[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

说明书

本发明公开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，能有效的获取货车、卡车等车厢容器的三维扫描系统中物体的三维无序点云数据模型，为后续三维扫描系统的定位等功能提供必要的基础模型数据，本发明能够解决较大范围内货车、卡车等车厢容器及其他物体的三维扫描技术，能够获取较准确的三维点云数据，并根据所获取的数据，根据需求对其进行其他相关处理和应用开发。

技术领域

本发明涉及货车、卡车等车厢容器的三维扫描系统，尤其涉及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。

背景技术

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，它通过高速激光扫描测量的方法，大面积地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，可以快速、大量的采集空间点位信息，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字模型。在逆向工程、测绘工程、工业测量、数字城市地形可视化等众多领域有广泛的应用。

激光雷达具有测距速度快、精度高、获取的测量信息直观等优点，在军事、航空和民用等领域得到了越来越广泛的应用。目前，激光雷达主要分为二维激光雷达和三维激光雷达两种。二维激光雷达只能在单一扫描平面上得到距离和角度信息，以极坐标的形式进行保存，而且把得到的数据经过后期处理还原成的图像也只是被扫描物体在激光雷达扫描平面上的二维轮廓图。而三维激光雷达可以在二维扫描的同时还能转动扫面平面，这样便可以直接扫描得到空间点的三维数据信息，并能更直观的反映被扫描物体的外形特征，因此在一些导航、工程测量等重要的领域具有更大应用价值，但价格昂贵。

在实际工业生产中，袋装或箱装物品装车形式非常普遍。目前，人们在码垛装车环节中仍然普遍采用人工搬运码垛的方式，这样不仅需要大量的人力，而且在一些恶劣环境下，对工作人员的身体健康危害也极大。为解决这些问题，解放劳动力，我们可以直接选用三维激光雷达对装车车辆的车厢进行扫描，然后通过扫描数据直接获取车辆外形轮廓的尺寸信息。但是三维激光雷达价格昂贵，在普通的民用企业的装车环节中使用并不现实。目前，现有二维激光雷达主要应用于移动机器人避障、区域检测、区域监控等功能，还很少将其用于测量等领域，尤其是针对较大型测量对象的三维扫描测量的领域。因此，解决这一类的问题显得尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了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，针对货车、卡车等车厢容器的三维扫描系统，基于二维激光雷达提出一种用于车厢容器的三维扫描测量方法，主要用于解决针对货车、卡车等较大型尺寸的车厢容器的测量难题。

为了解决上述技术方案，本发明提供了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，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、上位工控机、标定物、带动桁架机器人行走梁纵向运动的运动轴、二维激光雷达和桁架机器人，将运动轴、二维激光雷达和桁架机器人按照在所述支架上，支架的底部放置有标定物，所述支架的旁边放置有主控制器和上位工控机；

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：