CN105319536A - 一种雷达三维扫描控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种雷达三维扫描控制方法及系统。该系统包括扫描装置、运动控制装置和计算机，计算机分别与扫描装置和运动控制装置通信连接。扫描装置包括转台、滑台和安装于滑台的雷达，转台用于承载待测物体，雷达跟随滑台移动以对准并扫描待测物体。雷达扫描待测物体的区域轮廓并输出相应的扫描数据信息，雷达将所述扫描数据信息传输至计算机，以使计算机根据所接收的扫描数据信息生成待测物体的三维轮廓。从而使雷达的扫描范围能够覆盖整个待扫描物体，具有成本低、扫描效率高、能够适应不同尺寸的待测物体等有益效果。

Description

一种雷达三维扫描控制方法及系统

[技术领域]

本发明涉及三维重建的技术领域，尤其涉及一种雷达三维扫描控制方法及系统。

[背景技术]

激光雷达通过向平面内各个方向发射激光并接收反射光线，测量出障碍物与该激光雷达之间的距离。然而，将激光雷达单独用于物体扫描时，只能测量障碍物表面的某一条轮廓线，而无法获取其轮廓面的数据。在现有技术中，为了对障碍物进行三维扫描，通常使用以下三种方案：

第一种方案，采用三维激光雷达对障碍物进行三维扫描，然而，三维激光雷达的价格昂贵，无形中提高了生产成本。

第二种方案，将二维激光雷达对障碍物进行三维扫描时，需要与其他装置配合使用。即，在二维激光雷达上固定一个雷达摆动支架，且雷达位于摆动支架的摆动面上，直流电机驱动凸轮带动该摆动面绕着支承轴做垂直于二维激光雷达扫描面的方向摆动，从而使二维雷达进行点头式摆动。采用这种方案无疑增加了产品的组装难度，雷达在摆动的过程中容易产生较大的误差从而导致数据不精确。

第三种方案，由于一台二维激光雷达每次扫描物体的范围有限，若要完整扫描一个物体往往需要多台二维激光雷达配合使用才能够完成三维扫描，这也增加了使用成本，且多台雷达对不同产品进行扫描时，每次扫描都需要重新定位和对准物体，使操作复杂、扫描效率较低。

[发明内容]

本发明提供了一种雷达三维扫描控制方法及系统，目的在于解决现有技术中无法通过一台二维雷达对待测物体三维建模的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种雷达三维扫描控制系统，包括扫描装置、运动控制装置和计算机，所述计算机分别与所述扫描装置和所述运动控制装置通信连接：所述扫描装置包括转台、滑台和雷达，所述转台用于承载待测物体，所述雷达跟随所述滑台移动，以对准并扫描所述待测物体，所述雷达扫描所述待测物体的区域轮廓，并将相应的扫描数据信息传输至所述计算机；所述运动控制装置控制所述扫描装置的运动；所述计算机对所述运动控制装置的运动进行控制，以调整所述转台的转动位置及所述雷达相对所述转台的位置；所述计算机根据所接收的所述扫描数据信息生成所述待测物体的三维轮廓。

优选地，所述滑台包括垂直滑台和活动地安装于所述垂直滑台的水平滑台，所述雷达固定于所述水平滑台；所述计算机通过所述运动控制装置分别调整所述水平滑台的位置，以将所述雷达对准所述待测物体，且所述计算机还通过所述运动控制装置驱动所述转台转动，以使带动所述待测物体按照预设角度进行多次转动，相应地，所述雷达分别扫描并采集所述待测物体次转动所对应的扫描数据信息，并将采集的扫描数据信息传输至所述计算机。

优选地，所述计算机记录并存储所述转台多次转动的角度，以及所述待测物体处于不同的位置时所述雷达采集的扫描数据信息；所述计算机计算所述待测物体多次转动的角度和值以及将所述雷达扫描的多次扫描数据信息整合相加，并判断所述角度和值是否为360度；若是，则判定所述雷达完成一次扫描。

优选地，所述计算机将所述雷达完成一次扫描所采集的扫描数据信息进行坐标转换以形成一个单组点云数据，当形成多个单组点云数据时，由所述多个单组点云数据形成多组点云数据，将所述多组点云数据进行平移和拼接，以获得所述待测物体的三维点云。

优选地，所述雷达是二维激光雷达，其扫描头的旋转面与所述转台的旋转面相垂直并朝向所述转台的方向。

此外，本发明还提供一种雷达三维扫描控制方法，雷达安装于滑台，待测物体放置于转台上，所述方法包括：通过运动控制装置调整所述转台的转动位置以及所述雷达相对所述转台的位置；接收所述雷达扫描所述待测物体的区域轮廓并输出相应的扫描数据信息；记录并存储所述雷达发送的所述扫描数据信息；根据所述扫描数据信息，生成所述待测物体的三维轮廓。

优选地，所述滑台包括垂直滑台和安装于所述垂直滑台的水平滑台，所述雷达固定于所述水平滑台，所述通过运动控制装置调整所述转台的转动位置以及所述雷达相对所述转台的位置，包括：调整所述水平滑台的位置，以将所述雷达对准所述待测物体；驱动所述转台带动所述待测物体按照预设角度多次转动。

优选地，所述接收所述雷达扫描所述待测物体的区域轮廓并生成相应的扫描数据信息，包括：根据所述转台的多次转动，所述雷达分别扫描并采集所述待测物体转动所对应的扫描数据信息。

优选地，所述记录并存储所述雷达发送的扫描数据信息，包括：记录并存储所述转台多次转动的角度，以及所述待测物体处于不同的位置时所述雷达采集的扫描数据信息；计算所述待测物体多次转动的角度和值以及将雷达扫描的多次扫描数据信息整合相加；判断所述角度和值是否为360度；若是，则判定所述雷达完成一次扫描。

优选地，所述生成所述待测物体的三维轮廓，包括：将接收所述雷达完成一次扫描所采集的扫描数据信息进行坐标转换以形成一个单组点云数据；当形成多个单组点云数据时，由所述多个单组点云数据形成多组点云数据，将所述多组点云数据进行平移和拼接以获得所述待测物体的三维点云。

此外，本发明还提供一种计算机，雷达安装于水平滑台，所述水平滑台活动地安装于垂直滑台，待测物体放置于转台上，运动控制装置控制所述转台，所述转台调整所述待测物体的转动位置以及所述雷达相对所述转台的位置，所述雷达与所述计算机通信连接，所述计算机包括：运动方向控制模块，用于驱动所述运动控制装置控制所述水平滑台和所述垂直滑台进行左右移动和上下移动，以调整所述雷达与所述待测物体的相对位置；转台控制模块，用于驱动所述运动控制装置控制所述转台及所述待测物体按照预设的角度转动；雷达控制模块，用于驱动所述运动控制装置调整所述雷达相对所述转台的位置以扫描所述待测物体；扫描数据处理模块，用于记录并存储所述雷达扫描所述待测物体区域轮廓并输出相应的扫描数据信息；单次成型模块，用于根据接收的所述雷达完成一次扫描而发送的扫描数据信息，将所述扫描数据信息进行坐标转换形成一个单组点云数据；三维成型模块，用于当形成多个单组点云数据时，由所述多个单组点云数据形成多组点云数据，将所述多组点云数据进行平移和拼接，以获得所述待测物体的三维点云。

由此可见，本发明提供的雷达三维扫描控制方法及系统，通过控制一台雷达在滑台的位置以及控制转台的转动，使雷达移动以对准并扫描待测物体以生成三维模型，雷达的扫描范围能够覆盖整个待扫描物体，从而具有成本低、扫描效率高、能够适应不同尺寸的待测物体等有益效果。

[附图说明]

图1为本发明第一实施例提出的雷达三维扫描控制系统的组成结构图，该雷达三维扫描控制系统包括扫描装置和计算机；

图2为图1中扫描装置的组成结构示意图，该扫描装置包括雷达；

图3为图2中雷达的结构示意图；

图4为图1中计算机的模块示意图；

图5为本发明第二实施例提出的雷达三维扫描控制方法的流程示意图；

图6为本发明第二实施例提出的雷达三维扫描控制方法的子流程示意图；

图7为本发明第三实施例提出的计算机的模块示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

[具体实施方式]

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。

还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1所示，为本发明第一实施例提供的雷达三维扫描控制系统的组成结构图，该系统包括计算机100、运动控制装置200和扫描装置300。运动控制装置200包括运动控制器210、电机驱动器220和电机230。计算机100与运动控制器210相连，以控制运动控制器210。运动控制器210接收计算机100下发的指令，并将该指令转换为电机控制信号发送给电机驱动器220。该电机驱动器220根据控制信号驱动电机230运转，从而使电机230带动扫描装置300进行相应的移动或者转动。

如图2所示，为扫描装置的组成结构示意图。扫描装置300包括转台1、滑台、滑块3和安装于滑台的雷达5。

转台1用于承载待测物体6。滑台包括垂直滑台2和水平滑台4，该水平滑台活动地安装于该垂直滑台2。垂直滑台2与转台1相邻设置。水平滑台4通过滑块3固定于垂直滑台2的一个侧面，并可以相对垂直滑台2进行左右移动和上下移动。在本实施例中，垂直滑台2与水平滑台4相互垂直，且垂直滑台2与水平滑台4可以是丝杠驱动，也可以是皮带驱动。

本领域技术人员可以理解的是，电机230包括分别控制转台1、垂直滑台2、水平滑台4和雷达5运动的电机。

雷达5转动地固定于水平滑台4的一端，并在水平滑台4的带动下进行左右和上下方向的移动，从而调整扫描待测物体6时的位置。雷达5通过通讯电缆与计算机100相连，具体用于将扫描待测物体6的数据通过该通讯电缆传输给计算机100。雷达5扫描头的旋转面与转台1的旋转面垂直并朝向转台1的方向。在本实施例中，雷达5是二维激光雷达。

具体地，请同时参照图3，雷达5包括工作台51、雷达电机52、转轮53、皮带54和扫描头55。雷达电机52固定于工作台51的下方，转轮53位于工作台51的上方并在雷达电机52的驱动下转动。该雷达电机52与计算机100电连接并受该计算机100控制，从而控制扫描头55的位置。皮带54套设于转轮53和扫描头55上，转轮53通过皮带54的驱动使扫描头55旋转。扫描头55的一侧面上具有激光发射口551和与该激光发射口551相邻的激光接收口552。

进一步地，雷达5与转台1的安装位置可以采用如下方法确定：启动雷达5，使雷达电机52驱动扫描头55开始旋转并发射激光束，激光束在转台1的表面产生一系列光斑，调整转台1的位置，使得这一系列的光斑所连接成的直线经过该转台1表面的旋转轴轴心处，即完成雷达5与转台1的相对安装位置。

如图4所示，计算机100包括数据处理单元110、运动控制单元120和三维成型单元130。

计算机100包括能够显示操作界面的显示屏，该显示屏可以是触控屏也可以是非触控屏，若该显示屏为非触控屏，则计算机100还包括输入设备，例如键盘等。当待测物体6放置于转台1上时，操作人员可以将该待测物体6的大致尺寸输入计算机100，该尺寸包括但不限于待测物体6的高度、长度、宽度、直径等。数据处理单元110记录并存储该大致尺寸。根据待测物体6的大致尺寸分别设置垂直滑台2和水平滑台4的预设零位位置，以将雷达5对准待测物体6。该预设零位位置对应雷达5的高度以及雷达5与转台1之旋转轴的距离。

运动控制单元120受计算机100的控制用于对运动控制装置200运动的运动进行控制，以调整所述转台1的转动位置及所述雷达5相对所述转台1的位置。

具体地，根据预设零位位置，运动控制单元120控制运动控制器210，连带电机驱动器220驱动电机230调整水平滑台4的位置，以带动雷达5的位置以运动至该预设零位位置，以将雷达5对准待测物体6。

待测物体6在转台1上的初始位置为第一位置，运动控制单元120驱动雷达5扫描待测物体6在第一位置时的轮廓区域，该轮廓区域是指雷达5的激光束能够扫描到待测物体6的第一区域轮廓的数据，并将该数据反馈至数据处理单元110。

运动控制单元120还用于驱动转台1带动待测物体6转动预设角度(例如0.1度)，从而使待测物体6由第一位置移动至第二位置。也就是说，当待测物体6改变了初始位置，雷达5可以探测到待测物体6的区域轮廓也相应地发生变化，则雷达5扫描待测物体6在第二位置时能够探测的第二区域轮廓的数据，并将该数据反馈至数据处理单元110。依次类推，运动控制单元120控制电机驱动转台1与待测物体6的多次转动(例如N次转动)，使雷达5分别扫描并采集待测物体6每次转动所对应的扫描数据信息，并将每次采集的扫描数据信息通过通讯电缆传输至计算机100的数据处理单元110。

数据处理单元110用于记录并存储雷达5发送的上述扫描的待测物体6的扫描数据信息。进一步地，数据处理单元110包括计算模块和判断模块。

计算模块用于根据记录并存储转台1多次转动的角度，以及待测物体6处于不同的位置时雷达5采集的扫描数据信息，计算待测物体6多次转动的角度和值以及将雷达5扫描的多次扫描数据信息整合相加。

具体地，数据处理单元110记录并存储转台1每次转动的角度，该计算模块将转台1每次转动的角度累计相加，并计算得出转台1多次转动的角度和值。相应的，计算模块还根据雷达扫描的第一区域轮廓的数据、第二区域轮廓的数据、…、第N区域轮廓的数据进行整合相加。

判断模块用于判断计算模块计算的所述角度和值是否为360度；若是，则判定雷达5完成一次扫描。若否，则判定雷达5没有完成一次扫描并继续扫描所述待测物体6在多个位置的区域轮廓并生成相应的扫描数据信息。

三维成型单元130用于根据所接收的所述扫描数据信息生成所述待测物体的三维轮廓并显示于计算机100的显示屏。

具体地，三维成型单元130将数据处理单元110接收的雷达5完成一次扫描所采集的扫描数据信息进行坐标转换以形成一个单组点云数据，当判断模块判定雷达5完成多次扫描，并形成多个单组点云数据时，由所述多个单组点云数据形成多组点云数据，该三维成型单元130将多组点云数据进行平移和拼接，以获得所述待测物体6的三维点云。

在本实施例中，三维成型单元130在数据处理时的坐标转换以及得到三维点云具体采用下述公式：

将雷达5扫描到待测物体6的极坐标转为直角坐标(x₀,y₀z₀,)，计算公式为： $\left[\begin{array}{c}{x}_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right]=d\left[\begin{array}{c}cos\mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}\\ 0\end{array}\right];$

将该直角坐标转为三维坐标(x₁,y₁,z₁)，计算公式为: $\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ -H\end{array}\right]+R_z\left(n\mathrm{\ω}\right)R_x\left({\mathrm{\ω}}_x\right)R_y\left({\mathrm{\ω}}_y\right)\left[\begin{array}{c}D-x_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right],$ 其中，H表示雷达5旋转轴与转台1旋转轴之间的高度差值，R_x、R_y、R_z分别表示绕x轴、y轴、z轴的旋转矩阵，ω_x、ω_y表示沿坐标轴正方形顺时针转动的角度值，ω为转台1每次转动的角度，n为转台1转动的次数，D为雷达5旋转轴与转台1旋转轴的水平距离。

当取z₀＝0时，上述公式展开得到：

$\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ -H\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}\cos n\mathrm{\ω}& \sin n\mathrm{\ω}& 0\\ -\sin n\mathrm{\ω}& \cos n\mathrm{\ω}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cos\ω}}_x& {\mathrm{sin\ω}}_x\\ 0& -{\mathrm{sin\ω}}_x& {\mathrm{cos\ω}}_x\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\ω}}_y& 0& -{\mathrm{sin\ω}}_y\\ 0& 1& 0\\ {\mathrm{sin\ω}}_y& 0& {\mathrm{cos\ω}}_y\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}D-x_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right].$ 在本实施例中，ω_y＝π。当调整雷达5相对垂直滑台2的高度时，即改变H值，调整雷达5相对水平滑台4的位置时，即改变D值。采用上述公式，将该极坐标转换为直角坐标，再将该直角坐标转换为三维坐标，经过获取物体不同区域的三维点云，进而生成待测物体6的三维模型。

由此可见，本实施例提出的雷达三维扫描控制系统，通过一台二维雷达5在水平与垂直方向的运动，使得雷达5的扫描范围覆盖整个待扫描物体，从而具有成本低、扫描效率高、能够适应不同尺寸的待测物体等有益效果。

如图5所示，本发明还公开一种应用于上述系统而实现的雷达三维扫描控制方法，所述方法包括步骤：

步骤510，通过运动控制装置200调整所述转台1的转动位置以及所述雷达5相对所述转台的位置；

具体地，计算机100包括能够显示操作界面的显示屏，该显示屏可以是触控屏也可以是非触控屏，若该显示屏为非触控屏，则计算机100还包括输入设备，例如键盘等。当待测物体6放置于转台1上时，操作人员可以将该待测物体6的大致尺寸输入计算机100，该尺寸包括但不限于待测物体6的高度、长度、宽度、直径等。记录并存储该大致尺寸。根据待测物体6的大致尺寸分别设置垂直滑台2和水平滑台4的预设零位位置，以将雷达5对准待测物体6。该预设零位位置对应雷达5的高度以及雷达5与转台1之旋转轴的距离。

根据预设零位位置，调整垂直滑台2和水平滑台4带动雷达5的位置以运动至该预设零位位置，并驱动转台1带动待测物体6按照预设角度进行多次转动。

步骤520，接收所述雷达5扫描所述待测物体6的区域轮廓并输出相应的扫描数据信息；

具体地，待测物体6在转台1上的初始位置为第一位置，驱动雷达5扫描待测物体6在第一位置时的轮廓区域，该轮廓区域是指雷达5的激光束能够扫描到待测物体6的第一区域轮廓的数据，并将该数据反馈至计算机100。

驱动转台1带动待测物体6转动预设角度(例如0.1度)，从而使待测物体6由第一位置移动至第二位置。也就是说，当待测物体6改变了初始位置，雷达5可以探测到待测物体6的区域轮廓也相应地发生变化，则雷达5扫描待测物体6在第二位置时能够探测的第二区域轮廓的数据，并将该数据反馈至计算机100。依次类推，当转台1与待测物体6的多次转动(例如N次转动)，雷达5分别扫描并采集待测物体6每次转动所对应的扫描数据信息，并将每次采集的扫描数据信息通过通讯电缆传输至计算机100。

步骤530，记录并存储所述雷达6发送的所述扫描数据信息；请同时参照图6，步骤530进一步包括：

步骤531、记录并存储所述转台1多次转动的角度，以及所述待测物体6处于不同的位置时所述雷达5采集的扫描数据信息；

步骤532、计算所述待测物体6多次转动的角度和值以及将雷达5扫描的多次扫描数据信息整合相加；

具体地，记录并存储转台1每次转动的角度，该计算模块将转台1每次转动的角度累计相加，并计算得出转台1多次转动的角度和值。相应的，计算模块还根据雷达扫描的第一区域轮廓的数据、第二区域轮廓的数据、…、第N区域轮廓的数据进行整合相加。

步骤533、判断所述角度和值是否为360度；若是，则进入步骤534；若否，则返回步骤520；

步骤534、判定所述雷达5完成一次扫描。

步骤540，根据所述扫描数据信息，生成所述待测物体6的三维轮廓。

具体地，将接收的雷达5完成一次扫描所采集的扫描数据信息进行坐标转换以形成一个单组点云数据，当判定雷达5完成多次扫描，并形成多个单组点云数据时，由所述多个单组点云数据形成多组点云数据，然后将该多组点云数据进行平移和拼接，以获得所述待测物体6的三维点云。

在本实施例中，数据处理时的坐标转换以及得到三维点云具体采用下述公式：

将雷达5扫描到待测物体6的极坐标转为直角坐标(x₀,y₀z₀,)，计算公式为： $\left[\begin{array}{c}{x}_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right]=d\left[\begin{array}{c}cos\mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}\\ 0\end{array}\right];$

将该直角坐标转为三维坐标(x₁,y₁,z₁)，计算公式为: $\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ -H\end{array}\right]+R_z\left(n\mathrm{\ω}\right)R_x\left({\mathrm{\ω}}_x\right)R_y\left({\mathrm{\ω}}_y\right)\left[\begin{array}{c}D-x_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right],$ 其中，H表示雷达5旋转轴与转台1旋转轴之间的高度差值，R_x、R_y、R_z分别表示绕x轴、y轴、z轴的旋转矩阵，ω_x、ω_y表示沿坐标轴正方形顺时针转动的角度值，ω为转台1每次转动的角度，n为转台1转动的次数，D为雷达5旋转轴与转台1旋转轴的水平距离。

当取z₀＝0时，上述公式展开得到：

$\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ -H\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}\cos n\mathrm{\ω}& \sin n\mathrm{\ω}& 0\\ -\sin n\mathrm{\ω}& \cos n\mathrm{\ω}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cos\ω}}_x& {\mathrm{sin\ω}}_x\\ 0& -{\mathrm{sin\ω}}_x& {\mathrm{cos\ω}}_x\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\ω}}_y& 0& -{\mathrm{sin\ω}}_y\\ 0& 1& 0\\ {\mathrm{sin\ω}}_y& 0& {\mathrm{cos\ω}}_y\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}D-x_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right].$ 在本实施例中，ω_y＝π。当调整雷达5相对垂直滑台2的高度时，即改变H值，调整雷达5相对水平滑台4的位置时，即改变D值。采用上述公式，将该极坐标转换为直角坐标，再将该直角坐标转换为三维坐标，经过获取物体不同区域的三维点云，进而生成待测物体6的三维模型。

从而本实施例的雷达三维扫描控制方法，通过控制一台雷达5相对垂直滑台2、水平滑台4的位置以及控制转台1的转动，使雷达5在滑台上移动以扫描待测物体6以生成三维模型，雷达5的扫描范围覆盖整个待扫描物体，从而具有成本低、扫描效率高、能够适应不同尺寸的待测物体等有益效果。

如图7所示，为本发明第三实施例提出的计算机的模块示意图。第三实施例的计算机应用于第一实施例中的雷达三维扫描控制系统，以及第二实施例中的雷达三维扫描控制方法，且第三实施例中的计算机与第一实施例中的计算机100的区别仅在于：

数据处理单元110包括数据记录模块111和扫描数据处理模块112；运动控制单元120包括运动方向控制模块121、转台控制模块122和雷达控制模块123；三维成型单元130包括单次成型模块131和三维成型模块132。

当待测物体6放置于转台1上时，操作人员可以将该待测物体6的大致尺寸输入计算机100，该尺寸包括但不限于待测物体6的高度、长度、宽度、直径等。数据处理单元110记录并存储该大致尺寸。根据待测物体6的大致尺寸分别设置垂直滑台2和水平滑台4的预设零位位置，以将雷达5对准待测物体6。该预设零位位置对应雷达5的高度以及雷达5与转台1之旋转轴的距离。

运动方向控制模块121，用于驱动所述运动控制装置200控制所述水平滑台4和所述垂直滑台2进行左右移动和上下移动，以调整所述雷达5与所述待测物体6的相对位置。

具体地，根据预设零位位置，运动方向控制模块121控制运动控制器210，连带电机驱动器220驱动电机230调整垂直滑台2和水平滑台4带动雷达5的位置以运动至该预设零位位置。

本领域技术人员可以理解的是，电机230包括分别控制转台1、垂直滑台2、水平滑台4和雷达5运动的电机。

转台控制模块122，用于驱动所述运动控制装置控制转台1及所述待测物体6按照预设角度转动。

雷达控制模块123，用于驱动所述运动控制装置调整雷达5相对转台1的位置以扫描待测物体6。

具体地，待测物体6在转台1上的初始位置为第一位置，雷达控制模块123驱动雷达5扫描待测物体6在第一位置时的轮廓区域，该轮廓区域是指雷达5的激光束能够扫描到待测物体6的第一区域轮廓的数据，并将该数据反馈至扫描数据处理模块112。

转台控制模块122还用于驱动转台1带动待测物体6转动预设角度(例如0.1度)，从而使待测物体6由第一位置移动至第二位置。也就是说，当待测物体6改变了初始位置，雷达5可以探测到待测物体6的区域轮廓也相应地发生变化，则雷达5扫描待测物体6在第二位置时能够探测的第二区域轮廓的数据，并将该数据反馈至数据处理单元110。依次类推，转台控制模块122控制电机驱动转台1与待测物体6的多次转动(例如N次转动)，使雷达5分别扫描并采集待测物体6每次转动所对应的扫描数据信息，并将每次采集的扫描数据信息通过通讯电缆传输至扫描数据处理模块112。

扫描数据处理模块112，用于记录并存储所述雷达5扫描所述待测物体6区域轮廓并输出相应的扫描数据信息。

单次成型模块131，用于根据接收的所述雷达完成一次扫描而发送的扫描数据信息，将所述扫描数据信息进行坐标转换形成一个单组点云数据。

具体地，当转台1多次转动的角度和值为360度，则判定雷达5完成一次扫描。

单次成型模块131将扫描数据处理模块112接收的雷达5完成一次扫描所采集的扫描数据信息进行坐标转换以形成单组点云数据。将雷达5扫描到待测物体6的极坐标转为直角坐标(x₀,y₀z₀,)，计算公式为： $\left[\begin{array}{c}{x}_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right]=d\left[\begin{array}{c}\cos \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}\\ 0\end{array}\right].$ 将该直角坐标转为三维坐标(x₁,y₁,z₁)，计算公式为: $\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ -H\end{array}\right]+R_z\left(n\mathrm{\ω}\right)R_x\left({\mathrm{\ω}}_x\right)R_y\left({\mathrm{\ω}}_y\right)\left[\begin{array}{c}D-x_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right],$ 其中，H表示雷达5旋转轴与转台1旋转轴之间的高度差值，R_x、R_y、R_z分别表示绕x轴、y轴、z轴的旋转矩阵，ω_x、ω_y表示沿坐标轴正方形顺时针转动的角度值，ω为转台1每次转动的角度，n为转台1转动的次数，D为雷达5旋转轴与转台1旋转轴的水平距离。

当取z₀＝0时，上述公式展开得到：

$\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ -H\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}\cos n\mathrm{\ω}& \sin n\mathrm{\ω}& 0\\ -\sin n\mathrm{\ω}& \cos n\mathrm{\ω}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cos\ω}}_x& {\mathrm{sin\ω}}_x\\ 0& -{\mathrm{sin\ω}}_x& {\mathrm{cos\ω}}_x\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\ω}}_y& 0& -{\mathrm{sin\ω}}_y\\ 0& 1& 0\\ {\mathrm{sin\ω}}_y& 0& {\mathrm{cos\ω}}_y\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}D-x_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right].$ 在本实施例中，ω_y＝π。

三维成型模块132，用于当形成多个单组点云数据时，由所述多个单组点云数据形成多组点云数据，将所述多组点云数据进行平移和拼接，以获得所述待测物体的三维点云。

当调整雷达5相对垂直滑台2的高度时，即改变H值，调整雷达5相对水平滑台4的位置时，即改变D值。采用上述公式，将该极坐标转换为直角坐标，再将该直角坐标转换为三维坐标，经过获取物体不同区域的三维点云，进而生成待测物体6的三维模型。

由此可见，本实施例提出的计算机，通过控制一台二维雷达5在水平与垂直方向的运动，使得雷达5的扫描范围覆盖整个待扫描物体，从而具有成本低、扫描效率高、能够适应不同尺寸的待测物体等有益效果。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (11)

1.一种雷达三维扫描控制系统，其特征在于，包括扫描装置、运动控制装置和计算机，所述计算机分别与所述扫描装置和所述运动控制装置通信连接：

所述扫描装置包括转台、滑台和雷达，所述转台用于承载待测物体，所述雷达跟随所述滑台移动，以对准并扫描所述待测物体，所述雷达扫描所述待测物体的区域轮廓，并将相应的扫描数据信息传输至所述计算机；

所述运动控制装置控制所述扫描装置的运动；

所述计算机对所述运动控制装置的运动进行控制，以调整所述转台的转动位置及所述雷达相对所述转台的位置；所述计算机根据所接收的所述扫描数据信息生成所述待测物体的三维轮廓。

2.根据权利要求1所述的雷达三维扫描控制系统，其特征在于，所述滑台包括垂直滑台和活动地安装于所述垂直滑台的水平滑台，所述雷达固定于所述水平滑台；

所述计算机通过所述运动控制装置调整所述水平滑台的位置，以将所述雷达对准所述待测物体，且所述计算机还通过所述运动控制装置驱动所述转台运动，以使所述待测物体按照预设角度进行多次转动，相应地，所述雷达分别扫描并采集所述待测物体转动所对应的扫描数据信息，并将采集的扫描数据信息传输至所述计算机。

3.根据权利要求2所述的雷达三维扫描控制系统，其特征在于，所述计算机记录并存储所述转台多次转动的角度，以及所述待测物体处于不同的位置时所述雷达采集的扫描数据信息；所述计算机计算所述待测物体多次转动的角度和值以及将所述雷达扫描的多次扫描数据信息整合相加，并判断所述角度和值是否为360度；若是，则判定所述雷达完成一次扫描。

4.根据权利要求3所述的雷达三维扫描控制系统，其特征在于，所述计算机将所述雷达完成一次扫描所采集的扫描数据信息进行坐标转换以形成一个单组点云数据，当形成多个单组点云数据时，由所述多个单组点云数据形成多组点云数据，将所述多组点云数据进行平移和拼接，以获得所述待测物体的三维点云。

5.根据权利要求1-4任一项所述的雷达三维扫描控制系统，其特征在于，所述雷达是二维激光雷达，其扫描头的旋转面与所述转台的旋转面相垂直并朝向所述转台的方向。

6.一种雷达三维扫描控制方法，其特征在于，雷达安装于滑台，待测物体放置于转台上，所述方法包括：

通过运动控制装置调整所述转台的转动位置以及所述雷达相对所述转台的位置；

接收所述雷达扫描所述待测物体的区域轮廓并输出相应的扫描数据信息；

记录并存储所述雷达发送的所述扫描数据信息；

根据所述扫描数据信息，生成所述待测物体的三维轮廓。

7.根据权利要求6所述的雷达三维扫描控制方法，其特征在于，所述滑台包括垂直滑台和安装于所述垂直滑台的水平滑台，所述雷达固定于所述水平滑台，所述通过运动控制装置调整所述转台的转动位置以及所述雷达相对所述转台的位置，包括：

调整所述水平滑台的位置，以将所述雷达对准所述待测物体；驱动所述转台带动所述待测物体按照预设角度进行多次转动。

8.根据权利要求7所述的雷达三维扫描控制方法，其特征在于，所述接收所述雷达扫描所述待测物体的区域轮廓并生成相应的扫描数据信息，包括：根据所述转台的多次转动，所述雷达分别扫描并采集所述待测物体转动所对应的扫描数据信息。

9.根据权利要求6所述的雷达三维扫描控制方法，其特征在于，所述记录并存储所述雷达发送的扫描数据信息，包括：

记录并存储所述转台多次转动的角度，以及所述待测物体处于不同的位置时所述雷达采集的扫描数据信息；

计算所述待测物体多次转动的角度和值以及将雷达扫描的多次扫描数据信息整合相加；

判断所述角度和值是否为360度；若是，则判定所述雷达完成一次扫描。

10.根据权利要求6所述的雷达三维扫描控制方法，其特征在于，所述生成所述待测物体的三维轮廓，包括：

将接收所述雷达完成一次扫描所采集的扫描数据信息进行坐标转换以形成一个单组点云数据；

当形成多个单组点云数据时，由所述多个单组点云数据形成多组点云数据，将所述多组点云数据进行平移和拼接以获得所述待测物体的三维点云。

11.一种计算机，其特征在于，雷达安装于水平滑台，所述水平滑台活动地安装于垂直滑台，待测物体放置于转台上，运动控制装置控制所述转台，所述转台调整所述待测物体的转动位置以及所述雷达相对所述转台的位置，所述雷达与所述计算机通信连接，所述计算机包括：

运动方向控制模块，用于驱动所述运动控制装置控制所述水平滑台和所述垂直滑台进行左右移动和上下移动，以调整所述雷达与所述待测物体的相对位置；

转台控制模块，用于驱动所述运动控制装置控制所述转台及所述待测物体按照预设的角度转动；

雷达控制模块，用于驱动所述运动控制装置调整所述雷达相对所述转台的位置以扫描所述待测物体；

扫描数据处理模块，用于记录并存储所述雷达扫描所述待测物体区域轮廓并输出相应的扫描数据信息；

单次成型模块，用于根据接收的所述雷达完成一次扫描而发送的扫描数据信息，将所述扫描数据信息进行坐标转换形成一个单组点云数据；

三维成型模块，用于当形成多个单组点云数据时，由所述多个单组点云数据形成多组点云数据，将所述多组点云数据进行平移和拼接，以获得所述待测物体的三维点云。