2021.11
第1章 概述
1.1 簡介
米樂科技的導軌小車測繪儀產(chǎn)品能夠快速穩(wěn)定的獲取空間三維數(shù)據(jù)，并通過mirror3D點云處理軟件，靈活的使用腳本，快速進行分析處理，比如體積計算，物料定位，物體識別等，然后，將處理結果存入數(shù)據(jù)庫，生成報表以及網(wǎng)頁端展示。以此，適應企業(yè)數(shù)據(jù)信息采集、自動化、數(shù)字化的各類需求。
米樂科技自主研發(fā)的測繪系統(tǒng)，基于高精度高性價比的單線、多線激光雷達，通過智能云臺實時角度控制，生成高密度點云，精度達厘米級，可用于三維建模、料位、煤堆、糧倉等體積的檢測，也可以用智能倉儲的無人化作業(yè)。雷達跟著導軌小車運行，進行掃描，掃描范圍、掃描速度，可以任意設置，用無線網(wǎng)傳輸雷達數(shù)據(jù)，簡化布線。雷達傳輸采用網(wǎng)口通訊，可以適應遠距離控制和數(shù)據(jù)傳輸，通過網(wǎng)絡（或者無線網(wǎng)）傳輸將實時數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控或者總控中心?？梢远噙_幾十，甚至上百個雷達架設點，共用一個服務器，方便進行集中控制，集中管理。
1.2 特點
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節(jié)，測量角度可根據(jù)實際測量調節(jié)，還可以根據(jù)場地的大小和物體料堆的大小進行實際調節(jié)。
l 適應能力強：抗干擾、環(huán)境適應性強，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 性能強大：激光雷達采用工業(yè)級設計，IP67防護等級，量程10-150米（測量距離可根據(jù)實際要求選?。y量穩(wěn)定，精度可達厘米級。
l 快速實施：可使用mirror3D點云處理軟件，靈活的腳本，快速進行分析處理，也可以進行二次開發(fā)。
l 無需現(xiàn)場標定：出廠設置優(yōu)化到適用狀態(tài)。
l 設置簡單：任何人都可以在短時間內簡單設定。、
l 使用壽命長：擁有IP67外殼防護等級，抗沖擊性好，并采用高韌性電纜，可放心使用。
1.3 型號說明
HR360 | L1 | D30 |
① | ② | ③ |
① 代表雷達掃描范圍：
HR360：范圍360度
② 代表雷達通道數(shù)：
L1：單線激光
L16：16線激光
③ 代表雷達有效距離：
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，請先檢查外包裝標明的產(chǎn)品型號是否與訂購的產(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》或訂購合同仔細核對配件是否齊備。檢查產(chǎn)品表面是否有機械損壞，如果表面有損壞，或產(chǎn)品內容與《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 | 名稱 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 雷達 | 1 | 多線/單線 |
2 | 小車 | 1 | 導軌小車 |
3 | 無線模塊 | 1 | 無線通訊設備 |
4 | 電腦 | 1 | I3視覺專用 |
5 | 導軌 | 1 | 小車運行導軌 |
6 | 安裝支架 | 1 | 固定導軌 |
7 | 充電模塊 | 1 | 小車充電 |
8 | 固定螺絲 | 1 | 安裝導軌等 |
9 | 電源線纜 | 1 | RVVP 3×2.5mm |
10 | 網(wǎng)絡線纜 | 1 | 網(wǎng)絡通訊（六類） |
2.2 安裝環(huán)境
l 遠離強電磁干擾環(huán)境，遠離大功率用電器。
l 避免與大功率用電器共用電源。
l 激光雷達設備線纜避免與強電流或電壓頻繁切換的供電線平行鋪設。
2.3 準備工作
在安裝之前，請先準備好以下物品：
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 內六角扳手一套。
第3章 硬件部分
3.1 整體結構
圖 1 導軌機器人
導軌小車是由內置電池、無線模塊、編碼器、驅動電機、充電刷等主要元器件組成。導軌小車在安裝完成后，首先需要給電池充電，把導軌小車移動到起始位置和導電塊緊密接觸為鋰電池充電，一般充電兩小時可使用4-5個來回（以100米距離為例），使用次數(shù)以導軌長度確定。充電完成后通過控制系統(tǒng)為導軌小車發(fā)送命令，導軌小車會按照控制系統(tǒng)發(fā)送的指令運行。運行時編碼器會通過無線模塊實時給控制系統(tǒng)發(fā)送導軌小車的實際位置。導軌小車運行到導軌的終點位置，限位開關檢測到終點信號，控制器會按照預先設置好的方式執(zhí)行，停到終點等待返回運行命令或者直接返回，根據(jù)實際需求完成設置。激光雷達會采集到需要的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C，處理軟件根據(jù)項目需求處理采集到的雷達數(shù)據(jù)。處理后的數(shù)據(jù)軟件會自動存儲到文件夾內，也可以通過網(wǎng)絡傳輸?shù)竭h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 設備安裝
4.1 導軌小車
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），在結實牢固的位置安裝導軌支架，導軌支架必須安裝在同一水平面，確保導軌小車運行順暢。導軌支架安裝完成后再次確認水平面。安裝導軌時需要注意導軌的接頭位置，接頭不能有高低不平或者左右錯位現(xiàn)象，導軌小車在街頭位置能夠順利滑行。由于導軌比較長所以安裝時要確認導軌安裝在一條直線上，確保導軌小車運行時不會卡頓。
4.2 控制柜
圖 5 控制柜
由于導軌小車的主要部件都安裝在小車內部，所以控制柜比較簡單，控制柜內部主要由電腦和電源模塊組成，電腦主要控制導軌小車和處理雷達采集的數(shù)據(jù)，電源模塊為整個系統(tǒng)提供安全的供電。
4.3 快速連接
圖 6 接線示意圖
導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。只要按照用電標準布線安裝即可。電源使用普通的220V電源通過電源保護器為電腦和導軌小車充電模塊供電。
無線網(wǎng)絡通訊模塊需要注意，安裝時要在無線輻射范圍內。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
每當設備完成一個流程，數(shù)據(jù)回至后端服務器后，軟件自動開始數(shù)據(jù)處理和結算。點云數(shù)據(jù)的處理是經(jīng)由實時采集，有線傳輸至工控機后，在工控機內完成的處理、建模、分析。密集點云數(shù)據(jù)能真實的反映出測場的空間位置關系、環(huán)境內特征物的外形、選定區(qū)域的長度面積等，通過內嵌數(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)的處理和建模時內嵌于軟件系統(tǒng)之中，在設備開機后就同步運行完成的。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、設備狀態(tài)自檢、分析報告生成等功能，幫助使用人員能方便的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
5.1 雷達掃描
圖7數(shù)據(jù)處理分析軟件
軟件的界面和實際功能可以根據(jù)用戶的需求進行部分調整。
數(shù)據(jù)處理模塊能實現(xiàn)采集過程中設備姿態(tài)的自動調節(jié)、單幀點云數(shù)據(jù)解算及定位數(shù)據(jù)融合轉換、噪點過濾等多個單元。
(1) 原始數(shù)據(jù)解析單元，利用軟件庫對硬件數(shù)據(jù)進行解讀和分析處理，并濾除無用的點云信息；
(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采集的點云數(shù)據(jù)中，使得點云數(shù)據(jù)與實際表面信息對應；
(3) 噪點濾波單元，用于對所述激光點云數(shù)據(jù)進行濾波處理，去除所述激光點云數(shù)據(jù)中的噪點，得到去噪后的激光點云數(shù)據(jù)。
5.2 數(shù)據(jù)建模模塊
點云數(shù)據(jù)經(jīng)過初步處理，可以獲取到地形環(huán)境和目標物的相對三維位置信息，結合通過定位技術獲得的精準的點云原點的大地空間坐標信息，利用三維點云的變形轉換（平移、旋轉、有縮放）算法轉換點云集“單幀數(shù)據(jù)”中的每個點，來生成最終空間直角空間坐標系統(tǒng)下的點云集合。數(shù)據(jù)后處理時，需要將不同測站的點云通過一定的方式拼接成一個整體，來構建一個完整的場景。
受限于掃描設備本身的掃描范圍，為了獲取目標物料堆以及周邊的全貌表面三維信息，獲取的數(shù)據(jù)時針對目標物不同角度和方位的掃描數(shù)據(jù)。掃描過程中，軟件錄入掃描設備每次獲取的點云數(shù)據(jù)的掃描角度和原點位置信息，待數(shù)據(jù)回傳至前端處理器后，軟件算法根據(jù)每個點云數(shù)據(jù)對應的角度和掃描原點位置對點云數(shù)據(jù)進行整合，進而得到目標物和周邊環(huán)境的全貌點云。
圖8數(shù)據(jù)建模分析
掃描完成后，對數(shù)據(jù)進行截取、變換、拼接、空洞填充、體積計算，計算所測量料堆的體積。
分辨率與空洞填充的值相對應；
基準面要與料倉底部一致，或者先采集空料倉，讓基準面低于料倉底部測得空料倉體積，再裝料采集，基準面不變，用采集到得體積減去空料倉體積，就可以得到料倉內的物料體積。
表 3 多次體積測量分析
倉庫編號 | 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號倉 | 金精礦 | 1.89 | 5050.806 | 5051.72 | 5051.26 | -0.914 | 0.457 | -0.018094484 | 0.009047242 |
2號倉 | 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號倉 | 空 | 1.88 | 2299.128 | 2300.362 | 2299.75 | -1.234 | 0.617 | -0.053658123 | 0.026829061 |
6號倉 | 陸玖 | 1.9 | 1023.258 | 1024.035 | 1023.65 | -0.777 | 0.3885 | -0.07590511 | 0.037952555 |
7號倉 | 大冶華萊 | 1.9 | 287.64 | 288.448 | 288.044 | -0.808 | 0.404 | -0.280512699 | 0.14025635 |
8號倉 | 龍巖投創(chuàng) | 1.9 | 33.09 | 32.995 | 33.0425 | 0.095 | -0.0475 | 0.287508512 | -0.143754256 |
9號倉 | 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號倉 | 吹煉渣和復精礦 | 1.79 | 1299.019 | 1299.489 | 1299.25 | -0.47 | 0.235 | -0.036174605 | 0.018087302 |
11號倉 | 煙灰和復精礦 | 1.07 | 1042.322 | 1042.352 | 1042.34 | -0.03 | 0.015 | -0.002878148 | 0.001439074 |
12號倉 | 石灰石 | 1.51 | 513.28 | 517.878 | 515.579 | -4.598 | 2.299 | -0.891812894 | 0.445906447 |
圖9報表示例
幾千平方米的范圍內體積測量重復精度可以達到千分之一以內。
5.3 報表模塊
考慮到物料堆放的盤查工作是一個周期性的，對歷史數(shù)據(jù)回溯有一定依賴的，需要反復勘驗過往數(shù)據(jù)的一項工作。對物料檢測系統(tǒng)在工作生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進行記錄，通過報表的方式對輸出數(shù)據(jù)進行管理，使用戶可以回溯調取之前3個月（可以延長保存日期）內的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，達到集成化的數(shù)據(jù)存儲和應用，來滿足整個智能化生產(chǎn)作業(yè)對數(shù)據(jù)的依賴。
行車3D視覺設備在每次完成一個工作流程后會生成海量的點云數(shù)據(jù)和分析提取隔間物料堆體量數(shù)據(jù)。為了減少內存儲數(shù)據(jù)的壓力， 在每次完成盤庫后檢測的數(shù)據(jù)會生成報表保存在文件內。
檢測報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，也展示了每個料倉的模型。
檢測報告是按時間自動保存，每使用一次檢測報告就保存一次。這樣可以方便后期查看，也可以作為資料存檔。
圖10報表示例
序號 | 分類 | 模塊 | 名稱 | 型號 | 數(shù)量 | 功能描述 |
1 | 硬件部分 | 激光雷達 | 16線激光雷達 | C16 | 1 | 掃描通道：16路；測距方式：脈沖式；激光波段:905nm；信號傳輸方式：無線功率與信號傳輸；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 | 測算具體時間點的天車定位數(shù)據(jù)和姿態(tài)信息，一圈400脈沖。 | |
3 | 零位模塊 | 行程開關 | - | 1 | 開始零位位置；確定坐標，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。通訊距離可以達到500米，也可以增加到數(shù)公里。 | |
5 | 小車控制箱 | 機電、控制箱及運動控制等器件 | 自研 | 1 | 含控制箱外殼、電源、驅動器、外圍器件等。 | |
6 | 上位機 | 模塊電腦及顯示器 | I3八代 | 1 | 顯示雷達掃描圖像，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內存。 | |
7 | 雷達采集 | 運動控制 | 自研 | 1 | 采用編碼器反饋位置和行程開關零位信號閉環(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 | 設備監(jiān)測 | 自研 | 1 | 設備運轉監(jiān)測、報警、急停等。 | ||
10 | 點云處理 | 數(shù)據(jù)解析 | 自研 | 1 | 實現(xiàn)雷達底層數(shù)據(jù)的解析，UDP數(shù)據(jù)轉化為xyz坐標。 | |
11 | 坐標變換 | 自研 | 1 | 將雷達數(shù)據(jù)和編碼器反饋位置進行坐標變換，獲取真實物理世界的點云模型。 | ||
12 | 軟件部分 | 點云處理 | 降采樣 | 自研 | 1 | 對坐標變換后的點云模型，進行柵格化降采樣。 |
13 | 平移旋轉 | 自研 | 1 | 對獲取的點云模型進行平移旋轉與物理世界的地面對齊。 | ||
14 | 點云裁剪 | 自研 | 1 | 對點云模型進行自由邊界裁剪，去掉其他無關區(qū)域。 | ||
15 | 點云擬合 | 自研 | 1 | 可對點云進行點、線、面擬合。 | ||
16 | 點云配準 | 自研 | 1 | 給定配準模型后，可對點云進行配準獲取定位坐標。 | ||
17 | 點云測量 | 自研 | 1 | 可對點云進行點到點，點到線，線線夾角，線面夾角，體積等測量。 |
序號 | 分類 | 模塊 | 名稱 | 型號 | 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)庫進行編輯。 | ||
3 | 數(shù)據(jù)添加 | 自研 | 1 | 通過腳本對數(shù)據(jù)庫內的數(shù)據(jù)進行添加。 | ||
4 | 三維展示 | 本地展示 | 自研 | 1 | 本地軟件進行點云查看；天車及夾爪等stl模型顯示。 | |
5 | 瀏覽器展示 | 自研 | 1 | 將點云、天車及夾爪等模型轉化為gltf格式，通過FTP發(fā)送到服務器，可在瀏覽器中查看模型。 | ||
6 | 報表 | Word報告 | 通過腳本自動生成word報告。 |
序號 | 分類 | 模塊 | 型號 | 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及其他觸發(fā)信號。 |
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 | 標準網(wǎng)口 | 1 | 遠程桌面、向日葵訪問。 | |
4 | 控制卡IO接口 | 開關量 | 1 | 24路輸入，8路輸出。 | |
5 | 控制卡擴展軸控制 | 脈沖方向 | 1 | 三個脈沖方向擴展軸。 |
