一种吨袋自动装车系统的制作方法

本发明涉及吨袋自动装车，具体为一种吨袋自动装车系统 。

背景技术：

1、在物流装卸领域，货物的装车作业是一个关键环节。传统的装车方式主要依赖人工操作，即通过人工搬运和摆放货物来完成装车过程，随着技术的发展，一些自动化设备和系统逐渐被引入到装车作业中，以提高效率和降低劳动强度。

2、现有技术在实际使用的过程中会存在以下问题：

3、1、在传统的车辆定位方法中，通常采用简单的标志物或测量工具来确定车辆的位置。例如，在装车区域设置一些标记线或标杆，司机依靠目视判断将车辆停放在大致的位置。或者使用一些手动测量工具，如卷尺等，来测量车辆与装卸设备之间的距离和相对位置。这种方式的精度较低，且受人为因素影响较大，容易出现误差，对于货物信息的获取，传统方式主要依赖人工记录和测量。工作人员使用量具对货物的尺寸进行逐一测量，然后手动记录货物的重量、形状等信息。这种方法不仅效率低下，而且容易出现数据记录错误。在一些稍微先进的场景中，可能会使用一些简单的传感器，如称重传感器来获取货物的重量信息，但对于货物的尺寸、形状等其他重要参数的获取仍然较为困难，无法实现全面、准确的货物信息采集；

4、2、传统的输送系统多采用简单的输送带或滚筒输送机，其输送速度和方向通常是固定的，难以根据实际装车需求进行灵活调整。而且这些输送设备的承载能力有限，对于较重的吨袋货物，可能需要频繁维护和更换设备，增加了运营成本，缺乏与其他装车设备的有效协同，往往只是单纯地将货物从一个位置输送到另一个位置，无法与自动装车机等设备实现无缝对接，导致整个装车流程的连贯性和效率受到影响；

5、3、传统装车系统的控制系统较为简单，缺乏智能化的算法和数据处理能力。通常只能根据预设的固定程序或简单的逻辑判断来控制装车设备的动作，无法根据车辆和货物的实际情况实时生成最优的装货方案。

6、所以需要一种吨袋自动装车系统 来解决上述问题。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种吨袋自动装车系统 ，解决了在传统的车辆定位方法中，通常采用简单的标志物或测量工具来确定车辆的位置。例如，在装车区域设置一些标记线或标杆，司机依靠目视判断将车辆停放在大致的位置。或者使用一些手动测量工具，如卷尺等，来测量车辆与装卸设备之间的距离和相对位置。这种方式的精度较低，且受人为因素影响较大，容易出现误差，对于货物信息的获取，传统方式主要依赖人工记录和测量。工作人员使用量具对货物的尺寸进行逐一测量，然后手动记录货物的重量、形状等信息。这种方法不仅效率低下，而且容易出现数据记录错误。在一些稍微先进的场景中，可能会使用一些简单的传感器，如称重传感器来获取货物的重量信息，但对于货物的尺寸、形状等其他重要参数的获取仍然较为困难，无法实现全面、准确的货物信息采集的问题。

3、技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种吨袋自动装车系统 ，包括处理计算机，所述处理计算机中包含有车辆定位系统、控制系统和自动装车系统，所述车辆定位系统中包含有摄像头、3d激光雷达和红外传感器，所述车辆定位系统在应用过程中将摄像头、3d激光雷达和红外传感器安装在装车区域，对车辆和货物进行全面扫描，自动扫描车辆位置并实时测量检测货物信息，获取车辆的三维坐标信息以及货物的尺寸、重量和温度参数，并将采集的数据传输给控制系统，所述控制系统收集摄像头、3d激光雷达与红外传感器扫描后生成的数据，采用智能计算算法自动生成装货方案，所述自动装车系统中包含有输送系统、大车行走系统、小车行走系统、升降系统、属具旋转系统以及吨袋推送系统，所述输送系统配置采用链条输送机，采用plc自动控制链条输送机进行作业和吨袋推送系统，所述自动装车系统采用 plc自动控制大车行走系统、小车行走系统、升降系统、属具旋转系统对货物进行自动取货与装运。

5、优选的，所述控制系统中包含有数据收集模块、智能算法模块和指令发送模块，数据收集模块接收车辆定位系统传来的数据，数据采集频率为[m]hz，所述智能算法模块根据货物信息和车辆参数自动生成最优的装货方案，考虑因素包括货物的重量分布、车辆的承载能力以及空间利用率，所述指令发动模块将生成的装货方案指令发送给自动装车系统。

6、优选的，所述控制系统对数据处理时经过四个步骤，分别是数据准备与预处理、建立数学模型、智能算法求解和结果输出与后处理，具体处理步骤如下：

7、sp1、数据准备与预处理：首先进行数据收集，从车辆定位系统获取车辆的三维坐标信息，包括车辆的长度、宽度和高度，以及车辆在装车区域的位置坐标（，，），同时从wms系统获取货物的信息对每件货物的长度、和(=1,2，...，,为货物的数量），重量为，之后对车辆和货物的尺寸数据进行单位统一，均转换为毫米（mm），按照重量分为重型货物和轻型货物，按照形状分为规则形状货物和不规则形状货物；

8、sp2、建立数学模型：以最大化车辆空间利用率和装货效率为目标，同时考虑货物的稳定性和安全性，定义函数目标为：

9、

10、其中是第件货物的体积，是车辆剩余空间的体积，是完成装货所需的时间，是预计的总装货时间，是表示货物稳定性的一个指标，计算货物重心的高度、货物之间的接触面积来综合评估，取值范围设定为0-1，1表示最稳定，、和是权重系数，调整各目标在总体目标中的重要程度；

11、sp3、智能算法求解：首先进行编码，采用实数编码以及二进制编码的方式对装货方案进行编码，采用实数编码，将每件货物的位置坐标（）和旋转角度（），作为一个基因，每个装货方案就是由所有货物的基因组成的染色体，随机初始装货方案作为种群的个体，根据sp2定义的目标函数，计算每个个体的适应度值，适应度值越高，表示该装货方案越优，从当前种群中选择适应度高的个体作为父代，繁殖下一代个体，对选中的父代个体进行交叉操作，生成新的子代个体；

12、sp4、结果输出与后处理；将最优装货方案以可视化的方式呈现给用户，生成装车示意图，显示货物在车辆内的具体摆放位置、方向和顺序，同时提供每件货物的位置坐标、旋转角度和重量分布信息，以及车辆的空间利用率和装货效率指标的评估结果，将生成的装货方案转化为自动装车系统可识别和执行的指令格式，发送给自动装车机的控制系统，指令包括大车和小车的行走路径、升降系统的高度设置、属具旋转和推出器的动作参数。

13、优选的，所述摄像头实时获取车辆的图像信息，辅助确定车辆的位置和外形轮廓，其分辨率为 [x]×[y]，帧率为[z]帧/秒，能够清晰捕捉车辆的细节特征，通过图像处理算法，对拍摄的图像进行分析，提取车辆的边缘信息和特征点，确定车辆在装车区域的平面位置坐标，具体计算公式如下：

14、

15、其中()为图像中车辆特征点的坐标，为相应特征点的权重，为特征点的总数。

16、所述3d激光雷达通过发射激光束且接收反射信号，测量车辆的三维坐标信息，包括车辆的大小、高度和位置，扫描角度范围为水平[b]°至[c]°，垂直[d]°至[e]°，根据激光飞行时间原理，计算车辆表面各点与激光雷达的距离。

17、所述红外传感器实时检测货物的温度和湿度信息，以及在光线较暗和复杂环境下辅助测量货物的位置和状态，在辅助测量货物位置时，通过发射红外光束并接收反射信号，根据信号的强度和时间差，计算货物与传感器之间的距离,进而确定货物的位置,计算公式为：

18、

19、其中，为光速，为红外信号发射与接收的时间差。

20、优选的，所述输送系统配置链条输送机，所述每节链条的承载能力为[q]kg，根据货物的总重量和输送距离，通过以下公式计算所需链条的数量：

21、

22、其中为货物总重量，为安全系统，同时输送装置的链条输送机配备调速装置，采用变频调速技术，通过改变电机的频率来调节链条输送机的运行速度，电机的功率为[w]kw，根据以下公式计算电机的转速：

23、

24、其中为链条输送机的运行速度，为驱动链轮的直径。

25、优选的，所述大车行走系统采用轨道式设计，所述小车行走系统使用伺服电机驱动，伺服电机的控制精度为[c1]脉冲/转，通过编码器反馈小车的位置信息，实现闭环控制，实时将底部车辆的位置信息，反馈给控制系统，实现精准控制，控制系统中配置有位置传感器，位置传感器采用激光位移传感器，位置传感器将测量的位置数据通过通信接口传输给控制系统，控制系统根据预设的目标位置和实际位置的偏差，调整电机的运行状态。

26、优选的，所述升降系统中采用液压升降，升降速度范围为 [v5] mm/和[v6] mm/s之间，最大升降高度为 [h1]mm，液压升降装置的工作压力为 [p1]mpa，所述升降系统采用减震器来调节升降系统的平稳性，设减震器的阻尼系数为[ζ],根据货物的重量和升降速度，通过以下公式计算减震器的最优阻尼系数：

27、

28、其中，为减震器的阻尼力为货物和升降装置的总质量，为升降系统的振动频率。

29、优选的，所述属具旋转系统实现360度旋转，调整货物的方向，采用电机驱动，电机功率为 [w3]kw，通过减速器将电机的高转速转换为合理的旋转速度，所述吨袋推送系统采用电动推出器，电机功率为[w4] kw，同时配置压力传感器，检测推出器与货物之间的接触压力，当压力传感器检测到的压力超过预设的阈值时，控制系统发出警报并停止推出器的动作，保护货物和设备的安全。

30、优选的，所述车辆停放在装车区域后，车辆定位系统所配备的摄像头和3d 激光雷达自动扫描车辆，计算出车辆的三维坐标信息，自动确定车辆的大小、高度以及位置，且传输给控制系统进行数据处理，之后在再由控制系统向自动装车系统发出指令，自动装车系统向仓库内的自动装车机发出指令叉取吨袋放在货车内的车厢进行装货作业，具体操作流程为大车行走系统控制大车，小车行走系统控制小车行走，大车行走与小车行走分别通过大车行走系统和小车行走系统中的伺服电机驱动将其运行到取货区域，属具旋转系统控制旋转方向，升降系统将推出器停在吨袋取放位置进行取货，然后自动装车机根据先前扫描的车辆位置信息，其大车行走与小车行走机构联动将货物运输至车辆上方，属具旋转系统旋转方向，升降系统将货物降至车箱高度，属具推出器将货物推出放在车厢内完成一个作业周期。

31、优选的，所述车辆定位系统中的摄像头和3d 激光雷达对车辆识别与测量步骤中，对车辆信息进行实时监测和修正，当车辆位置发生变化以及扫描数据出现异常时，系统自动重新扫描和计算。

32、有益效果

33、本发明提供了一种吨袋自动装车系统 ，具备以下有益效果：

34、本发明中通过摄像头、3d激光雷达和红外传感器的协同工作，能够快速、准确地获取车辆的三维坐标信息以及货物的尺寸、重量和温度等详细参数，车辆定位系统可以自动扫描车辆位置，无需人工干预和繁琐的测量操作，大大节省了车辆定位时间，同时多传感器的数据融合确保了货物信息的全面性和准确性，为后续的装货方案制定提供了可靠依据，减少了因信息不准确而导致的作业调整和延误，自动装车系统中的各个子系统，如输送系统、大车行走系统、小车行走系统、升降系统、属具旋转系统以及吨袋推送系统之间紧密配合，实现了货物从仓库到车辆的自动化流转，输送系统采用plc自动控制链条输送机和吨袋推送系统，能够根据装货需求灵活调整输送速度和方向，与自动装车机的取货和装货动作无缝衔接，避免了货物在输送过程中的停滞和等待。

35、本发明中控制系统中的智能算法模块根据货物信息和车辆参数自动生成最优的装货方案，充分考虑了货物的重量分布、车辆的承载能力以及空间利用率等因素，通过建立数学模型和智能算法求解，能够实现货物在车辆内的合理摆放，确保车辆重心平衡，提高车辆行驶的稳定性和安全性，同时精确的装货方案还可以最大限度地利用车辆空间，减少空间浪费，提高运输效率，自动装车系统中的各设备采用了先进的控制技术和高精度的传感器，实现了对设备动作的精确控制，例如小车行走系统采用伺服电机驱动，控制精度达到[c1]脉冲/转，通过编码器反馈小车的位置信息，实现了闭环控制，能够将自动装车机准确地移动到取货和装货位置，位置误差可以控制在毫米级别，升降系统采用液压升降，通过精确的控制算法和传感器反馈，能够将货物准确地提升或降低到车厢高度，高度误差控制在极小范围内，确保了货物放置的准确性。

36、本发明中本系统具有很强的适应性，能够适应不同类型和规格的车辆以及各种形状、重量的货物，对于不同尺寸的车辆，系统可以根据车辆的三维坐标信息和尺寸参数，自动调整装货方案和设备动作参数，确保货物能够准确地装载到车辆上，无论是小型货车还是大型挂车，都能够实现高效、准确的装车作业。