基于二維激光雷達(dá)的自動(dòng)室內(nèi)三維重建系統(tǒng).pdf

1、本文研究的是室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的基于二維激光雷達(dá)的自動(dòng)室內(nèi)三維重建系統(tǒng)。 首先，介紹了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成。本系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：a．二維激光掃描雷達(dá)；b．掃描機(jī)械裝置及驅(qū)動(dòng)；c．控制與數(shù)據(jù)采集單元。掃描機(jī)械裝置包括支架和旋轉(zhuǎn)軸，由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)?？刂茊卧且粋€(gè)由MCS-51單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)組成。單片機(jī)系統(tǒng)通過RS-232接口和上位計(jì)算機(jī)相連接。主要任務(wù)：a．接收上位機(jī)發(fā)送的控制命令，如轉(zhuǎn)到掃描初始位、啟動(dòng)掃描、停止掃描、掃描范

2、圍設(shè)定、掃描速度設(shè)定等等，解釋這些命令后轉(zhuǎn)化成步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)；b．向上位機(jī)發(fā)送當(dāng)前俯仰角。經(jīng)過細(xì)分后的步進(jìn)電機(jī)步距角細(xì)達(dá)0.028度。單片機(jī)系統(tǒng)只需知道步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度和初始位置角，就可以知道當(dāng)前俯仰角。俯仰角每隔4 ms發(fā)送一次，頻率高于激光雷達(dá)的水平掃描的周期26ms。數(shù)據(jù)采集單元一方面負(fù)責(zé)連續(xù)不斷地通過高速數(shù)據(jù)采集接口卡獲取激光雷達(dá)發(fā)送的距離數(shù)據(jù)，另一方面不停接收單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)來的俯仰角度數(shù)據(jù)，將兩者同時(shí)存儲(chǔ)起

3、來。這樣就獲得了每幀激光雷達(dá)數(shù)據(jù)及其掃描平面的位置。最終通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后可以獲得所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。其次，介紹了系統(tǒng)的3D重建過程。每當(dāng)系統(tǒng)獲得一幀3D激光雷達(dá)的掃描數(shù)據(jù)，在進(jìn)行坐標(biāo)變換后，即分開兩條不同的處理路線：一是和上一幀點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行ICP匹配，獲得本幀數(shù)據(jù)和上幀之間的位置變化量；另一路是將數(shù)據(jù)進(jìn)行直線和平面提取，獲得當(dāng)前幀的平面模型。 通過求得的位置變化量將當(dāng)前幀的平面模型和已有的平面模型融合起來以擴(kuò)大整個(gè)場(chǎng)景。這樣反復(fù)