[發(fā)明專利]一種基于同步IMU的激光點云畸變糾正方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010657251.2
• 申請日: 2020-07-09
• 公開（公告）號: CN111982091A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常如貴
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽博龍動力科技股份有限公司
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及激光導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于同步IMU的激光點云畸變糾正方法，通過單片機(jī)對IMU和激光雷達(dá)的信號進(jìn)行收集，將單片機(jī)通過信號線連接IMU和激光雷達(dá)，IMU計算出位姿數(shù)據(jù)，激光雷達(dá)同步輸出點云數(shù)據(jù)，單片機(jī)將IMU給出的位姿數(shù)據(jù)和激光雷達(dá)給出的點云數(shù)據(jù)完成同步，上位機(jī)接收到單片機(jī)同步的位姿數(shù)據(jù)和點云數(shù)據(jù)，并通過位姿數(shù)據(jù)預(yù)測激光雷達(dá)的位移和旋轉(zhuǎn)曲線；單片機(jī)將IMU給出的速度測量信息和激光雷達(dá)的點云數(shù)據(jù)完成了同步，通過兩次對點云數(shù)據(jù)的修正，大幅度提高了激光定位的定位精度和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于同步IMU的激光點云畸變糾正方法。

背景技術(shù)

激光導(dǎo)航廣泛應(yīng)用于工業(yè)AGV小車、服務(wù)機(jī)器人、家用消費(fèi)級機(jī)器人中。激光導(dǎo)航具有穩(wěn)定、掃描精度高、較為普及等特點。激光雷達(dá)具有掃描的特性，即其輸出的點云是靠內(nèi)部馬達(dá)帶動激光器、鏡頭和ToF芯片等組件快速旋轉(zhuǎn)掃描而生成的。由于馬達(dá)轉(zhuǎn)速、陀羅效應(yīng)等原理所限，一般激光雷達(dá)掃描周期較長，掃描一圈的時間一般約100ms，高性能的激光雷達(dá)掃描周期約30ms。這種特性會為激光導(dǎo)航的定位穩(wěn)定性帶來一些潛在問題。由于AGV小車具有高速運(yùn)動的需求，如在無人倉庫中AGV運(yùn)行速度時常能達(dá)到每秒2米，因此在掃描周期內(nèi)AGV運(yùn)動幅度已經(jīng)達(dá)到20厘米，這么高的運(yùn)動幅度無法再當(dāng)作點云的隨機(jī)噪聲予以處理，必須經(jīng)過一定的點云處理算法后才能使用。激光點云在AGV和承載小車的高速運(yùn)動時產(chǎn)生的點云畸變常常導(dǎo)致導(dǎo)航定位不準(zhǔn)或不穩(wěn)定，因此需要一種方法予以處理。

現(xiàn)有的一些激光點云畸變矯正方法利用了輪軸編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)行矯正。根據(jù)輪軸編碼器數(shù)據(jù)和小車模型，點云畸變矯正算法對AGV的運(yùn)動路徑進(jìn)行解算，從而確定點云掃描周期內(nèi)AGV的運(yùn)動軌跡，并予矯正。然而該方法需要利用編碼器數(shù)據(jù)。編碼器一般作為伺服電機(jī)的組件，價格較貴，限制了激光導(dǎo)航AGV的成本降低。此外該方法必須具備符合實際的精確小車模型，如激光安裝偏角、各輪子的相對位置、輪徑等，這些參數(shù)在實際生產(chǎn)中由于裝配誤差通常不準(zhǔn)確，因而使得激光點云糾正不正確。最后編碼器的數(shù)值輸出和激光雷達(dá)輸出并無同步機(jī)制，因此編碼器數(shù)值可能早于或晚于激光雷達(dá)的輸出，導(dǎo)致掃描周期內(nèi)的AGV運(yùn)動軌跡錯誤，也會導(dǎo)致激光點云糾正不正確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于同步IMU的激光點云畸變糾正方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：其特征在于，具體的設(shè)備包括IMU、激光雷達(dá)、單片機(jī)以及上位機(jī)，具體的步驟包括以下：

步驟一，將所述IMU、所述激光雷達(dá)、和所述單片機(jī)集成在一起，使得IMU測量單元的中心線和激光雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)中心對齊；

步驟二，通過所述單片機(jī)對所述IMU和所述激光雷達(dá)的信號進(jìn)行收集，將所述單片機(jī)通過信號線連接所述IMU和所述激光雷達(dá)，所述IMU計算出位姿數(shù)據(jù)，所述激光雷達(dá)同步輸出點云數(shù)據(jù)，所述單片機(jī)將所述IMU給出的位姿數(shù)據(jù)和所述激光雷達(dá)給出的所述點云數(shù)據(jù)完成同步；

步驟三，所述上位機(jī)接收到所述單片機(jī)同步的所述位姿數(shù)據(jù)和所述點云數(shù)據(jù)，并通過所述位姿數(shù)據(jù)預(yù)測所述激光雷達(dá)的位移和旋轉(zhuǎn)曲線；

步驟四，通過ICP方法驗證位移和旋轉(zhuǎn)曲線、并進(jìn)行修正。

優(yōu)選的，在所述步驟二中，首先，激光雷達(dá)和IMU同步，其次，單片機(jī)持續(xù)讀取并暫存激光雷達(dá)的點云輸出，最后，單片機(jī)持續(xù)通過IMU計算速度變化數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，在所述步驟三中，所述上位機(jī)根據(jù)所述IMU數(shù)據(jù)，預(yù)測所述激光雷達(dá)的位置，并修正所述點云數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，在所述步驟四中，進(jìn)一步對所述步驟三種得到的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的精確修正。

本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點：單片機(jī)將IMU給出的速度測量信息和激光雷達(dá)的點云數(shù)據(jù)完成了同步，通過多次對點云數(shù)據(jù)的修正，大幅度提高了激光定位的定位精度和穩(wěn)定性。