[发明专利]基于二维激光雷达的车厢容器的三维扫描系统测量方法

权利要求书

1.一种基于二维激光雷达的车厢容器的三维扫描系统测量方法，其特征在于，包括以下测量步骤：

步骤一：建立对车厢容器的三维扫描系统，所述三维扫描系统包括有主控制器(1)、上位工控机(2)、标定物(3)、带动桁架机器人行走梁纵向运动的运动轴(4)、二维激光雷达(5)和桁架机器人(6)，将运动轴(4)、二维激光雷达(5)和桁架机器人(6)按照在所述支架上，支架的底部放置有标定物(3)，所述支架的旁边放置有主控制器(1)和上位工控机(2)；

步骤二：选用标定物，并将标定物放在二维激光雷达正下方的地面上，然后再将标定头法兰安装在桁架机器人末端机械手部位，保持标定头整体呈垂直状态，以保证标定头顶尖垂直指向地面，然后根据三维扫描系统的标定方法，对桁架机器人和二维激光雷达视觉坐标系进行标定，测得桁架机器人坐标系与二维激光雷达视觉坐标系之间的齐次变换矩阵；

步骤三：上位工控机同时与主控制器和二维激光雷达建立数据通信，固定安装在桁架机器人行走梁上的二维激光雷达跟随桁架机器人行走梁的运动而沿着车辆的车厢纵向进行扫描，通过上位工控机的精密定时器，在每一定时节点，同时获取二维激光雷达和主控制器的通信信息，扫描结束后，分别保存扫描数据；

步骤四：二维激光雷达所获取的数据信息为一个扇形区域内的距离数据，根据二维激光雷达的角分辨率及扫描初始角度，根据公式：

计算每条轮廓面中点云的Y2、Z2坐标值，将坐标系转换为坐标系O₂X₂Y₂Z₂的坐标系数据值；

步骤五：整合计算后，在二维激光雷达视觉坐标系中的Y2和Z2值，得到在坐标系O₂X₂Y₂Z₂中原始三维无序点云数据，并根据标定所得的齐次变换矩阵，将整体三维无序点云数据转换到桁架机器人坐标系O₁X₁Y₁Z₁中，由此得到在桁架机器人坐标系下的三维无序点云数据模型。

2.根据权利要求1所述的基于二维激光雷达的车厢容器的三维扫描系统测量方法，其特征在于：在步骤二中，三维扫描系统的标定方法包括以下步骤：

步骤一：建立标定物的原始三维无序点云数据模型；

步骤二：选用标定物，并将标定物放在二维激光雷达正下方的地面上，然后再将标定头法兰安装在桁架机器人末端机械手部位，保持标定头整体呈垂直状态，以保证标定头顶尖垂直指向地面；

步骤三：根据二维激光雷达和桁架机器人的各运动轴设定情况，建立OXYZ二维激光雷达视觉坐标系以及O₁X₁Y₁Z₁桁架机器人坐标系；

步骤四：根据实际环境，将标定物依次在桁架机器人的正下方摆放，通过主控制器带动桁架机器人对标定物进行扫描，获取标定物的三维无序点云数据，根据该三维扫描系统点云处理方法，依次获取标定物的四个角点P1-P4在视觉坐标系中的坐标位置；

步骤五：通过主控制器控制桁架机器人多个运动轴的水平及垂直运动，将标定头顶尖靠近标定物的四个角点P1-P4，并依次记录其对应点在桁架机器人坐标系中的坐标位置；

步骤六：根据步骤四和五，每次扫描数据可获得在视觉坐标系及桁架机器人坐标系中的四对对应位置点数据，并通过多次重新摆放标定物的位置，来获取一定数量的两坐标系中对应位置点数；

步骤七：对于获取后的两组位置数据，采用迭代最近点算法ICP，将对应数据点位置坐标间欧式距离表示为：

利用最小二乘法求解最优解使：

E最小时的R和T旋转和平移矩阵，

根据旋转和平移矩阵，建立视觉坐标系和桁架机器人坐标系间的齐次变换矩阵：

3.根据权利要求2所述的基于二维激光雷达的车厢容器的三维扫描系统测量方法，其特征在于：由主控制器控制纵向运动轴沿着桁架机器人纵向沿扫描方向运动，上位工控机同时与主控制器和二维激光雷达进行数据交互，确保数据交互的实时性与准确性，待二维激光雷达扫描完成，对主控制器和二维激光雷达的数据进行整合，随之建立标定物的原始三维无序点云数据模型。