一种装载量测量装置及测量方法与流程

本发明涉及物流领域，尤其涉及一种装载量测量装置及测量方法。

背景技术：

随着消费对经济贡献增大，消费需求将成为物流行业发展的主要推动力。以终端消费者为对象，个性化、多样化的物流体验将成为电子商务条件下消费者的核心诉求，这其中最重要的就是快递服务。快递是指快递公司通过铁路、公路和空运等交通工具，对客户进行快速投递的物流活动，属于门对门服务。随着物流公司大量涌现，效率和递送质量是物流公司立于不败之地的关键，而效率的提高，贯穿于物流过程的每一步，尤其是占用大量时间的运载过程。物流车辆作为一种重要的交通工具，需要检测其货物装载率，目前，主要是依靠人工测量或估测，没有自动检测工具，存在测量速度慢，准确性差等问题，特别是针对10米以上长货柜，人工测量更是繁琐，该问题急需解决。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种装载量测量装置及测量方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种装载量测量装置，包括多维度位移机构及设置在多维度位移机构上的光测量件，所述多维度位移机构包括沿水平方向往复转动的第一转动机构及沿竖直方向转动的第二转动机构；

每当所述第一转动机构带动光测量件由水平初始位置转动至水平终止位置，所述第二转动机构带动光测量件由当前位置向预设方向转动预定的角度。

根据本发明的另一个方面，提供了一种装载量测量装置，包括多维度位移机构及设置在多维度位移机构上的光测量件，所述多维度位移机构包括沿水平方向往复转动的第一转动机构及沿竖直方向转动的第二转动机构；

每当所述第一转动机构带动光测量件由水平初始位置转动至水平终止位置，所述第二转动机构带动光测量件由当前位置向终点位置转动预定的角度；

且每当所述第一转动机构带动光测量件由水平终止位置转动至水平初始位置，所述第二转动机构带动光测量件由当前位置向终点位置转动预定的角度。

所述转动预定的角度为相应一个分辨率的角度。

进一步的，光测量件在第一转动机构带动下，沿水平方向往复匀速转动。

进一步的，所述第二转动机构转动连接在第一转动机构上，所述光测量件与所述第二转动机构连接。

进一步的，所述第一转动机构包括支架及用于驱动支架转动的第一驱动件，所述第二转动机构包括设置在支架上的第二驱动件，且所述第二驱动件的输出轴连接所述光测量件。

进一步的，所述支架为u型，所述光测量件设置在u型支架开口内，所述第二驱动件设置在u型支架一侧，所述第一驱动件设置在u型支架的下面。

进一步的，支架上设置遮光片，该遮光片位于第一驱动件的两侧，遮光片的下方设置光电开关，光电开关对应光测量件水平转动的初始位置或终止位置，当遮光片在第一驱动件的驱动下，随支架转动至光电开关位置时，遮光片阻断光电开关发射与接收之间的光路，触发第一驱动件到达中断。

进一步的，遮光片阻断光电开关发射与接收之间的光路，触发第一驱动件到达中断，第一驱动件由当前位置转向转动。

进一步的，光测量件、第一驱动件、第二驱动件、光电开关均与控制系统连接。控制系统控制光测量件、第一驱动件、第二驱动件、光电开关的动作。当遮光片在第一驱动件的驱动下，随支架转动至光电开关位置时，遮光片阻断光电开关发射与接收之间的光路，触发第一驱动件到达中断，控制系统控制第一驱动件停止转动，然后控制第一驱动件由当前位置转向转动。

该控制系统为由corexm系列mcu及外围器件组成的嵌入式控制系统，其核心芯片为st公司的stm32f103，外部器件有电源变换芯片，晶体振荡器等组成。stm32f103芯片与电源变换芯片、晶体振荡器电连接。

进一步的，所述的装载量测量装置，还包括保护盒，保护盒包括上盒体及下盒体，所述上盒体与下盒体之间枢接。上盒体与下盒体之间通过转轴连接，上盒体上安提手。上盒体、下盒体上还设置锁。

所述测量装置置于车厢尾端底部进行扫描测量。可以有效节约安装时间，便于快速测量。

光测量件在多维度位移机构带动下做水平和竖直两个方向围绕光测量件发射激光的发射点做扫描运动；水平方向控制采用连续转动方式，在水平方向起始位置或终止位置相应位置设置有光电开关(光敏感应器件)，可以明确感知水平转动时的起始位置，从起始位置开始运动，连续围绕激光的发射点转动到终止位置；竖直方向控制采用可变分辨率的转动方式，在水平方向完成起始位置到终止位置或终止位置到起始位置的一次水平转动后，竖直方向按照设定的分辨率(如0.2°)控制激光头做一次转动，即在水平方向，光测量件从起始位置启动，扫描到终止位置后，竖直方向控制运动一个分辨率的角度，激光头又从终止位置扫描到起始位置，竖直方向控制再运动一个分辨率的角度，如此周而复始，当竖直方向从90°转动到0°时，整个扫描运动过程完成，多维度位移机构归位到起始位置，便于下一次扫描。

进一步的，第二驱动件为竖直转动陀机，第一驱动件为水平转动陀机。

根据本发明的另一个方面，提供了一种装载量的测量方法，包括如下步骤：

s1、获取光源发射点沿水平方向由起始位置转动至终止位置过程中，或者由终止位置转动至起始位置过程中，各测量点距离光源发射点的距离；

s2、基于转动中起始位置或终止位置所在位置，控制光源发射点沿竖直方向转动预设角度；

s3、重复步骤s1及s2，直至获取所有测量点距离光源发射点的距离；

s4、将每个测量点相对于光源发射点的距离通过三维坐标转换，获取各测量点的x、y、z坐标，形成点云数据；

s5、对获取的点云数据分别沿x轴方向、y轴方向进行切割获得分片；

s6、将各分片体积加和得到装载货物的体积。

进一步的，所述步骤s2包括：

在往复连续扫描时，在起始位置或终止位置控制光源发射点沿竖直方向转动预设角度；

在单方向扫描时，在终止位置控制光源发射点沿竖直方向转动预设角度。

进一步的，所述步骤s4中，所述获取各测量点的x,y,z坐标包括，

获取测量点p距离光源发射点的距离op：

其对应的x、y、z坐标为

opx＝op′cosβ

opy＝op′sinβ

opz＝opsinα，

其中，op′＝opcosα，所述op′为op在xoz面上的的投影的长度，其中α为op与xoz面之间的夹角，其中β为op′与x轴的夹角。

进一步的，所述步骤s6之后还包括：

获取装载货物的空间体积，计算装载货物空间的装载率。

进一步的，对点云数据分别沿x轴方向、y轴方向进行切割获得分片包括：

对点云数据沿x轴方向进行切割获得(x,x+δx)距离范围内的点云切片，切割分段的大小为1-10cm；

将点云数据切片沿y轴方向进行切割，获得[(x,x+δx),(y,y+δy)]范围内的点云分片，切割分段的大小为1-10cm。

进一步的，将分片体积加和得到装载货物体积包括：

通过分片计算公式计算分片体积，该分片计算公式为：

δv＝δx×δy×δz，

δx＝(xmax-xmin)

δy＝(ymax-ymin)

δz＝(zmax-zmin)

其中，xmax、xmin为每一个分片内的x最大值、x最小值，

ymax、ymin为每一个分片内的y最大值、y最小值，

zmin为每一个分片内的z最小值，zmax为车厢的深度；

将分片体积加和得到装载货物体积，其计算公式为：

vtotal＝∑δv。

进一步的，第一转动机构带动光测量件在水平方向的转动范围为0-180°，第二转动机构带动光测量件在竖直方向的转动范围为0-90°。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明示例的装载量测量装置，包括多维度位移机构及设置在多维度位移机构上的光测量件，所述多维度位移机构包括沿水平方向往复转动的第一转动机构及沿竖直方向转动的第二转动机构。光测量件在多维度位移机构带动下每当所述第一转动机构带动光测量件由水平初始位置转动至水平终止位置，所述第二转动机构带动光测量件由当前位置向预设方向转动预定的角度的方式实现自动扫描测量，该装载量测量装置主要用于车辆装载量的测量，其最高分辨率为0.035r，其中，r为测量点的距离，精度高，具备较快的固定测量时间，平均一个车厢的测量时间为24秒，且和车厢长度无关，这对于测量不方便的10米以上长货柜，优势尤为突出，大大节省了人力，节约了时间，填补了本技术领域的空白，为操作人员提供了便利。

2、本发明示例的装载量测量装置，体积小，自重仅为2.5kg，便于携带，所述测量装置置于车厢尾端底部即可进行扫描测量，测量安装安装，仅需5秒即可，操作方便。

3、本发明示例的装载量测量方法，获取光源发射点沿水平方向由起始位置转动至终止位置过程中各测量点距离光源发射点的距离；控制光源发射点沿竖直方向转动预设角度，并执行水平方向扫描测量；重复上述步骤，直至获取所有测量点距离光源发射点的距离；将每个测量点相对于光源发射点的距离通过三维坐标转换，获取各测量点的x、y、z坐标，形成点云数据；对获取的点云数据分别沿x轴方向、y轴方向进行切割获得分片；将各分片体积加和得到装载货物的体积，根据分片体积计算装载货物的体积，检测速度快，准确率高。

4、本发明示例的车辆装载率测量方法，直接获取车厢内部货物装载情况，还可以甄别出不符合装载率要求的运输车辆，检测方法简单，方便。

附图说明

图1为本发明的实施例一装载率测量装置使用状态图；

图2为本发明的实施例一便携保护盒的结构图；

图3为图2上盒体相对于下盒体旋转状态图；

图4为本发明的实施例一多维度位移机构的主视图；

图5为附图4的左视图；

图6为附图4的仰视图；

图7为三维坐标转换原理图；

图8为本发明的实施例一被测货物空间模型；

图9为本发明的实施例一被测货物空间模型沿x轴方向等距切割分段示意图；

图10为本发明的实施例一被测货物空间模型沿y轴方向等距切割分段示意图；

图11为本发明的实施例一便携保护盒上锁的示意图；

图中：1激光测距头，2龙门支架，3竖直转动陀机，4水平转动陀机，5遮光片，6光电开关，7主体支架，8控制系统，9转轴，10锁,11车厢，12装载货物，13测量装置，14扫描范围。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一：

如图1-6、11所示，本实施例的车辆装载率测量装置，包括多维度位移机构及设置在多维度位移机构上的光测量件，所述多维度位移机构包括沿水平方向往复转动的第一转动机构及沿竖直方向转动的第二转动机构；

每当所述第一转动机构带动光测量件由水平初始位置转动至水平终止位置，所述第二转动机构带动光测量件由当前位置向终点位置转动预定的角度；

且每当所述第一转动机构带动光测量件由水平终止位置转动至水平初始位置，所述第二转动机构带动光测量件由当前位置向终点位置转动预定的角度。光测量件在第一转动机构带动下，沿水平方向往复匀速转动。

所述第二转动机构转动连接在第一转动机构上，所述光测量件与所述第二转动机构连接。

所述第一转动机构包括支架及用于驱动支架转动的第一驱动件，所述第二转动机构包括设置在支架上的第二驱动件，且所述第二驱动件的输出轴连接所述光测量件。光测量件包括激光测距头1。

第一驱动件为水平转动陀机4，带动光测量件水平转动。

第二驱动件为竖直转动陀机3，带动光测量件竖直转动。

第一转动机构与第二转动机构还可通过设置机械传动装置构、齿轮副及螺纹副等机构，或者电机与上述的机构的结构，实现上述的配合过程。也还可通过人工控制等方式实现上述的转动配合。

所述支架为u型的龙门支架2，竖直转动陀机3、水平转动陀机4分别位于龙门支架2的侧面、下面，激光测距头1与竖直转动陀机3转动连接。水平转动陀机4通过带动龙门支架2水平转动实现带动激光测距头1转动。水平转动陀机4的两侧分别设置遮光片5，遮光片5固定在龙门支架2上，遮光片5在水平转动陀机4带动下转动，水平转动陀机4、光电开关6均固定在主体支架7上，当遮光片5转动至光电开关6位置时，遮光片5阻断光电开关6发射与接收之间的光路，触发水平转动陀机4到达中断，从而识别光测量件转动的初始位置及终止位置。故该光电开关6对应于激光测距头1水平连续转动的起始位置或终止位置位置处，可以明确感知激光测距头1水平转动时的起始位置及从转动到的终止位置。光测量件、第二驱动件、第一驱动件、光电开关6均与控制系统8相连。遮光片5阻断光电开关6发射与接收之间的光路，触发水平转动陀机4到达中断，控制系统8控制水平转动陀机4由当前位置转向转动。

所述测量装置外设置便携式保护盒，该便携式保护盒包括上盒体、下盒体，主体支架7的下部固定在下盒体内，主体支架7的上部活动安在上盒体内，上盒体与下盒体之间通过转轴9连接，上盒体相对于下盒体可以旋转270°，使上盒体、下盒体在一水平线上，上盒体上安提手，便于携带。上盒体、下盒体上还设置锁10。

所述测量装置13置于车厢11尾端底部进行扫描测量货车上装载货物12的装载率。图1中标有扫描范围14。

本实施例提供了一种车辆装载率测量的测量方法，包括：

s1、获取光源发射点沿水平方向由起始位置转动至终止位置过程中，各测量点距离光源发射点的距离。

s2、基于步骤s1光源发射点沿水平方向由起始位置转动至的终止位置，控制该光源发射点沿竖直方向转动预设角度。

s3、获取光源发射点沿水平方向由终止位置转动至起始位置过程中，各测量点距离光源发射点的距离。

s4、基于步骤s3光源发射点沿水平方向由终止位置转动至的起始位置，控制该光源发射点沿竖直方向转动预设角度。

s5、重复步骤s1-s4，直至获取所有测量点距离光源发射点的距离。

s6、将每个测量点相对于光源发射点(圆心o)的距离通过三维坐标转换，获取各测量点的x、y、z坐标，形成点云数据，如图7所示，

所述获取各测量点的x,y,z坐标包括，

获取测量点p距离光源发射点的距离op：

其对应的x、y、z坐标为

opx＝op′cosβ

opy＝op′sinβ

opz＝opsinα，

其中，op′＝opcosα，所述op′为op在xoz面上的的投影的长度，其中α为op与xoz面之间的夹角，其中β为op′与x轴的夹角。

s7、对获取的点云数据分别沿x轴方向、y轴方向进行切割获得分片，

具体包括：对点云沿x轴方向进行切割获得(x,x+δx)距离范围内的点云切片，切割分段的大小为1cm；再将点云切片沿y轴方向进行切割，获得[(x,x+δx),(y,y+δy)]范围内的点云分片，切割分段的大小为1cm，获得分片，如图8-10所示；

通过分片计算公式计算分片体积，分片计算公式为：

δv＝δx×δy×δz，

δx＝(xmax-xmin)

δy＝(ymax-ymin)

δz＝(zmax-zmin)

其中，xmax、xmin为每一个分片内的x最大值、x最小值，

ymax、ymin为每一个分片内的y最大值、y最小值，

zmin为每一个分片内的z最小值，z车厢为车厢的深度。

s8、将各分片体积加和得到装载货物的体积，

将分片体积加和得到装载货物体积包括：

通过分片计算公式计算分片体积；

将分片体积加和得到装载货物体积，其计算公式为：

vtotal＝∑δv。

s9、获取装载货物的空间体积，装载货物体积与车厢体积相比，计算装载货物空间的装载率。

步骤s1-s5为光测量件在多维度位移机构装载带动下做水平和竖直两个方向围绕圆心o的扫描运动，该圆心为光测量件发射激光的发射点；水平方向控制采用连续转动方式，在起始位置和终止位置设置有光电开关(光敏感应器件)，光测量件水平连续转动范围为0-180°，起始位置为0°处，终止位置为180°处，通过光电开关可以明确感知水平转动时的起始位置，从起始位置开始运动，连续围绕圆心o转动到终止位置；竖直方向控制采用可变分辨率的转动方式，如设定分辨率为0.2°，在水平方向完成起始位置到终止位置或从终止位置到起始位置的一次水平转动后，竖直方向按照设定的分辨率控制激光头做一次转动，即在水平方向，光测量件从起始位置启动，扫描到终止位置后，竖直方向控制运动一个分辨率的角度，激光头又从终止位置扫描到起始位置，竖直方向控制再运动一个分辨率的角度，如此周而复始，当竖直方向从90°转动到0°时，整个扫描运动过程完成，获得测量点相对于光测量件激光发射点的距离，多维度位移机构归位到起始位置，便于下一次扫描，其中，水平方向通过最终测量的点数除180°，就可以得到均匀分布的每个测量点的分辨度数，即如果在0-180°扫描过程中测试到了1800个点，则每1°将会有10个点，水平分辨率为0.1度；按照该方式，测试竖直0-90度的所有点。

实施例二：

本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：

本实施例的车辆装载率测量装置，包括多维度位移机构及设置在多维度位移机构上的光测量件，所述多维度位移机构包括沿水平方向往复转动的第一转动机构及沿竖直方向转动的第二转动机构；

每当所述第一转动机构带动光测量件由水平初始位置转动至水平终止位置，所述第二转动机构带动光测量件由当前位置向终点位置转动预定的角度。

本实施例提供了一种车辆装载率测量的测量方法，包括：

s1、获取光源发射点沿水平方向由起始位置转动至终止位置过程中各测量点距离光源发射点的距离。

s2、控制光源发射点沿竖直方向转动预设角度，并执行步骤s1。

s3、重复步骤s2，直至获取所有测量点距离光源发射点的距离。

s4、将每个测量点相对于光源发射点(圆心o)的距离通过三维坐标转换，获取各测量点的x、y、z坐标，形成点云数据，如图7所示，

所述获取各测量点的x,y,z坐标包括，

获取测量点p距离光源发射点的距离op：

其对应的x、y、z坐标为

opx＝op′cosβ

opy＝op′sinβ

opz＝opsinα，

其中，op′＝opcosα，所述op′为op在xoz面上的的投影的长度，其中α为op与xoz面之间的夹角，其中β为op′与x轴的夹角。

s5、对获取的点云数据分别沿x轴方向、y轴方向进行切割获得分片，

具体包括：对点云沿x轴方向进行切割获得(x,x+δx)距离范围内的点云切片，切割分段的大小为1cm；再将点云切片沿y轴方向进行切割，获得[(x,x+δx),(y,y+δy)]范围内的点云分片，切割分段的大小为1cm，获得分片，如图8-10所示；

通过分片计算公式计算分片体积，分片计算公式为：

δv＝δx×δy×δz，

δx＝(xmax-xmin)

δy＝(ymax-ymin)

δz＝(zmax-zmin)

其中，xmax、xmin为每一个分片内的x最大值、x最小值，

ymax、ymin为每一个分片内的y最大值、y最小值，

zmin为每一个分片内的z最小值，zmax为车厢的深度。

s6、将各分片体积加和得到装载货物的体积，

将分片体积加和得到装载货物体积包括：

通过分片计算公式计算分片体积；

将分片体积加和得到装载货物体积，其计算公式为：

vtotal＝∑δv。

s7、获取装载货物的空间体积，装载货物体积与车厢体积相比，计算装载货物空间的装载率。

实施例三：

本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：

对点云沿x轴方向进行切割获得(x,x+δx)距离范围内的点云切片，切割分段的大小为3cm；再将点云切片沿y轴方向进行切割，获得[(x,x+δx),(y,y+δy)]范围内的点云分片，切割分段的大小为5cm，获得分片。

实施例四：

本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：

对点云沿x轴方向进行切割获得(x,x+δx)距离范围内的点云切片，切割分段的大小为10cm；再将点云切片沿y轴方向进行切割，获得[(x,x+δx),(y,y+δy)]范围内的点云分片，切割分段的大小为10cm，获得分片。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能。