[发明专利]三维扫描装置、机器人及数据处理方法

说明书

本发明涉及一种三维扫描装置、机器人及数据处理方法，三维扫描装置包括：激光雷达(1)、转动机构(2)和数据处理模块(3)，激光的扫描范围包括环境扫描区域(B)和由角度标定部件(5)提供的标定区域(A)，转动机构(2)驱动激光雷达(1)的本体转动并经过各个预定转动角度；数据处理模块(3)所述激光雷达(1)在所述本体转动经过的每个预定转动角度下获得的所述标定区域(A)中的标定点组的激光扫描信息数据和环境扫描区域(B)的激光扫描信息数据，并根据所述标定区域(A)中的标定点组的激光扫描信息数据确定与所述环境扫描区域(B)的激光扫描信息数据对应的预定转动角度。本发明能够获得更为精准的三维扫描数据。

技术领域

本发明涉及环境感知技术，尤其涉及一种三维扫描装置、机器人及数据处理方法。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，服务机器人已在环境监测、公共安全、救灾救援、反恐防爆等领域实现了应用。在复杂非结构化的环境中，服务机器人需要获取外部环境的三维空间数据，以完成机器人位姿的估计、不同高度障碍物的识别及避障、运动轨迹的自动规划、目标物体的识别及检测等各项任务。因此，建立环境的三维空间信息是服务机器人实现各种功能的先决条件。

在复杂非结构化的环境中，由于存在不同高度的障碍物和不同大小的目标物体，因此需要激光雷达能够实现三维空间的扫描功能。目前能够进行三维环境测量的多线激光雷达非常昂贵，其体积和重量不适应于一般的服务机器人。而单线激光雷达通常被安置在机器人某个特定高度上，只能用于获取二维平面上的空间信息，不能实现三维空间的扫描功能。

相关技术中有一些将单线激光雷达安装在运动平台上，通过旋转扫描平面完成三维建图的解决方案。此类方案非常依赖于运动平台的运动精度驱动，需要使用较贵的高精度伺服驱动设备，并存在容易受到运动平台精度的影响的缺陷。此外，由于运动平台所属的转动机构需要将角度数据发送到处理模块，而单线激光雷达的扫描信息数据也需要发送给处理模块。运动平台从一个角度旋转到下一个角度需要一定时间，在每个角度也可以停留一段时间，激光雷达中的激光扫描旋转一周也需要时间(例如25毫秒)，这些时间可能各不相同。而且，角度数据和激光扫描信息数据通过不同的线路来传播，因此两者的传播所需要的时间很可能不同，即延时不同，因此两种数据的产生和传输均无法同步，处理模块无法将接收到的激光扫描信息数据与角度数据正确地对应匹配出来。对于该问题，相关技术中的处理模块采用下面两种方法来进行数据处理。

第一种方法是，处理模块同时接收角度数据和激光扫描信息数据，并且认为两者的产生和传输都完全同步，即认为同一时刻接收到的角度数据和激光扫描信息数据完全对应，但这样的方式是非常粗糙的，容易出现对应错误。在三维建图中，预定转动角度微小的误差就会造成建图误差，而且误差会随着测量距离的增加而线性放大，使得环境描述不准确，因此难以适用于服务机器人。

第二种方法是，处理模块同时接收角度数据和激光扫描信息数据，然后将接收到的角度数据按时间比例线性地与激光扫描信息数据对应匹配，这样的方式也很粗糙，容易出现对应错误。

发明内容

本发明的目的是提出一种三维扫描装置、机器人及数据处理方法，能够获得更为精准的三维扫描数据。

为实现上述目的，本发明提供了一种三维扫描装置，包括：激光雷达、转动机构和数据处理模块；其中，

所述转动机构驱动所述激光雷达的本体转动并经过各个预定转动角度；

所述激光雷达中的激光进行旋转扫描，激光的扫描范围包括环境扫描区域和由角度标定部件提供的标定区域，其中，待扫描对象位于所述环境扫描区域中，所述标定区域在各个预定转动角度下均包括标定点组，所述激光雷达在所述本体转动经过的各个预定转动角度下获得所述标定点组的激光扫描信息数据和所述环境扫描区域的激光扫描信息数据，在同一预定角度下获得的标定点组的激光扫描信息数据与环境扫描区域的激光扫描信息数据属于同一组数据；