025]
在一种能够实现的方式中，所述第一近红外相机和第二近红外相机皆采用谱段850nm的近红外相机。
[0026]
本实用新型的有益效果为：本实用新型由停车引导检测子系统、吊装模块定位检测子系统以及用于控制所述吊机的机械手的控制子系统组成运输车与载货车的对接装填系统，能够实现载货车的辅助停车引导、吊装模块定位检测、自动操作控制。本实用新型的运输车与载货车对接装填系统具有全天候工作、快速定位、高精度检测、自动对接的优点。
附图说明
[0027]
利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0028]
图1是本实用新型一个示例性实施例的一种运输车与载货车的自动对接装填系统的结构连接示意图。
[0029]
附图标记：
[0030]
停车引导检测子系统1、吊装模块定位检测子系统2、控制子系统3。
具体实施方式
[0031]
结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。
[0032]
参见图1，本实用新型实施例提供一种运输车与载货车的自动对接装填系统，所述运输车和载货车上皆设置有吊装模块，所述载货车上还设有吊机。其中，根据吊机吊装半径，运输车车长、车宽、车高，载货车车长、车宽、车高，运输车车尾两侧对称安装两个所述吊装模块，载货车车尾安装所述吊机。
[0033]
该系统包括停车引导检测子系统1、吊装模块定位检测子系统2以及用于控制所述吊机的机械手的控制子系统3，所述停车引导检测子系统1包括监控摄像头、处理器、显示器、用于采集运输车的车体三维轮廓数据的16线激光雷达以及用于获取运输车图像的第一近红外相机，所述16线激光雷达、第一近红外相机、监控摄像头和显示器皆与所述处理器连接；
[0034]
所述处理器将所述车体三维轮廓数据和第一近红外相机采集的运输车图像进行数据融合处理，得到所述运输车相对于载货车的实时方位和距离信息，以及，根据所述实时方位和距离信息确定引导数据，将所述引导数据与所述监控摄像头采集的监控实时图像进行结合，发送至所述显示器进行显示，从而引导所述运输车停靠在所述载货车的规定范围内；
[0035]
所述处理器还在所述运输车停靠在所述载货车的规定范围内时，根据当前车体三维轮廓数据和当前运输车图像获取所述运输车相对于载货车的当前方位和距离信息，并将所述当前方位和距离信息发送至所述控制子系统3；
[0036]
所述吊装模块定位检测子系统2包括第二近红外相机、近红外光源、激光测距传感器、吊装模块标靶和车辆标靶，所述第二近红外相机、激光测距传感器皆与所述控制子系统3连接；
[0037]
所述第二近红外相机用于对吊装模块、吊装模块标靶和车辆标靶进行拍摄，获取拍摄图像；
[0038]
所述控制子系统3根据所述拍摄图像计算分析得到吊装模块的实时位置信息，以及根据所述当前方位和距离信息、激光测距传感器的感测信息、所述实时位置信息控制所述机械手装卸吊装模块。
[0039]
本实施例中，由于运输车后部凹凸不平，体积又比较大，运输车外部特征信息随着时间可能会有所改变。为保证自动对接装填系统持续稳定运行，不受外部环境干扰，并且降低硬件成本，本实施例中的停车引导检测子系统1采用16线激光雷达、第一近红外相机和监控摄像头进行组合，能够满足全天候、车体可能变化工作要求。
[0040]
本实施例中，运输车与载货车上都有吊装模块，其中运输车的吊装模块没有货物，载货车的吊装模块有货物，由于吊装模块具有一定高度差，将导致近红外相机拍摄的高度不相同，从而需要对运输车和载货车上吊装模块、车辆标靶、吊装模块标靶进行拍摄识别，通过图像识别算法计算获得吊装模块在机械手坐标系中的位置参数。
[0041]
在一种能够实现的方式中，将所述车体三维轮廓数据和第一近红外相机采集的运输车图像进行数据融合处理，得到所述运输车相对于载货车的实时方位和距离信息，具体包括：
[0042]
对所述车体三维轮廓数据进行干扰背景滤除；
[0043]
提取第一近红外相机采集的运输车图像的感兴趣区域，在所述感兴趣区域中提取对应于16线激光雷达扫描的三维点云数据；
[0044]
将所述三维点云数据与车体三维轮廓数据进行数据融合处理。
[0045]
其中，利用16线激光雷达得到的车体三维数据轮廓和近红外相机采集运输车的图像进行数据融合，首先需要进行近红外相机标定，再16线激光雷达标定和近红外相机联合标定，得到两者的标定参数和相互位置关系，再利用两者采集数据融合。
[0046]
在一种能够实现的方式中，所述第二近红外相机、近红外光源、激光测距传感器以整体模块形式布设于所述吊机的末端，所述的控制所述机械手装卸吊装模块，包括：
[0047]
控制所述机械手取运输车上的吊装模块；
[0048]
控制所述机械手将所述运输车上的吊装模块放到载货车；
[0049]
控制所述机械手取所述载货车上的吊装模块；
[0050]
控制所述机械手将所述载货车上的吊装模块放到所述运输车。
[0051]
其中，所述控制所述机械手取运输车上的吊装模块，具体执行：
[0052]
根据所述当前方位和距离信息计算运输车上的吊装模块定位拍照位置坐标，控制吊机移动到与所述吊装模块定位拍照位置坐标对应的位置；
[0053]
控制所述第二近红外相机拍照获取图像，通过图像处理计算得到运输车上的吊装模块的实际位置；
[0054]
控制所述吊机移动到所述实际位置，接收激光测距传感器测量的所述运输车上的吊装模块上各点的相对距离信息，根据各点的平面相对位置，计算所述运输车上的吊装模块的倾角，根据所述倾角进行机械手与所述运输车上的吊装模块的定位对接。
[0055]
进一步地，所述控制所述机械手取运输车上的吊装模块，还具体执行：在定位对接后控制显示器显示用于提示取吊装模块自动定位完成的提示信息。
[0056]
其中，放吊装模块到载货车的操作如下：首先获取吊装模块的放置吊装位置，载货车吊装模块位置是固定的，取走了哪个吊装模块，剩下哪个吊装模块是已知的，故从控制子系统3获取吊装模块吊装位置。取运输车上的吊装模块过程中取走，可获得取吊装模块的定位位置，然后通知控制子系统3执行吊机动作控制，将带有吊装模块的吊机移动到载货车上方。再通过吊机下方的近红外相机拍摄车辆标靶图像，利用标靶之间的相互关系计算出吊装模块平面定位位置，计算的精度如果不满足，重复进行移动吊机位置，再相机拍摄计算。直到精度满足要求后，在显控界面输出放吊装模块自动定位完成，需要人工确认对位是否准确。确认准确对位后，进行自动吊装模块放置动作。
[0057]
载货车的吊装模块有物品，需要搬运出去。取载货车上的吊装模块定位操作与取运输车上的吊装模块的操作类似，区别在于获取吊装模块位置数据不同。首先获取载货车的吊装模块位置数据，根据该数据计算吊装模块定位拍照位置坐标，通知控制子系统3控制吊机移动到相应的拍摄位置，其后采用近红外相机拍照获取图像，通过图像处理计算吊装模块的精确位置，再次通知控制子系统3控制吊机移动到相应的位置，该位置也是激光测距传感器的工作位置，通过激光测距传感器测量吊装模块上各点的相对距离信息，根据各点的平面相对位置，计算吊装模块的倾角，再次通知控制子系统3控制吊机移动到相应的位置，此时整个自动对接过程完成，在显控界面输出取吊装模块自动定位完成，需要人工确认对位是否准确。确认准确对位后，进行自动吊装模块放置动作。
[0058]
控制所述机械手将所述载货车上的吊装模块放到所述运输车的操作与放吊装模块到载货车的操作类似，区别在于获取吊装模块吊装位置数据来源不同，由于吊装模块在运输车上的放置位置限制，需要进行避让位置补偿操作。首先获取吊装模块的取料吊装位置，吊装模块在取运输车上的吊装模块过程中取走，可获取得到取料吊装的倾角位置。倾角位置用于指导调整相机的姿态，使得相机与被拍摄面保持水平，保证相机图像处理得到的位置精度。由于吊装模块在运输车上的放置位置限制，靶标布置在吊装模块的下方，物理安装上对准的动作完成时，吊装模块将遮挡靶标。因此，实际处理时为避开这个问题，采用软件辅助偏置定位的方式，首先对准到设定的偏置位置，最后通过补偿偏置的值，完成吊装模块放置时的对准。
[0059]
在一种能够实现的方式中，所述第一近红外相机和第二近红外相机皆采用谱段850nm的近红外相机。所述近红外光源采用850nm近红外波段补光。
[0060]
由于可见光相机在黑夜需要可见光源照射，多辆运输车光源照射会导致光源照射混乱。红外相机在黑夜根据红外成像进行识别，运输车成像精度不高，图像轮廓不清楚，无法精确定位。微光成像相机成像质量精度不高，无法全黑场景工作和精确定位。本实施例采用谱段850nm的近红外相机，不仅在可见光下清晰成像，同时在夜晚，通过近红外光源850nm近红外波段补光，也能清晰成像，采用该种配置可以在白天和黑夜拍摄图像。
[0061]
其中，16激光雷达采用tof全波形方案，能够对360
°
周围环境进行扫描探测。在进行16激光雷达的型号选择时，根据车辆停靠定位测量精度，要考虑的技术指标包括：扫描角度、扫描半径、测量精度、角度分辨率、测量频率和通信方式。
[0062]
其中，16线激光雷达、第一近红外相机、监控摄像头安装在载货车车尾侧，安装朝向都是水平的平视视野朝向，能够摄像后面视野图像。16线激光雷达、近红外相机、监控摄像头都需要可以拍摄全运输车，全天候在视野内都可以工作。
[0063]
进一步地，停车引导检测子系统1的各部分可组合装配成一个组件，外部安装防护外壳，以减少因载货车行驶过程中环境温度、污水、杂质干扰，提升停车引导检测子系统1的环境适应性。为了确保在低温环境中16线激光雷达和近红外相机能正常工作，停车引导检测子系统1内可布置局部加热模块，提升停车引导检测子系统1内部的环境温度。
[0064]
在一种能够实现的方式中，所述监控摄像头采用日夜全彩监控摄像机，从而可以24小时全天候彩色监控摄像，即使在微光环境下依然呈现彩色图像，并且在光照条件不足或无光照条件下，可以自动补光操作，实现实时的拍摄彩色监控动态图像。可以根据颜色分类、清晰度、有效距离、镜头大小、焦距进行日夜全彩监控摄像机的型号选择。
[0065]
其中，吊装模块标靶是指设置于吊装模块上的标靶，车辆标靶是指设置于运输车、载货车上的标靶。在一种能够实施的方式中，标靶采用圆形图案，黑红90
°
间隔循环，直径大小2cm，保证足够的识别率和识别精度，标靶采用印刷方式在吊装模块、载货车、运输车上固定安装。为保证其定位精度，每个吊装模块上单侧布置两个标靶。载货车和运输车上的标靶位置以吊装模块的安装孔为基准，与吊装模块上的标靶点同侧布置。
[0066]
本实用新型由停车引导检测子系统、吊装模块定位检测子系统以及用于控制所述吊机的机械手的控制子系统组成运输车与载货车的对接装填系统，能够实现载货车的辅助停车引导、吊装模块定位检测、自动操作控制。本实用新型的运输车与载货车对接装填系统具有全天候工作、快速定位、高精度检测、自动对接的优点。
[0067]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
[0068]
说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。