[发明专利]一种基于半球形激光雷达的建模系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于半球形激光雷达的建模系统及其方法，系统包括安装在机器人前方位于两个机械臂中间位置的滑轨，在所述滑轨上滑动安装有滑动电机，在所述滑动电机上固定安装有旋转电机，在所述旋转电机上固定安装有半球形激光雷达；所述滑动电机和所述旋转电机与机器人的控制系统连接，并根据所述机器人的指令进行运动。本发明整个建模过程只需要5～8s，便可以得到精度5cm的三维点云，并且可以用单个激光器自由旋转来对左右两侧建模，有效节约成本。

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种基于半球形激光雷达的建模系统及其方法。

背景技术

带电作业机器人是能在高空配网线路进行带电作业的机器人，通过远程操控策略，以代替人工完成带电作业。与传统人工带电作业方式相比，保障了人身安全，作业效率提升一倍，而且全过程实现人与电的物理隔绝，有效提升了带电作业质量和效率。

带电作业机器人在空中作业过程中，需要对周围特定的电线、瓷瓶、电杆等物体实现有效感知，快速准确获取周围环境的点云模型，能够为后续一系列操作提供支撑。现有技术中，采用激光雷达进行带电作业机器人周围环境的点云建模，但是使用单线激光建模，效率低，点云量小，视野范围有限，难以满足需求；而使用16线激光旋转建模，过程中光心不变，在大切向角的情况下，很容易造成数据缺失，而且角度变化对旋转精度要求极高，否则误差容易发散，为了保证精度，建模时间上也会大打折扣。

发明内容

发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种基于半球形激光雷达的建模系统及其方法。

技术方案：

一种基于半球形激光雷达的建模系统，包括安装在机器人前方位于两个机械臂中间位置的滑轨，在所述滑轨上滑动安装有滑动电机，在所述滑动电机上固定安装有旋转电机，在所述旋转电机上固定安装有半球形激光雷达；所述滑动电机和所述旋转电机与机器人的控制系统连接，并根据所述机器人的指令进行运动。

在所述滑轨两端设置有接近开关，所述接近开关用于检测滑动电机是否接近，以限定滑动电机的滑动距离。

所述旋转电机的转动范围为0～180°，其默认朝向为0°。

在所述滑轨内设有齿槽，所述滑动电机通过与该齿槽相对应配合的齿轮滑动安装在所述滑轨上。

所述半球形激光雷达采用32线半球形激光器。

一种基于半球形激光雷达的建模方法，包括步骤：

(1)开始建模，旋转电机根据左右侧电线杆模式切换到对应朝向，滑动电机滑动至零位；

(2)机器人根据建模目标位置控制滑动电机从零位开始水平滑动至目标位置，旋转电机旋转至目标角度，机器人根据滑动电机相对于零位的移动距离获取半球形激光雷达实时移动距离参数，根据旋转电机旋转角度获取半球形激光雷达旋转实时旋转角度参数；

(3)半球形激光雷达采集三维实时点云数据；

(4)根据步骤(2)中得到的半球形激光雷达实时移动距离参数和半球形激光雷达实时旋转角度参数以及步骤(3)得到的三维实时点云数据，拼接成相对零位的三维点云；

(5)通过选择的左右侧模式，确定半球形激光雷达坐标系与机器人坐标系之间的tf关系，将步骤(4)得到的三维点云转换到机器人坐标系下。

记滑动电机滑动至接近开关处为零位，使用零位时刻半球形激光雷达坐标系作为地图坐标系，并得到相应的地图原点；第i时刻半球形激光雷达相对于地图原点的坐标变换为单帧实时点云为一共N帧激光点云参与匹配，则匹配后地图坐标系下的单帧点云为：

那么整个拼接好的点云为：