[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于低成本二維激光雷達(dá)的機(jī)器人三維感知系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011070061.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112198491B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賴(lài)志林;駱增輝;楊曉東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣州賽特智能科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01S7/48
• 分類(lèi)號(hào): G01S7/48
• 代理公司: 廣州科捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44560
• 代理人: 袁嘉恩

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于低成本二維激光雷達(dá)的機(jī)器人三維感知系統(tǒng)及其方法，包括若干個(gè)二維激光雷達(dá)、三維融合算法模塊、動(dòng)態(tài)窗口點(diǎn)云模塊，若干個(gè)二維激光雷達(dá)分別和三維融合算法模塊連接，三維融合算法模塊和動(dòng)態(tài)窗口點(diǎn)云模塊連接，若干個(gè)二維激光雷達(dá)分別安裝在機(jī)器人本體上，通過(guò)二維激光雷達(dá)采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)C1，三維融合算法模塊將某一時(shí)刻所有的二維激光雷達(dá)采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)C1變換融合為三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)C3，并結(jié)合時(shí)空約束更新動(dòng)態(tài)窗口模塊中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)Z，再將點(diǎn)云數(shù)據(jù)C3變換成點(diǎn)云數(shù)據(jù)C4，并將點(diǎn)云數(shù)據(jù)C4插入動(dòng)態(tài)窗口點(diǎn)云模塊中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)Z中，然后動(dòng)態(tài)窗口點(diǎn)云模塊輸出點(diǎn)云數(shù)據(jù)Z，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的三維感知，無(wú)需硬件輔助設(shè)備，有效降低了成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人感知技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于低成本二維激光雷達(dá)的機(jī)器人三維感知系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

感知作為機(jī)器人的一種基礎(chǔ)能力，對(duì)于機(jī)器人定位、決策、規(guī)劃等模塊的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。對(duì)于具有二維信息感知能力的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，只能檢測(cè)環(huán)境中某一個(gè)平面內(nèi)的信息，具有較大的感知盲區(qū)。而具有三維信息感知能力的機(jī)器人，則能夠?qū)χ車(chē)h(huán)境中的三維世界進(jìn)行完整建模，有利于后續(xù)定位、決策、規(guī)劃等模塊的執(zhí)行。

激光雷達(dá)是機(jī)器人感知世界的一種重要傳感器，按維度可分為二維激光雷達(dá)、三維激光雷達(dá)，三維激光雷達(dá)可以直接感知三維環(huán)境信息，但通常成本高昂，二維激光雷達(dá)相對(duì)三維激光雷達(dá)來(lái)說(shuō)成本較低，但只能感知二維環(huán)境信息。

申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N201610444260.7公開(kāi)了一種基于擺動(dòng)激光雷達(dá)的可變視野三維重建裝置，該專(zhuān)利公開(kāi)了一種基于二維激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)三維環(huán)境感知能力的裝置，所述裝置包含一套激光雷達(dá)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及相應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制模塊。但上述激光雷達(dá)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)于機(jī)械精度要求較高，上述機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制模塊對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制精度要求較高，成本較高。

現(xiàn)有技術(shù)中，也有一些其他低成本傳感器用于機(jī)器人的感知，比如超聲波傳感器、紅外傳感器、相機(jī)等。超聲波傳感器只能感知一個(gè)錐體內(nèi)的物體，不能精確測(cè)量物體的位置，并且測(cè)量距離比較近；紅外傳感器只能測(cè)量一條線(xiàn)內(nèi)的物體，只具有一維感知能力；相機(jī)能夠感知的環(huán)境信息豐富，但是普通相機(jī)沒(méi)有尺度信息，無(wú)法精確測(cè)量環(huán)境物體位置，深度相機(jī)雖然能夠提供尺度信息，但通常成本高昂，并且易受環(huán)境光線(xiàn)影響。因此現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)機(jī)器人三維感知系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案存在成本高昂的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種可有效降低成本的基于低成本二維激光雷達(dá)的機(jī)器人三維感知系統(tǒng)及其方法。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種基于低成本二維激光雷達(dá)的機(jī)器人三維感知系統(tǒng)，包括若干個(gè)二維激光雷達(dá)、三維融合算法模塊、動(dòng)態(tài)窗口點(diǎn)云模塊，若干個(gè)所述二維激光雷達(dá)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(dòng)態(tài)窗口點(diǎn)云模塊連接，若干個(gè)所述二維激光雷達(dá)分別安裝在機(jī)器人本體上，且每個(gè)所述二維激光雷達(dá)位于不同方位，所述二維激光雷達(dá)用于采集其感知范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)C1，所述三維融合算法模塊用于融合某一時(shí)刻所有的二維激光雷達(dá)采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)C1，所述動(dòng)態(tài)窗口點(diǎn)云模塊用于維持一段時(shí)間內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)Z。

進(jìn)一步地：所述動(dòng)態(tài)窗口點(diǎn)云模塊維持點(diǎn)云數(shù)據(jù)Z的時(shí)間為1min-5min。

進(jìn)一步地：所述二維激光雷達(dá)的感知范圍為一個(gè)圓形平面區(qū)域，該圓形平面區(qū)域平行于所述二維激光雷達(dá)的安裝基面。

進(jìn)一步地：所述二維激光雷達(dá)設(shè)置有五個(gè)，其中一個(gè)所述二維激光雷達(dá)水平地安裝在所述機(jī)器人本體的底盤(pán)上，其余四個(gè)所述二維激光雷達(dá)分別傾斜地安裝在所述機(jī)器人本體的四個(gè)角上。

一種基于低成本二維激光雷達(dá)的機(jī)器人三維感知方法，包括以下步驟：

S1:若干個(gè)二維激光雷達(dá)分別采集各感知范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)C1，點(diǎn)云數(shù)據(jù)C1為相應(yīng)二維激光雷達(dá)的雷達(dá)坐標(biāo)系，點(diǎn)云數(shù)據(jù)C1中的數(shù)據(jù)點(diǎn)P₁為相應(yīng)的雷達(dá)坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)；