[實用新型]一種2.5D激光掃描裝置與移動機器人

有效

• 申請號: 201721323322.5
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN207529026U
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 楊桂林;楊宇;鄭天江;張馳
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: G02B26/10
• 分類號: G02B26/10;G01S7/481;G01S17/88;G01S17/93;G05B19/042
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

本實用新型提供了一種2.5D激光掃描裝置。該裝置包括二維激光雷達、水平放置的動平臺以及豎直放置的靜平臺；靜平臺上設置導軌；二維激光雷達固定在動平臺上，動平臺由電機驅動在垂直于水平面的豎直方向沿導軌運動。該裝置成本低，不僅能夠獲得二維平面信息，而且能夠獲得一定范圍的高度信息，增大了激光數據信息量，可作為移動機器人的定位導航功能元，尤其當移動機器人工作在大規模室內環境、具有重復性較大的場景等時能夠進行有效的場景識別與檢測。

技術領域

本發明涉及激光掃描技術領域，尤其涉及一種2.5D激光掃描裝置及其作為定位導航功能單元用于移動機器人。

背景技術

移動機器人在倉儲物流、移動操作等領域有著廣泛的應用需求。定位導航技術是移動機器人的一項關鍵技術。根據導航時所使用的傳感器不同，其方法可以分為基于激光的導航和基于視覺的導航。由于激光傳感器的抗干擾能力強，信息準確，因此基于激光的方法在移動機器人導航中得到了廣泛的應用。

基于激光的定位導航是移動機器人通過采集攜帶的激光傳感器的信息，通過對傳感器信息的處理與分析確定環境中的路標點和機器人在環境中的位置，從而實現構造環境地圖，路徑規劃，自主移動和避障等功能的過程。與基于視覺傳感器的導航相比，激光傳感器具有信號穩定、不易受光照變化影響的特點。另外，基于視覺圖像的導航雖然傳感器信息相對較為豐富，但實際運行時的計算開銷很大，算法的實時性不容易保證。

鑒于移動機器人的一個重要應用領域是工作在室內環境如家庭、工廠等場景中的服務機器人或工廠自動引導運輸車(AGV)，在該空間下的人和物體基本都與地面垂直，因此室內環境經常采用二維激光雷達獲取與地面平行的平面信息來實現導航。但二維激光雷達只能獲取該傳感器掃描平面上的點的角度和距離，信息量較為單一，在大規模環境或場景較為復雜的情況下不能很好地完成場景的識別。目前常用于室外環境中的三維激光雷達雖然信息量相對較大，但是響應速度慢，成本昂貴，而且針對單層的室內環境導航一般來說不需要獲取環境的全部三維信息。

實用新型內容

本實用新型提供了一種2.5D激光掃描裝置，具有成本低，不僅能夠獲得二維平面信息，而且能夠獲得一定范圍的高度信息。

本實用新型的技術方案是：一種2.5D激光掃描裝置，包括二維激光雷達、水平放置的動平臺以及豎直放置的靜平臺；

靜平臺上設置導軌；二維激光雷達固定在動平臺上，動平臺由電機驅動在垂直于水平面的豎直方向沿導軌運動；

工作狀態時，二維激光雷達掃描二維平面，得到平面信息，從獲得的數據中提取角點和線段信息；豎直方向的位置信息由位置信號采集單元采集；通過平面信息結合豎直方向的位置信息，提取空間特征。

所述的空間特征包括空間棱、空間平面以及空間突變等的特征。

作為優選，所述電機包括定子與動子，動子與動平臺固定連接，工作狀態時動子相對定子進行直線運動，帶動動平臺進行直線運動。

作為一種安裝方式，靜平臺包括水平放置的底座與垂直放置的底座背板，底座背板上設置導軌，電機的定子與底座固定連接。

作為一種安裝方式，動平臺包括水平放置的動平臺底座與垂直放置的動平臺背板，二維激光雷達固定在動平臺底板上，動平臺底座與動平臺背板固定連接，動平臺背板通過滾珠軸承及導軌與靜平臺連接。

作為一種實現方式，位置信號采集單元是光柵編碼器，包括固定在靜平臺上的編碼器讀頭，以及設置在動平臺背板上的光柵尺，光柵尺與編碼器讀頭之間的安裝距離應滿足光柵編碼器工作的正常要求，音圈電機驅動器采用光柵編碼器讀取豎直方向的位置信號進行反饋。