[發明專利]一種基于低成本二維激光雷達的機器人三維感知系統及其方法

有效

• 申請號: 202011070061.7
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112198491B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 賴志林;駱增輝;楊曉東
• 申請（專利權）人: 廣州賽特智能科技有限公司
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48
• 代理公司: 廣州科捷知識產權代理事務所(普通合伙) 44560
• 代理人: 袁嘉恩

1.一種基于低成本二維激光雷達的機器人三維感知方法，其特征在于：其采用基于低成本二維激光雷達的機器人三維感知系統，機器人三維感知系統包括若干個二維激光雷達、三維融合算法模塊、動態窗口點云模塊，若干個所述二維激光雷達分別和所述三維融合算法模塊連接，所述三維融合算法模塊和所述動態窗口點云模塊連接，若干個所述二維激光雷達分別安裝在機器人本體上，且每個所述二維激光雷達位于不同方位，所述二維激光雷達用于采集其感知范圍內的點云數據C1，所述三維融合算法模塊用于融合某一時刻所有的二維激光雷達采集的點云數據C1，所述動態窗口點云模塊用于維持一段時間內的點云數據Z，所述動態窗口點云模塊維持點云數據Z的時間為1min-5min，所述二維激光雷達的感知范圍為一個圓形平面區域，該圓形平面區域平行于所述二維激光雷達的安裝基面，所述二維激光雷達設置有五個，其中一個所述二維激光雷達水平地安裝在所述機器人本體的底盤上，其余四個所述二維激光雷達分別傾斜地安裝在所述機器人本體的四個角上；

機器人三維感知方法包括以下步驟：

S1:若干個二維激光雷達分別采集各感知范圍內的點云數據C1，點云數據C1為相應二維激光雷達的雷達坐標系，點云數據C1中的數據點P₁為相應的雷達坐標系下的數據點坐標；

S2:三維融合算法模塊分別將每個二維激光雷達的點云數據C1中的數據點P₁變換為點云數據C2中的數據點P₂，點云數據C2為機器人本體坐標系，數據點P₂為機器人本體坐標系下的數據點坐標，再將點云數據C2融合為一幀三維點云數據C3，并計算當前時刻下的機器人可視區域R；

S3：三維融合算法模塊將三維點云數據C3中的數據點P₃變換為點云數據C4中的數據點P₄，點云數據C4為全局定位坐標系，點云數據C4中的數據點P₄為全局定位坐標系下的數據點坐標；

S4：采用三維融合算法遍歷點云數據數據C4中的所有數據點P₄，將每一個數據點P₄插入動態窗口點云模塊中，動態窗口點云模塊將數據點P₄維持存儲一段時間，得到點云數據Z；

S5:三維融合算法模塊基于時空約束更新點云數據Z，將插入時間過早或距離所述機器人本體過遠的數據點從點云數據Z中刪除；

S6:三維融合算法模塊基于機器人可視區域R，將點云數據Z中位于機器人可視區域R內的數據點刪除；

S7:動態窗口點云模塊輸出更新后的點云數據Z，作為當前時刻下的機器人三維感知數據。

2.根據權利要求1所述一種基于低成本二維激光雷達的機器人三維感知方法，其特征在于：步驟S2中將所述點云數據C1中的數據點P₁變換為點云數據C2中的數據點P₂的變換公式為：

其中，表示任一雷達坐標系下的數據點坐標，是P₁對應的齊次坐標；

其中，表示機器人本體坐標系下的數據點坐標，且與數據點P₁相對應，是P₂對應的齊次坐標；

其中，是變換矩陣，描述了雷達坐標系到機器人本體坐標系的變換關系；

其中，是旋轉矩陣，描述了雷達坐標系到機器人本體坐標系的旋轉關系，由二維激光雷達在機器人本體上的安裝方位給出；

其中，t₁₂＝(t_x?t_y?t_z)^T是平移向量，描述了雷達坐標系到機器人本體坐標系的平移關系，由二維激光雷達在機器人本體上的安裝方位給出。