[发明专利]一种无人装卸物流装备系统激光雷达标定系统及标定方法

权利要求书

1.一种无人装卸物流装备系统激光雷达标定方法，采用一种无人装卸物流装备系统激光雷达标定系统，其特征在于，所述标定系统包括位于龙门桁架上的激光雷达和机械臂，所述龙门桁架下方设置标定板，所述激光雷达获得的数据通过数据传输单元上传给上位机，所述上位机通过调节单元控制激光雷达转动，所述调节单元包括角度编码器和带动激光雷达旋转的转台，所述激光雷达安装于所述转台上，所述上位机通过机械控制单元与所述机械臂连接，所述机械臂包括可在龙门桁架上移动的吸盘和固定于吸盘下表面的十字激光器；

所述标定方法包括以下步骤：

(1)使所述激光雷达在龙门桁架上指定的位置原地旋转，获取激光雷达的扫描数据，即获得激光雷达坐标系S₁下的周围环境数据；

(2)操作机械臂获得机械坐标系S₂下标定板中心点坐标；

(3)利用改进的RANSAC算法提取激光雷达坐标系S₁下标定板中心点坐标；

(4)计算激光雷达坐标系S₁和机械坐标系S₂之间的旋转矩阵R和平移矩阵T；

步骤(2)中，上位机通过控制龙门桁架带动机械臂移动到标定板上方，使十字激光器对准标定板中心，获取机械坐标系S₂下标定板中心点坐标。

2.根据权利要求1所述的一种无人装卸物流装备系统激光雷达标定方法，其特征在于，所述步骤(1)中，上位机通过角度编码器发出脉冲信号，驱动转台转动，带动激光雷达转动，所述激光雷达旋转181度为一个数据采集周期。

3.根据权利要求1所述的一种无人装卸物流装备系统激光雷达标定方法，其特征在于，所述步骤(1)中，获取的扫描数据包括空间中任意一点在激光雷达坐标系S₁下的坐标值以及回光强度。

4.根据权利要求1所述的一种无人装卸物流装备系统激光雷达标定方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体方法如下：

Step101：利用PCL点云库中的直通滤波方法将除有效装载区域之外的点过滤掉，以减小计算复杂度；

Step102：随机选取三点，利用PCL库中的RANSAC算法，初始化平面参数，计算剩余点数与总数比值是否小于阈值，若小于，则合并平面，算法结束；若不小于，则进行Step103；

Step103：在剩余点集中随机抽取三点，判断所选取的三点是否共线，若共线，则重新选取三点；若不共线，则计算这三点所组成的平面参数；

Step104：计算剩余点集中所有点到该平面的距离，若距离小于阈值l_n，则标记为局内点加入当前平面点集M，并判断剩余点是否判断完毕，若剩余点判断完毕，则进入Step105；若未判断完毕，则继续循环Step104；

Step105：判断局内点个数是否大于阈值T_n，若大于，则进行Step106；若不大于，则判断迭代次数是否小于K，若不小于K，则认为未检测到平面特征，算法结束；否则，继续循环Step103～Step105，直至满足条件后，继续Step106；

Step106：计算原始三点法矢之间的两两夹角，判断法矢之间夹角是否小于阈值δ_n；若小于，对这些局内点利用特征值法精确计算平面参数；否则，继续循环Step102～Step106；

Step107：利用Step106中计算得到的平面参数，计算每个点到该面的距离，重新更新点集M；

Step108：判断点集M中的点数是否大于T_n，若大于，则完成当前平面提取，从剩余点集中删掉当前平面局内点，继续循环Step102～Step107，直至剩余点集中点的个数小于设定阈值t_n或已提取到指定数量的平面，结束循环，进入Step109；否则，继续循环Step103～Step107；

Step109：判断各平面法向量之间的夹角是否小于阈值T_σ以及原点到平面距离差值是否小于阈值T_od，若两条件同时满足，则合并两平面，并重新计算平面参数；

Step1010：计算标定板平面的中心点坐标。