一种车辆鞍座扫描定位方法与流程

本发明属于无人天车自动控制技术领域，特别提供了一种对车辆鞍座和钢卷进行扫描定位方法。

背景技术：

车辆鞍座扫描定位技术是在无人天车运行过程中，具有汽运车辆装卸任务时，通过该技术定位汽车上鞍座中心坐标或者钢卷中心坐标，以便无人天车完成对钢卷的自动装卷和自动卸卷的任务。传统的天车进行装卸卷操作，都是在汽运车进入库区的时候，由天车上的操作工根据肉眼的判断，移动天车到需要装卸卷汽车的附近，人工完成车辆的卸卷和上卷工作。由于因为工作人员也无法精确定位车上鞍座或钢卷的坐标，人工操作严重影响该项作业的安全及效率，所以准确的定位出鞍座的位置在实现天车无人化运行过程有至关重要的作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种车辆鞍座扫描定位方法，采用了激光扫描仪技术和opencv技术实现了精准定位鞍座中心坐标的效果，进而提高天车无人化程度和作业效率。

具体方法包括：

步骤一、在天车的工作区域找到合理的钢卷装卸区，用于钢卷差卸车进行停放。每个钢卷装卸区对应一个扫描仪。

所述的合理的钢卷装卸区需满足以下三个条件：该区域必须设置在安全通道上；该区域根据现场的安全通道宽度要大于钢卷以及车辆本身的宽度；该区域距离钢卷区最近不小于3米，最远不大过6米；

步骤二，当钢卷装卸车进入到钢卷装卸区域后，安装在钢卷装卸区上方的扫描仪开始扫描钢卷装卸区，判断车辆是否停好。扫描仪旋转方向如图3所示，扫描仪扫描方向如图2所示。判断的过程包括以下3步：

step1：扫描仪进行旋转扫描钢卷装卸区，获取到旋转数据。

step2：将扫描到的旋转数据转换成扫描仪对地面的高度数据。

step3：用获得的高度数据画出车辆轮廓，同时将轮廓数据拟合成平面矩形。拟合出来的车辆矩形如果在钢卷装卸区内则认为车辆已经停好。如图1所示。

步骤三：根据鞍座在车身上的高度、宽度数据长度等现有数据，生成鞍座特征图片。

步骤四：通过扫描仪的旋转和扫描，对正确停放在装卸区域内的车辆进行鞍座位置计算。扫描仪旋转方向如图3所示，扫描仪扫描方向如图2所示。

step1：旋转电机带着扫描头旋转，扫描钢卷装卸区的开始位置和结束位置。转动过程中采集扫描仪每隔40ms采集到的距离值和该距离值对应的角度。

step2：系统接收到外部发送的数据采集完成信号后，停止数据采集，然后根据step1中的距离值和角度，将数据转换成投影数据，再对投影数据进行拟合，得到距离地面的高度数据，进而将高度数据转成图像。

step3：将step2最后转成的图像和步骤三生成的鞍座特征图片和进行匹配，在step2得到的图像上找到目标并给出其中心坐标。计算过程：起始位置坐标(sx,sy)扫描仪单条返回数据点集为pi，旋转角度集合为aj，扫描角度集合为bi，扫描仪旋转起始角度为α，扫描仪扫描起始角度为β，扫描仪该点距离值为l，i为单条扫描数据一单点的位置索引号，j为采集数据中一条数据的位置索引号，数据处理计算公式为：

x方向的偏移量：x(i,j)＝l*cos(90-(β+bi))*sin(α+aj)(公式1-1)

y方向的偏移量：y(i)＝l*sin(90-(β+bi))(公式1-2)

z方向的偏移量：z(i,j)＝l*cos(90-(β+bi))*sin(α+aj)(公式1-3)

经过以上公式，可以将扫描数据转换成高度数据，然后再采用开源机器视觉库技术(opencv)，将高度数据转成图像，利用图像匹配技术，定位目标的结果集中是各个目标的中心点(r,c)，则每个鞍座中心点的坐标计算公式为：

xk＝x(r,c)+sx(公式1-4)

yk＝y(c)+sy(公式1-5)

本发明提出了一种通过扫描仪采集数据与图像处理相结合的定位方法，实现了对进入到钢卷装卸区域的汽车上鞍座和钢卷的中心坐标的精准定位，实现天车装卸卷真正的无人化操作，提高智能化控制水平和准确率，并有效的降低人工成本。该方法目前在国内尚未被使用过。

附图说明

图1转换成矩形后的车辆位置示意图。

图2扫描仪扫描方向示意图。

图3扫描仪旋转方向示意图。

图4本发明所述的定位坐标使用时的流程图。

图5拟合后平面矩形图。

图6整车图片的生成示意图。

图7鞍座特征图片的生成示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更加明显易懂，以下结合附图和具体实例对本发明做进一步说明：

步骤一：所述的一种车辆鞍座扫描定位方法(单位：mm)，装卸车区域在[(0,0),(3000,18000)],扫描数据条数300；汽车车长17000，车宽2500，车头距离停车区域前500，车尾距离停车区域后500，车距离两侧均为250，汽运车上的鞍座由四个小鞍座块组成。

步骤二：当钢卷装卸车进入到装卸区域后，安装在钢卷装卸区上方的扫描仪开始扫描钢卷装卸区，判断车辆是否停好。扫描后拟合的平面矩形图，如图5所示。

步骤三：根据步骤一的描述，生成鞍座特征图片。如图6、7所示。

步骤四：扫描仪数据采集完成，扫描仪旋转起始角度为α＝20度，扫描仪扫描起始角度为β＝45度，在图像上找到目标的中心点集合为(150，700)(150，1200)(150，1560)，由此可获取到达鞍座中心的距离值分别为8660,10000,12300，同时获取到该条数据对应的旋转角度，即a150＝10度，，b700＝45度，b1200＝15度，b1560＝0度，则偏移量

x(700,150)＝8660*cos(90-(45+b700))*sin(20+a150)＝8660*cos(90-(45+45))*sin(20+10)

＝4330mm；

y(700)＝8660*sin(90-(45+b700))＝8660*sin(90-(45+45))＝0mm；

z(700,150)＝8660*cos(90-(β+b700))*cos(α+a150)＝7500；

同理，计算另外两点的偏移量，

x(1200,150)＝4330mm

y(1200)＝5000mm

z(1200,150)＝7500mm

x(1560,150)＝4348mm

y(1560)＝8696

z(1560,150)＝7530

选定起始参考点点sx＝0,sy＝7000,所以由公式(1-4、1-5)得各中心坐标为：(4330,7000,7500)、(4330,12000,7500)、(4348，15696,7530)。计算后的位置如意图如图1所示。

该方法的整体控制模式流程图如图4所示。

技术特征：

技术总结
一种车辆鞍座扫描定位方法，属于无人天车技术领域。采用了激光扫描仪技术实现了精准定位鞍座中心坐标的效果。在天车的工作区域找到合理的钢卷装卸区，用于钢卷差卸车进行停放，每个钢卷装卸区对应一个扫描仪；当钢卷装卸车进入到钢卷装卸区域后，安装在钢卷装卸区上方的扫描仪开始扫描钢卷装卸区，判断车辆是否停好；根据鞍座在车身上的高度、宽度、长度数据，生成鞍座特征图片；通过扫描仪的旋转和扫描，对正确停放在装卸区域内的车辆进行鞍座位置计算。将实现对汽运车上的鞍座或者钢卷进行识别定位给出物理中心坐标，从而实现无人天车系统的自动装卸车控制。

技术研发人员：李亮举;刘松;赵强;马利友;周月杰
受保护的技术使用者：北京首钢自动化信息技术有限公司
技术研发日：2018.11.06
技术公布日：2019.03.19