对激光雷达的测量端点去畸变的方法和扫地机技术

本发明专利技术涉及一种对激光雷达的测量端点去畸变的方法和扫地机，其中，所述激光雷达可旋转地固定在可运动的机器人上，该方法包括：建立坐标系，其包括建立世界坐标系w系、机器人本体坐标系b系以及激光雷达坐标系L系；将所述L系下的一扫描帧中的测量端点转换到所述b系，得到所述测量端点在所述b系下的位姿；将所述测量端点在所述b系下的位姿转换到所述w系，得到所述测量端点在所述w系下的位姿；将所述测量端点在所述w系下的位姿回转到同一个时刻的所述b系，得到去畸变后的所述测量端点在所述b系下的坐标；以及将去畸变后的所述测量端点在所述b系下的坐标回转到所述L系。

De-distortion Method and Sweeper for Laser Radar Measurement Endpoint

【技术实现步骤摘要】
对激光雷达的测量端点去畸变的方法和扫地机
本专利技术涉及激光探测与感知
，尤其涉及一种对激光雷达的测量端点去畸变的方法和扫地机。
技术介绍
随着生活的水平的提高，扫地机因为操作简单、使用方便，越来越多地走入了人们生活，和家庭办公联系在了一起，成为了小家电中重要的一员，深受欢迎。扫地机在清扫过程中，其激光雷达(LDS)的基座固定在扫地机本体上，在激光雷达的测量部件旋转时，扫地机本体(底盘)和激光雷达基座可能会同时旋转或同时静止。在扫地机静止时，激光雷达基座和扫地机本体(底盘)都相对地面静止，激光雷达的测量部件相对地面旋转。此时，激光雷达测量的是当前场景的一个静态扫描帧，扫描帧的信息为当前场景的一个静态测量。激光雷达的测量部件相对激光雷达基座旋转的角度，即为激光雷达旋转部件相对地面旋转的角度，扫描帧的360度就是相对地面的360度。但是，在扫地机旋转时，扫地机本体(底盘)和激光雷达基座可能会相对地面同时旋转且不同步，那么此时激光雷达测量的将是当前场景的一个动态扫描帧，即激光雷达的测量部件相对于激光雷达基座的旋转角度与相对于地面的旋转角度不同。激光雷达测量一周的角度相对于地面来说可能会多于一周或少于一周。具体地，每个激光雷达的测量端点对应一个同时刻的扫地机本体坐标系，所以对于一个扫描帧的数据来说，由于扫地机本体坐标系的旋转和平移导致一帧数据分别会投影到扫地机本体的不同坐标系下，而如果此时还认为是在同一个扫地机本体坐标系下组成一个扫描帧，则会发现扫描出来的环境形状产生了畸变，比如直线变成了弧线等情况。将产生畸变的扫描帧带入SLAM算法进行扫描匹配，会产生错误的位姿和地图。需要进行畸变补偿，以消除扫地机本体坐标系运动导致的扫描帧畸变。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种对激光雷达的测量端点去畸变的方法和扫地机。根据本专利技术的一个方面，提供了一种对激光雷达的测量端点去畸变的方法，其中，所述激光雷达可旋转地固定在可运动的机器人上，所述方法包括：建立坐标系，其包括建立世界坐标系w系、机器人本体坐标系b系以及激光雷达坐标系L系；将所述L系下的一扫描帧中的测量端点转换到所述b系，得到所述测量端点在所述b系下的位姿；将所述测量端点在所述b系下的位姿转换到所述w系，得到所述测量端点在所述w系下的位姿；将所述测量端点在所述w系下的位姿回转到同一个时刻的所述b系，得到去畸变后的所述测量端点在所述b系下的坐标；以及将去畸变后的所述测量端点在所述b系下的坐标回转到所述L系。优选地，所述w系为地面惯性坐标系，所述b系为以所述机器人的中心为原点的直角坐标系，所述L系包括以所述激光雷达的中心为原点的直角坐标系和以所述激光雷达的中心为极点的极坐标系。优选地，将所述L系下的一扫描帧中的测量端点转换到所述b系包括：将所述L系下的一扫描帧中的测量端点的极坐标转换为所述L系下的直角坐标；以及根据所述激光雷达的中心在所述b系的投影求出所述L系相对于所述b系的杆臂值。优选地，将去畸变后的所述测量端点在所述b系下的坐标回转到所述L系包括：将所述测量端点在所述b系下的坐标转换为所述测量端点在所述L系下的直角坐标；以及将所述测量端点在所述L系下的直角坐标转换为所述L系下的极坐标。优选地，所述激光雷达的中心在所述b系的投影位于所述b系的x轴的正轴上，且所述L系的x轴在所述b系的投影与所述b系的x轴重合。优选地，所述扫描帧为所述激光雷达在所述L系下旋转360度的完整扫描帧。优选地，所述机器人的运动包括平移和旋转。优选地，所述机器人为扫地机。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种扫地机，其包括：本体，其用于进行清扫；激光雷达，其相对于所述本体旋转，扫描并获取扫描帧的测量端点；以及处理器，其用于执行上述的对激光雷达的测量端点去畸变的方法。优选地，所述处理器还用于：将去畸变后的所述测量端点在所述L系下的极坐标带入到SLAM算法中以进行扫描匹配。与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：应用本专利技术提供的对激光雷达的测量端点去畸变的方法，将一扫描帧中的不同时刻的多个测量端点从激光雷达坐标系转换到机器人本体坐标系，再转换到世界坐标系，再整体回转到同一个时刻的机器人本体坐标系，并进一步回转到激光雷达坐标系，从而消除了因扫地机本体(底盘)和地面相对旋转而导致的激光雷达的测量端点的畸变和扫描帧的畸变。在此基础上，本专利技术还提供了一种扫地机，其将去畸变后的激光雷达的测量端点带入到SLAM算法中以进行扫描匹配，消除了扫地机位姿和出图的运动畸变。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。图1为根据本专利技术一实施例的对激光雷达的测量端点去畸变的方法的流程图。图2为根据本专利技术一实施例的L系在b系上的投影图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本专利技术实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。实施例一为了解决现有技术中激光雷达测量的端点畸变的技术问题，本专利技术一实施例提供了一种对激光雷达的测量端点去畸变的方法。其中，激光雷达的测量端点也可称为激光点云数据。该方法的构思如下：由于激光雷达测量的是当前环境的轮廓，所以随着扫地机的旋转，虽然当前环境的轮廓的不同区域的稠密性不同，但是其测量的都是真实的环境轮廓，因而激光雷达的测量端点在地面(世界坐标系)的投影不会产生畸变。本方法依次取一扫描帧中的激光雷达测量的端点数据逐个投影到地面(世界坐标系)，然后将这一扫描帧数据整体变换到同一个时刻的扫地机本体坐标系下，以得到去畸变的一帧数据，再将去畸变后的这一扫描帧数据在扫地机本体坐标系下的坐标回转到激光雷达坐标系，以解决激光雷达的测量端点畸变的问题。在本专利技术一实施例中，激光雷达可旋转地固定在可运动的机器人上。在此，需要说明的是，该机器人优选是扫地机，但也可以是安装有激光雷达的其他类型的机器人，本专利技术不限于此。在本专利技术一实施例中，机器人的运动包括机器人的平移和旋转。图1为根据本专利技术一实施例的对激光雷达的测量端点去畸变的方法的流程图。如图1所示，该方法包括：步骤S10：建立坐标系，其包括建立世界坐标系w系、机器人本体坐标系b系以及激光雷达坐标系L系；步骤S11：将所述L系下的一扫描帧中的测量端点转换到所述b系，得到所述测量端点在所述b系下的位姿；步骤S12：将所述测量端点在所述b系下的位姿转换到所述w系，得到所述测量端点在所述w系下的位姿；步骤S13：将所述测量端点在所述w系下的位姿回转到同一个时刻的所述b系，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对激光雷达的测量端点去畸变的方法，其中，所述激光雷达可旋转地固定在可运动的机器人上，所述方法包括：建立坐标系，其包括建立世界坐标系w系、机器人本体坐标系b系以及激光雷达坐标系L系；将所述L系下的一扫描帧中的测量端点转换到所述b系，得到所述测量端点在所述b系下的位姿；将所述测量端点在所述b系下的位姿转换到所述w系，得到所述测量端点在所述w系下的位姿；将所述测量端点在所述w系下的位姿回转到同一个时刻的所述b系，得到去畸变后的所述测量端点在所述b系下的坐标；以及将去畸变后的所述测量端点在所述b系下的坐标回转到所述L系。

【技术特征摘要】
1.一种对激光雷达的测量端点去畸变的方法，其中，所述激光雷达可旋转地固定在可运动的机器人上，所述方法包括：建立坐标系，其包括建立世界坐标系w系、机器人本体坐标系b系以及激光雷达坐标系L系；将所述L系下的一扫描帧中的测量端点转换到所述b系，得到所述测量端点在所述b系下的位姿；将所述测量端点在所述b系下的位姿转换到所述w系，得到所述测量端点在所述w系下的位姿；将所述测量端点在所述w系下的位姿回转到同一个时刻的所述b系，得到去畸变后的所述测量端点在所述b系下的坐标；以及将去畸变后的所述测量端点在所述b系下的坐标回转到所述L系。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述w系为地面惯性坐标系，所述b系为以所述机器人的中心为原点的直角坐标系，所述L系包括以所述激光雷达的中心为原点的直角坐标系和以所述激光雷达的中心为极点的极坐标系。3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述L系下的一扫描帧中的测量端点转换到所述b系包括：将所述L系下的一扫描帧中的测量端点的极坐标转换为所述L系下的直角坐标；以及根据所述激光雷达的中心在所述b系的投影求出所述L系相对于所述b...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀冲，刘兴华，
申请(专利权)人：小狗电器互联网科技北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11