[发明专利]一种无人自卸车在垃圾填埋场自动卸载的方法

权利要求书

1.一种无人自卸车在垃圾填埋场自动卸载的方法，其特征在于，具体步骤为：

(1)采用多线激光雷达竖直布置在自动驾驶自卸车尾部，并确定激光雷达坐标系为lidar_link和自卸车坐标系为base_link；

(2)在自卸车行驶到卸载区后，开始倒车靠近卸载区的斜坡，此时启动多线激光雷达获取自卸车后向点云数据，并反馈给控制器；

(3)控制器对采集到的点云数据采用已知预处理方法滤除无效的数据，然后将激光雷达坐标系lidar_link下的点云数据转换到自卸车的base_link坐标系下；

(4)对完成坐标系转换后的数据进行地面分割处理，将大部分的地面点云数据分割之后，保留障碍物点云数据并进行聚类；

(5)聚类之后，利用斜坡边界线拟合匹配方法在多个聚类结果中识别出斜坡，具体为：首先使自卸车在卸载区内采用激光雷达采集一次斜坡数据，并提取斜坡和地面的交界点，同时利用自卸车带有的组合导航系统获取自卸车在当前大地坐标系下的位置，之后将base_link坐标系下的交界点转换到大地坐标系下，作为先验值；

获取一次先验值后，此时自卸车开始向斜坡倒车进行卸载作业；在倒车过程中，自卸车的多线激光雷达实时检测斜坡位置及多个障碍物，并对斜坡及每个障碍物分别提取其和地面的交界点，然后在base_link坐标系下将斜坡交界点和每个障碍物的交界点分别进行直线拟合，获得多个交界点直线方程及各自斜率，并分别获得base_link坐标系原点到各个交界点直线方程的垂直距离；此时根据得到的先验值及自卸车当前的大地坐标，将先验值由大地坐标系转换到当前自卸车的base_link坐标系后进行直线拟合，获得先验值直线方程并计算其斜率，并获得base_link坐标系原点到先验值直线方程的垂直距离；设定斜率阈值和距离差阈值，计算各个交界点直线方程分别与先验值直线方程的斜率差值和距离差值，将各个斜率差值和距离差值分别与斜率阈值和距离差阈值进行比对，若其中一个交界点直线方程的斜率差值和距离差值均未超过斜率阈值和距离差阈值，则确定其为斜坡交界点直线方程，从而完成一次倒车过程中斜坡的识别过程；之后，将本次得到的斜坡与地面交界点更新为先验值，在倒车过程中每次识别均进行更新；

(6)在步骤(5)进行斜坡识别过程中，若检测到的障碍物阻碍自卸车向斜坡行驶，则自卸车会停车发布预警；若没有障碍物阻碍自卸车行驶，则在斜坡识别完成后，对斜坡坡面进行平面拟合，从而得到base_link坐标系下三维空间内的平面方程，据此解算当前自卸车到斜坡的距离，如此实时监控，每次识别均重复步骤(5)和(6)，从而使自卸车在倒车卸载作业过程中实时获得到斜坡的距离。

2.根据权利要求1所述的一种无人自卸车在垃圾填埋场自动卸载的方法，其特征在于，所述步骤(3)的点云数据坐标系转换具体过程为：

采用A表示base_link坐标系，B表示lidar_link坐标系；测算得到的B相对A的RPY角度分别为γ、β、α，则由B系到A系的转换矩阵表示为：

式中：

R_X(γ)为绕着X轴转动γ角度；

R_Y(β)为绕着Y轴转动β角度；

R_Z(α)为绕着Z轴转动α角度；

为从B坐标系到A坐标系的转换矩阵；

此时，B坐标系下一点P_B＝[x₀ y₀ z₀]转换到A坐标系下P_A＝[x₁ y₁ z₁]，表示为：

依照上式能将点云数据中各个点从lidar_link坐标系下转换到base_link坐标系下。

3.根据权利要求1所述的一种无人自卸车在垃圾填埋场自动卸载的方法，其特征在于，所述步骤(5)的交界点坐标系转换后确定先验值的具体过程为：

设任一时刻，自卸车携带的组合导航系统解算得到base_link坐标系原点处的车辆航向角为θ₀，航向规定以正东方向为正方向，逆时针为正，大地坐标为：

Q₀＝(longitude₀,latitude₀,altitude₀)

式中：

longitude₀为当前时刻车辆base_link坐标系原点处的经度；

latitude₀为当前时刻车辆base_link坐标系原点处的纬度；

altitude₀为当前时刻车辆base_link坐标系原点处的高程；

局部base_link坐标系下有一点：

P_A＝[x₁ y₁ z₁]

首先，将在base_link下的P_A转换到大地坐标的东北天坐标系，令E表示东北天坐标系，转换后的坐标表示为：

P_E＝[x₂ y₂ z₂]

则转换表示为：

统一坐标系后，需要转换尺度，即将欧式距离转换到大地坐标系下的经度、维度和高程；假设转换后的坐标Q₁＝(longitude₁,latitude₁,altitude₁)，转换步骤如下：

altitude₁＝altitude₀+z₂

将各个交界点坐标转换完成后，从而获得先验值。