CN212646977U - 一种双雷达移动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双雷达移动装置，包括移动主体、滚轮、二维激光雷达和主机，所述滚轮至少部分低于所述移动主体，所述二维激光雷达和所述主机安装在所述移动主体上，其中，所述二维激光雷达的数量至少为两个，所述二维激光雷达的扫描平面高度一致，且所述二维激光雷达的扫描范围进行组合后达360°的全范围，所述主机用于对所述二维激光雷达收集的点云数据进行融合处理。本实用新型通过将至少两个二维激光雷达设置在移动主体上，二维激光雷达的扫描平面高度一致，且二维激光雷达的扫描范围进行组合后达360°的全范围，从而提高移动装置后续自主建图的完整度、定位及导航避障的准确度。

Description

一种双雷达移动装置

技术领域

本实用新型涉及移动机器人领域，具体涉及一种双雷达移动装置。

背景技术

目前，移动机器人已经广泛应用在服务业、工业、物流以及教育等行业中。室内自主移动的移动机器人，主要以激光雷达作为传感器采集周围环境的点云数据，点云数据收集得越完整，移动机器人后续进行自主建图越完整，定位及导航避障越准确。

单个二维激光雷达的扫描范围为360°，因此，将二维激光雷达安装在移动装置的顶部时可实现对扫描平面的360°扫描。但当需要扫描的平面低于移动装置本身的高度时，现有技术中通常的方式是将二维激光雷达安装在移动机器人的中间部位，在扫描层留出一定角度范围的缝隙，这种安装方式由于存在遮挡，无法保证激光雷达的扫描范围达到360°，导致激光雷达采集周围环境的点云数据不够完整。当需要扫描较低高度平面时，一种方式是在移动机器人的底盘上安装激光雷达，此种方式的激光雷达在某些角度会被机器人主体、滚轮、履带等遮挡，扫描范围也不能达到360°。

实用新型内容

为了克服现有技术中移动机器人在扫描特定高度平面时存在的前述问题，本实用新型提供一种双雷达移动装置，能够对特定高度的平面实现360°扫描，点云数据完整，避免误判。

基于上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种双雷达移动装置，所述移动装置包括移动主体、滚轮、二维激光雷达和主机，所述滚轮至少部分低于所述移动主体，所述二维激光雷达和所述主机安装在所述移动主体上，其中，所述二维激光雷达的数量至少为两个，所述二维激光雷达的扫描平面高度一致，且所述二维激光雷达的扫描范围进行组合后达360°的全范围，所述主机用于对所述二维激光雷达收集的点云数据进行融合处理。

进一步地，二维激光雷达的数量为两个。

所述移动主体还包括底盘，当扫描较低高度平面时，将所述二维激光雷达设置在所述底盘上；当底盘形状为矩形时，两个所述二维激光雷达分别设置在所述底盘无滚轮相对两侧的中间位置；当底盘形状为圆形时，两个所述二维激光雷达位于所述底盘的同一条直径上。

为降低激光雷达的本身高度对移动装置扫描范围的影响，所述移动装置还包括激光雷达安装部，用以倒装所述二维激光雷达；其中，所述激光雷达安装部为支架、设置在移动主体上的用以容纳倒装的二维激光雷达的凹槽、或者设置在移动主体上的用于倒装二维激光雷达的通孔。

进一步地，所述支架的高度是可调节的。

本实用新型的实施例中所述支架包括激光雷达连接部、移动主体连接部及连接件，连接件连接激光雷达连接部和移动主体连接部，二维激光雷达倒立安装在激光雷达连接部上，移动主体连接部用于将支架与移动主体连接。

本实用新型的另一实施例中所述支架包括移动主体连接部和连接件，其中，所述连接件包括固定部和伸缩部，固定部与移动主体连接部固定连接，伸缩部与固定部活动连接，使得连接件可伸缩，二维激光雷达倒立安装在伸缩部上，移动主体连接部用于将支架与移动主体连接。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过将至少两个二维激光雷达设置在移动主体上，二维激光雷达的扫描平面高度一致，且二维激光雷达的扫描范围进行组合后达360°的全范围，主机对二维激光雷达收集的点云数据进行处理时，过滤掉移动装置本身的点云数据，并将激光雷达采集到的其他点云数据进行融合，得到360°的全范围内完整的点云数据，从而提高移动装置后续自主建图的完整度、定位及导航避障的准确度。

此外，本实用新型在扫描较低高度平面时，采用将激光雷达倒装在移动主体上的方式，使得移动装置能够扫描到特定高度的平面。

下文将结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例，附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分，本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。

附图中：

图1为本实用新型移动装置的主视示意图；

图2为本实用新型移动装置的俯视示意图，其中，阴影区域表示移动装置的扫描范围；

图3为底盘形状为矩形时移动装置的仰视示意图，其中，阴影区域表示移动装置的扫描范围；

图4为底盘形状为圆形时移动装置的仰视示意图，其中，阴影区域表示移动装置的扫描范围；

图5为使用凹槽倒装激光雷达的剖视示意图；

图6为使用通孔倒装激光雷达的剖视示意图；

图7为使用支架倒装激光雷达的示意图；

图8为使用另一实施例的支架倒装激光雷达的示意图；

图9为本实用新型移动装置扫描范围的分析示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

本实用新型的一实施例提供一种双雷达移动装置，移动装置包括移动主体1、滚轮20、二维激光雷达30和主机，滚轮20至少部分低于移动主体1，二维激光雷达30和主机安装在移动主体1上，二维激光雷达30的数量至少为两个，二维激光雷达30的扫描平面高度一致，且二维激光雷达30的扫描范围进行组合后达360°的全范围，主机用于对二维激光雷达30收集的点云数据进行融合处理。

为了实现对低于移动装置本身高度的平面进行扫描，如图1中移动装置的主视示意图所示，根据欲扫描平面的高度将二维激光雷达30设置在移动主体1的对应高度位置，图1中的虚线为激光雷达的扫描平面。如图1(a)所示，当欲扫描平面的高度低于移动主体1的底盘40高度时，可将二维激光雷达30分别设置在移动主体的底部高度位置；如图1(b)所示，当欲扫描平面的高度对应为移动主体1的某一中间位置时，可将二维激光雷达30分别设置在移动主体1的相应中间高度位置。

为了获取扫描平面360°全范围的完整点云数据，至少设置两个二维激光雷达30，二维激光雷达30的扫描平面高度一致，且二维激光雷达30的位置设置使得将二维激光雷达30的扫描范围进行组合后能够达到360°的全范围。其中，二维激光雷达的数量为两个是一种较优的实现方式，在保证点云数据完整的基础上，还能尽可能降低成本和系统复杂度。

图2为图1(b)对应的移动装置的俯视示意图，即两个二维激光雷达30安装在移动装置的某一中间位置，两者的扫描平面高度一致，下面考察两个二维激光雷达30在同一高度上的安装位置。图2中移动主体的水平截面形状为矩形，图2(a)中两个二维激光雷达30分别安装在移动主体相对两侧的中部，图2(b)、图2(c)中两个二维激光雷达30分别安装在移动主体相对两侧的非中部，且图2(c)中两个二维激光雷达为非对称安装，图2(d)、2(e)、2(f)中的阴影范围分别为图2(a)、2(b)、2(c)的移动装置的扫描范围。可以看出，图2(d)、2(e)、2(f)中，两个二维激光雷达30的扫描范围进行组合后达360°的全范围。可以理解的，两个激光雷达30的安装位置并不限于图中所示，只要二者的扫描范围组合后达360°的全范围即可。

可以理解的，图2中移动主体的水平截面形状不限于上述矩形，示例性的，还可以为圆形、椭圆形等。

如图1(a)所示，当待扫描平面高度低于移动装置的底盘40高度时，可以将二维激光雷达30设置在底盘40上。底盘40的形状可以有多种，如矩形、圆形等。

图3为图1(a)对应的移动装置的仰视示意图，其中，底盘40的形状为矩形。滚轮20至少部分设置在移动主体1的下方，如图3(a)所示，两个滚轮20设置在移动主体1的两侧，两个滚轮20均可部分低于移动主体1；如图3(b)、3(c)、3(d)所示，两个滚轮20均设置在移动主体1的下方，即两个滚轮20均全部低于移动主体1。图3(e)、3(f)、3(g)、3(h)中的阴影范围分别为图3(a)、3(b)、3(c)、3(d)的移动装置的扫描范围。可见，两个二维激光雷达30可以有各种安装位置组合，使得整体的扫描范围达到360°，其中，两个二维激光雷达30分别设置在底盘40无滚轮相对两侧的中间位置是一种较优的方式。这里，无滚轮相对两侧是指，对于图3(a)中滚轮20设于移动主体1两侧的情况，图3(a)中二维激光雷达30所安装的两侧为无滚轮相对两侧；对于图3(b)、3(c)、3(d)中滚轮20设于移动主体1下方的情况，图3(b)、3(c)、3(d)中二维激光雷达30所安装的两侧均为无滚轮相对两侧，且图3(d)中两个二维激光雷达为非对称安装。

图4为类似于图3的移动装置的仰视示意图，其中，底盘40的形状为圆形。类似地，滚轮20至少部分设置在移动主体1的下方，如图4(a)所示，两个滚轮20设置在移动主体1的两侧，两个滚轮20均可部分低于移动主体1；如图4(b)、4(c)、4(d)所示，两个滚轮20均设置在移动主体1的下方，即两个滚轮20均全部低于移动主体1。图4(e)、4(f)、4(g)、4(h)中的阴影范围分别为图4(a)、4(b)、4(c)、4(d)的移动装置的扫描范围。对于底盘形状为圆形的情况，两个二维激光雷达30同样可以有各种安装位置组合，使得整体的扫描范围达到360°，其中，两个二维激光雷达30位于底盘40的同一条直径上是一种较优的方式，如图4(a)、4(b)、4(c)所示。图4(d)中两个二维激光雷达不在同一条直径上，其仍然可以实现移动装置对周围环境的360°扫描，如图4(h)所示。

为消除激光雷达本身高度对扫描特定高度平面的限制，本实用新型的移动装置还包括激光雷达安装部，用以倒装二维激光雷达(倒装是指将激光雷达从正立安装位置呈180°倒立安装)。可以理解的，根据欲扫描的平面高度可将激光雷达安装部设置在移动主体的任意高度上。倒装激光雷达可以使移动装置扫描到特定高度的平面，以移动装置在图书馆中的应用为例，对倒装优点进行介绍：

图书馆中书架的踢脚线高度较低，一般均小于10cm，因此，当移动装置欲扫描低于书架踢脚线的高度时，就要使激光雷达的扫描平面低于书架踢脚线的高度。但激光雷达本身亦具有一定高度，如果将激光雷达按照传统方式正立安装，则安装平面需要非常低，安装难度高，而且在凹凸不平的地面上也容易造成激光雷达的损坏。因此，本实用新型采用激光雷达倒装的方式，这样不仅可以提升安装平面的高度，而且也有利于安装固定，同时保障设备安全性。

可以理解的，在移动主体上倒装激光雷达的方式多种多样，示例性的，可以通过支架进行倒装；如图5所示，可以在移动主体上设置凹槽70用以容纳倒装的二维激光雷达30；如图6所示，也可以在移动主体上设置通孔80进行倒装。

如图7所示，一实施例中的用于倒装激光雷达的支架510包括激光雷达连接部511、移动主体连接部512及连接件513，其中，连接件513用于连接激光雷达连接部511和移动主体连接部512，二维激光雷达30倒立安装在激光雷达连接部511上，移动主体连接部512用于将支架510与移动主体1连接。连接件513可采用固定连接结构、滑轨连接结构或卡槽连接结构等，当采用滑轨连接或卡槽连接的形态时，激光雷达连接部511与移动主体连接部512之间的高度差可以进行调节，从而可针对不同的底盘高度以及二维激光雷达自身高度，对支架510的使用形态进行调节，从而使二维激光雷达的扫描平面位于想要扫描的高度上。

以移动装置在图书馆中的应用为例，当欲使激光雷达扫描的平面高度低于书架的踢脚线高度时，可通过支架将激光雷达倒装在移动主体的底盘上，此时，支架中的移动主体连接部与底盘连接。

可以理解的，支架510并不限于前述的形态，例如，可以省略图7中激光雷达连接部511，而将二维激光雷达从侧面安装在连接件513上，如图8所示，连接件513本身是可伸缩的，例如包括固定部5132和伸缩部5131，固定部5132与移动主体连接部512固定连接，伸缩部5131与固定部5132活动连接，使得连接件513可伸缩，激光雷达30安装在伸缩部5131上。

本实用新型中，主机(图中未示出)用于对二维激光雷达30收集的点云数据进行处理，过滤掉关于移动装置本身的点云数据，并将激光雷达采集到的其他点云数据进行融合，最终得到360°的全范围内完整的点云数据。

以图1(a)、图3(a)中的移动装置为例，两个二维激光雷达30分别设置在底盘40无滚轮相对两侧的中间位置，且扫描平面的高度低于移动主体的底盘高度，因此，位于底盘下部的滚轮、履带等将落入激光雷达的扫描范围。

二维激光雷达30将收集到的点云数据传输到移动装置的主机中，由主机中的软件对点云数据进行处理。示例性的，如图9所示，对底盘40的无滚轮两侧倒装的每一个激光雷达30，均将其扫描到的属于滚轮角度范围的点云数据进行过滤，具体为，在激光雷达安装位置、安装方向确定的情况下，定义每一个激光雷达的x轴方向为朝向底盘中心，接着，确定滚轮最外侧到激光雷达中心的连线与两侧激光雷达中心的连线的水平夹角为α，然后通过ROS(Robot Operating System，机器人操作系统)的laser_filters软件包中的LaserScanRangeFilter过滤器将-α～α范围内的点云数据删除；其中，上述LaserScanRangeFilter过滤器为软件，在移动装置的主机中运行处理点云数据。

在过滤滚轮所在角度范围的点云数据后，将激光雷达采集到的其他点云数据进行融合，具体为，已知两个激光雷达在移动装置的安装位置，则可以获取移动装置两侧的两个激光雷达坐标系和移动装置坐标系之间的变换矩阵T₁和T₂。然后分别将两个激光雷达扫描到的点云数据的三维坐标通过前述变换矩阵T₁和T₂转换到移动装置的坐标系下，这样就可以实现移动装置对较低高度的360°扫描。如图9所示，图中的阴影区域即为本实用新型移动装置的最终扫描范围。

本实用新型通过将至少两个二维激光雷达设置在移动主体上，二维激光雷达的扫描平面高度一致，且二维激光雷达的扫描范围进行组合后达360°的全范围，主机对二维激光雷达收集的点云数据进行处理时，过滤掉移动装置本身的点云数据，并将激光雷达采集到的其他点云数据进行融合，得到360°的全范围内完整的点云数据，从而提高移动装置后续自主建图的完整度、定位及导航避障的准确度。

此外，本实用新型在扫描较低高度平面时，采用将激光雷达倒装在移动主体上的方式，使得移动装置能够扫描到特定高度的平面。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种双雷达移动装置，所述移动装置包括移动主体、滚轮、二维激光雷达和主机，所述滚轮至少部分低于所述移动主体，所述二维激光雷达和所述主机安装在所述移动主体上，其特征在于，所述二维激光雷达的数量至少为两个，所述二维激光雷达的扫描平面高度一致，且所述二维激光雷达的扫描范围进行组合后达360°的全范围，所述主机用于对所述二维激光雷达收集的点云数据进行融合处理。

2.根据权利要求1所述的移动装置，其特征在于，所述二维激光雷达的数量为两个。

3.根据权利要求2所述的移动装置，其特征在于，所述移动主体包括底盘，所述二维激光雷达设置在所述底盘上。

4.根据权利要求3所述的移动装置，其特征在于，底盘形状为矩形，两个所述二维激光雷达分别设置在所述底盘无滚轮相对两侧的中间位置。

5.根据权利要求3所述的移动装置，其特征在于，底盘形状为圆形，两个所述二维激光雷达位于所述底盘的同一条直径上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的移动装置，其特征在于，所述移动装置还包括激光雷达安装部，用以倒装所述二维激光雷达。

7.根据权利要求6所述的移动装置，其特征在于，所述激光雷达安装部为支架、设置在移动主体上的用以容纳倒装的二维激光雷达的凹槽、或者设置在移动主体上的用于倒装二维激光雷达的通孔。

8.根据权利要求7所述的移动装置，其特征在于，所述支架的高度是可调节的。

9.根据权利要求8所述的移动装置，其特征在于，所述支架包括激光雷达连接部、移动主体连接部及连接件，连接件连接激光雷达连接部和移动主体连接部，二维激光雷达倒立安装在激光雷达连接部上，移动主体连接部用于将支架与移动主体连接。

10.根据权利要求8所述的移动装置，其特征在于，所述支架包括移动主体连接部和连接件，其特征在于，所述连接件包括固定部和伸缩部，固定部与移动主体连接部固定连接，伸缩部与固定部活动连接，使得连接件可伸缩，二维激光雷达倒立安装在伸缩部上，移动主体连接部用于将支架与移动主体连接。

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