[發明專利]三維掃描裝置、機器人及數據處理方法

有效

• 申請號: 201711302783.9
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN107861128B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 林東;崔錦;陳萌;譚楊;陳存柱
• 申請（專利權）人: 同方威視技術股份有限公司
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88;G01S7/481
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 顏鏑

本發明涉及一種三維掃描裝置、機器人及數據處理方法，三維掃描裝置包括：激光雷達(1)、轉動機構(2)和數據處理模塊(3)，激光的掃描范圍包括環境掃描區域(B)和由角度標定部件(5)提供的標定區域(A)，轉動機構(2)驅動激光雷達(1)的本體轉動并經過各個預定轉動角度；數據處理模塊(3)所述激光雷達(1)在所述本體轉動經過的每個預定轉動角度下獲得的所述標定區域(A)中的標定點組的激光掃描信息數據和環境掃描區域(B)的激光掃描信息數據，并根據所述標定區域(A)中的標定點組的激光掃描信息數據確定與所述環境掃描區域(B)的激光掃描信息數據對應的預定轉動角度。本發明能夠獲得更為精準的三維掃描數據。

技術領域

本發明涉及環境感知技術，尤其涉及一種三維掃描裝置、機器人及數據處理方法。

背景技術

隨著機器人技術的不斷發展，服務機器人已在環境監測、公共安全、救災救援、反恐防爆等領域實現了應用。在復雜非結構化的環境中，服務機器人需要獲取外部環境的三維空間數據，以完成機器人位姿的估計、不同高度障礙物的識別及避障、運動軌跡的自動規劃、目標物體的識別及檢測等各項任務。因此，建立環境的三維空間信息是服務機器人實現各種功能的先決條件。

在復雜非結構化的環境中，由于存在不同高度的障礙物和不同大小的目標物體，因此需要激光雷達能夠實現三維空間的掃描功能。目前能夠進行三維環境測量的多線激光雷達非常昂貴，其體積和重量不適應于一般的服務機器人。而單線激光雷達通常被安置在機器人某個特定高度上，只能用于獲取二維平面上的空間信息，不能實現三維空間的掃描功能。

相關技術中有一些將單線激光雷達安裝在運動平臺上，通過旋轉掃描平面完成三維建圖的解決方案。此類方案非常依賴于運動平臺的運動精度驅動，需要使用較貴的高精度伺服驅動設備，并存在容易受到運動平臺精度的影響的缺陷。此外，由于運動平臺所屬的轉動機構需要將角度數據發送到處理模塊，而單線激光雷達的掃描信息數據也需要發送給處理模塊。運動平臺從一個角度旋轉到下一個角度需要一定時間，在每個角度也可以停留一段時間，激光雷達中的激光掃描旋轉一周也需要時間(例如25毫秒)，這些時間可能各不相同。而且，角度數據和激光掃描信息數據通過不同的線路來傳播，因此兩者的傳播所需要的時間很可能不同，即延時不同，因此兩種數據的產生和傳輸均無法同步，處理模塊無法將接收到的激光掃描信息數據與角度數據正確地對應匹配出來。對于該問題，相關技術中的處理模塊采用下面兩種方法來進行數據處理。

第一種方法是，處理模塊同時接收角度數據和激光掃描信息數據，并且認為兩者的產生和傳輸都完全同步，即認為同一時刻接收到的角度數據和激光掃描信息數據完全對應，但這樣的方式是非常粗糙的，容易出現對應錯誤。在三維建圖中，預定轉動角度微小的誤差就會造成建圖誤差，而且誤差會隨著測量距離的增加而線性放大，使得環境描述不準確，因此難以適用于服務機器人。

第二種方法是，處理模塊同時接收角度數據和激光掃描信息數據，然后將接收到的角度數據按時間比例線性地與激光掃描信息數據對應匹配，這樣的方式也很粗糙，容易出現對應錯誤。

發明內容

本發明的目的是提出一種三維掃描裝置、機器人及數據處理方法，能夠獲得更為精準的三維掃描數據。

為實現上述目的，本發明提供了一種三維掃描裝置，包括：激光雷達、轉動機構和數據處理模塊；其中，

所述轉動機構驅動所述激光雷達的本體轉動并經過各個預定轉動角度；

所述激光雷達中的激光進行旋轉掃描，激光的掃描范圍包括環境掃描區域和由角度標定部件提供的標定區域，其中，待掃描對象位于所述環境掃描區域中，所述標定區域在各個預定轉動角度下均包括標定點組，所述激光雷達在所述本體轉動經過的各個預定轉動角度下獲得所述標定點組的激光掃描信息數據和所述環境掃描區域的激光掃描信息數據，在同一預定角度下獲得的標定點組的激光掃描信息數據與環境掃描區域的激光掃描信息數據屬于同一組數據；