一种车厢内部姿态检测方法技术

本发明专利技术提出一种车厢内部姿态检测方法，包括以下步骤：测量前进行3D视觉传感器坐标系和标准车厢坐标系的标定；采集当前车厢内部前方角点点云并分割出车厢前面、车厢侧面和车厢地面，所述车厢内部前方角点点云为同时包括车厢前面、侧面和地面的区域。3D视觉传感器跟随装卸机器人进入车厢内部，可以直接、实时采集装卸机器人前方1~2米内的相对于车厢内部的姿态图像，检测精度高，便于在装卸过程中实时调整装卸机器人的位置或方向，保证货物精准码放在预设位置，适用于各种类型的货车。适用于各种类型的货车。适用于各种类型的货车。

【技术实现步骤摘要】
一种车厢内部姿态检测方法


[0001]本专利技术涉及装卸车领域，特别涉及一种车厢内部姿态检测方法。

技术介绍

[0002]装卸货作业流程是制约物品在物流仓库和工厂之间运输及周转的主要因素。当前各类自动装卸货方案正逐渐被用于装卸车过程，用于提高装卸货效率和质量，同时能够减少人工的劳动强度，在危险品或重物搬运行业还能够降低对人身健康和安全的危害。
[0003]如专利申请号201310289503.0公开的一种袋装物料装车系统和方法，通过视觉传感器采集货车车厢的图像数据，根据图像数据计算实际的码放路径，控制工业机器人抓取货物，并按照实际的码放路径，将货物装入货车车厢内。但是当前的货物自动装车系统存在以下缺陷：1）仅适用于敞口货车，对于封闭货车，无法直接采集到车厢内部的3D姿态图像，需要使用多个视觉传感器（如分别安装在货车停车位顶部和侧面位置）将采集到的图像拼接处理才能得到车厢内部的3D姿态图像；对于车厢较长的货车，车门处的视觉传感器在采集车厢内壁图像时，由于成像距离较远，容易影响到图像精度；2）通过预先采集的车厢姿态图像，设置工业机器人的码放路径时，并没有考虑到车厢内壁、车厢侧壁与底面不垂直，以及由于胎压等问题导致的车厢底部相对地面不平等情况，不能实时调整工业机器人的码放姿态，影响到货物码放位置的精度；3）环境适应性低，将视觉传感器安装在货车停车位顶部的露天位置，易受环境影响，导致检测精度降低。

技术实现思路

[0004]针对以上不足，本专利技术提出一种车厢内部姿态检测方法，3D视觉传感器跟随装卸机器人进入车厢内部，可以直接、实时采集装卸机器人前方1~2米内的相对于车厢内部的姿态图像，检测精度高，便于在装卸过程中实时调整装卸机器人的位置或方向，保证货物精准码放在预设位置，适用于各种类型的货车。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种车厢内部姿态检测方法，所述车厢内部姿态检测方法包括以下步骤：步骤1，测量前进行3D视觉传感器坐标系和标准车厢坐标系的标定；步骤1.1，进行3D视觉传感器坐标系和标准坐标系的标定，获取所述3D视觉传感器坐标系到所述标准坐标系的转换矩阵RT1；步骤1.2，进行所述标准坐标系到标准车厢坐标系之间的标定，获取所述标准坐标系到标准车厢坐标系的转换矩阵RT2，预定义所述标准车厢坐标系的X轴、Y轴和Z轴与所述标准车厢的前面、侧面和地面分别垂直，所述标准车厢坐标系的原点为所述标准车厢的前面、侧面和地面三个平面的交点O
xyz
；步骤2，采集当前车厢内部前方角点点云并分割出车厢前面、车厢侧面和车厢地面，所述车厢内部前方角点点云为同时包括车厢前面、侧面和地面的区域；步骤2.1，所述3D视觉传感器采集车厢内部前方角点区域3D点云数据，并将所述车厢内
部前方角点的3D点云数据传送给3D数据处理模块；步骤2.2，所述3D数据处理模块通过平面分割方法获取点云中的平面集合；步骤2.3，所述3D数据处理模块逐个计算步骤2.2中平面集合中每个平面的平面方程信息，获取平面法向量，通过所述RT1和RT2将所述平面法向量转换到所述标准车厢坐标系，分别计算所述标准车厢坐标系中的平面法向量与所述标准车厢坐标系的X轴、Y轴和Z轴的夹角，筛选与平面法向量夹角最小的坐标轴，根据该坐标轴对应的车厢面信息分类平面为车厢的前面、侧面或地面；步骤2.4，所述3D数据处理模块基于步骤2.3获得的所述当前车厢的前面、侧面和地面的平面方程信息，计算三个平面的交点O
’
xyz
；步骤2.5，所述3D数据处理模块基于车厢前面、车厢侧面和车厢地面的法向量及交点O
’
xyz
信息，计算所述标准车厢坐标系到所述当前车厢坐标系的姿态转换矩阵RT3。
[0006]优选地，所述3D视觉处理模块通过所述RT1、RT2和RT3计算所述3D视觉传感器坐标系到所述当前车厢坐标系的姿态转换矩阵。
[0007]优选地，所述3D视觉传感器搭载在传感器移动设备上，所述传感器移动设备可获得所述3D视觉的移动姿态变化矩阵RT4，当所述3D视觉传感器相对于所述标准坐标系发生变化时，所述3D数据处理模块基于RT4实时修正所述3D视觉传感器坐标系到所述标准坐标系的姿态转换矩阵RT1。
[0008]优选地，所述传感器移动设备为机器人。
[0009]优选地，所述计算所述标准车厢坐标系到所述当前车厢坐标系的姿态转换矩阵RT3的步骤如下：所述3D数据处理模块基于所述车厢前面、车厢侧面和车厢地面的平面方程信息，计算所述车厢地面的法向量N
Z
，计算所述当前车厢的前面和车厢地面的交向量L
Y
或所述当前车厢的侧面和车厢地面的交向量L
X
；所述3D数据处理模块根据预设需求计算所述L
Y
到所述N
Z
的叉乘向量V
XN
，或计算所述N
Z
到所述L
X
的叉乘向量V
YN
，得到两两互相垂直的坐标轴向量V
XN
，L
Y
，N
Z
或L
X
，V
YN
，N
Z
；所述3D数据处理模块根据所述当前车厢坐标系的O
’
xyz及两两互相垂直的坐标轴向量计算所述标准车厢坐标系到所述当前车厢坐标系的姿态转换矩阵RT3。
[0010]优选地，所述获取所述3D视觉传感器坐标系到所述标准坐标系的姿态转换矩阵RT1包括以下步骤：所述3D视觉传感器采集标准样品的图像或点云信息，所述标准样品包括能识别出标准坐标系的特征；所述3D数据处理模块根据标准样品的图像或3D点云信息，提取标准坐标系信息，所述标准坐标系信息包括坐标系的X轴、Y轴、Z轴方向及原点坐标；所述3D数据处理模块根据提取的标准坐标系信息，计算所述3D视觉传感器坐标系到所述标准坐标系的姿态转换矩阵RT1。
[0011]优选地，所述标准样品为相机标定板或含有三个两两垂直的平面。
[0012]优选地，所述平面分割方法包括以下步骤：所述3D数据处理模块对车厢内部3D点云数据进行处理，判断点云数据中是否有待检测点云信息；如果没有，则返回错误信息；如果有，则进入下一步；
所述3D点云数据处理模块计算相邻点间的距离，基于距离阈值判定相应点属于不同的物体，以此方法遍历点云中所有的点，分割出多组物体数据，同时统计每组物体数据中的点云数量；所述3D点云数据处理模块剔除步骤2.3中点云数量小于设定阈值的物体；所述3D点云数据处理模块用随机采样一致性方法拟合出步骤2.4点云中的平面集合，并剔除所述平面集合中点数或面积小于设定阈值的平面。
[0013]一种自动装卸设备，包括3D视觉传感器、装卸机器人和3D数据处理模块；所述自动装卸设备应用一种车厢内部姿态检测方法；所述3D视觉传感器安装在所述装卸机器人上，用于跟随所述装卸机器人进入车厢内部，实时采集车厢内部前方的角点点云；所述3D数据处理模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车厢内部姿态检测方法，其特征在于，所述车厢内部姿态检测方法包括以下步骤：步骤1，测量前进行3D视觉传感器坐标系和标准车厢坐标系的标定；步骤1.1，进行3D视觉传感器坐标系和标准坐标系的标定，获取所述3D视觉传感器坐标系到所述标准坐标系的转换矩阵RT1；步骤1.2，进行所述标准坐标系到标准车厢坐标系之间的标定，获取所述标准坐标系到标准车厢坐标系的转换矩阵RT2，预定义所述标准车厢坐标系的X轴、Y轴和Z轴与所述标准车厢的前面、侧面和地面分别垂直，所述标准车厢坐标系的原点为所述标准车厢的前面、侧面和地面三个平面的交点O
xyz
；步骤2，采集当前车厢内部前方角点点云并分割出车厢前面、车厢侧面和车厢地面，所述车厢内部前方角点点云为同时包括车厢前面、侧面和地面的区域；步骤2.1，所述3D视觉传感器采集车厢内部前方角点区域3D点云数据，并将所述车厢内部前方角点的3D点云数据传送给3D数据处理模块；步骤2.2，所述3D数据处理模块通过平面分割方法获取点云中的平面集合；步骤2.3，所述3D数据处理模块逐个计算步骤2.2中平面集合中每个平面的平面方程信息，获取平面法向量，通过所述RT1和RT2将所述平面法向量转换到所述标准车厢坐标系，分别计算所述标准车厢坐标系中的平面法向量与所述标准车厢坐标系的X轴、Y轴和Z轴的夹角，筛选与平面法向量夹角最小的坐标轴，根据该坐标轴对应的车厢面信息分类平面为车厢的前面、侧面或地面；步骤2.4，所述3D数据处理模块基于步骤2.3获得的所述当前车厢的前面、侧面和地面的平面方程信息，计算三个平面的交点O
’
xyz
；步骤2.5，所述3D数据处理模块基于车厢前面、车厢侧面和车厢地面的法向量及交点O
’
xyz
信息，计算所述标准车厢坐标系到所述当前车厢坐标系的姿态转换矩阵RT3。2.如权利要求1所述的一种车厢内部姿态检测方法，其特征在于，所述3D视觉处理模块通过所述RT1、RT2和RT3计算所述3D视觉传感器坐标系到所述当前车厢坐标系的姿态转换矩阵。3.如权利要求1所述的一种车厢内部姿态检测方法，其特征在于，所述3D视觉传感器搭载在传感器移动设备上，所述传感器移动设备可获得所述3D视觉的移动姿态变化矩阵RT4，当所述3D视觉传感器相对于所述标准坐标系发生变化时，所述3D数据处理模块基于RT4实时修正所述3D视觉传感器坐标系到所述标准坐标系的姿态转换矩阵RT1。4.如权利要求3所述的一种车厢内部姿态检测方法，其特征在于，所述传感器移动设备为机器人。5.如权利要求1所述的一种车厢内部姿态检测方法，其特征在于，所述计算所述标准车厢坐标系到所述当前车厢坐标系的姿态转换矩阵RT3的步骤如下：所述3D数据处理模块基于所述车厢前面、车厢侧面和车厢地面的平面方程信息，计算所述车厢地面的法向量N
Z
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【专利技术属性】
技术研发人员：王春梅，黄怡，
申请(专利权)人：南京景曜智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：