[發明專利]一種基于復合無人系統的船舶測厚方法

在審

• 申請號: 202210648332.5
• 申請日: 2022-06-09
• 公開（公告）號: CN114913222A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 石昌俊;呂品;蔡小飛;沙建東
• 申請（專利權）人: 南京森思科技有限責任公司
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06T7/30;G06T17/05;G06T3/00;G01B11/06
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 王寧寧

1.一種基于復合無人系統的船舶測厚方法，其特征在于，包括：

基于機器臂與激光雷達獲取測厚點處的激光雷達點云數據，對測厚點的所述點云數據與船舶的三維點云地圖進行匹配定位，獲取所述激光雷達的當前位姿；

基于所述當前位姿、激光雷達與機械臂的安裝關系以及機械臂的轉動角度，獲取所述測厚點在船艙中的位置，基于測厚裝置獲取所述位置的船艙厚度。

2.根據權利要求1所述的基于復合無人系統的船舶測厚方法，其特征在于，對測厚點的所述激光雷達點云數據與三維點云地圖進行匹配定位包括：

計算測厚點的所述點云數據中每個點云的FPFH：

基于所述FPFH進行點云配準，直到距離誤差和小于設定閾值或達到設定的計算次數后，選擇所述距離誤差取得最小值時的變換矩陣作為點云配準結果；

將所述點云數據在所述三維點云地圖中所占的空間網格化，計算每個網格中所述點云數據的概率密度函數；

根據所述變換矩陣，將所述點云數據進行投影變換，基于所述概率密度函數將變換后的所述點云數據投放到距離最近的空間網格中，對所述變換矩陣進行優化，完成匹配定位。

3.根據權利要求2所述的基于復合無人系統的船舶測厚方法，其特征在于，所述點云配準包括：

所述點云數據在所述三維點云地圖中依據所述FPFH查找若干個采樣點的對應點，根據采樣-對應點計算匹配情況下對應的變換矩陣，將所述采樣點根據所述變換矩陣進行投影變換，計算投影變換后的所述采樣點與對應點的距離誤差，根據距離誤差和判斷點云配準的性能。

4.根據權利要求2所述的基于復合無人系統的船舶測厚方法，其特征在于，所述FPFH為：

其中，p為待計算點，p_ki為點p的鄰域點，ki為鄰域點的數量，SPFH為點簡化特征直方圖，ω_ki表示p與p_ki之間的距離；

每個網格中所述點云數據的概率密度函數為：

其中，為概率密度函數，x_k為輸入點云，d₁、d₂為概率密度函數歸一化常數，μ、Σ_k通過下式進行計算：

其中，m為網格中的點云數量，y_j為網格中的第j個點云。

5.根據權利要求2所述的基于復合無人系統的船舶測厚方法，其特征在于，所述距離誤差和為：

其中，score為距離誤差和，H(l_i)為第i個采樣點經投影變換后與對應點的距離誤差，具體如下：

其中，m_l為預設值，l_l為第i個采樣點經投影變換后與對應點的距離差。

6.根據權利要求2所述的基于復合無人系統的船舶測厚方法，其特征在于，對所述變換矩陣進行優化的優化函數為：

其中，T^*為最優的變換矩陣，為概率密度函數，T為位姿變換矩陣，x_k為輸入點云。

7.根據權利要求6所述的基于復合無人系統的船舶測厚方法，其特征在于，所述測厚點在船艙中的位置為：

其中，和分別為最優的變換矩陣中激光雷達在導航坐標系下的旋轉矩陣和平移向量，和分別為激光雷達坐標系與機械臂坐標系之間的的旋轉矩陣和平移向量，P_j為測厚點在機械臂坐標系下的位置。

8.根據權利要求1所述的基于復合無人系統的船舶測厚方法，其特征在于，所述復合無人系統包括：無人機、地面機器人和爬繩機器人；

所述無人機包括吸附裝置和連接裝置，所述吸附裝置用于所述無人機與船舶連接，所述連接裝置用于所述無人機與所述地面機器人連接；

所述地面機器人包括拉力傳感器；

所述爬繩機器人包括激光雷達傳感器、機械臂和測厚設備。