[发明专利]一种基于同步IMU的激光点云畸变纠正方法

说明书

本发明涉及激光导航技术领域，特别涉及一种基于同步IMU的激光点云畸变纠正方法，通过单片机对IMU和激光雷达的信号进行收集，将单片机通过信号线连接IMU和激光雷达，IMU计算出位姿数据，激光雷达同步输出点云数据，单片机将IMU给出的位姿数据和激光雷达给出的点云数据完成同步，上位机接收到单片机同步的位姿数据和点云数据，并通过位姿数据预测激光雷达的位移和旋转曲线；单片机将IMU给出的速度测量信息和激光雷达的点云数据完成了同步，通过两次对点云数据的修正，大幅度提高了激光定位的定位精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及激光导航技术领域，特别涉及一种基于同步IMU的激光点云畸变纠正方法。

背景技术

激光导航广泛应用于工业AGV小车、服务机器人、家用消费级机器人中。激光导航具有稳定、扫描精度高、较为普及等特点。激光雷达具有扫描的特性，即其输出的点云是靠内部马达带动激光器、镜头和ToF芯片等组件快速旋转扫描而生成的。由于马达转速、陀罗效应等原理所限，一般激光雷达扫描周期较长，扫描一圈的时间一般约100ms，高性能的激光雷达扫描周期约30ms。这种特性会为激光导航的定位稳定性带来一些潜在问题。由于AGV小车具有高速运动的需求，如在无人仓库中AGV运行速度时常能达到每秒2米，因此在扫描周期内AGV运动幅度已经达到20厘米，这么高的运动幅度无法再当作点云的随机噪声予以处理，必须经过一定的点云处理算法后才能使用。激光点云在AGV和承载小车的高速运动时产生的点云畸变常常导致导航定位不准或不稳定，因此需要一种方法予以处理。

现有的一些激光点云畸变矫正方法利用了轮轴编码器数据进行矫正。根据轮轴编码器数据和小车模型，点云畸变矫正算法对AGV的运动路径进行解算，从而确定点云扫描周期内AGV的运动轨迹，并予矫正。然而该方法需要利用编码器数据。编码器一般作为伺服电机的组件，价格较贵，限制了激光导航AGV的成本降低。此外该方法必须具备符合实际的精确小车模型，如激光安装偏角、各轮子的相对位置、轮径等，这些参数在实际生产中由于装配误差通常不准确，因而使得激光点云纠正不正确。最后编码器的数值输出和激光雷达输出并无同步机制，因此编码器数值可能早于或晚于激光雷达的输出，导致扫描周期内的AGV运动轨迹错误，也会导致激光点云纠正不正确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于同步IMU的激光点云畸变纠正方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：其特征在于，具体的设备包括IMU、激光雷达、单片机以及上位机，具体的步骤包括以下：

步骤一，将所述IMU、所述激光雷达、和所述单片机集成在一起，使得IMU测量单元的中心线和激光雷达的旋转中心对齐；

步骤二，通过所述单片机对所述IMU和所述激光雷达的信号进行收集，将所述单片机通过信号线连接所述IMU和所述激光雷达，所述IMU计算出位姿数据，所述激光雷达同步输出点云数据，所述单片机将所述IMU给出的位姿数据和所述激光雷达给出的所述点云数据完成同步；

步骤三，所述上位机接收到所述单片机同步的所述位姿数据和所述点云数据，并通过所述位姿数据预测所述激光雷达的位移和旋转曲线；

步骤四，通过ICP方法验证位移和旋转曲线、并进行修正。

优选的，在所述步骤二中，首先，激光雷达和IMU同步，其次，单片机持续读取并暂存激光雷达的点云输出，最后，单片机持续通过IMU计算速度变化数据。

优选的，在所述步骤三中，所述上位机根据所述IMU数据，预测所述激光雷达的位置，并修正所述点云数据。

优选的，在所述步骤四中，进一步对所述步骤三种得到的点云数据进行进一步的精确修正。

本发明的技术效果和优点：单片机将IMU给出的速度测量信息和激光雷达的点云数据完成了同步，通过多次对点云数据的修正，大幅度提高了激光定位的定位精度和稳定性。