面向自动化装车的车厢位姿测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提出一种面向自动化装车的车厢位姿测量系统及方法，包括机控制系统和测量机构，所述测量机构包括伸缩杆机构、360°激光扫描测距雷达、激光测距仪，测量待测车厢的位姿时，通过控制系统控制伸缩杆机构带动360°激光扫描测距雷达和激光测距仪下移，控制系统根据360°激光扫描测距雷达采集的数据识别车厢的存在，当识别到车厢存在时，触发激光测距仪采集深度数据，通过360°激光扫描测距雷达采集车厢内部的数据实现车厢位姿的估算。通过实时数据来计算车厢顶点坐标，确保了检测的实时性，通过特定算法筛选出估计误差小的坐标点，保证了算法的鲁棒性和精确性，所述测量系统可以测量任意车型，无需对车辆停靠位置严格限定。

Carriage pose measurement system and method for automatic loading

【技术实现步骤摘要】
面向自动化装车的车厢位姿测量系统及方法
本专利技术涉及车厢测量定位领域，具体涉及一种面向自动化装车的车厢位姿测量系统及方法。
技术介绍
人工进行货物装车，不仅工作繁重，而且易对身体造成损伤，特别是装载水泥、化肥等货物时，高密度粉尘、浓烈的异味等对人体危害很大。随着体力劳动人口减少，雇佣装车工人也越发困难。货物自动装车系统可以避免人体伤害，提升工作效率，有效解决当前货物装车行业面临的困境。实现货物自动装车的首要关键环节是确定货车车厢的长、宽、高等参数，以及车厢的停靠位置，即车厢位姿。当前自动装车系统使用的车厢参数与位姿测量方法有两种，一是人工测量，需要车辆准确停靠到预定位置后，然后人工测量车厢长、宽、高，再将测量结果手动输入到自动装车系统中；二是采用的是红外光电扫描技术，该技术利用跟踪扫描的方法，对机动车的长、宽、高三个方向上进行轮廓跟踪扫描，根据所得到的一系列三维数据，对机动车轮廓重构，得到车辆的长、宽、高等参数。上述两种方法都对驾驶员驾车技术有非常高要求，需要准确停靠到指定位置或是沿着固定方向稳定行进，而当车辆位置或方向与预设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向自动化装车的车厢位姿测量系统，其特征在于，包括控制系统和测量机构，所述测量机构包括伸缩杆机构、360°激光扫描测距雷达、激光测距仪，360°激光扫描测距雷达安装在伸缩杆机构的正下方，激光测距仪固定在伸缩杆机构的侧面，360°激光扫描测距雷达和激光测距仪分别通过串口通信与控制系统相连，测量待测车厢的位姿时，将测量机构竖直安装在被测车厢的正上方，测量机构的固定位置高于车厢的厢顶面，且满足测量机构竖直方向下移时不与车厢的厢壁发生干涉，通过控制系统控制伸缩杆机构带动360°激光扫描测距雷达和激光测距仪下上移动；/n所述伸缩杆机构用于带动360°激光扫描测距雷达和激光测距仪实现竖直方向的上下...

【技术特征摘要】
1.一种面向自动化装车的车厢位姿测量系统，其特征在于，包括控制系统和测量机构，所述测量机构包括伸缩杆机构、360°激光扫描测距雷达、激光测距仪，360°激光扫描测距雷达安装在伸缩杆机构的正下方，激光测距仪固定在伸缩杆机构的侧面，360°激光扫描测距雷达和激光测距仪分别通过串口通信与控制系统相连，测量待测车厢的位姿时，将测量机构竖直安装在被测车厢的正上方，测量机构的固定位置高于车厢的厢顶面，且满足测量机构竖直方向下移时不与车厢的厢壁发生干涉，通过控制系统控制伸缩杆机构带动360°激光扫描测距雷达和激光测距仪下上移动；
所述伸缩杆机构用于带动360°激光扫描测距雷达和激光测距仪实现竖直方向的上下移动；
所述360°激光扫描测距雷达用于采集车厢的极坐标数据点集；
所述激光测距仪用于采集车厢的深度数据；
所述控制系统用于根据采集到的极坐标数据点集识别车厢的存在，并估算车厢的位姿，所述车厢的位姿包括车厢的长度值、宽度值、车厢偏移角度值；
所述控制系统还用于根据采集到的深度数据实现车厢深度的测量。


2.根据权利要求1所述的一种面向自动化装车的车厢位姿测量系统，其特征在于，所述的伸缩杆机构包括伺服电机、电动缸固定座、电动缸推杆，伺服电机固定在竖直安装的电动缸固定座上，伺服电机的输出轴通过联轴器与电动缸推杆的输入轴相连，电动缸推杆的底端安装有360°激光扫描测距雷达，电动缸推杆的底部侧面安装有激光测距仪。


3.一种权利要求1或2所述的面向自动化装车的车厢位姿测量系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将测量机构竖直安装在被测车厢的正上方，测量机构的固定位置高于车厢的厢顶面，且满足测量机构竖直方向下移时不与车厢的厢壁发生干涉；
步骤2：通过控制系统控制伸缩杆机构下移，伸缩杆机构带动360°激光扫描测距雷达和激光测距仪下移，控制系统根据360°激光扫描测距雷达采集的极坐标数据点集识别车厢的存在；
步骤3：当控制系统识别到车厢的存在时，触发激光测距仪采集次深度数据，来实现车厢深度的测量，表示激光测距仪的预设采样次数；
步骤4：当控制系统识别到车厢的存在后，控制系统控制360°激光扫描测距雷达在车厢内移动，通过360°激光扫描测距雷达采集的极坐标数据点集实现车厢位姿的估算；
步骤5：通过控制系统计算得到车厢的位姿数据以及深度值后，控制伸缩杆机构上移到初始位置，测量结束。


4.根据权利要求3所述的一种面向自动化装车的车厢位姿测量系统的使用方法，其特征在于，所述步骤2中的控制系统根据360°激光扫描测距雷达采集的极坐标数据点集识别车厢的存在，具体表述为：
S2.1：当未检测到车厢的存在时，通过控制系统设置360°激光扫描测距雷达的采样时间间隔△t1，360°激光扫描测距雷达和激光测距仪随着伸缩杆机构下移，360°激光扫描测距雷达每间隔△t扫描一次，并采集极坐标数据点集其中θ表示测量点相对于360°激光扫描测距雷达自身朝向的夹角的角度值，r表示360°激光扫描测距雷达距离当前测量点之间的距离值，表示第i次扫描时采集到的第m个数据点的角度值，表示第i次扫描时采集到的第m个数据点的距离值，n表示360°激光扫描测距雷达第i次扫描时采集到的极坐标数据点的总个数；
S2.2：控制系统实时读取360°激光扫描测距雷达采集的极坐标数据点集，存储在控制系统中，并统计第i次采集的极坐标数据点集中非(θmi,0)坐标点的个数Li，通过公式(1)计算非(θmi,0)坐标点所占比值ηi，其中j∈(1,n)；



S2.3：当控制系统检测到，360°激光扫描测距雷达最新一次扫描时采集到的极坐标数据点集中非(θmj,0)坐标点的个数Lj所占比值时，则说明360°激光扫描测距雷达已经检测到车厢的存在，其中表示非(θmj,0)坐标点个数的给定阈值，如果控制系统未检测到车厢的存在，则继续控制伸缩杆机构下移，直至检测到车厢的存在时，控制系统停止对伸缩杆机构下移的自动控制。


5.根据权利要求3所述的一种面向自动化装车的车厢位姿测量系统的使用方法，其特征在于，所述步骤3具体表述为：
S3.1：当识别到车厢存在时，通过控制系统控制激光测距仪采集次深度数据，记为
S3.2：计算则Hh即为车厢的深度值。


6.根据权利要求3所述的一种面向自动化装车的车厢位姿测量系统的使用方法，其特征在于，所述步骤4具体表述为：
S4.1：当360°激光扫描测距雷达检测到车厢存在后，通过控制系统控制伸缩杆机构下移到车厢内的某一给定高度H'；
S4.2：通过控制系统控制360°激光扫描测距雷达在高度H'的位置进行一次扫描，记录采集到的极坐标数据点集为
S4.3：对所述极坐标数据点集进行中值滤波处理，得到处理后的极坐标数据点集为
S4.4：对极坐标数据点集中的n个极坐标数据点进行自适应筛选，得到一个新的极坐标数据点集{(θs,rs),(θe,re),(θ1,r1),(θ2,r2),(θ3,r3),(θ4,r4)}，所述自适应筛选是指对α随机选取不同的数值，其中α的取值范围为0＜α＜1；
S4.5：将新的极坐标数据点集{(θm,rm),(θs,rs),(θe,re),(θ1,r1),(θ2,r2),(θ3,r3),(θ4,r4)}中的极坐标表示的数据点转换为直角坐标系中的对应点坐标，转换后的直角坐标数据点集记为{(xm,ym),(xs,ys),(xe,ye),(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4)}，其中(xm,ym)为(θm,rm)在直角坐标系中对应点的坐标，(xs,ys)为(θs,rs)在直角坐标系中对应点的坐标，(xe,ye)为(θe,re)在直角坐标系中对应点的坐标，(x1,y1)为(θ1,r1)在直角坐标系中对应点的坐标，(x2,y2)为(θ2,r2)在直角坐标系中对应点的坐标，(x3,y3)为(θ3,r3)在直角坐标系中对应点的坐标，(x4,y4)为(θ4,r4)在直角坐标系中对应点的坐标；
S4.6：将(xm,ym)、(xs,ys)、(xs,ys)三点，利用线性回归方法拟合为一条拟合直线记为l，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁其川，谭嘉崴，姜运祥，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21