一种斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法及系统技术方案

本发明专利技术属于激光雷达参数标定技术领域，具体提供一种斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法及系统，其中方法包括：根据坐标系相对位置关系计算激光雷达扫描数据和三维点云数据之间的转换关系，然后通过斗轮堆取料机运动扫描现场数据，并根据测量的初始值将激光雷达返回的数据转换成三维点云数据。再使用随机采样一致平面拟合方法拟合出三维点云数据中的地面数据，并设计目标函数，使用遗传算法计算出激光雷达的安装参数。通过该方案得到的料堆现场的地面标定悬臂式斗轮堆取料机机载激光雷达的安装参数，具有很高的精度，且操作简便，不需要使用全站仪或者反光条，为后续斗轮机自动堆取料策略的设计提供基础。机自动堆取料策略的设计提供基础。机自动堆取料策略的设计提供基础。

【技术实现步骤摘要】
一种斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法及系统


[0001]本专利技术涉及激光雷达参数标定
，更具体地，涉及一种斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法及系统。

技术介绍

[0002]悬臂式斗轮堆取料机是钢铁企业原料场重要的作业设备，为了实现斗轮堆取料机的全自动化，提高作业效率，很多企业在取料机的悬臂上安装了激光雷达系统。通过斗轮堆取料机的平移、俯仰和回转来扫描料堆，实时获取现场料堆的三维点云模型；然后通过对料堆三维点云模型的分析，计算取料时斗轮切入点和切入角度和堆料时的堆料位置和高度，进而实现斗轮堆取料机的全自动化。料堆三维模型能准确获取的前提是激光雷达的安装参数能准确校准，由于原料场需要扫描的范围很大(半径几十米)，安装参数微小的偏差都会带来较大的料堆三维模型误差。因此如何标定悬臂式斗轮堆取料机机载激光雷达的安装参数成为散货原料场实现动化取料的前提。
[0003]激光雷达的安装位置不易直接测量，包括三个平移参数和三个旋转参数，目前国内企业的斗轮堆取料机机载激光雷达的安装参数标定多采用全站仪和反光片来实现。这种方式需要额外的标定设备，增加了标定成本，且需要在料堆现场大范围的贴多个反光片，反光片的安装位置直接影响标定参数精度，另外标定过程中需要更换全站仪的位置，进一步带来标定误差。
[0004]综上所述，研发一种操作便捷且满足全自动取料精度的斗轮堆取料机机载激光雷达安装参数的标定方法是钢铁企业原料场实现堆取料作业全自动化的关键技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中存在的斗轮堆取料机机载激光雷达安装参数的标定误差大的技术问题。
[0006]本专利技术提供了一种斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法，包括以下步骤：
[0007]S1，针对斗轮堆取料机关节分别建立坐标系，并建立以激光雷达光学中心为原点的激光雷达坐标系；
[0008]S2，使用激光雷达扫描并采集现场数据；
[0009]S3，获取激光雷达的安装参数的初始值；
[0010]S4，根据初始值及坐标转换关系，将采集的现场数据转换成世界坐标系下的三维点云数据；
[0011]S5，截取三维点云数据中包含料场地面的地面点云数据；
[0012]S6，使用随机采样一致(Random Sample Consensus)平面拟合方法拟合上述地面数据，拟合平面内的点即为地面上的点；
[0013]S7，将地面上的点通过坐标转换成激光雷达坐标系的点；
[0014]S8，根据地面上所有点的z轴坐标为0，且都在同一个平面上，设计目标函数；
[0015]S9，根据目标函数设计算法来算出一组激光雷达的安装参数。
[0016]优选地，所述S1具体包括：
[0017]将斗轮堆取料机平移关节、回转关节和俯仰关节分别监利坐标系，然后根据坐标系的相对位置关系计算激光雷达扫描数据和三维点云数据之间的转换关系。
[0018]优选地，所述S2具体包括：
[0019]通过斗轮堆取料机的行走、回转和俯仰来扫描并采集现场数据，激光雷达返回的数据包含两个参数(r,θ)，r为激光雷达扫描返回的距离，θ为激光单线扫描中的扫描角度。
[0020]优选地，所述S3具体包括：
[0021]通过直接在图纸上测量以得到三个偏移参数，通过手持水平仪在激光雷达上测量以得到三个旋转参数。
[0022]优选地，所述S9具体包括：
[0023]根据目标函数设计遗传算法，设定安装参数的上下界、初始种群数和迭代次数，运行遗传算法算出一组激光雷达的安装参数。
[0024]优选地，所述S9之后还包括S10：
[0025]根据步骤S9中获取的安装参数，重新执行步骤S4来验证是否能获取良好的料场三维点云模型，如果点云精度满足斗轮堆取料机自动作业的需求，则停止计算，得到了满意的激光雷达的安装参数；如果点云精度不满足斗轮堆取料机自动作业的需求，则以步骤S9中获取的参数为初始值，重新执行步骤S4～S9，直到获取到满意的激光雷达安装参数。
[0026]优选地，所述目标函数为min{abs(Ground
z
)+std(Ground
z
)},其中Ground
z
代表地面点云的z坐标矩阵，abs表示取绝对值，std表示求标准差。
[0027]本专利技术还提供了一种斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定系统，所述系统用于实现斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法的步骤，具体包括：
[0028]坐标系建立模块，用于针对斗轮堆取料机建立固定的世界坐标系，并建立以激光雷达光学中心为原点的激光雷达坐标系；
[0029]点云数据获取模块，用于使用激光雷达扫描并采集现场数据；获取激光雷达的安装参数的初始值；根据初始值及坐标转换关系，将采集的现场数据转换成世界坐标系下的三维点云数据；
[0030]地面点云数据模块，用于截取三维点云数据中包含料场地面的地面点云数据；使用随机采样一致(Random Sample Consensus)平面拟合方法拟合上述地面数据，拟合平面内的点即为地面上的点；
[0031]安装参数计算模块，用于将地面上的点通过坐标转换成激光雷达坐标系的点；根据地面上所有点的z轴坐标为0，且都在同一个平面上，设计目标函数；根据目标函数设计算法来算出一组激光雷达的安装参数。
[0032]本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法的步骤。
[0033]本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法的步骤。
[0034]有益效果：本专利技术提供的一种斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法及系
统，其中方法包括：坐标系的建立，根据坐标系相对位置关系计算激光雷达扫描数据和三维点云数据之间的转换关系，然后通过斗轮堆取料机运动扫描现场数据，并根据测量的初始值将激光雷达返回的数据转换成三维点云数据。再使用随机采样一致平面拟合方法拟合出三维点云数据中的地面数据，并利用地面上的数据共面且高度为零的特点设计目标函数，使用遗传算法计算出激光雷达的安装参数。通过该方案得到的料堆现场的地面标定悬臂式斗轮堆取料机机载激光雷达的安装参数，具有很高的精度，且操作简便，不需要使用全站仪或者反光条，为后续斗轮机自动堆取料策略的设计提供基础。
附图说明
[0035]图1为本专利技术提供的一种斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法流程图；
[0036]图2为本专利技术提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
[0037]图3为本专利技术提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图；
[0038]图4为本专利技术提供的各个坐标系的示意图；
[0039]图5为本专利技术提供的截取的地面三维点云示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，针对斗轮堆取料机关节分别建立坐标系，并建立以激光雷达光学中心为原点的激光雷达坐标系；S2，使用激光雷达扫描并采集现场数据；S3，获取激光雷达的安装参数的初始值；S4，根据初始值及坐标转换关系，将采集的现场数据转换成世界坐标系下的三维点云数据；S5，截取三维点云数据中包含料场地面的地面点云数据；S6，使用随机采样一致(Random Sample Consensus)平面拟合方法拟合上述地面数据，拟合平面内的点即为地面上的点；S7，将地面上的点通过坐标转换成激光雷达坐标系的点；S8，根据地面上所有点的z轴坐标为0，且都在同一个平面上，设计目标函数；S9，根据目标函数设计算法来算出一组激光雷达的安装参数。2.根据权利要求1所述的斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法，其特征在于，所述S1具体包括：将斗轮堆取料机平移关节、回转关节和俯仰关节分别监利坐标系，然后根据坐标系的相对位置关系计算激光雷达扫描数据和三维点云数据之间的转换关系。3.根据权利要求1所述的斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法，其特征在于，所述S2具体包括：通过斗轮堆取料机的行走、回转和俯仰来扫描并采集现场数据，激光雷达返回的数据包含两个参数(r,θ)，r为激光雷达扫描返回的距离，θ为激光单线扫描中的扫描角度。4.根据权利要求1所述的斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法，其特征在于，所述S3具体包括：通过直接在图纸上测量以得到三个偏移参数，通过手持水平仪在激光雷达上测量以得到三个旋转参数。5.根据权利要求1所述的斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法，其特征在于，所述S9具体包括：根据目标函数设计遗传算法，设定安装参数的上下界、初始种群数和迭代次数，运行遗传算法算出一组激光雷达的安装参数。6.根据权利要求1所述的斗轮堆取料机机载激光雷达的参数标定方法，其特征在于，所述S9之后还包括S10：根据步骤S9中获取的安装参数，重新执行步骤S4来验证是否能获取良好的料场三维点云模型，如果点云精度满足斗轮堆取料机自动作业的需...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊文羽，姜炎城，路万林，刘礼杰，赵菁，
申请(专利权)人：中冶南方工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：