[发明专利]一种基于激光雷达的挖掘作业面检测装置

摘要

本发明提供了一种基于激光雷达的挖掘作业面检测装置。本装置需要实现一线激光雷达俯仰运动控制、挖掘作业面扫描和三维重构功能，其技术特点是通过步进电机带动一线激光雷达在俯仰方向±45°范围内做匀速运动，将一线激光雷达的二维扫描转换为三维扫描。定时采集一线激光雷达的扫描数据，结合一线激光雷达的俯仰角度，经计算后得到检测装置坐标系下的挖掘作业面三维信息，然后将其转换到自主作业挖掘机器人坐标系。对挖掘作业面点云数据进行滤波去噪，采用三角剖分法进行三维重构处理，并采用不规则棱台法进行拟合，获取挖掘作业面数字三维信息，检测结果可通过以太网接口传输到挖掘机器人控制器，为挖掘效果评估和挖掘机器人轨迹规划提供依据。

主权项

一种基于激光雷达的挖掘作业面检测装置，其特征在于：所述的检测装置含有一线激光雷达（5）、控制器、步进电机（12）、电机驱动器（13）、减速器（8）、矩形架（6）、接近开关（25）、限位块（23）、壳体（9）、联轴器（10）、电源转换板（18）、计算机主板 （20）及设置在该主板上的控制单元；一线激光雷达（5）安装在矩形架（6）内，矩形架（6）、减速器（8）、联轴器（10）、步进电机（12）、电机驱动器（13）依次连接，并通过电机固定法兰（7）和电机固定法兰（11）固定在壳体（9）内；电源转换板（18）通过安装螺柱固定在壳体（9）内部，与壳体（9）之间衬有导热垫（21），利用壳体（9）表面进行散热；计算机扩展底板（19）通过安装螺柱固定在电源转换板（18）下方，计算机主板（20）安装在扩展底板上，用于一线激光雷达（5）的运动控制，数据的采集与处理；限位块（23）嵌入到橡胶垫（22）中，通过螺钉固定到壳体内侧壁；接近开关（25）安装在接近开关固定架（26）上，通过螺钉固定到壳体内侧壁；遮光板（24）一端在两个接近开关之间，遮光板（24）另一端在两个限位块之间；所述的控制单元执行如下步骤：a.使用接近开关反馈信息确定一线激光雷达（5）在俯仰方向运动的起始位置，控制器控制步进电机（12）寻找原点，使一线激光雷达（5）回到原点位置；b.接收挖掘机器人主控计算机输出信息，确定挖掘作业面检测装置在挖掘机坐标系下的位置；c.通过控制器控制一线激光雷达（5）的俯仰运动，进行挖掘面扫描，采集扫描数据，并记录扫描位置；d.对扫描数据进行滤波去噪；e.利用一线激光雷达（5）扫描数据结合检测装置在俯仰方向上的转角，进行采样数据坐标变换，先将其转换为挖掘面检测装置坐标系下的坐标值，再将其转换为挖掘机器人坐标系下的坐标值；f.判断检测过程是否完成，如果完成，则进行三维重构，否则继续进行扫描；g.利用挖掘作业面检测得到的挖掘作业面三维点云数据进行三维重构，采用三角剖分法构建挖掘作业面三维物理模型；h.对挖掘作业面三维物理模型进行六面分割；i.对分割出的挖掘作业面物理模型进行六面体拟合；j.计算拟合六面体的参数，求取挖掘面的相应尺寸；k.进行数据输出。