CN106324285A - 一种针对工业产品物流过程中平稳水平的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对工业产品物流过程中平稳水平的测试装置，包括：一外壳，外壳内部设有3轴加速度传感器、3轴角速度传感器、处理器、数据存储模块、数据导出模块、电池，3轴加速度传感器和3轴角速度传感器实时获取传感信号数据，并且传输至处理器，处理器读取所述3轴加速度传感器和3轴角速度传感器的数据后经过处理，得到装置的加速度和角速度，经过加速度和角速度计算空间姿态计算后，得到运输平稳系数S，运输平稳系数S存储在所述数据存储模块，并且由所述数据导出模块导出。本发明可以准确的计算自身受到的冲击大小，进而判断货物在物流过程中是否受到冲击以及运输的平稳水平。

Description

一种针对工业产品物流过程中平稳水平的测试装置及方法

技术领域

本发明涉及智能传感技术领域，具体涉及一种针对工业产品物流过程中平稳水平的测试装置及方法。

背景技术

工业产品的特征是生产标准化、生产规模大型化、集成化、以及流通全球化，从而使工业物流的出现及普及成为一种必然的趋势，并成为企业协作中必不可少的一个环节。工业物流的大普及，使得信息化、工业化创新能力较低国家的竞争能力被削弱；使得物流***不完善、效率低的国家生产力低下、生产成本高、竞争力下降。工业物流的技术提高、效率提高、安全性提高，直接关系我国的生产力水平的进步。

工业物流具有如下特点：

1、单体金额高。工业产品往往具有规模大型化、生产集中的特点，因而，工业物流往往具有成本高的特点。货物单体成本常常达到数万、数百万的量级。

2、易灭损。工业产品错综复杂，液体货物、气体货物、固体货物等种类繁多，且由于自身特点容易发生碰撞、泄露、化学反应等运输事故。

3、易出现法律纠纷。由于工业生产过程中对时间、质量、数量等要求严苛，而工业产品供应链条相对复杂，相对于消费级产品工业产品更容易出现法律纠纷。

传统的保证物流质量的方法主要分为三类：

1、基于运输装置的方法。即通过提供更可靠的运输载具、运输容器等方式提高可靠性。

2、基于驾驶员技能的方法。即雇佣更有经验的驾驶员负责运输任务。

3、基于历史数据的方法。即选择在过去出现事故少、负责相关行业物流任务经验较多的物流承运方提供物流服务。

以上方法可以起到一定的安全保障作用，但方法过于粗粒度、不够细致、不够精准，且实时性差等问题。因此，提高物流质量、保证物流的安全性、可靠性、可跟踪性则成为一项重要的课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种针对工业产品物流过程的平稳水平的测定装置，本发明的装置可以被固定在运输的货物中，例如固定表面、液体中、包装盒中；通过姿态识别算法，装置可以判断自身的空间姿态，进而可以准确的计算自身受到的冲击大小，进而判断货物在物流过程中是否受到冲击以及运输的平稳水平。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种针对工业产品物流过程中平稳水平的测试装置，其包括：一外壳，所述外壳内部设有3轴加速度传感器、3轴角速度传感器、处理器、数据存储模块、数据导出模块、电池，所述3轴加速度传感器和3轴角速度传感器实时获取传感信号数据，并且传输至所述处理器，所述处理器读取所述3轴加速度传感器和3轴角速度传感器的数据后经过处理，得到装置的加速度和角速度，经过加速度和角速度计算空间姿态计算后，得到运输平稳系数S，运输平稳系数S存储在所述数据存储模块，并且由所述数据导出模块导出。

优选地，所述测试装置的测试流程包括：

S 1读取原始数据：处理器读取3轴加速度传感器和3轴角速度传感器的数据，获取加速度和角速度；

S 2计算设备空间姿态：通过加速度、角速度数据，处理器通过姿态算法计算设备自身的空间姿态，用四元数(Q)表示该空间姿态；

S 3获取设备加速度在自身坐标系中的数值：处理器读取3轴加速度传感器的数据，获得设备自身的加速度，表征为A_自身，其中，A_自身是设备加速度在设备自身坐标系下的数值，为一三维向量，A_自身＝{a₁,a₂,a₃}；

S 4通过表征设备姿态的四元数Q，对A_自身进行反向旋转，得到设备加速度在地球坐标系中的表示A_地球，旋转的方法如下：

S 401构建新四元数Q1＝{0,a1,a2,a3},

S 402计算Q2＝(Q*Q1)*Q’，其中,Q’是Q的共轭四元数，

S 403得到新的三维向量A＝{Q2[2],Q2[3],Q2[4]},其中，Q2[2],Q2[3],Q2[4]分别是四元数Q2的第二个、第三个、第四个元素,

S 404A是反向旋转之后的结果,也是设备加速度在地区坐标系中的表示，重新表示A为A_地球＝{ae1,ae2,ae3}；

S 5物体加速度是一个随着时间变化的物理量，即A_地球是随着时间变化的物理量,所以ae1,ae2,ae3均是随着时间变化的物理量,计算在某次运输过程中ae1,ae2,ae3的标准差SD1,SD2,SD3,定义运输平稳度系数S＝1/(SD1+SD2+SD3+1)；

S 6S5中的S反应了某次运输全过程平稳程度，S由数据导出模块导出，以供相关人员浏览、决策、使用。

优选地，一种针对工业产品物流过程中平稳水平的测试方法，包括以下步骤：

S 101将测试装置放置在货物中，通过蓝牙设备启动测试装置；

S 102测试装置收到开始工作指令后，进入工作状态；

S 103测试装置不断读取加速度、角速度的树脂，并且实时计算装置的空间姿态，通过空间姿态、加速度传感器的数值，获取测试装置加速度在地球坐标系中的数值，将设备加速度在地球坐标系中的数值不断存储在数据存储模块中；

S 104在物流结束时，通过蓝牙设备通知测试装置停止工作；

S 105测试装置收到物流结束的指令后，数据存储模块存储本次物流的数据，计算本次物流的平稳度系数；

S 106通过数据导出模块将平稳度系数发送给使用者。

优选地，所述数据导出模块为蓝牙4.0模块。

本发明的有益效果是:

其一、本发明的装置可以被固定在运输的货物中，例如固定表面、液体中、包装盒中；通过姿态识别算法，装置可以判断自身的空间姿态，进而可以准确的计算自身受到的冲击大小，进而判断货物在物流过程中是否受到冲击以及运输的平稳水平。可以作为一种责任追查的参***，若货物在验收时发现破损，该设备提供了对物流平稳的一种衡量，可作为物流环节追责的一种取证手段与数据参考。

其二、数据更加细致，可以支撑更加细节的数据分析。本发明对运输平稳性的衡量精确到了“某次具体的物流过程”。这样，更多细节数据分析可以开展，例如，可以根据数据对所有的物流司机进行驾驶水平排名，择优上岗；可以对某个物流司机的工作状态进行趋势分析，在其状态下滑时进行尽早干预，避免严重事件的发生等等。

其三、本发明提出的数据分析方法更准确，适用场景更多。在本发明利用姿态算法对物体的加速度数值进行处理，即将其从设备自身的坐标系变换到地球坐标系，排除了由于物体自身旋转而导致的加速度度数的变化，即排除了物体自身旋转进入的干扰。因此，该设备对于平稳性的衡量更能反映由于紧急加速、紧急刹车、装车、急转弯等真实事件产生的平稳性改变，数据更加准确。且该设备可以放入液体中，任意翻滚。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的装置的结构示意图；

其中，1-外壳，101-3轴加速度传感器，102-3轴角速度传感器，103-处理器，104-数据存储模块，105-数据导出模块，106-电池。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1所示，本实施例中公开了一种针对工业产品物流过程中平稳水平的测试装置，其结构主要包括：一外壳1，所述外壳1内部设有3轴加速度传感器101、3轴角速度传感器102、处理器103、数据存储模块104、数据导出模块105、电池106，所述3轴加速度传感器101和3轴角速度传感器102实时获取传感信号数据，并且传输至所述处理器103，所述处理器103读取所述3轴加速度传感器101和3轴角速度传感器102的数据后经过处理，得到装置的加速度和角速度，经过加速度和角速度计算空间姿态计算后，得到运输平稳系数S，运输平稳系数S存储在所述数据存储模块，并且由所述数据导出模块105导出，上述电池106为装置供电，并通过必要的电路板、连线、元器件工作。

所述测试装置的测试流程包括：

S 1读取原始数据：处理器读取3轴加速度传感器和3轴角速度传感器的数据，获取加速度和角速度。

S 2计算设备空间姿态：通过加速度、角速度数据，处理器通过姿态算法计算设备自身的空间姿态，用四元数(Q)表示该空间姿态。

S 3获取设备加速度在自身坐标系中的数值：处理器读取3轴加速度传感器的数据，获得设备自身的加速度，表征为A_自身，其中，A_自身是设备加速度在设备自身坐标系下的数值，为一三维向量，A_自身＝{a₁,a₂,a₃}；由于A_自身是加速度在自身坐标系中的数值，所以物体的旋转会影响重力加速度在物体各个方向上的分量大小，进而影响A_自身。

S 4通过表征设备姿态的四元数Q，对A_自身进行反向旋转，得到设备加速度在地球坐标系中的表示A_地球，旋转的方法如下：

S 401构建新四元数Q1＝{0,a1,a2,a3}；

S 402计算Q2＝(Q*Q1)*Q’，其中,Q’是Q的共轭四元数；

S 403得到新的三维向量A＝{Q2[2],Q2[3],Q2[4]},其中，Q2[2],Q2[3],Q2[4]分别是四元数Q2的第二个、第三个、第四个元素；

S 404A是反向旋转之后的结果,也是设备加速度在地区坐标系中的表示，重新表示A为A_地球＝{ae1,ae2,ae3}。

由于A_地球是加速度在地球坐标系中的数值，而地球坐标系是不随物体旋转而旋转的，所以物体的旋转不会影响重力加速度在物体各个方向上的分量大小，所以旋转不会影响A_地球的数值。这个特点保证了该设备可以防止在液体货物中，而不必担心运输过程中设备在液体中的翻滚引入的错误数据(即：与平稳性无关的数据：原地旋转导致重力加速度在加速度传感器各个方向分量的加速度改变)。

S 5物体加速度是一个随着时间变化的物理量，即A_地球是随着时间变化的物理量,所以ae1,ae2,ae3均是随着时间变化的物理量,计算在某次运输过程中ae1,ae2,ae3的标准差SD1,SD2,SD3,定义运输平稳度系数S＝1/(SD1+SD2+SD3+1)。

S 6S5中的S反应了某次运输全过程平稳程度，S由数据导出模块导出，以供相关人员浏览、决策、使用。

上述装置可以被固定在运输的货物中，例如固定表面、液体中、包装盒中；通过姿态识别算法，装置可以判断自身的空间姿态，进而可以准确的计算自身受到的冲击大小，进而判断货物在物流过程中是否受到冲击以及运输的平稳水平。可以作为一种责任追查的参***，若货物在验收时发现破损，该设备提供了对物流平稳的一种衡量，可作为物流环节追责的一种取证手段与数据参考。

实施例2

实施例2基于实施例1的测试装置，在测试之前，先搭建设备，在本实施例中，加速度传感器、角速度传感器选择正确输出数据的3轴芯片，采样率至少在50Hz以上，数据导出模块为蓝牙4.0模块。

公开了一种针对工业产品物流过程中平稳水平的测试方法，包括以下步骤：

S 101将测试装置放置在货物中，通过蓝牙设备(手机)启动测试装置；

S 102测试装置收到开始工作指令后，进入工作状态；

S 103测试装置不断读取加速度、角速度的树脂，并且实时计算装置的空间姿态，通过空间姿态、加速度传感器的数值，获取测试装置加速度在地球坐标系中的数值，将设备加速度在地球坐标系中的数值不断存储在数据存储模块中；

S 104在物流结束时，通过蓝牙设备通知测试装置停止工作；

S 105测试装置收到物流结束的指令后，数据存储模块存储本次物流的数据，计算本次物流的平稳度系数；

S 106通过数据导出模块将平稳度系数发送给使用者。

该测试方法对运输平稳性的衡量精确到了“某次具体的物流过程”。这样，更多细节数据分析可以开展，例如，可以根据数据对所有的物流司机进行驾驶水平排名，择优上岗；可以对某个物流司机的工作状态进行趋势分析，在其状态下滑时进行尽早干预，避免严重事件的发生等等。

上述数据分析方法更准确，适用场景更多。利用姿态算法对物体的加速度数值进行处理，即将其从设备自身的坐标系变换到地球坐标系，排除了由于物体自身旋转而导致的加速度度数的变化，即排除了物体自身旋转进入的干扰。因此，该设备对于平稳性的衡量更能反映由于紧急加速、紧急刹车、装车、急转弯等真实事件产生的平稳性改变，数据更加准确。且该设备可以放入液体中，任意翻滚。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种针对工业产品物流过程中平稳水平的测试装置，其特征在于，其包括：一外壳，所述外壳内部设有3轴加速度传感器、3轴角速度传感器、处理器、数据存储模块、数据导出模块、电池，所述3轴加速度传感器和3轴角速度传感器实时获取传感信号数据，并且传输至所述处理器，所述处理器读取所述3轴加速度传感器和3轴角速度传感器的数据后经过处理，得到装置的加速度和角速度，经过加速度和角速度计算空间姿态计算后，得到运输平稳系数S，运输平稳系数S存储在所述数据存储模块，并且由所述数据导出模块导出。

2.根据权利要求1所述的一种针对工业产品物流过程中平稳水平的测试装置，其特征在于，所述测试装置的测试流程包括：

S 1读取原始数据：处理器读取3轴加速度传感器和3轴角速度传感器的数据，获取加速度和角速度；

S 2计算设备空间姿态：通过加速度、角速度数据，处理器通过姿态算法计算设备自身的空间姿态，用四元数(Q)表示该空间姿态；

S 3获取设备加速度在自身坐标系中的数值：处理器读取3轴加速度传感器的数据，获得设备自身的加速度，表征为A_自身，其中，A_自身是设备加速度在设备自身坐标系下的数值，为一三维向量，A_自身＝{a₁,a₂,a₃}；

S 4通过表征设备姿态的四元数Q，对A_自身进行反向旋转，得到设备加速度在地球坐标系中的表示A_地球，旋转的方法如下：

S 401构建新四元数Q1＝{0,a1,a2,a3},

S 402计算Q2＝(Q*Q1)*Q’，其中,Q’是Q的共轭四元数，

S 403得到新的三维向量A＝{Q2[2],Q2[3],Q2[4]},其中，Q2[2],Q2[3],Q2[4]分别是四元数Q2的第二个、第三个、第四个元素,

S 404 A是反向旋转之后的结果,也是设备加速度在地区坐标系中的表示，重新表示A为A_地球＝{ae1,ae2,ae3}；

S 5物体加速度是一个随着时间变化的物理量，即A_地球是随着时间变化的物理量,所以ae1,ae2,ae3均是随着时间变化的物理量,计算在某次运输过程中ae1,ae2,ae3的标准差SD1,SD2,SD3,定义运输平稳度系数S＝1/(SD1+SD2+SD3+1)；

S 6 S5中的S反应了某次运输全过程平稳程度，S由数据导出模块导出，以供相关人员浏览、决策、使用。

3.一种针对工业产品物流过程中平稳水平的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S 101将测试装置放置在货物中，通过蓝牙设备启动测试装置；

S 102测试装置收到开始工作指令后，进入工作状态；

S 103测试装置不断读取加速度、角速度的树脂，并且实时计算装置的空间姿态，通过空间姿态、加速度传感器的数值，获取测试装置加速度在地球坐标系中的数值，将设备加速度在地球坐标系中的数值不断存储在数据存储模块中；

S 104在物流结束时，通过蓝牙设备通知测试装置停止工作；

S 105测试装置收到物流结束的指令后，数据存储模块存储本次物流的数据，计算本次物流的平稳度系数；

S 106通过数据导出模块将平稳度系数发送给使用者。

4.根据权利要求3所述的一种针对工业产品物流过程中平稳水平的测试方法，其特征在于，所述数据导出模块为蓝牙4.0模块。