[发明专利]基于直线导轨与扫描仪的车辆建模方法、设备及系统

说明书

本发明提供一种基于直线导轨与扫描仪的车辆建模方法、设备及系统，通过将线激光扫描仪安装在直线导轨上，使得线激光扫描仪做匀速直线运动，从而获得密度均匀的货车点云数据，通过对点云数据的处理获得了基于导轨的点云扫描系统的坐标系与货车自身坐标系间的位姿关系，进而将货车点云数据转换到货车自身坐标系内，再根据点云数据在自身坐标系中各坐标轴方向上坐标的差异对货车点云数据进行分割，最后对分割好的货车各主要部分的点云数据进行处理得到货车的各主要尺寸。本发明的基于直线导轨与扫描仪的车辆建模方法、设备及系统，具有能够快速、自动化地实现货车定位与其尺寸几何模型建立，货车定位精度高，能够适应各类复杂环境。

技术领域

本发明涉及车辆建模技术领域，特别是涉及一种基于直线导轨与扫描仪的车辆建模方法、设备及系统。

背景技术

目前，大部分的货物从货车上进行装卸仍然依靠人工搬运，人工装卸不仅效率不高、容易产生安全事故，而且有些装卸环境极为恶劣(例如水泥装车现场)，对现场装卸人员的身体健康会造成永久性伤害(例如尘肺病)，因此实现货物的无人化自动装卸对于提高企业产品转运效率、降低生产安全事故率有着极其重要的意义，要实现货物的无人化自动装卸，首先需要对装卸区域内的货车进行定位并建立出该货车的几何尺寸模型，才能根据货车的位置与其几何模型来规划机器人装卸货物的轨迹，现在货物自动装卸的现场通常还需要引导人员来引导车辆停在指定位置，并事先通过人工测量的方式获得货车的尺寸信息，这种人工引导加测量的方式降低了货物自动装卸的整体效率，而且由于人工测量的精度误差较大，使得提供的货车尺寸信息不够准确，容易在装车过程中导致机器人与货车发生碰撞，从而中断装卸操作，为了实现更加高效与稳定的货物自动装卸，急需一种非接触式的货车定位与尺寸信息自动获取方法。

常用的非接触式自动测量手段主要有两种：1)基于数字摄影测量；2)基于激光测距。相比于数字摄影测量，基于激光测距的测量方式的测量范围更大，并且对光照、色彩等测量现场环境的要求较低，因而更适合于在多变环境下对货车进行空间点云数据获取，目前基于激光测距获取大范围空间点云的主要方式是将线激光扫描仪安装在一个可旋转的直线导轨上，使得扫描仪能够在一定范围内进行旋转，从而获取扫描范围内的点云数据。但是由于直线导轨旋转的角频率是一定的，使得点云的采样密度随着与扫描仪距离的增大而变稀疏，从而导致获得的货车点云数据十分的不均匀，这对于后期获取货车的精确尺寸信息是不利的。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于直线导轨与扫描仪的车辆建模方法、设备及系统，用于解决现有技术中货车位姿定位与模型建立的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于直线导轨与扫描仪的车辆建模方法，所述扫描仪为线激光扫描仪，所述方法包括：控制所述线激光扫描仪在所述直线导轨上进行运动，建立扫描系统坐标系，获取车辆未进入扫描区域前扫描区域空间的第一点云数据；对所述第一点云数据中的扫描区域地面的点云数据进行平面拟合再进行第一坐标变换，使得拟合平面的法向量与扫描系统坐标系的纵轴平行；待车辆进入扫描区域后，获得车辆进入扫描区域后所述车辆及所述扫描区域空间的第二点云数据，对所述第二点云数据进行所述第一坐标变换，并根据所述车辆的点云数据在纵轴上的分布规律，分割出所述车辆的点云数据；根据所述车辆的点云数据在纵轴上的分布规律，分割出车厢表面的点云数据，对所述车厢表面的点云数据进行平面拟合，并将车厢表面所在平面作为车辆坐标系的水平面；对所述车厢表面的点云数据进行轮廓提取获得车厢表面轮廓点云数据，对所述车厢表面轮廓点云数据进行直线提取，取其中两条直线的交点作为所述车辆坐标系的原点，将过原点且方向为所述车厢表面所在平面法向量的直线作为所述车辆坐标系的纵轴，以此获得所述车辆坐标系，并通过第二坐标变换获得所述车辆坐标系相对于所述扫描系统坐标系的相对位姿；根据车辆的各部分的点云数据及所述车辆坐标系，计算得到车辆各部分的尺寸。

于本发明的一实施例中，以起点位置处所述线激光扫描仪的扫描中心为坐标原点，所述直线导轨方向为竖轴方向，扫描平面为坐标轴横纵平面，以生成所述扫描系统坐标系。