[发明专利]一种基于多线激光雷达的圆柱形绿篱修剪机的对中方法

权利要求书

1.一种基于多线激光雷达的圆柱形绿篱修剪机的对中方法，其特征在于，所述修剪机包括电动车、多线激光雷达、修剪机械手以及控制系统；所述多线激光雷达固定安装于电动车上，用于扫描绿篱及周围环境中的其他物体，获取点云数据；所述修剪机械手包括水平机架、一对相配合水平滚珠丝杆与水平滚珠丝杆副、竖直杆、水平杆、水平电机、横杆电机、旋转电机、锯片电机、锯片架以及若干圆锯片；所述水平机架呈长方形框体状，所述水平机架的长度方向和所述电动车前部的宽度方向相同，所述水平机架固定安装于电动车的前部，所述水平滚珠丝杠转动安装于所述水平机架内，所述水平电机固定安装于所述水平机架一端的外侧，所述水平电机与所述水平滚珠丝杆的一端连接，所述竖直杆下端通过水平滚珠丝杆副安装于所述水平滚珠丝杆上，所述水平杆的一端与竖直杆的上端铰接，所述横杆电机安装于所述竖直杆的上端内部，所述横杆电机用于驱动所述水平杆，所述锯片架为L形支架；所述锯片架包括水平设置的横臂和竖直设置的竖臂，所述横臂的一端与所述竖臂的一端固定连接，所述横臂远离竖臂的一端与所述水平杆远离竖直杆的一端铰接，所述竖臂朝向电动车底部，所述横臂和竖臂的内侧均安装有若干个所述圆锯片，所述圆锯片均由锯片电机驱动，所述锯片电机安装于所述锯片架上，所述旋转电机安装于所述水平架顶部并位于所述横臂的正上方，所述旋转电机用于驱动所述横臂旋转；所述控制系统分别与电动车、多线激光雷达、水平电机、横杆电机、旋转电机以及锯片电机连接；

所述修剪机的对中方法包括以下步骤：

S1.启动多线激光雷达扫描绿篱及周围环境中的其他物体，并获取点云数据；

S2.从点云数据中提取绿篱点云数据；

S3.对绿篱点云数据进行预处理，去除激光扫描到绿篱内部的枝条上所反射的采样点，保留绿篱外表面的原特征；

S4.将步骤S3所得的绿篱点云数据按扫描在绿篱上的不同激光束分组，设共有i线激光扫描在绿篱上，则将点云分组为L₁、L₂、…、L_i；

S5.所获得的点云坐标为采样点相对于激光雷达的三维坐标，高速公路两护栏间的距离l参照国家标准，取两护栏对称中心线所在的垂直于地面的曲面作为圆柱形绿篱中心线的定位曲面，绿篱中心线均位于定位曲面上；

S6.取绿篱两端的采样点在定位曲面上的投影点所处的地面垂线作为该绿篱中心线的两条边界线，在两条边界线间每隔5mm插入一条地面垂线，则共获得j条候选线，该绿篱中心线从这j条候选线中选择；

S7.分别计算各组点云中各个采样点至j条候选线的距离lj，i，m，针对不同候选线的l1，i，m、l2，i，m、…、lj，i，m求得j组数据的标准差，标准差最小的候选线即为该圆柱形绿篱的中心线，其中j表示有j条候选线，则结果分为j组进行对比；i表示共有i条激光束扫描在绿篱上，第j组数据中按激光束分为i层；m表示每条激光束所返回的点云数量，每层都有m个采样点，则一共有(i*m)个采样点参与计算，得到(j*i*m)个距离数据；

S8.根据绿篱中心线的位置，控制绿篱修剪机械手进行圆柱形绿篱的修剪作业。

2.如权利要求1所述的基于多线激光雷达的圆柱形绿篱修剪机的对中方法，其特征在于，所述步骤S1中，在激光雷达反射强度信息形成的灰度图中，保留回波强度值范围是45～150之间的点云数据，去除其他无用点云数据。

3.如权利要求1所述的基于多线激光雷达的圆柱形绿篱修剪机的对中方法，其特征在于，所述步骤S2中，绿篱点云数据进行预处理的方法包括以下步骤：

A1.采用双边滤波算法，去除激光扫描到绿篱内部的枝条上所反射的采样点，保留绿篱外表面的原特征；

A2.采用直通滤波算法，只保留绿篱修剪机感兴趣的圆柱形绿篱点云信息；

A3.采用VoxelGrid滤波器对绿篱点云进行下采样，合理地减少点的数量，加快算法运算速度，同时保持绿篱点云的形状特征；

A4.使用StatisticalOutlierRemoval滤波器移除测量噪声点。