基于机器感知和执行的混凝土无人管理系统的制作方法

本发明涉及混凝土施工领域，具体地指基于机器感知和执行的混凝土无人管理系统。

背景技术：

1、随着经济和社会的发展，混凝土行业持续高速增长，要想更好地实现智能化发展目标，就必须对混凝土生产的各个环节进行智能化管控，大力发展与研究混凝土无人工厂也势在必行。目前，混凝土生产过程已基本配备了信息化管理系统，通过该系统与混凝土搅拌站计算机控制系统、磅房地中衡系统、试验室原材料及混凝土产品试验检测系统无缝集成，从而实现原材料试验、生产任务单下发、配合比通知单上传搅拌楼控制室、混凝土产品质量控制、统计报表编制查询等一系列数据处理业务的网络自动化、智能化，而混凝土生产过程中称量、传输、搅拌、放料、运输等整个工艺过程则是由计算机及其电气外设与机械设备的协调配合自动完成的。由此可见，当下的混凝土生产仅仅实现了自动化水平，但无法根据实际的生产条件、原料品质、性能要求进行自主调整控制，产品的质量完全依赖操控人员的经验水平。

2、在中国专利文献cn217688025u中记载了一种混凝土在线无人自动取样装置，该专利的技术应用领域与本发明不同，聚焦于混凝土取样的自动化，未涵盖混凝土生产的全过程智能化管理。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出基于机器感知和执行的混凝土无人管理系统，其特征是：包括粉料仓储模块、骨料仓储模块、混凝土生产模块、试验检测模块和工厂控制模块；

2、粉料仓储模块和骨料仓储模块负责实施原材料管理流程；

3、混凝土生产模块和试验检测模块负责实施生产与检测流程；

4、工厂控制模块负责整个工厂的生产组织，并给粉料仓储模块、骨料仓储模块、混凝土生产模块和试验检测模块下发生产指令。

5、优选的方案中，粉料仓储模块包括无人值守地磅、粉料仓、粉料电子门禁和智能料位系统；

6、骨料仓储模块包括无人值守地磅、骨料仓、ai仓储系统、无人装载机、料仓引导系统、料斗感知系统和喷雾降温除尘系统；

7、混凝土生产模块包括搅拌楼、多机集控系统、无人搅拌车和智能调度系统；

8、试验检测模块包括粉料取样机器人、骨料取样机器人、微波谐振含水率传感器、混凝土工作性在线监测系统和坍落度试验与试块成型机器人；

9、搅拌楼包括主楼结构、搅拌主机、骨料斗、配料计量系统、皮带机和卸料口，其中骨料斗是骨料上料装置，当搅拌楼生产混凝土时，无人装载机进入骨料仓铲装骨料并运送至骨料斗上方，通过铲斗将骨料卸入骨料斗中，骨料再通过皮带机运送至搅拌主机中进行搅拌生产。

10、优选的方案中，原材料管理流程包括以下步骤：

11、s101、原材料进场，工厂控制模块根据原材料库存信息下发原材料进场指令，随后原材料运输车辆进入混凝土无人工厂，无人值守地磅在接收到原材料进场指令后，进行过磅称重，自动匹配、记录过磅数据并打印收料单；

12、s102、分配卸料仓，无人值守地磅根据原材料运输车辆信息和粉料仓及骨料仓的状态信息自动分配粉料和骨料的卸料仓，指引原材料运输车辆到指定的料仓卸料；

13、s103、粉料入仓，在粉料吹灰口处设置粉料电子门禁，根据原材料进场信息自动开启和关闭，来控制粉料入仓；

14、s104、粉料取样，粉料取样机器人设置在粉料吹灰口旁，当粉料吹灰入仓并且达到取样频次时，粉料取样机器人自动伸入运输车辆中抓取粉料样品，然后自动打包样品，由agv小车运送至试验室，进行粉料试验检测；

15、s105、粉料库存监控，在粉料仓上设置智能料位系统，通过贴片称重传感器采集粉料仓内剩余粉料重量；

16、s106、粉料库存更新，粉料入仓后，智能料位系统将最新的粉料仓内库存重量信息上传给工厂控制模块，工厂控制模块更新粉料库存信息；

17、s107、骨料取料，骨料取样机器人设置在无人值守地磅上方，当骨料运输车辆进场过磅并且达到取样频次时，骨料取样机器人自动选择取样深度，伸入运输车辆中抓取骨料样品，然后自动打包样品，由agv小车运送至试验室，进行骨料试验检测；

18、s108、骨料库存监控，在骨料仓上方设置ai仓储系统，通过架设摄像头来采集骨料的图像数据，并通过ai算法对图像数据进行识别，自动计算骨料的体积、重量和状态信息；

19、s109、骨料库存更新，骨料入仓后，ai仓储系统将最新的骨料仓内库存重量信息上传给工厂控制模块，工厂控制模块更新骨料库存信息；

20、s110、温湿度监控，在骨料仓设置喷雾降温除尘系统，实时检测环境温度、湿度、颗粒物浓度，并能设置适宜的环境温度、湿度、颗粒物浓度范围，当环境温度、湿度、颗粒物浓度超出该设置范围时，将调节骨料仓的温度、湿度、颗粒物浓度在设置的范围内。

21、优选的方案中，生产与检测管理流程包括以下步骤：

22、s201、浇筑令签发：当现场工地需要混凝土时，由工厂控制模块签发浇筑令，并下发给多机集控系统，多机集控系统接收该浇筑令后进行生产任务管理；多机集控系统采用两台电脑控制，生产任务及配合比在两台电脑上统一管理；

23、s202、生产控制：当多机集控系统接收浇筑令后，分配生产任务给各搅拌楼，并控制搅拌楼开始生产混凝土，

24、s203、生产指令：工厂控制模块下发浇筑令时，根据骨料仓的库存信息和检验状态、骨料斗的余料信息，自动生成无人装载机取料和上料的生产指令，并将生产指令自动下发给无人装载机；无人装载机接收生产指令后，自动行驶至骨料仓，完成骨料“铲-装-运-卸”流程；

25、s204、无人装载机取料：在骨料仓设置料仓引导系统，同时在每个储料仓两侧的挡墙上安装rfid刷卡器，在无人装载机顶部安装rfid卡，用于监测无人装载机进入，当无人装载机未按照红绿灯指示进入待检仓时，现场控制器将会控制声光报警器发出报警指示，且能保存进入储料仓的无人装载机信息，避免骨料未检先用；

26、s205、无人装载机上料：搅拌楼的骨料斗是骨料上料装置，当搅拌楼生产混凝土时，无人装载机进入骨料仓铲装骨料并运送至骨料斗上方，通过铲斗将骨料卸入骨料斗中，骨料再通过皮带机运送至搅拌主机中进行搅拌生产；

27、s206、余料检测：在骨料斗上方设置料斗感知系统，通过架设摄像头来采集骨料的图像数据，并在骨料斗侧壁增加上限标志和下限标志，通过机器视觉算法识别图像数据，并根据已有标志判断骨料斗中的骨料情况，自动计算骨料的体积和状态信息；

28、s207、料斗余料更新：料斗感知系统将骨料斗中的实时余料重量信息上传给工厂控制模块，工厂控制模块更新骨料斗的余料信息；

29、s208、含水率检测：在骨料斗下方、皮带机上方设置微波谐振含水率传感器，实时检测骨料含水率；

30、s209、用水量调整：微波谐振含水率传感器实时检测骨料含水率，并上传数据至多机集控系统；多机集控系统接收该数据后，根据配合比计算公式实时调整配合比中的骨料用量和用水量，根据系统设定，选择用水量的调整范围，如当前盘次、下一盘次或下一车次；

31、s210、搅拌实时监测：通过自动检测手段，辅以数字处理方法，实现混凝土工作性实时在线监测；

32、s211、混凝土出料：在混凝土出料时，无人搅拌车自动行驶至搅拌楼卸料口，装载混凝土后，自动行驶至现场工地卸料；无人搅拌车通过在普通搅拌车上安装工控机、相机、激光雷达、毫米波雷达、rtk定位系统装置，基于深度学习实现常见交通要素的准确识别，实现搅拌车在混凝土工厂内的智能驾驶；搭建搅拌车“车-路-云”系统，搅拌车“车-路-云”系统发送协同感知、任务调度信息给搅拌车，搅拌车将车载传感器感知的环境信息和车辆状态信息发送给路侧协同基站，实现搅拌车轨迹跟踪、路径规划和行为决策功能；

33、s212、混凝土运输：智能调度系统通过在混凝土工厂停车区和搅拌楼卸料口处安装rfid刷卡器，在搅拌车上安装rfid卡、车载北斗终端、正反转传感器和油耗传感器，实现自动排队、自动派车、倒车防错、实时定位、自动签收和报警管理功能；

34、s213、混凝土检测：坍落度试验与试块成型机器人设置在搅拌楼卸料口下方，负责检测混凝土坍落度。

35、优选的方案中，喷雾降温除尘系统包括温度传感器、湿度传感器、颗粒物浓度监测仪、自动喷雾系统和自动抽湿系统；

36、当环境温度、湿度、颗粒物浓度超出该设置范围时，自动喷雾系统和自动抽湿系统会自动启动，进行喷雾降温除尘，以调节骨料仓的温度、湿度、颗粒物浓度在设置的范围内。

37、优选的方案中，无人装载机包括安装在普通装载机上的imu、lidir-16、lidir-32、lidir-bp、动臂角度传感器、摇臂角度传感器、铰接角度传感器和xavier控制器；

38、imu用于感知无人装载机的航向；

39、lidir-16和lidir-32用于构建地图；

40、lidir-bp用于无人装载机的避障；

41、动臂角度传感器和摇臂角度传感器用于采集铲斗作业时的角度状态；

42、铰接角度传感器用于采集无人装载机转弯时的角度；

43、xavier控制器用于处理无人装载机各个传感器的实时数据，实现无人装载机的自动驾驶。

44、优选的方案中，料仓引导系统包括现场控制器、红绿灯、rfid刷卡器和声光报警器；

45、在每个储料仓设置一个红绿灯，该红绿灯由设置在骨料仓的现场控制器控制，已检仓设置为绿灯，待检仓设置为红灯。

46、优选的方案中，微波谐振含水率传感器包括湿度检测单元和嵌入式计算单元；湿度检测单元基于湿度传感器发送和接收高频反射信号来采集数据，湿度传感器的天线朝向的方向为可行的待测区域，在实际的测量过程中，待测骨料要与天线朝向的区的防水面产生接触才会进行含水量的测量；嵌入式计算单元通过并口与湿度检测单元相连接，完成对湿度传感器的配置，与湿度传感器进行数据交换，通过对反射信号相位与衰减量的计算完成对骨料水份含量的检测。

47、优选的方案中，步骤s210中混凝土工作性在线监测系统通过采集搅拌主机的电流信号和振动信号，其中对搅拌主机工作电流进行数字滤波获得电流信号，对搅拌主机上的振动传感器信号进行快速傅里叶变换获得振动信号，并基于遗传算法-人工神经网络，建立电流信号和振动信号对不同配合比混凝土工作性的预测模型和算法。

48、优选的方案中，坍落度试验与试块成型机器人包括混凝土自动上料工位、电磁吸附式坍落度桶与试块模具、坍落度试验与试块成型辅助作业工位、七轴协作机器人系统、七轴协作机器人系统调度工位、试块静止架、清洗工位、电气系统和水管路；

49、七轴协作机器人系统用于坍落度桶和试块在工位间的转移、进行提桶作业、抹平作业，利用3d相机对混凝土坍落度和扩展度进行测量，利用rfid技术和图像识别技术实现混凝土试块数字化溯源，利用混凝土坍落度试验与试块成型的过程控制参数库控制试验和试块成型质量。

50、本发明的有益效果为：应用本专利的基于机器感知和执行的混凝土无人工厂能实现混凝土生产全过程的智能化管理，大幅减少现场生产人员，提升混凝土品质，降低安全风险。