[發(fā)明專利]基于二維激光雷達的車廂容器的三維掃描系統(tǒng)測量方法

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• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111043963A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設計）人: 樊璇;陳建;劉志恒;李龍;高云峰;曹雛清
• 申請（專利權）人: 蕪湖哈特機器人產(chǎn)業(yè)技術研究院有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標事務所 34113
• 代理人: 胡建豪

本發(fā)明公開一種基于二維激光雷達的車廂容器的三維掃描系統(tǒng)測量方法，能有效的獲取貨車、卡車等車廂容器的三維掃描系統(tǒng)中物體的三維無序點云數(shù)據(jù)模型，為后續(xù)三維掃描系統(tǒng)的定位等功能提供必要的基礎模型數(shù)據(jù)，本發(fā)明能夠解決較大范圍內貨車、卡車等車廂容器及其他物體的三維掃描技術，能夠獲取較準確的三維點云數(shù)據(jù)，并根據(jù)所獲取的數(shù)據(jù)，根據(jù)需求對其進行其他相關處理和應用開發(fā)。

技術領域

本發(fā)明涉及貨車、卡車等車廂容器的三維掃描系統(tǒng)，尤其涉及一種基于二維激光雷達的車廂容器的三維掃描系統(tǒng)測量方法。

背景技術

三維激光掃描技術又被稱為實景復制技術，是測繪領域繼GPS技術之后的一次技術革命。它突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優(yōu)勢。三維激光掃描技術能夠提供掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù)，它通過高速激光掃描測量的方法，大面積地快速獲取被測對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)，可以快速、大量的采集空間點位信息，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字模型。在逆向工程、測繪工程、工業(yè)測量、數(shù)字城市地形可視化等眾多領域有廣泛的應用。

激光雷達具有測距速度快、精度高、獲取的測量信息直觀等優(yōu)點，在軍事、航空和民用等領域得到了越來越廣泛的應用。目前，激光雷達主要分為二維激光雷達和三維激光雷達兩種。二維激光雷達只能在單一掃描平面上得到距離和角度信息，以極坐標的形式進行保存，而且把得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過后期處理還原成的圖像也只是被掃描物體在激光雷達掃描平面上的二維輪廓圖。而三維激光雷達可以在二維掃描的同時還能轉動掃面平面，這樣便可以直接掃描得到空間點的三維數(shù)據(jù)信息，并能更直觀的反映被掃描物體的外形特征，因此在一些導航、工程測量等重要的領域具有更大應用價值，但價格昂貴。

在實際工業(yè)生產(chǎn)中，袋裝或箱裝物品裝車形式非常普遍。目前，人們在碼垛裝車環(huán)節(jié)中仍然普遍采用人工搬運碼垛的方式，這樣不僅需要大量的人力，而且在一些惡劣環(huán)境下，對工作人員的身體健康危害也極大。為解決這些問題，解放勞動力，我們可以直接選用三維激光雷達對裝車車輛的車廂進行掃描，然后通過掃描數(shù)據(jù)直接獲取車輛外形輪廓的尺寸信息。但是三維激光雷達價格昂貴，在普通的民用企業(yè)的裝車環(huán)節(jié)中使用并不現(xiàn)實。目前，現(xiàn)有二維激光雷達主要應用于移動機器人避障、區(qū)域檢測、區(qū)域監(jiān)控等功能，還很少將其用于測量等領域，尤其是針對較大型測量對象的三維掃描測量的領域。因此，解決這一類的問題顯得尤為重要。

發(fā)明內容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種基于二維激光雷達的車廂容器的三維掃描系統(tǒng)測量方法，針對貨車、卡車等車廂容器的三維掃描系統(tǒng)，基于二維激光雷達提出一種用于車廂容器的三維掃描測量方法，主要用于解決針對貨車、卡車等較大型尺寸的車廂容器的測量難題。

為了解決上述技術方案，本發(fā)明提供了一種基于二維激光雷達的車廂容器的三維掃描系統(tǒng)測量方法，包括以下測量步驟：

步驟一：建立對車廂容器的三維掃描系統(tǒng)，所述三維掃描系統(tǒng)包括有主控制器、上位工控機、標定物、帶動桁架機器人行走梁縱向運動的運動軸、二維激光雷達和桁架機器人，將運動軸、二維激光雷達和桁架機器人按照在所述支架上，支架的底部放置有標定物，所述支架的旁邊放置有主控制器和上位工控機；

步驟二：選用標定物，并將標定物放在二維激光雷達正下方的地面上，然后再將標定頭法蘭安裝在桁架機器人末端機械手部位，保持標定頭整體呈垂直狀態(tài)，以保證標定頭頂尖垂直指向地面，然后根據(jù)三維掃描系統(tǒng)的標定方法，對桁架機器人和二維激光雷達視覺坐標系進行標定，測得桁架機器人坐標系與二維激光雷達視覺坐標系之間的齊次變換矩陣；

步驟三：上位工控機同時與主控制器和二維激光雷達建立數(shù)據(jù)通信，固定安裝在桁架機器人行走梁上的二維激光雷達跟隨桁架機器人行走梁的運動而沿著車輛的車廂縱向進行掃描，通過上位工控機的精密定時器，在每一定時節(jié)點，同時獲取二維激光雷達和主控制器的通信信息，掃描結束后，分別保存掃描數(shù)據(jù)；

步驟四：二維激光雷達所獲取的數(shù)據(jù)信息為一個扇形區(qū)域內的距離數(shù)據(jù)，根據(jù)二維激光雷達的角分辨率及掃描初始角度，根據(jù)公式：