【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿施工，具体涉及基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法。
技术介绍
1、煤矿下巷道喷浆是巷道支护中常用的一种方法，其通过改善巷道围岩的力学性质，提高巷道的稳定性，从而保证煤矿生产工作安全运行。在日常喷浆作业中，煤矿下巷道喷浆工程量巨大，并且传统喷浆多靠人工手动操作喷浆机器人，机械化程度低、劳动强度大，喷浆质量和效率直接根据现场工人的工作经验决定，因此也导致喷浆作业存在诸多不确定性。而且由于大量粉尘的摄入，对正在进行喷浆作业的工人身体也有一定的危害。
2、在喷浆机器人上搭载激光雷达可以精准的获得待喷涂巷道的三维点云信息，因此，可以通过对待喷涂巷道的三维点云信息进行点云处理来规划喷浆路径，并根据喷浆路径进行喷浆作业。
技术实现思路
1、为解决上述技术中存在的问题，本申请设计了一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法。该方法通过喷浆机器人搭载的激光雷达获取巷道点云，并且对巷道点云进行点云处理从而生成喷浆路径，并依此路径指导喷浆机器人进行作业，提升喷浆作业的效率和智能化程度。
2、本专利技术提供一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，包括如下步骤：
3、s1对待喷涂巷道进行三维重建获得巷道的三维云点；
4、s2对巷道的三维云点进行分割处理，剔除地面云点，剩余云点为待喷涂区域点云；
5、s3沿巷道长度方向对待喷涂区域点云进行切片处理，获得多个切片点云；
6、s31对每个切片点云进行
7、s4对每个切片点云进行边界投影，将所有切片点云的边界投影组合到一起获得喷涂路径。
8、进一步地，步骤s3中切片方法为：以喷浆机器人的喷浆直径作为切片宽度，对巷道点云进行多次直通滤波来获取多个切片点云。
9、其中，直通滤波公式为：
10、
11、其中，i代表了切片数量，h代表了喷浆机器人在喷浆作业中的喷浆直径，pi为第i个切片点云，pt代表了在pt中z坐标大于i*h但是小于(i+1)*h的点，z轴为巷道长度方向。
12、进一步地，步骤s2中对巷道的三维云点进行分割处理，剔除地面点云的方法为：
13、在巷道的三维点云中随机选取m个云点并根据选取的云点拟合地面模型m，求得模型参数；
14、分别计算巷道的三维点云中所有云点到地面的距离d，如果距离d小于设定的距离阈值l，则认为该云点属于地面模型m上一点，并且将其视为地面模型m的内点；
15、迭代执行以上步骤k次，并更新地面模型m，直至获得最优地面分割模型；
16、将最优地面分割模型的内点作为巷道的地面云点，将巷道的地面云点剔除。
17、进一步地，迭代地面模型次数的计算方法为：
18、
19、z＝(1-(1-w)m)k；
20、其中，k为获得最佳地面分割模型的迭代次数，z为从巷道的三维点云中随机选取的云点为巷道地面模型m内点的概率，w为位于地面上的所有云点在全部云点中的占比；m为拟合巷道地面模型m所选取的点云个数。
21、进一步地，对切片点云进行去噪处理的方法为：
22、由poinnet网络和pcpnet网络分别对切片点云进行特征向量提取，将两个网络提取到的切片点云特征向量进行融合，最后将融合的切片点云特征向量通过全连接网络进行处理并且最终输出离群云点，通过索引删除的方式将切片点云中与离群云点对应的云点删除。
23、进一步地，采用如下公式进行特征向量的融合：
24、
25、mlp＝f(∑i∈nwi+b)；
26、式中：h(pi)为融合后的云点i的特征，mlp为多层感知器函数，concat()为拼接函数，hpn(pi)为pointnet网络提取到的第i个云点的特征，hpcpn(pi)为pcpnet提取到的第i个云点的特征向量，n为切片点云中云点的个数，f()为激活函数，w为参数矩阵，b为偏执参数。
27、进一步地，边界投影的方法为：使用法向量估算法计算切片点云中每个云点的法向量，然后根据每个云点的法向量和距离信息，计算出每个云点的边界特征，最后遍历点云中所有云点，如果该云点的边界特征符合边界点的边界特征则视该云点为边界点，最后所有边界点组成切片点云的边界投影。
28、本专利技术的有益效果为：
29、1)本专利技术的使用方式简单，只需要用过喷浆机器人搭载的激光雷达对待喷涂巷道进行三维重建，再对重建后的巷道模型自动进行点云处理即可获得喷浆路径点的规划。
30、2)本专利技术使用ransac对点云进行平面分割的方式，可以在有效的将巷道点云中的地面提取并删除，从而减少地面对于喷涂路径规划的影响。
31、3)本专利技术使用使用在待喷涂巷道点云主方向上进行点云切片的方式，在实现喷涂路径点规划的同时，保证了喷涂路径尽可能地垂直于巷道方向，保证了喷涂的质量。
32、4)本专利技术采用双特征融合点云去噪网络去噪的方式，使用神经网络提取多重噪声特征去噪，可以有效的剔除投影点云中的离群噪点并且最大程度保留原有点云特征，能够有效的平滑喷涂路径。
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1.一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，还包括步骤S31对每个切片点云进行去噪处理。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，步骤S3中切片方法为：以喷浆机器人的喷浆直径作为切片宽度，对巷道点云进行多次直通滤波来获取多个切片点云。
4.根据权利要求3所述的一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，
5.根据权利要求1或2所述的一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，步骤S2中对巷道的三维云点进行分割处理，剔除地面点云的方法为：
6.根据权利要求5所述的一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，迭代地面模型次数的计算方法为：
7.根据权利要求2所述的一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，对切片点云进行去噪处理的方法为：
8.根据权利要求7所
9.根据权利要求1或2所述的一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，边界投影的方法为：使用法向量估算法计算切片点云中每个云点的法向量，然后根据每个云点的法向量和距离信息，计算出每个云点的边界特征，最后遍历点云中所有云点，如果该云点的边界特征符合边界点的边界特征则视该云点为边界点，最后所有边界点组成切片点云的边界投影。
...【技术特征摘要】
1.一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，还包括步骤s31对每个切片点云进行去噪处理。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，步骤s3中切片方法为：以喷浆机器人的喷浆直径作为切片宽度，对巷道点云进行多次直通滤波来获取多个切片点云。
4.根据权利要求3所述的一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，
5.根据权利要求1或2所述的一种基于点云处理的智能喷浆机器人喷浆路径规划方法，其特征在于，步骤s2中对巷道的三维云点进行分割处理，剔除地面点云的方法为：
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：申龙，单浩然，裴文良，胡云雷，王永利，杨贵翔，李雪松，
申请(专利权)人：中信重工开诚智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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