CN111580129A - 一种基于单线激光雷达获取3d激光点云的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法，包括：S1，通过搭载在机器人上的单线激光雷达采集数据；所述数据包括障碍物体与传感器之间的距离和角度；S2，旋转支架平台，增加单线激光雷达的自由度；其中单线激光雷达搭载在支架平台上，支架平台搭载在机器人上；S3，将所述数据和自由度进行信息融合生成点云数据；S4，采用点云匹配算法进行点云拼接试验，生成3D激光点云。本发明采用了单线激光雷达，可以在减少其他传感器的使用情况下，单线激光雷达绕传感器坐标系的x轴自旋，增加单线激光雷达的自由度，获取3D激光点云数据，进行点云拼接实验。

Description

一种基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法
技术领域
本发明涉及机器人激光传感器技术领域，具体涉及一种基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法。
背景技术
随着科学技术的发展与进步，常常用于军事领域的激光雷达的成本大大降低，这使得它在商业应用上成为可能，激光雷达具有单色性好，亮度高，方向性强，抗干扰性强，分辨力强，设备小而轻等优点，尤其在测速与机器人定位方面有着广泛的应用。点云地图的构建使得机器人可以进行3D场景还原，因此点云信息的获取具有一定的价值。
传统的机器人仅仅使用激光雷达传感器进行定位或者进行2D地图的构建，如栅格地图。由于激光雷达传感器在扫射的过程中机器人会发生平移或旋转等运动，得到的2d激光点云信息比较单一。因此，单纯根据2d激光点云生成的地图会有一定程度的畸变。因此使用3D激光点云利用了在空间上的信息，使得机器人可以重建现实中的3D环境模型，实现激光雷达二维平面数据到三维空间数据的转化。因此，行业内急需涉及一种获取3D激光点云的方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种能增加单线激光雷达的自由度的基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法，包括：
S1，通过搭载在机器人上的单线激光雷达采集数据；所述数据包括障碍物体与传感器之间的距离和角度；
S2，旋转支架平台，增加单线激光雷达的自由度；其中单线激光雷达搭载在支架平台上，支架平台搭载在机器人上；
S3，将所述数据和自由度进行信息融合生成点云数据；
S4，采用点云匹配算法进行点云拼接试验，生成3D激光点云。
优选地，所述支架平台上设置有单线激光雷达的稳定驱动电源。
优选地，步骤S2包括，旋转支架平台，单线激光雷达绕传感器坐标系的x轴自旋，增加单线激光雷达的自由度,得到单线激光雷达当前的翻滚角度。
优选地，步骤S2和步骤S3之间包括：清除支架平台旋转的累计误差。
优选地，机器人上设置有依次电信号连接的编码器、控制器和电机；旋转支架平台包括：所述控制器根据编码器输出的脉冲信息控制电机的电压，电机驱动支架平台匀速转动，其中所述支架平台与单线激光雷达的底盘同心且在一条垂直线上；所述单线激光雷达底盘的固定点与单线激光雷达的头部同心。
优选地，所述得到单线激光雷达当前的翻滚角度包括：控制器接收编码器输出的脉冲信息，由电机的减速比以及编码器的分辨率得到电机旋转角，即为当前的翻滚角度。
优选地，机器人上设置有光电开关，所述清除支架平台旋转的累计误差包括：电机的旋转触发光电开关，控制器的脉冲计数相应清零。
优选地，所述编码器为1000线的编码器，单线激光雷达为RPLIDAR A2激光雷达。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
(1)本发明采用了单线激光雷达，可以在减少其他传感器的使用情况下，单线激光雷达绕传感器坐标系的x轴自旋，增加单线激光雷达的自由度，获取3D激光点云数据，进行点云拼接实验。
(2)本发明对于激光雷达的旋转累计误差可实现消除，减少了误差对于数据获取的影响，避免数据失真等情况的出现。
(3)本发明通过软件设计融合激光雷达信息，兼顾了精度以及计算效率同步的需求。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本实施例的基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法的流程示意图。
图2为本实施例的控制器功能逻辑图。
图3为本实施例的控制器软件程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参见图1-3，一种基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法，包括：
S1，通过搭载在机器人上的单线激光雷达采集数据；所述数据包括障碍物体与传感器之间的距离和角度；
S2，旋转支架平台，增加单线激光雷达的自由度；其中单线激光雷达搭载在支架平台上，支架平台搭载在机器人上；进一步地，步骤S2包括，旋转支架平台，单线激光雷达绕传感器坐标系的x轴自旋，增加单线激光雷达的自由度,得到单线激光雷达当前的翻滚角度。更进一步地，机器人上设置有依次电信号连接的编码器、控制器和电机；旋转支架平台包括：所述控制器根据编码器输出的脉冲信息控制电机的电压，电机驱动支架平台匀速转动，进而控制激光传感器(单线激光雷达)可以稳定匀速旋转；其中所述支架平台与单线激光雷达的底盘同心且在一条垂直线上，否则会导致电机扭动损毁电机；所述单线激光雷达底盘的固定点与单线激光雷达的头部同心，否则会导致激光雷达扫描得到的三维点云失真，造成角度偏差并且随着雷达测量距离的增大而偏差进而增大。其中所述得到单线激光雷达当前的翻滚角度包括：控制器接收编码器输出的脉冲信息，由电机的减速比以及编码器的分辨率得到电机旋转角，通过串口实时输出信息，即为当前的翻滚角度。
在本实施例，步骤S2和步骤S3之间包括：清除支架平台旋转的累计误差。由于激光雷达以及底盘、旋转支架平台在硬件上做不到整体旋转累计误差为0，因此，需要清除支架平台旋转的累计误差。在本实施例，所述得到单线激光雷达当前的翻滚角度包括：控制器接收编码器输出的脉冲信息，由电机的减速比以及编码器的分辨率得到电机旋转角，即为当前的翻滚角度。
S3，将所述数据和自由度进行信息融合生成点云数据；
S4，采用点云匹配算法进行点云拼接试验，生成3D激光点云。
在本实施例，所述支架平台上设置有单线激光雷达的稳定驱动电源。所述编码器为1000线的编码器，单线激光雷达为思岚公司研发的RPLIDAR A2激光雷达。
在本实施例，控制器的型号QFN36，其包括36引脚。控制器的时钟逻辑和外部接口的设计如下：
PA0是编码器脉冲输入，PA0设置为外部晶振模式。电机的减速比为64：1，1000线的编码器每周发出1000个脉冲，电机每旋转一周，编码器就发出64000个脉冲。PA0设置成外部晶振模式，另外通过PA0对外部高频脉冲精确计数，进而计算电机旋转角。
PA1激光雷达以40HZ的频率扫描完成中断。可以将PA1设置成普通的外部上升沿检测，激光雷达的工作频率是40HZ，激光雷达扫描完成后，每次均会产生一个单片机可识别的上升沿信号，单片机通过PA1检测到该上升沿信号，产生中断，计算电机旋转角度，通过串口将电机旋转角度反馈输出。
PA4是光电开关中断；频率为0.5-2HZ。参数设置和PA1相似，在激光雷达旋转—周后，光电开关会发出上升沿脉冲，经过光耦转换成单片机可识别的上升沿信号，单片机通过PA4检测到上升沿信号后，产生中断，将电机的旋转角度归零。以此实现清除旋转累计误差。
PA6控制PWM方波输出。通过单片机设置定时中断，进而计算电机旋转速度，然后通过调节PWM占空比，控制大功率mos管接通时间，进而控制电机电压，对电机进行调速。
PA9、PA10为串口通信，单片机在PA1的外部中断中使用串口，通过串口，将电机的旋转角度输出。
对于图3所示的程序流程，其中串口复位时波特率设定为9600，以保证正常串口通信；1000线编码器采样频率为100HZ，根据采样间隔设定定时中断；单片机在空循环中等待外部中断的触发；编码器采样中断过程中通过电机转速，PID控制PWM的占空比。PID参数为P＝0.7,I＝0.5,D＝0.05。
综上，本发明根据单线激光雷达，解决由于单线激光传感器方向扫描单一仅可生成2d激光点云的问题。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法，其特征在于，包括：
S1，通过搭载在机器人上的单线激光雷达采集数据；所述数据包括障碍物体与传感器之间的距离和角度；
S2，旋转支架平台，增加单线激光雷达的自由度；其中单线激光雷达搭载在支架平台上，支架平台搭载在机器人上；
S3，将所述数据和自由度进行信息融合生成点云数据；
S4，采用点云匹配算法进行点云拼接试验，生成3D激光点云。
2.根据权利要求1所述的基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法，其特征在于，所述支架平台上设置有单线激光雷达的稳定驱动电源。
3.根据权利要求1所述的基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法，其特征在于，步骤S2包括，旋转支架平台，单线激光雷达绕传感器坐标系的x轴自旋，增加单线激光雷达的自由度,得到单线激光雷达当前的翻滚角度。
4.根据权利要求1所述的基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法，其特征在于，步骤S2和步骤S3之间包括：清除支架平台旋转的累计误差。
5.根据权利要求3所述的基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法，其特征在于，机器人上设置有依次电信号连接的编码器、控制器和电机；旋转支架平台包括：
所述控制器根据编码器输出的脉冲信息控制电机的电压，电机驱动支架平台匀速转动，其中所述支架平台与单线激光雷达的底盘同心且在一条垂直线上；所述单线激光雷达底盘的固定点与单线激光雷达的头部同心。
6.根据权利要求5所述的基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法，其特征在于，所述得到单线激光雷达当前的翻滚角度包括：
控制器接收编码器输出的脉冲信息，由电机的减速比以及编码器的分辨率得到电机旋转角，即为当前的翻滚角度。
7.根据权利要求4所述的基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法，其特征在于，机器人上设置有光电开关，所述清除支架平台旋转的累计误差包括：
电机的旋转触发光电开关，控制器的脉冲计数相应清零。
8.根据权利要求5所述的基于单线激光雷达获取3D激光点云的方法，其特征在于，所述编码器为1000线的编码器，单线激光雷达为RPLIDAR A2激光雷达。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113139996A (zh) * 2021-05-06 2021-07-20 南京大学 一种基于三维点云几何特征学习的点云配准方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106154285A (zh) * 2016-06-20 2016-11-23 上海交通大学 一种基于摆动激光雷达的可变视野三维重建装置
WO2019127445A1 (zh) * 2017-12-29 2019-07-04 深圳前海达闼云端智能科技有限公司 三维建图方法、装置、系统、云端平台、电子设备和计算机程序产品
CN110223379A (zh) * 2019-06-10 2019-09-10 于兴虎 基于激光雷达的三维点云重建方法
CN110412616A (zh) * 2019-08-07 2019-11-05 山东金软科技股份有限公司 一种矿区地下采场验收方法与装置
CN113359105A (zh) * 2021-06-15 2021-09-07 武汉米佳信息技术有限公司 一种基于二维激光雷达生成三维点云数据的方法及系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106154285A (zh) * 2016-06-20 2016-11-23 上海交通大学 一种基于摆动激光雷达的可变视野三维重建装置
WO2019127445A1 (zh) * 2017-12-29 2019-07-04 深圳前海达闼云端智能科技有限公司 三维建图方法、装置、系统、云端平台、电子设备和计算机程序产品
CN110223379A (zh) * 2019-06-10 2019-09-10 于兴虎 基于激光雷达的三维点云重建方法
CN110412616A (zh) * 2019-08-07 2019-11-05 山东金软科技股份有限公司 一种矿区地下采场验收方法与装置
CN113359105A (zh) * 2021-06-15 2021-09-07 武汉米佳信息技术有限公司 一种基于二维激光雷达生成三维点云数据的方法及系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113139996A (zh) * 2021-05-06 2021-07-20 南京大学 一种基于三维点云几何特征学习的点云配准方法及系统
CN113139996B (zh) * 2021-05-06 2024-02-06 南京大学 一种基于三维点云几何特征学习的点云配准方法及系统

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