[發(fā)明專利]一種基于半球形激光雷達的建模系統(tǒng)及其方法

有效

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• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112034484B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設計）人: 程敏;李栗;林歡;張大偉;王翔;陳自龍;王松;王堅
• 申請（專利權）人: 億嘉和科技股份有限公司
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/48;B25J19/02;B25J9/16;H02G1/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 梁天彥

本發(fā)明公開了一種基于半球形激光雷達的建模系統(tǒng)及其方法，系統(tǒng)包括安裝在機器人前方位于兩個機械臂中間位置的滑軌，在所述滑軌上滑動安裝有滑動電機，在所述滑動電機上固定安裝有旋轉電機，在所述旋轉電機上固定安裝有半球形激光雷達；所述滑動電機和所述旋轉電機與機器人的控制系統(tǒng)連接，并根據(jù)所述機器人的指令進行運動。本發(fā)明整個建模過程只需要5～8s，便可以得到精度5cm的三維點云，并且可以用單個激光器自由旋轉來對左右兩側建模，有效節(jié)約成本。

技術領域

本發(fā)明涉及機器人領域，尤其涉及一種基于半球形激光雷達的建模系統(tǒng)及其方法。

背景技術

帶電作業(yè)機器人是能在高空配網(wǎng)線路進行帶電作業(yè)的機器人，通過遠程操控策略，以代替人工完成帶電作業(yè)。與傳統(tǒng)人工帶電作業(yè)方式相比，保障了人身安全，作業(yè)效率提升一倍，而且全過程實現(xiàn)人與電的物理隔絕，有效提升了帶電作業(yè)質量和效率。

帶電作業(yè)機器人在空中作業(yè)過程中，需要對周圍特定的電線、瓷瓶、電桿等物體實現(xiàn)有效感知，快速準確獲取周圍環(huán)境的點云模型，能夠為后續(xù)一系列操作提供支撐。現(xiàn)有技術中，采用激光雷達進行帶電作業(yè)機器人周圍環(huán)境的點云建模，但是使用單線激光建模，效率低，點云量小，視野范圍有限，難以滿足需求；而使用16線激光旋轉建模，過程中光心不變，在大切向角的情況下，很容易造成數(shù)據(jù)缺失，而且角度變化對旋轉精度要求極高，否則誤差容易發(fā)散，為了保證精度，建模時間上也會大打折扣。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：本發(fā)明針對上述不足，提出了一種基于半球形激光雷達的建模系統(tǒng)及其方法。

技術方案：

一種基于半球形激光雷達的建模系統(tǒng)，包括安裝在機器人前方位于兩個機械臂中間位置的滑軌，在所述滑軌上滑動安裝有滑動電機，在所述滑動電機上固定安裝有旋轉電機，在所述旋轉電機上固定安裝有半球形激光雷達；所述滑動電機和所述旋轉電機與機器人的控制系統(tǒng)連接，并根據(jù)所述機器人的指令進行運動。

在所述滑軌兩端設置有接近開關，所述接近開關用于檢測滑動電機是否接近，以限定滑動電機的滑動距離。

所述旋轉電機的轉動范圍為0～180°，其默認朝向為0°。

在所述滑軌內設有齒槽，所述滑動電機通過與該齒槽相對應配合的齒輪滑動安裝在所述滑軌上。

所述半球形激光雷達采用32線半球形激光器。

一種基于半球形激光雷達的建模方法，包括步驟：

(1)開始建模，旋轉電機根據(jù)左右側電線桿模式切換到對應朝向，滑動電機滑動至零位；

(2)機器人根據(jù)建模目標位置控制滑動電機從零位開始水平滑動至目標位置，旋轉電機旋轉至目標角度，機器人根據(jù)滑動電機相對于零位的移動距離獲取半球形激光雷達實時移動距離參數(shù)，根據(jù)旋轉電機旋轉角度獲取半球形激光雷達旋轉實時旋轉角度參數(shù)；

(3)半球形激光雷達采集三維實時點云數(shù)據(jù)；

(4)根據(jù)步驟(2)中得到的半球形激光雷達實時移動距離參數(shù)和半球形激光雷達實時旋轉角度參數(shù)以及步驟(3)得到的三維實時點云數(shù)據(jù)，拼接成相對零位的三維點云；

(5)通過選擇的左右側模式，確定半球形激光雷達坐標系與機器人坐標系之間的tf關系，將步驟(4)得到的三維點云轉換到機器人坐標系下。

記滑動電機滑動至接近開關處為零位，使用零位時刻半球形激光雷達坐標系作為地圖坐標系，并得到相應的地圖原點；第i時刻半球形激光雷達相對于地圖原點的坐標變換為單幀實時點云為一共N幀激光點云參與匹配，則匹配后地圖坐標系下的單幀點云為：

那么整個拼接好的點云為：