三维扫描装置、角度标定部件及机器人制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种三维扫描装置、角度确定辅助部件及机器人，三维扫描装置包括：激光雷达(1)、转动机构(2)和接收器(3)，激光的扫描范围包括环境扫描区域(B)和由角度标定部件(5)提供的标定区域(A)，转动机构(2)驱动激光雷达(1)的本体转动并经过各个预定转动角度；接收器(3)所述激光雷达(1)在所述本体转动经过的每个预定转动角度下获得的所述标定区域(A)中的标定点组的激光扫描信息数据和环境扫描区域(B)的激光扫描信息数据，所述环境扫描区域(B)的激光扫描信息数据对应的预定转动角度由所述标定区域(A)中的标定点组的激光扫描信息数据。本实用新型专利技术能够获得更为精准的三维扫描数据。

Three dimensional scanning device, angle calibration unit and robot

The utility model relates to a three-dimensional scanning device, an angle determination auxiliary component and a robot. The three-dimensional scanning device comprises a laser radar (1), a rotating mechanism (2) and a receiver (3), a laser scanning range including an ambient scanning region (B) and a calibrated region (A) provided by an angle calibrating component (5), and a rotating mechanism (2) driving a laser mine. The body rotates and passes through each predetermined rotation angle; the receiver (3) the laser radar (1) obtains the laser scanning information data of the calibration point group in the calibration area (A) and the laser scanning information data of the environment scanning area (B) obtained at each predetermined rotation angle through which the body rotates, and the environment scanning area (B). The predetermined rotation angle corresponding to the laser scanning information data in domain (B) is the laser scanning information data of the calibration point group in the calibration region (A). The utility model can obtain more accurate three-dimensional scanning data.

【技术实现步骤摘要】
三维扫描装置、角度标定部件及机器人
本技术涉及环境感知技术，尤其涉及一种三维扫描装置、角度标定部件及机器人。
技术介绍
随着机器人技术的不断发展，服务机器人已在环境监测、公共安全、救灾救援、反恐防爆等领域实现了应用。在复杂非结构化的环境中，服务机器人需要获取外部环境的三维空间数据，以完成机器人位姿的估计、不同高度障碍物的识别及避障、运动轨迹的自动规划、目标物体的识别及检测等各项任务。因此，建立环境的三维空间信息是服务机器人实现各种功能的先决条件。在复杂非结构化的环境中，由于存在不同高度的障碍物和不同大小的目标物体，因此需要激光雷达能够实现三维空间的扫描功能。目前能够进行三维环境测量的多线激光雷达非常昂贵，其体积和重量不适应于一般的服务机器人。而单线激光雷达通常被安置在机器人某个特定高度上，只能用于获取二维平面上的空间信息，不能实现三维空间的扫描功能。相关技术中有一些将单线激光雷达安装在运动平台上，通过旋转扫描平面完成三维建图的解决方案。此类方案非常依赖于运动平台的运动精度驱动，需要使用较贵的高精度伺服驱动设备，并存在容易受到运动平台精度的影响的缺陷。此外，由于运动平台所属的转动机构需要将角度数据发送到处理模块，而单线激光雷达的扫描信息数据也需要发送给处理模块。运动平台从一个角度旋转到下一个角度需要一定时间，在每个角度也可以停留一段时间，激光雷达中的激光扫描旋转一周也需要时间(例如25毫秒)，这些时间可能各不相同。而且，角度数据和激光扫描信息数据通过不同的线路来传播，因此两者的传播所需要的时间很可能不同，即延时不同，因此两种数据的产生和传输均无法同步，处理模块无法将接收到的激光扫描信息数据与角度数据正确地对应匹配出来。对于该问题，相关技术中的处理模块采用下面两种方法来进行数据处理。第一种方法是，处理模块同时接收角度数据和激光扫描信息数据，并且认为两者的产生和传输都完全同步，即认为同一时刻接收到的角度数据和激光扫描信息数据完全对应，但这样的方式是非常粗糙的，容易出现对应错误。在三维建图中，预定转动角度微小的误差就会造成建图误差，而且误差会随着测量距离的增加而线性放大，使得环境描述不准确，因此难以适用于服务机器人。第二种方法是，处理模块同时接收角度数据和激光扫描信息数据，然后将接收到的角度数据按时间比例线性地与激光扫描信息数据对应匹配，这样的方式也很粗糙，容易出现对应错误。
技术实现思路
本技术的目的是提出一种三维扫描装置、角度标定部件及机器人，能够获得更为精准的三维扫描数据。为实现上述目的，本技术提供了一种三维扫描装置，包括：激光雷达、转动机构和接收器；其中，所述转动机构与所述激光雷达连接，驱动所述激光雷达的本体转动并经过各个预定转动角度；所述激光雷达中的激光进行旋转扫描，激光的扫描范围包括环境扫描区域和由角度标定部件提供的标定区域，其中，待扫描对象位于所述环境扫描区域中，所述标定区域在各个预定转动角度下均包括标定点组，所述激光雷达在所述本体转动经过的各个预定转动角度下获得所述标定点组的激光扫描信息数据和所述环境扫描区域的激光扫描信息数据，在同一预定角度下获得的标定点组的激光扫描信息数据与环境扫描区域的激光扫描信息数据属于同一组数据；所述接收器与所述激光雷达信号连接，能够接收所述激光雷达在所述各个预定转动角度下获得的标定点组的激光扫描信息数据和环境扫描区域的激光扫描信息数据；所述环境扫描区域的激光扫描信息数据对应的所述预定转动角度由同一组数据中的所述标定点组的激光扫描信息数据确定。在一个实施例中，所述激光雷达的线数为单线，或者所述激光雷达的线数为两线至四线中的一种。在一个实施例中，所述转动机构驱动所述激光雷达的本体以方向与激光旋转扫描的轴线方向不同的轴线为轴转动，所述激光雷达的激光形成的激光出射轴心随所述激光雷达的本体一起转动，并且所述激光出射轴心始终位于所述本体的转动轴线上。在一个实施例中，所述环境扫描区域对应的扫描角度小于所述激光雷达的有效角度范围，以使所述标定区域的至少一部分对应的扫描角度处于所述有效角度范围内。在一个实施例中，所述转动机构驱动所述激光雷达的本体朝预设方向连续旋转，或在预设角度范围内往复摆动。在一个实施例中，所述预设角度范围的大小为180°或超过180°。在一个实施例中，在所述转动机构驱动所述激光雷达的本体转动的过程中，转动机构在所述各个预定转动角度处停留预定时间。在一个实施例中，所述预定时间等于或者长于激光雷达的激光扫描一圈的时间。在一个实施例中，所述标定区域在所述本体转动经过的各个预定转动角度下的标定点组的激光扫描信息数据随机分布。在一个实施例中，所述角度标定部件提供的标定区域的表面采用任意的凹凸化处理。在一个实施例中，在各个预定转动角度处，所述激光雷达的本体不停留。在一个实施例中，所述角度标定部件是属于三维扫描装置的部件或者是不属于三维扫描装置的其他结构，所述标定区域形成于所述激光雷达的激光在所述角度标定部件的表面上扫描的范围，所述标定区域与激光雷达的本体的转动轴线之间保持相对静止。在一个实施例中，所述角度标定部件被构造为使得预定转动角度、对应的标定点组的方位和距离的关系符合预设公式，或者使得预定转动角度、对应的标定点组的距离的关系符合预设公式。在一个实施例中，沿所述激光雷达的本体的转动轴线从环境扫描区域向所述激光雷达看去的主视方向观察，所述角度标定部件提供所述标定区域的部分呈圆形、渐开线形、椭圆形或三角形中的一种的整体或局部形状。在一个实施例中，所述角度标定部件包括与所述转动机构可转动地连接的壳体或者与所述转动机构分离设置的独立结构，所述转动机构驱动所述激光雷达的本体相对于所述壳体或独立结构转动。在一个实施例中，所述壳体或独立结构具有避让所述本体的运动空间的内凹部分，所述标定区域形成于所述激光雷达的激光在所述内凹部分的内周表面的扫描范围中。在一个实施例中，所述内凹部分被构造为使得其内周表面与激光雷达的本体的每个预定转动角度上的激光扫描面的至少一条交线呈圆弧形，且所述圆弧形的圆心位于所述激光雷达的激光的出射轴心上。在一个实施例中，所述角度标定部件为独立于所述三维扫描装置之外而存在的外部环境或设施，所述外部环境或设施相对于所述本体的转动轴线之间保持静止。在一个实施例中，所述标定区域在所述本体转动经过的各个预定转动角度下的标定点组包括连续或离散形式的多个标定点。在一个实施例中，所述多个标定点部分地或完全地覆盖所述标定区域。在一个实施例中，所述标定点组的激光扫描信息数据包括多个标定点的方位数据及对应的距离数据。在一个实施例中，不同的预定转动角度上对应的标定点组的激光扫描信息数据互不相同。在一个实施例中，所述转动机构包括激光雷达安装支架和转动驱动组件，所述激光雷达安装在所述激光雷达安装支架上，所述壳体安装在所述转动驱动组件与所述激光雷达安装支架之间。在一个实施例中，所述激光雷达安装支架与所述壳体通过回转轴承可转动地连接。在一个实施例中，所述转动驱动组件包括动力元件和齿形啮合传动机构，所述动力元件通过所述齿形啮合传动机构与所述激光雷达安装支架可操作地连接，驱动所述激光雷达安装支架绕所述本体的转动轴线转动。在一个实施例中，所述齿形啮合传动机构为同步带传动机构或者多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维扫描装置，包括：激光雷达(1)、转动机构(2)和接收器(3)；其中，所述转动机构(2)与所述激光雷达(1)连接，驱动所述激光雷达(1)的本体转动并经过各个预定转动角度；所述激光雷达(1)中的激光进行旋转扫描，激光的扫描范围包括环境扫描区域(B)和由角度标定部件(5)提供的标定区域(A)，其中，待扫描对象位于所述环境扫描区域(B)中，所述标定区域(A)在各个预定转动角度下均包括标定点组，所述激光雷达(1)在所述本体转动经过的各个预定转动角度下获得所述标定点组的激光扫描信息数据和所述环境扫描区域(B)的激光扫描信息数据，在同一预定角度下获得的标定点组的激光扫描信息数据与环境扫描区域(B)的激光扫描信息数据属于同一组数据；所述接收器(3)与所述激光雷达(1)信号连接，能够接收所述激光雷达(1)在所述各个预定转动角度下获得的标定点组的激光扫描信息数据和环境扫描区域(B)的激光扫描信息数据；所述环境扫描区域(B)的激光扫描信息数据对应的所述预定转动角度由同一组数据中的所述标定点组的激光扫描信息数据确定。

【技术特征摘要】
1.一种三维扫描装置，包括：激光雷达(1)、转动机构(2)和接收器(3)；其中，所述转动机构(2)与所述激光雷达(1)连接，驱动所述激光雷达(1)的本体转动并经过各个预定转动角度；所述激光雷达(1)中的激光进行旋转扫描，激光的扫描范围包括环境扫描区域(B)和由角度标定部件(5)提供的标定区域(A)，其中，待扫描对象位于所述环境扫描区域(B)中，所述标定区域(A)在各个预定转动角度下均包括标定点组，所述激光雷达(1)在所述本体转动经过的各个预定转动角度下获得所述标定点组的激光扫描信息数据和所述环境扫描区域(B)的激光扫描信息数据，在同一预定角度下获得的标定点组的激光扫描信息数据与环境扫描区域(B)的激光扫描信息数据属于同一组数据；所述接收器(3)与所述激光雷达(1)信号连接，能够接收所述激光雷达(1)在所述各个预定转动角度下获得的标定点组的激光扫描信息数据和环境扫描区域(B)的激光扫描信息数据；所述环境扫描区域(B)的激光扫描信息数据对应的所述预定转动角度由同一组数据中的所述标定点组的激光扫描信息数据确定。2.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其中，所述激光雷达(1)的线数为单线，或者所述激光雷达(1)的线数为两线至四线中的一种。3.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其中，所述转动机构(2)驱动所述激光雷达(1)的本体以方向与激光旋转扫描的轴线方向不同的轴线为轴转动，所述激光雷达(1)的激光形成的扫描面随所述激光雷达(1)的本体一起转动，并且激光出射轴心始终位于所述本体的转动轴线上。4.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其中，在所述转动机构(2)驱动所述激光雷达(1)的本体转动的过程中，转动机构(2)在所述各个预定转动角度处停留预定时间。5.根据权利要求4所述的三维扫描装置，其中，所述预定时间等于或者长于所述激光雷达(1)的激光扫描一圈的时间。6.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其中，所述标定区域(A)在所述本体转动经过的各个预定转动角度下的标定点组的激光扫描信息数据随机分布。7.根据权利要求6所述的三维扫描装置，其中，所述角度标定部件提供的标定区域(A)的表面采用任...

【专利技术属性】
技术研发人员：林东，崔锦，陈萌，谭杨，陈存柱，
申请(专利权)人：同方威视技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11