[发明专利]一种应用于高空作业机械的激光定位与建图装置及方法

权利要求书

1.一种应用于高空作业机械的激光定位与建图装置，其特征在于：包括前端数据采集模块、时间同步系统和计算主控单元，所述前端数据采集模块为多线激光雷达；

所述装置与高空作业平台的斗臂车升降平台的末端刚性固定，随工作斗进行移动，当斗臂车开始工作，操纵液压臂控制旋转和升降，所述装置在升降开始时刻同步开机，所述多线激光雷达扫描环境，获取到环境感知数据后将数据输入到运行嵌入式操作系统的所述计算主控单元，两者通过局域网进行连接，同时将所述时间同步系统接入所述局域网，确保所述多线激光雷达和计算主控单元的时间统一到精确UTC时间基准。

2.根据权利要求1所述的一种应用于高空作业机械的激光定位与建图装置，其特征在于：所述多线激光雷达为机械旋转式激光雷达、固态面阵式激光雷达、MEMS激光雷达或数字激光雷达。

3.根据权利要求1所述的一种应用于高空作业机械的激光定位与建图装置，其特征在于：所述多线激光雷达以不小于5Hz的更新速率发布点云数据。

4.根据权利要求1所述的一种应用于高空作业机械的激光定位与建图装置，其特征在于：所述时间同步系统的第一级为GNSS接收模块，通过卫星获取纳秒级精度的UTC真值时间数据，通过FPGA模块转化为PPS信号和NEMA信号输入所述多线激光雷达，所述多线激光雷达接收信号进行时间同步，同时形成NDT协议包发送给所述计算主控单元，计算主控单元通过NDT网络协议进行时间同步。

5.一种应用于高空作业机械的激光定位与建图方法，其特征在于：所述计算主控单元获取高空作业平台末端的多线激光雷达的传感器的扫描数据，将获得的点云数据投影得到场景的深度图，所述深度图的尺寸为360/角度分辨率，并对所述点云数据进行预处理，分割空洞的下方地面点以及高空作业目标点，接下来以传入的分割后的点云数据作为输入进行大的聚类，之后进行各自的特征点提取，根据每个点的平滑度提取两次得到最后的边缘点和平面点，至此获得地面点和高空作业目标点各自的平面点和边缘点；然后进行高空作业中多线激光雷达以及作业平台的定位，通过所述装置获取的特征点，进行下方地面点和高空作业目标点的帧到帧的特征匹配，匹配后进行边缘点和平面点的优化；最后进行高空作业场景的构建，通过采集到的当前帧加入全局地图，并进行回环检测优化，构建最后的高空作业环境的地图。

6.根据权利要求5所述的激光定位与建图方法，其特征在于：所述边缘点匹配在3D中即要求该点到对应点的线的距离最短，所述平面点的匹配原则是该点到对应点的平面距离最短。