基于KD-ICP算法的机器人拆解目标三维点云配准方法

随着中国核能产业发展,大量在役涉核装置运行过程中出现的事故和隐患需要通过涉核机器人进行远程处置,部分事故处置需对出险装置进行精确拆解,基于三维重建视觉图像定位是其关键技术之一。针对核应急事故中待拆解目标的精确重建,开展三维点云配准方法研究,在配准算法总体流程基础上设计出三维点云配准算法,利用高斯滤波进行点云数据去噪,提出一种兼顾点云信息完整性和算法效率的K维迭代最近点(K-dimensional iterative closest points,KD-ICP)算法,利用点快速特征直方图(fast point feature histograms,FPFH)和主成分分析(principal component analysis,PCA)实现特征点提取并降低点云数据量,使用全等四点集(4-points congruent sets,4PCS)进行点云粗配准,采用KD-ICP算法实现点云精配准。在所搭建的拆解机器人试验平台上,针对管、板及涉核装置模拟体等测试对象,对所提出的配准算法进行试验分析与评价,与其他3种常规算法的对比试验表明,所提出的点云算法在相同的条件下均方根误差最小,运行时间最短,具有更高的点云配准效率及较好的鲁棒性,为复杂拆解目标的三维重建及精确定位奠定了基础。