一种加装直线导轨的二维激光雷达建图装置及其建图方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于移动机器人自主导航与定位领域，并公开了一种加装直线导轨的二维激光雷达建图装置，包括二维激光雷达、直线导轨、伺服电机、控制机箱、AGV小车主体和上位机，所述伺服电机通过滚珠丝杠机构连接所述二维激光雷达；所述二维激光雷达与上位机电连接；所述上位机能根据二维激光雷达发送的信号数据运行建图算法并建立精确的子图，然后根据子图建立的顺序和位置进行全局匹配优化，建立一幅全局地图。本发明专利技术通过直线导轨为二维激光雷达帧数据提供了一个相当精确的插入位置，即二维激光雷达帧数据在子图中的位置可以直接事先确定，故无需进行复杂的计算，且精度极高。故从算法复杂度上和子图建立的效率都有大大的改善。

【技术实现步骤摘要】
一种加装直线导轨的二维激光雷达建图装置及其建图方法
本专利技术属于移动机器人自主导航与定位领域，更具体地，涉及一种二维激光雷达建图装置及其建图方法。
技术介绍
AGV(AutomatedGuidedVehicle)小车是现代化工厂、柔性制造车间、智能化物流、无人仓储库及分拣中心的核心设备。AGV小车的导航方式一般有布置信标的直接坐标引导方式、在路径上布置金属线的电磁引导方式、在路径上布置磁带的磁带引导方式、在路径上布置色带的光学引导方式和激光雷达(或视觉)SLAM算法构建实时地图的导航方式等。前4种AGV小车的导航都属于路径事前规划的信标预置类引导方式，该方式存在着改变和扩充路径复杂、信标铺设困难、信标维护成本高等问题。激光雷达(或视觉)SLAM算法构建地图和进行导航定位的方式越来越成为AGV小车的主流导航方式。SLAM算法构建实时地图和定位是通过对多传感器的数据进行融合计算的结果，进行同步的建图和定位匹配。而此处则通过预先对环境构建出一幅准确的占据栅格地图，从而对AGV小车进行导航和定位。为了能够准确的对小车进行导航定位，则地图的精度必须达到一定的要求。不同的算法和不同的传感器所构建的地图有不同的精度和效果，传统的提升地图精度的方法都是单方面算法上的优化或者传感器品质的提升。这些方法的背后都需要投入大量的时间精力去研究或者成本的大大提升。在某些意义上来讲的确可行，但是对于某些工程问题来说，需要考虑的是整体的效益，所以这些方法并对实际的应用问题来讲并不适用，在工程中的实际效益比较差。另外，在传统子图的创建过程中，传统的方式由于使用外部传感器来估计初始位置，建立的子图有误差，随着时间推移，越来越多的子图被创建后，子图间的误差累积则会越来越大。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种二维激光雷达建图装置及其建图方法，通过间歇性的移动AGV小车进行建图。如此在建立子图的过程中，可以精确提供初始位置用以插入新的雷达数据，并且有效减少子图构建的过程中的累计误差，为后期的闭环优化提供更加精确可靠的子图，建立更加精确的地图。并且由于子图精度更高，所以在闭环优化时能够大大的提高优化效率。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种加装直线导轨的二维激光雷达建图装置，其特征在于，包括二维激光雷达、直线导轨、伺服电机、控制机箱、AGV小车主体和上位机，其中：所述二维激光雷达、直线导轨、伺服电机和控制机箱分别安装在所述AGV小车主体上；所述控制机箱与所述伺服电机连接，以用于控制所述伺服电机的运转和AGV小车主体的移动；所述伺服电机通过滚珠丝杠机构连接所述二维激光雷达，以用于驱动所述二维激光雷达在所述直线导轨上移动；所述二维激光雷达与上位机电连接，用以测量环境的距离数据并传送给上位机；所述的上位机与控制机箱电连接，以用于收集和显示控制机箱的状态信号；所述上位机能根据二维激光雷达发送的信号数据运行建图算法并建立精确的子图，然后根据子图建立的顺序和位置进行全局匹配优化，以此方式，建立一幅全局地图。优选地，所述二维激光雷达包括激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统，所述激光发射机用于将电脉冲变成光脉冲向目标发射出去，所述光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲信号，从而测量出目标的位置、运动状态和形状，以探测、识别、分辨和跟踪目标，其中，目标的位置是指与目标的距离和角度，运动状态是指目标的速度、振动和姿态。优选地，所述直线导轨的精度规格处于P级或SP级。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种加装直线导轨的二维激光雷达建图装置进行建图的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)开启AGV小车，并进行控制；2)控制AGV小车在所需构建地图的区域内做间歇性的运动，运动方式如下：在初始点时，AGV小车静止，由伺服电机控制滚珠丝杠机构带动二维激光雷达移动，从直线导轨的A端间歇性移动到B端，在此过程中，采集目标数据并发送激光雷达数据帧至上位机系统，建立一幅子图；3)第一幅初始子图建立完成后，AGV小车移动到达下一个位置后停止移动，AGV小车的移动距离与直线导轨的行程相同，然后由伺服电机带动二维激光雷达从直线导轨的B端间歇性移动A端，在移动的过程中采集目标数据并发送激光雷达数据帧至上位机系统，再建立一幅子图；4)将步骤2)中在B端采集的最后一帧激光雷达数据帧与步骤2)中在A端采集的最后一帧激光雷达数据帧进行匹配，以进行子图的局部匹配；5)重复步骤2)～步骤4)，直到完成整个建图区域的扫描，则整个建图区域的子图也建立完成，然后上位机系统将对所构建的这些子图进行闭环优化，构建全局地图。优选地，子图呈现的形式为占据栅格，并且栅格上根据扫描位置否有障碍物的概率的大小呈现出黑色或者白色。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术通过二维激光雷达帧数据在子图中的位置可以直接根据事先确定，直线导轨为插入位置提供了一个相当精确的值，故无需进行复杂的计算，且精度极高。故从算法复杂度上和子图建立的效率都有大大的改善。并且，前后两幅子图建立后，由于及时的局部匹配，所以，提供给全局优化的子图累积误差很小，相当于提供了一个较好的初值给优化算法，如此可以大大提高优化效率。附图说明图1是本专利技术利用装置采集数据后改进的算法原理流程图；图2是二维激光雷达获取环境数据以及数据信息的示意图；图3是二维激光雷达采集数据后更新概率栅格过程示意图；图4是激光雷达在直线导轨移动示意图；图5是一种安装了直线导轨的二维激光雷达建图装置的AGV小车的具体实施例示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。参照图1～图5，一种加装直线导轨2的二维激光雷达1建图装置，包括二维激光雷达1、直线导轨2、伺服电机4、控制机箱5、AGV小车主体3和上位机6，其中，所述二维激光雷达1、直线导轨2、伺服电机4、控制机箱5和上位机6分别安装在所述AGV小车主体3上；所述控制机箱5与所述伺服电机4电连接，以用于控制所述伺服电机4的运转和AGV小车主体的移动；所述伺服电机4通过滚珠丝杠机构连接所述二维激光雷达1，以用于驱动所述二维激光雷达1在所述直线导轨2上移动；所述二维激光雷达1与上位机6电连接，用以测量环境的距离数据并传送给上位机；所述的上位机6与控制机箱5电连接，以用于收集和显示控制机箱5的状态信号，以及进行相应的启动和停止控制；所述上位机6能根据二维激光雷达1发送的信号数据运行建图算法并建立精确的子图，然后根据子图建立的顺序和位置进行全局匹配优化，以此方式，建立一幅全局地图。进一步，所述二维激光雷达1包括激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统，所述激光发射机用于将电脉冲变成光脉冲向目标发射出去，所述光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲信号，从而测量出目标的位置、运动状态和形状，以探测、识别、分辨和跟踪目标，其中，目标的位置是指与目标的距离和角度，运动状态是指目标的速度、振动和姿态。进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加装直线导轨的二维激光雷达建图装置，其特征在于，包括二维激光雷达、直线导轨、伺服电机、控制机箱、AGV小车主体和上位机，其中：所述二维激光雷达、直线导轨、伺服电机和控制机箱分别安装在所述AGV小车主体上；所述控制机箱与所述伺服电机连接，以用于控制所述伺服电机的运转和AGV小车主体的移动；所述伺服电机通过滚珠丝杠机构连接所述二维激光雷达，以用于驱动所述二维激光雷达在所述直线导轨上移动；所述二维激光雷达与上位机电连接，用以测量环境的距离数据并传送给上位机；所述的上位机与控制机箱电连接，以用于收集和显示控制机箱的状态信号；所述上位机能根据二维激光雷达发送的信号数据运行建图算法并建立精确的子图，然后根据子图建立的顺序和位置进行全局匹配优化，以此方式，建立一幅全局地图。

【技术特征摘要】
1.一种加装直线导轨的二维激光雷达建图装置，其特征在于，包括二维激光雷达、直线导轨、伺服电机、控制机箱、AGV小车主体和上位机，其中：所述二维激光雷达、直线导轨、伺服电机和控制机箱分别安装在所述AGV小车主体上；所述控制机箱与所述伺服电机连接，以用于控制所述伺服电机的运转和AGV小车主体的移动；所述伺服电机通过滚珠丝杠机构连接所述二维激光雷达，以用于驱动所述二维激光雷达在所述直线导轨上移动；所述二维激光雷达与上位机电连接，用以测量环境的距离数据并传送给上位机；所述的上位机与控制机箱电连接，以用于收集和显示控制机箱的状态信号；所述上位机能根据二维激光雷达发送的信号数据运行建图算法并建立精确的子图，然后根据子图建立的顺序和位置进行全局匹配优化，以此方式，建立一幅全局地图。2.根据权利要求1所述的一种加装直线导轨的二维激光雷达建图装置，其特征在于，所述二维激光雷达包括激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统，所述激光发射机用于将电脉冲变成光脉冲向目标发射出去，所述光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲信号，从而测量出目标的位置、运动状态和形状，以探测、识别、分辨和跟踪目标，其中，目标的位置是指与目标的距离和角度，运动状态是指目标的速度、振动和姿态。3.根据权利要求1所述的一种加装直线导轨的二维...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵文军，刘超，黄禹，王辉，李根，章小龙，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42