基于2D激光SLAM的龙门吊负载防撞控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于2D激光SLAM的龙门吊负载防撞控制方法及装置，获取安装在负载前后侧的激光传感器在垂直地面方向上采集到的初始点云数据，根据初始点云数据进行激光角度校正，标定得到两个激光传感器之间的相对距离、堆场范围和吊具范围；在负载移动过程中获取集装箱表面的点云数据，根据集装箱表面的点云数据进行直线检测，确定直线方程并提取直线的特征向量；采用最邻近匹配算法对点云数据在不同时刻的直线的特征向量进行匹配，并计算负载移动的距离；根据负载移动的距离更新堆场的栅格地图；根据直线方程以及吊具范围对负载进行防撞控制，并根据更新后的堆场的栅格地图绘制出层高信息图，可减轻司机作业难度，提升码头作业安全。头作业安全。头作业安全。

【技术实现步骤摘要】
基于2D激光SLAM的龙门吊负载防撞控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及激光SLAM领域，具体涉及一种基于2D激光SLAM的龙门吊负载防撞控制方法及装置。

技术介绍

[0002]码头的RTG设备在堆场搬运集装箱操作时，司机需要手动驾驶RTG在堆场内搬运集装箱，完成吊箱工作，并观察周围情况做出制动判断。具体的，龙门吊作业过程中，司机驾驶小车，小车下方设有吊具，该吊具用来吊装集装箱，将集装箱移动并放置在堆场中。小车和吊具作为负载，在移动过程中，需通过司机行驶过程中进行自主判断其与堆场上的集装箱之间的距离，以避免发生碰撞，导致严重事故发生。这种传统判断方式的缺点是容易分散司机的注意力，容易导致司机信息传递不及时而发生事故。另外，司机的视线容易受到其他干扰导致判断失误。因此亟需一种准确及时控制龙门吊负载防撞的方法。

技术实现思路

[0003]针对上述提到的技术问题。本申请的实施例的目的在于提出了一种基于2D激光SLAM的龙门吊负载防撞控制方法及装置，来解决以上
技术介绍
部分提到的技术问题。
[0004]第一方面，本专利技术提供了一种基于2D激光SLAM的龙门吊负载防撞控制方法，包括以下步骤：
[0005]获取安装在负载前后侧的激光传感器在垂直地面方向上采集到的初始点云数据，根据初始点云数据进行激光角度校正，标定得到两个激光传感器之间的相对距离、堆场范围和吊具范围；
[0006]在负载移动过程中获取集装箱表面的点云数据，根据集装箱表面的点云数据进行直线检测，确定直线方程并提取直线的特征向量；
[0007]采用最邻近匹配算法对点云数据在不同时刻的直线的特征向量进行匹配，根据匹配后的直线的特征向量计算负载移动的距离；
[0008]根据堆场范围构建初始的堆场的栅格地图，根据负载移动的距离和两个激光传感器之间的相对距离更新堆场的栅格地图；
[0009]根据直线方程以及吊具范围对负载进行防撞控制，并根据更新后的堆场的栅格地图绘制出层高信息图。
[0010]作为优选，根据初始点云数据进行激光角度校正，具体包括：
[0011]根据初始点云数据进行直线检测，确定地面上的直线，利用区域生长法筛选并拟合地面上的直线，得到拟合的直线，根据拟合的直线计算出激光传感器的发出的激光相对于参考坐标系的角度偏差，通过校正角度偏差使激光传感器的发出的激光的角度垂直正对地面。
[0012]作为优选，标定吊具与集装箱的接触区域和抓取范围，具体包括：
[0013]当吊具抓取集装箱并将其放置在地面上时，获取集装箱表面的初始点云数据，根
据两个时刻采集的集装箱表面的初始点云数据检测集装箱表面的直线特征，根据集装箱表面的直线特征对两个时刻采集的集装箱表面的初始点云数据进行配准，通过分析集装箱表面的点云密度和分布确定吊具与集装箱的接触区域和抓取范围。
[0014]作为优选，根据集装箱表面的点云数据进行直线检测，确定直线方程并提取直线的特征向量，具体包括：
[0015]从集装箱表面的点云数据中按顺序选择若干点作为起始点，并且根据起始点的坐标采用最小二乘法构建二元一次的直线方程，通过SVD算法求解二元一次的直线方程的初始系数；
[0016]采用区域生长法将二元一次的直线方程的范围扩展至集装箱表面的点云数据中的其余点；响应于存在重叠的直线，判定重叠区域，根据重叠区域中离直线的距离值判定点的所属直线方程；
[0017]根据直线方程和直线方程中的点云坐标构造直线的特征向量，直线的特征向量包括直线的角度、直线的端点和中心点。
[0018]作为优选，采用最邻近匹配算法对点云数据在不同时刻的直线的特征向量进行匹配，根据匹配后的直线的特征向量计算负载移动的距离，具体包括：
[0019]计算不同时刻的直线的特征向量之间的距离，并选择距离最近的直线的特征向量进行匹配，匹配后的直线的特征向量表示为：
[0020]MatchDesc＝{(LineDescO1,LineDescN1),
…
,(LineDescOn,LineDescNn)}；
[0021]其中，LineDescOn和LineDescNn表示第n组匹配的直线的特征向量；
[0022]采用下式计算负载移动的距离：
[0023][0024]作为优选，根据堆场范围构建初始的堆场的栅格地图，根据负载移动的距离和两个激光传感器之间的相对距离更新堆场的栅格地图，具体包括：
[0025]整个堆场的X轴方向长度为X
len
，Y轴方向长度为Y
len
，初始的堆场的栅格地图为M
Xlen
×
Ylen
＝0；
[0026]激光传感器在初始位置采集到的第一帧点云数据为A＝{(x
a1
,y
a1
)...(x
an
,y
an
)}，接收到第一帧点云数据时堆场的栅格地图为：M[x
ai
‑
d
相对
,y
ai
]＝1，其中，d
相对
表示两个激光传感器之间的相对距离；
[0027]采集到的第二帧点云数据为B＝{(x
b1
,y
b1
)...(x
bn
,y
bn
)}，根据第一帧点云数据和第二帧点云数据计算出负载移动的距离d，接收到第二帧点云数据时更新堆场的栅格地图为：M[x
bi
‑
d,y
bi
]＝1。
[0028]作为优选，根据直线方程以及吊具范围对负载进行防撞控制，具体包括：
[0029]根据直线方程确定集装箱表面在堆场的位置以及距离负载的距离，响应于直线方程的端点与吊具范围的距离小于阈值，控制负载减速和停止。
[0030]第二方面，本专利技术提供了一种基于2D激光SLAM的龙门吊负载防撞控制装置，包括：
[0031]校正标定模块，被配置为获取安装在负载前后侧的激光传感器在垂直地面方向上采集到的初始点云数据，根据初始点云数据进行激光角度校正，标定得到两个激光传感器之间的相对距离、堆场范围和吊具范围；
[0032]特征提取模块，被配置为在负载移动过程中获取集装箱表面的点云数据，根据集装箱表面的点云数据进行直线检测，确定直线方程并提取直线的特征向量；
[0033]特征匹配模块，被配置为采用最邻近匹配算法对点云数据在不同时刻的直线的特征向量进行匹配，根据匹配后的直线的特征向量计算负载移动的距离；
[0034]栅格地图更新模块，被配置为根据堆场范围构建初始的堆场的栅格地图，根据负载移动的距离和两个激光传感器之间的相对距离更新堆场的栅格地图；
[0035]控制模块，被配置为根据直线方程以及吊具范围对负载进行防撞控制，并根据更新后的堆场的栅格地图绘制出层高信息图。
[0036]第三方面，本专利技术提供了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于2D激光SLAM的龙门吊负载防撞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取安装在负载前后侧的激光传感器在垂直地面方向上采集到的初始点云数据，根据所述初始点云数据进行激光角度校正，标定得到两个激光传感器之间的相对距离、堆场范围和吊具范围；在负载移动过程中获取集装箱表面的点云数据，根据所述集装箱表面的点云数据进行直线检测，确定直线方程并提取直线的特征向量；采用最邻近匹配算法对所述点云数据在不同时刻的直线的特征向量进行匹配，根据匹配后的直线的特征向量计算负载移动的距离；根据堆场范围构建初始的堆场的栅格地图，根据所述负载移动的距离和两个激光传感器之间的相对距离更新堆场的栅格地图；根据所述直线方程以及吊具范围对所述负载进行防撞控制，并根据更新后的堆场的栅格地图绘制出层高信息图。2.根据权利要求1所述的基于2D激光SLAM的龙门吊负载防撞控制方法，其特征在于，所述根据所述初始点云数据进行激光角度校正，具体包括：根据所述初始点云数据进行直线检测，确定地面上的直线，利用区域生长法筛选并拟合地面上的直线，得到拟合的直线，根据拟合的直线计算出所述激光传感器的发出的激光相对于参考坐标系的角度偏差，通过校正所述角度偏差使所述激光传感器的发出的激光的角度垂直正对地面。3.根据权利要求1所述的基于2D激光SLAM的龙门吊负载防撞控制方法，其特征在于，所述标定吊具与集装箱的接触区域和抓取范围，具体包括：当吊具抓取集装箱并将其放置在地面上时，获取集装箱表面的初始点云数据，根据两个时刻采集的所述集装箱表面的初始点云数据检测集装箱表面的直线特征，根据所述集装箱表面的直线特征对两个时刻采集的所述集装箱表面的初始点云数据进行配准，通过分析集装箱表面的点云密度和分布确定吊具与集装箱的接触区域和抓取范围。4.根据权利要求1所述的基于2D激光SLAM的龙门吊负载防撞控制方法，其特征在于，所述根据所述集装箱表面的点云数据进行直线检测，确定直线方程并提取直线的特征向量，具体包括：从所述集装箱表面的点云数据中按顺序选择若干点作为起始点，并且根据所述起始点的坐标采用最小二乘法构建二元一次的直线方程，通过SVD算法求解二元一次的直线方程的初始系数；采用区域生长法将二元一次的直线方程的范围扩展至所述集装箱表面的点云数据中的其余点；响应于存在重叠的直线，判定重叠区域，根据所述重叠区域中离直线的距离值判定点的所属直线方程；根据所述直线方程和直线方程中的点云坐标构造直线的特征向量，所述直线的特征向量包括直线的角度、直线的端点和中心点。5.根据权利要求1所述的基于2D激光SLAM的龙门吊负载防撞控制方法，其特征在于，所述采用最邻近匹配算法对所述点云数据在不同时刻的直线的特征向量进行匹配，根据匹配后的直线的特征向量计算负载移动的距离，具体包括：计算不同时刻的直线的特征向量之间的距离，并选择距离最近的直线的特征向量进行
匹配，匹配后的直线的特征向量表示为：MatchDesc＝{(LineDescO1,LineDescN1),
…
,(LineDescOn,LineDescNn)}；其中，LineDescOn和LineDescNn表示第n组匹配的直线的特征向量；采用下式计算负载移动的距离：6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：田昭，李招云，万锦旗，佘中健，刘国方，戴毅斌，陶庆永，李其全，林俊强，张强，刘键涛，魏秋新，
申请(专利权)人：福建电子口岸股份有限公司，
类型：发明
国别省市：