[发明专利]基于2D激光雷达的三维激光SLAM系统及控制方法

说明书

本发明提出基于2D激光雷达的三维激光SLAM系统及方法，具体包括：装置主体，路由器，计算机；装置主体包括：嵌入式开发板、直流电源、2D激光雷达、舵机和导电滑环。本发明系统理论结合实际，构成合理、简洁、便捷，运用本发明可以快速地建立实现三维地图与定位，成本低、操作简单、使用方便。整个系统既可以通过手持的方式又可以通过搭载在移动机器人上使用，在室内室外的环境中不仅能实时建立三维重建地图，而且通过SLAM算法计算出传感器的位姿，实现实时定位功能。相比与三维激光雷达而言，其视野大，360度无死角，更适用于室内环境中的建图，且成本较低。此外整个系统还操作方便、不受环境光影响。

技术领域

本发明属于三维同时定位与建图技术领域，特别涉及基于2D激光雷达的三维激光SLAM系统及控制方法。

背景技术

随着计算机技术的不断进步，移动机器人技术已经越来越多地应用于月球探测、民用机器人、以及机器人工程和操作等领域。机器人，也被称为机器人技术，着重于处理机器人的控制与被处理对象之间的关系。机器人技术包含很多科目，主要牵涉到运动学和动力学，系统结构，感知技术和控制技术。其中机器人的同时定位与建图(SLAM)是移动机器人的关键技术。高精度的移动机器人的SLAM系统是自动控制和路径规划的前提，同时也是学术讨论和工程运用的难点问题。

目前主流的SLAM系统主要按照所使用的传感器不同分为激光SLAM和视觉SLAM。视觉SLAM采用视觉传感器或者RGB-D型传感器的系统，按照所选用的视觉传感器的不同，又分为单目SLAM、双目SLAM、RGBD SLAM。虽然视觉SLAM的数据信息丰富，但是由于其依赖于视觉特征，导致在很多缺乏视觉特征的情况下效果不好。此外，单目和双目SLAM在黑暗的环境中无法使用；而RGBD SLAM容易受太阳光照的影响，只适合于室内环境，不能在室外使用。因此在实际机器人的自主导航中还是以使用激光SLAM为主。传统的三维激光SLAM系统通常采用大型3D激光扫描仪的系统，虽然可以获得较为高精度致密的三维地图，但是其价格昂贵，体型庞大，需要在固定点进行较长时间扫描，并进行离线处理，耗费人力、时间，极大的阻碍了其在现实中的大规模应用。三维激光雷达velodyne16，受到其扫描的俯仰角的限制，会产生较大的扫描盲区，不利于自主机器人的运动决策。而采用基于单线激光与传动装置的自制三维扫描系统目前大多只能支持离线数据处理，无法现在实时进行三维环境构建，重建效率较低。

发明内容

为解决以上SLAM系统之不足，本发明提出一种基于2D激光雷达的实时便携式三维激光SLAM系统及控制方法，通过一种连续匀速旋转的2D激光雷达装置同时获取深度信息和旋转角度信息，将二者进行同步融合生成三维点云，不仅实时建立三维重建地图，而且通过SLAM算法计算出传感器的位姿，实现实时定位功能。整个系统不仅操作方便、成本低廉、不受环境光影响,而且视角大。

基于2D激光雷达的三维激光SLAM系统，具体包括：装置主体，路由器，计算机；

其中，装置主体包括：嵌入式开发板、直流电源、2D激光雷达、舵机和导电滑环；

所述导电滑环包括：导电滑环转子与导电滑环定子；

所述嵌入式开发板与路由器相连接，路由器与计算机相连接；直流电源分别与导电滑环定子、嵌入式开发板和舵机相连接；导电滑环定子与导电滑环转子相连接，导电滑环转子与2D激光雷达相连接，2D激光雷达与嵌入式开发板相连接；舵机与嵌入式开发板相连接；

所述路由器，实现嵌入式开发板与计算机的实时通讯；

所述计算机，用来接收嵌入式开发板专递过来的数据，显示三维点云地图，并向嵌入式开发板传递控制指令；

所述嵌入式开发板：所有程序都在嵌入式开发板上面运行，被编程的程序用来实现三维图的创建与定位，并给舵机发送运动控制命令，使其以180°/s的角速度匀速转动，同时读取舵机内部编码器的数据和2D激光雷达的数据，实现两种传感器数据同步；