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全自动抓斗式清淤机窨井激光测距定位技术研究 目 录 一、研究背景 二、激光测距系统硬件构成 三、激光测距定位算法研究 四、激光测距系统实验研究 一、研 究 背 景 目前清淤机种类较多，清淤方式也各不 相同。现在的清淤机械存在一些不足，如需 耗费大量的人力、财力，而且作业环境恶劣。 自动定位是清淤机械关键问题之一，而 超声波定位精度低，视觉定位抗干扰性差， 针对这一问题，本课题提出了首次将激光测 距自动定位技术应用于清淤机械。 二、激光测距系统硬件构成 激光测距平台硬件构成：滚珠丝杆，驱 动激光测距传感器的伺服/步进电机和激光测 距传感器。 激光测距平台硬件构成 激光测距传感器 驱动激光测距传感器旋转的直流伺服电机 驱动激光测距传感器上下移动的步进电机 激光测距传感器 本课题使用的激光测距传感器是SICK DT50-P1113。激光传感器实物图片如下 图所示。 电 机 驱动传感器旋转的直流伺服电机。实物 图如左下图所示。 驱动传感器上下移动的步进电机。实物 图如右下图所示。 电机驱动器 步进电机驱动器 直流伺服电机驱动器 定位系统结构示意图 三、激光测距定位算法研究 介绍激光定位系统的软件设计模块框图 以及多轴运动控制器编程设计。重点研究窨 井激光定位算法。 软件设计模块框图 设计窨井定位算法 1）扫描采集 : 激光测距传感器通过二维平台获得角度θ， 窨井与传感器的距离L，从而获得激光定位坐标 系下的坐标A（x, y）。再传送给清淤机，机械 臂动作，进而抓取淤泥。 激光测距传感器可以180℃的转动扫描 标记杆的位置及距离，根据上下不同两个点 到标记杆的距离及角度，计算出窨井圆心的 位置。 数学模型如下图所示  2）坐标转换： 基于三维动态坐标测试仪，分别定义激 光测距系统，机械臂系统的坐标系，标定两 个坐标系之间的旋转、平移关系，得出转换 矩阵。坐标转换矩阵如图所示。 3）系统软件设计流程图 四、激光测距系统实验研究 试验方案，如下图所示。主要由激光测 距传感器，步进/伺服电机和运动控制系统构 成。 通过数据采集，获得窨井位置信息，分 析测试实验数据，确定实验数据的精确度， 从而实现清淤机器人作业。 根据最小二乘法原理公式 得k=0.1499 b=192.0596 拟合曲线为：y=0.1499x+192.0596 测试数据与拟合直线如下图所示 THANK YOU!