【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集装箱吊具位姿识别领域，尤其涉及一种基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法。
技术介绍
1、集装箱轮胎吊是龙门吊的一种，全称轮胎式集装箱起重机。其如同大门一样跨接装载区域和工作区域。通常，在龙门吊两侧装有轮子或其他移动机构，使龙门吊整体（通常称为大车）可以在两个区域内移动。龙门吊上方的横梁装有行走轨道，供司机室及提升装置（通常称为小车）在横梁上移动。
2、集装箱吊具（英文名“spreader”），为提升装置的一部分，使用集装箱吊具可以抓取iso标准的集装箱（20～45英尺长，宽度固定）。在抓取不同长度的集装箱时，依靠马达驱动链传动，使吊具的伸缩梁可以伸长或缩短，达到改变吊具长度以匹配集装箱的长度。集装箱上的四个角处设置有锁孔，吊具四角的锁头可以通过信号控制旋转，达到锁定或松开锁孔的效果。
3、使用龙门吊抓取集装箱的工作流程是将吊具移动至集装箱上，将锁头与锁孔对齐，当确认锁头完全进入锁孔后，旋转锁头进行啮合，再进行提升作业。而无论抓取集装箱、提升集装箱，还是在下放集装箱的过程，吊具的位姿都对上述作业存在影响。尤其是大车方向偏移、小车方向偏移、偏航角偏移这三个位姿元素。其中大车方向指龙门吊两侧轮胎的行进方向，小车方向指龙门吊上司机室沿横梁导轨运动的方向。
4、专利cn102452611a公开了一种使用图像捕捉设备和发射灯作为标识物的吊具空间姿态检测装置。该方法将图像捕捉设备安装在起重机小车底部，在吊具上方连接一个三脚架用以固定发射灯。其中图像捕捉设备是可连续捕捉多个图像的照相机或摄像机
5、专利cn114897981a公开了一种使用两个双目相机和四个十字状靶标的检测方法。该方法将两个双目相机安装在小车底部，将拍摄到的靶标图像传输给计算机，由计算机计算吊具此时的偏移量和旋转量，实现位姿识别。该方法中使用了两个双目相机，双目相机图像的处理非常消耗计算资源，从而增加了计算成本。
6、因此，有必要提供一种基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，通过激光雷达采集顶部轮廓边缘处设置有反光标识物的吊具的点云数据，通过对点云数据的处理与计算得到吊具的位姿，保证测量精度的同时，降低检测成本，提高检测效率。
2、本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，包括如下步骤：
3、部署激光雷达和反光标识物，将所述激光雷达设置于小车的下表面且正对固定于所述小车下方的吊具；将所述反光标识物设置于所述吊具的轮廓边缘处；
4、建立基于实际空间位置的世界坐标系；
5、获取激光雷达的点云数据，将点云数据转换到世界坐标系下并投影为点云场景图；
6、在点云场景图中提取所述反光标识物的点云数据，将所述反光标识物作为吊具的轮廓计算所述吊具的中心点位置和偏转角度；
7、根据所述吊具的尺寸、中心点位置和偏转角度在所述点云场景图中提取所述吊具的点云数据并作为一帧点云图像保存；
8、根据所述吊具的点云图像计算所述吊具的位姿。
9、优选地，所述激光雷达为多个，多个所述激光雷达在所述小车的下表面均匀分布，所述检测方法包括：
10、获取多个所述激光雷达的点云数据，
11、将多个所述激光雷达的点云数据合并；
12、将合并后的点云数据的点云数目与设定的总点云阈值进行比较，若点云数目大于等于设定的总点云阈值，表示点云数据合格；若点云数目小于设定的总点云阈值，表示点云数据不合格，则继续获取所述激光雷达的点云数据，直到得到合格的点云数据；
13、将合格的点云数据转换到世界坐标系下并投影为点云场景图。
14、优选地，所述吊具包括中心架和连接所述中心架的伸缩梁，所述反光标识物为多个，所述反光标识物至少包括设置于所述伸缩梁顶角的第一反光标识物和设置于所述中心架顶部边缘处的第二反光标识物；所述反光标识物的尺寸为预先测量的尺寸，所述检测方法包括：
15、根据预先测量的所述反光标识物的位置与尺寸，生成每个所述反光标识物的模板图片；
16、将所述反光标识物的模板图片与点云场景图进行滑动匹配，提取所述反光标识物所在区域的点云，得到所述反光标识物的点云数据。
17、优选地，针对所述反光标识物的点云数据设定有限定其点云数目的标识物点云阈值，所述检测方法还包括：
18、将所述反光标识物的点云数据的点云数目与设定的标识物点云阈值进行比较，若点云数目大于等于设定的标识物点云阈值，表示所述反光标识物的点云数据合格；若点云数目小于设定的标识物点云阈值，表示所述反光标识物的点云数据不合格，则重新获取所述激光雷达的点云数据，投影得到新的点云场景图，在新的点云场景图中提取所述反光标识物的点云数据，直到得到所述反光标识物的合格的点云数据。
19、优选地，所述吊具的尺寸为预先测量的尺寸，所述检测方法包括：
20、将所述反光标识物的点云投影到世界坐标系z=0的平面上，根据所述吊具的尺寸和所述反光标识物在所述吊具上的位置以及尺寸，采用最小二乘法拟合得到所述吊具在所述世界坐标系中的位置，进而计算得到所述吊具的中心点位置和偏转角度。
21、优选地，根据所述吊具的点云图像采用迭代的方式计算所述吊具的位姿，包括：
22、获取所述吊具的当前帧和上一帧的点云图像；
23、根据所述吊具的上一帧的点云图像计算得到上一帧的位姿；
24、根据所述吊具的当前帧的点云图像计算得到当前帧的第一位姿；
25、通过最近点迭代，求解当前帧和上一帧之间的位姿偏差；
26、将上一帧的位姿与位姿偏差相加得到当前帧的第二位姿；
27、采用卡尔曼滤波器融合第一位姿和第二位姿得到当前帧的吊具位姿。
28、优选地，预设吊具模板，根据预设的吊具模板的位姿计算当前吊具位姿，包括：
29、在获取激光雷达的点云数据之前，预先设置吊具模板，并获取吊具模板的点云图像和吊具模板的位姿；
30、获取所述吊具的当前帧的点云图像；
31、通过最近点迭代，求解当前帧和吊具模板之间的位姿偏差；
32、将模板位姿与位姿偏差相加得到当前帧的位姿。
33、优选地，所述世界坐标系以小车下方的某一点作为原点，在平行于地面的水平平面上，以小车移动时前进的方向为x轴正方向，大车移动时前进的方向为y轴正方向，z轴垂直于x轴和y轴所在水平平面，以指向地面为z轴正方向。
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【技术保护点】
1.一种基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，所述激光雷达为多个，多个所述激光雷达在所述小车的下表面均匀分布，所述检测方法包括：
3.如权利要求1所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，所述吊具包括中心架和连接所述中心架的伸缩梁，所述反光标识物为多个，所述反光标识物至少包括设置于所述伸缩梁顶角的第一反光标识物和设置于所述中心架顶部边缘处的第二反光标识物；所述反光标识物的尺寸为预先测量的尺寸，所述检测方法包括：
4.如权利要求3所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，针对所述反光标识物的点云数据设定有限定其点云数目的标识物点云阈值，所述检测方法还包括：
5.如权利要求3所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，所述吊具的尺寸为预先测量的尺寸，所述检测方法包括：
6.如权利要求1所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，根据所述吊具的点云图像采用迭代的方式计算所述吊具
7.如权利要求1所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，预设吊具模板，根据预设的吊具模板的位姿计算当前吊具位姿，包括：
8.如权利要求1所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，所述世界坐标系以小车下方的某一点作为原点，在平行于地面的水平平面上，以小车移动时前进的方向为X轴正方向，大车移动时前进的方向为Y轴正方向，Z轴垂直于X轴和Y轴所在水平平面，以指向地面为Z轴正方向。
9.如权利要求5所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，还包括：建立吊具坐标系，所述吊具坐标系以吊具的中心点为原点，在平行于地面的水平平面上，以吊具的伸缩梁的延伸方向为X'轴方向，垂直于伸缩梁的方向为Y'轴方向，所述吊具坐标系的原点在世界坐标系中的坐标即为中心点位置坐标，所述吊具坐标系的Y'轴与世界坐标系中的Y轴的相对角度即为所述吊具的偏转角度。
10.如权利要求1所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，在建立世界坐标系后进行数据标定，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，所述激光雷达为多个，多个所述激光雷达在所述小车的下表面均匀分布，所述检测方法包括：
3.如权利要求1所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，所述吊具包括中心架和连接所述中心架的伸缩梁，所述反光标识物为多个，所述反光标识物至少包括设置于所述伸缩梁顶角的第一反光标识物和设置于所述中心架顶部边缘处的第二反光标识物；所述反光标识物的尺寸为预先测量的尺寸，所述检测方法包括：
4.如权利要求3所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，针对所述反光标识物的点云数据设定有限定其点云数目的标识物点云阈值，所述检测方法还包括：
5.如权利要求3所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，所述吊具的尺寸为预先测量的尺寸，所述检测方法包括：
6.如权利要求1所述的基于激光雷达的集装箱吊具位姿检测方法，其特征在于，根据所述吊具的点云图像采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈环，梁浩，冯志，杜海宽，王禹超，
申请(专利权)人：上海驭矩信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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