一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法，包括雷达俯仰扫描机构、角度俯仰机构和俯仰支架，所述雷达俯仰扫描机构包括第一侧板、云台底座、底板、云台电机和第二侧板，所述第一侧板、云台底座、底板和第二侧板连接共同构成云台电机的固定结构，且云台电机驱动由头部上盖和头部下盖固定的红外模组做圆周运动，来扫描障碍物，实现雷达扫描，本发明专利技术涉及雷达扫描配准技术领域。该基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法，本发明专利技术中结构上相比于现有的改造装置有更多的自由度，2D雷达可在自有的平面上进行360

【技术实现步骤摘要】
一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法


[0001]本专利技术涉及雷达扫描配准
，具体为一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法。

技术介绍

[0002]现有技术设计的三维俯仰扫描激光测距雷达的系统构成，系统主要由三部分构成：
①
二维激光俯仰扫描雷达；
②
俯仰扫描机械装置及驱动；
③
控制与数据采集单元，俯仰扫描机械装置包括支架和旋转轴，由一个步进电机驱动，控制单元是一个由STM32单片机为核心的控制系统组成，单片机系统通过RS-232，接口和上位计算机相连接，如图1所示，为我们设计的三维俯仰扫描激光测距雷达的系统构成示意图，系统主要由三部分构成：
①
二维激光俯仰扫描雷达；
②
俯仰扫描机械装置及驱动；
③
控制与数据采集单元，俯仰扫描机械装置包括支架和旋转轴，由一个步进电机驱动，控制单元是一个由STM32单片机为核心的控制系统组成，单片机系统通过RS-232接口和上位计算机相连接。
[0003]现有技术的缺陷具体如下：1）现有装置2D雷达的角度较低；2）现有俯仰装置角度变换范围相比于本专利技术的装置角度变换范围小；3）针对迭代最近点ICP算法，在搜索对应点的过程中，计算量非常大的，复杂度比较高。

技术实现思路

[0004]（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法，解决了现有装置2D雷达的自由度较低，2D雷达可在自有的平面上旋转的角度为0
°-
180
°
，原有俯仰装置角度变换范围相比于本专利技术的装置角度变换范围小，同时针对迭代最近点算法，在搜索对应点的过程中，计算量非常大的，复杂度比较高的问题。
[0005]（二）技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置的配准算法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、首先对点云数据进行边缘提取，记录边缘处点云的位置；S2、根据点云数据创建若干个边长为L的栅格，其中栅格的边长L根据立方体内点云的密度进行自适应的确定；S3、对于在栅格中的点云数据，和步骤S1记录的边缘点云数据进行比对，如果为边缘点云不做处理，如果非边缘点云，则对非边缘点云集进行处理；S4、做完步骤S3的处理，对剩下的点云数据通过ICP算法进行配准。
[0006]优选的，所述步骤S3中对非边缘点云集进行处理的方法具体如下：T1、选取其中随机一点为种子点云，一个种子点云内包括多个点，分别以每个栅格的中心为圆心，点云到圆心之间的距离为半径，即2
1/2
L/N(N=2,3,4,
…
)，进行画圆，N为一个点云
内包括点的数量，所以N越大表示一个点云中点的分布越密集，也就意味着扫面半径就越小；T2、按照步骤T1的扫描算法进行扫描，当扫描一个栅格内点云的点的数量最少时，画圆的圆周和栅格相切，并保留圆周的点云数据；T3、对于剩余栅格的点云数据，依次如步骤T1-T2步骤进行处理，进而达到对点云数据进行精简的目的。
[0007]第二方面，本专利技术还公开了一种实施配准算法的基于2D激光雷达3D点云扫描装置，包括雷达俯仰扫描机构、角度俯仰机构和俯仰支架，所述雷达俯仰扫描机构包括第一侧板、 云台底座、底板、云台电机和第二侧板，所述第一侧板、 云台底座、底板和第二侧板连接共同构成云台电机的固定结构，且云台电机驱动由头部上盖和头部下盖固定的红外模组做圆周运动，来扫描障碍物。
[0008]所述角度俯仰机构包括第一固定支架、第一固定支架盖体、第二固定支架、舵机驱动机组和第二固定支架盖体，所述第一固定支架、第一固定支架盖体、第二固定支架和第二固定支架盖体连接共同构成机构的支架，所述舵机驱动机组固定安装于第二固定支架的一侧，且舵机驱动机组上分别固定连接有舵盘和主动输出轴，所述主动输出轴插入传动连接件,且传动连接件与俯仰支架固定连接，所述舵机驱动机组作为动力源驱动整个机构绕着阶梯轴承旋转。
[0009]优选的，将所述雷达俯仰扫描机构的底板固定安装于俯仰支架上实现雷达俯仰扫描机构的角度俯仰。
[0010]优选的，所述舵机驱动机组在4.8V时扭力为3.9kg/cm、速度为0.22秒/60
°
，在6.0V时扭力为5.2kg/cm、速度为0.18秒/60
°
。
[0011]优选的，所述第一固定支架盖体固定安装于第一固定支架上，且第二固定支架盖体固定安装于第二固定支架上。
[0012]优选的，所述第一侧板固定安装于、云台底座的一侧，且底板固定安装于云台底座的底部。
[0013]优选的，所述云台电机固定安装于云台底座的顶部，且第二侧板固定安装于云台底座的正面。
[0014]（三）有益效果本专利技术提供了一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法。与现有技术相比具备以下有益效果：（1）、该基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法，包括雷达俯仰扫描机构、角度俯仰机构和俯仰支架，雷达俯仰扫描机构包括第一侧板、 云台底座、底板、云台电机和第二侧板，第一侧板、 云台底座、底板和第二侧板连接共同构成云台电机的固定结构，且云台电机驱动由头部上盖和头部下盖固定的红外模组做圆周运动，来扫描障碍物，实现雷达俯仰扫描，本专利技术中结构上相比于现有的改造装置有更高的自由度，2D雷达可在自有的平面上进行360
°
旋转。
[0015]（2）、该基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法，其俯仰装置角度变换范围相比于现有的装置变换范围更广为0
°
到180
°
。
[0016]（3）、该基于2D激光雷达3D点云扫描装置及配准算法，其针对迭代最近点算法，在
搜索应点的过程中，计算量非常大的问题，提出对得到的点云进行寻找区域最优点的算法，即（Search Regional Optimum, SRO）算法，该算法可以有效滤除点云中的无效点云，保留有效信息的点云值，进而在通过ICP算法匹配的过程中可以通过有效点云值进行匹配，从而大大减少了点云的计算量，而且保留了点云的关键信息。
附图说明
[0017]图1为本专利技术基于2D激光雷达3D点云扫描装置的结构示意图；图2为本专利技术配准算法的流程图。
[0018]图中，1第一固定支架、2第一固定支架盖体、3阶梯轴承、4第一侧板、5云台底座、6底板、7第二侧板、8俯仰支架、9舵机驱动机组、10第二固定支架、11主动输出轴、12舵盘、13传动连接件、14第二固定支架盖体、15头部上盖、16红外模组、17头部下盖、18云台电机。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置的配准算法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、首先对点云数据进行边缘提取，记录边缘处点云的位置；S2、根据点云数据创建若干个边长为L的栅格，其中栅格的边长L根据立方体内点云的密度进行自适应的确定；S3、对于在栅格中的点云数据，和步骤S1记录的边缘点云数据进行比对，如果为边缘点云不做处理，如果非边缘点云，则对非边缘点云集进行处理；S4、做完步骤S3的处理，对剩下的点云数据通过ICP算法进行配准。2.根据权利要求1所述的一种基于2D激光雷达3D点云扫描装置的配准算法，其特征在于：所述步骤S3中对非边缘点云集进行处理的方法具体如下：T1、选取其中随机一点为种子点云，一个种子点云内包括多个点，分别以每个栅格的中心为圆心，点云到圆心之间的距离为半径，即2
1/2
L/N(N=2,3,4,
…
)，进行画圆，N为一个点云内包括点的数量，所以N越大表示一个点云中点的分布越密集，也就意味着扫面半径就越小；T2、按照步骤T1的扫描算法进行扫描，当扫描一个栅格内点云的点的数量最少时，画圆的圆周和栅格相切，并保留圆周的点云数据；T3、对于剩余栅格的点云数据，依次如步骤T1-T2步骤进行处理，进而达到对点云数据进行精简的目的。3.一种实施权利要求1-2任意一项所述配准算法的基于2D激光雷达3D点云扫描装置，其特征在于：包括雷达俯仰扫描机构、角度俯仰机构和俯仰支架（8），所述雷达俯仰扫描机构包括第一侧板（4）、 云台底座（5）、底板（6）、云台电机（18）和第二侧板（7），所述第一侧板（4）、 云台底座（5）、底板（6）和第二侧板（7）连接共同构成云台电机（18）的固定结构，且云台电机（18）驱动由头部上盖（15）和头部下盖（17）固定的红外模组（16）做圆周运动，来...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹利，
申请(专利权)人：天津卡雷尔机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：