發(fā)布時間：2020-05-13 04:15

【摘要】：本論文是針對于牛場牛糞清理機器人系統(tǒng)項目中的激光雷達三維環(huán)境重構的設計,主要內容是將激光雷達RPLIDAR A3 M1采集的二維點云轉化為三維數(shù)據從而實現(xiàn)重構,進而為機器人提供前方障礙物信息。針對該設計需求,論文從數(shù)據采集及預處理、多角度點云配準、三維重建三個方面,建立了一套完整的三維環(huán)境重構的理論體系。本文主要完成了如下任務:(1)點云數(shù)據采集及預處理。由于本設計用到的是二維激光雷達,所以設計了一款自動旋轉云臺來輔助激光雷達采集三維點云數(shù)據。采集到的點云數(shù)據利用歐幾里得算法將不同區(qū)域的點云分離開實現(xiàn)感興趣區(qū)域的提取、利用鄰域搜索算法kd-tree移除離群噪聲點,利用最小距離方法完成點云精簡。(2)多角度點云配準。為完成物體的完整重構,本設計運用四個激光雷達對物體進行多角度掃描。首先,計算點云數(shù)據配準中使用的點云曲面的特征量,包括法向量和曲率;其次,將點云配準分為初始配準和ICP精確配準兩個步驟,以將多個視角下的點云匹配到同一個坐標系中。(3)三維重構。經過采集、預處理和配準后的點云數(shù)據沒有拓撲關系,也沒有關于面和邊的信息,因此有必要重建點云之間的拓撲關系。曲面重建的過程是通過三維點云數(shù)據擬合形成最終閉合曲面。本文設計運用當前流行的BPA算法進行曲面重構實驗并給出最終效果圖。最后,對本設計如何應用到“標準化牛場的牛糞清理裝置研發(fā)”項目中進行了詳細說明。項目中可將兩個二維激光雷達與旋轉云臺搭載在dashgo機器人平臺之上進行三維環(huán)境重構,從而獲得機器人前方的障礙物信息,包括障礙物的大小和形狀以及多個障礙物之間的距離,最終使機器人在拾撿牛糞的過程中能夠有效避障,為項目的開發(fā)提供有效支撐。
【圖文】：

圖２－１邋ＲＰＬＩＤＡＲ邋Ａ３Ｍ１激光雷達逡逑ＲＰＬＩＤＡＲＡ３Ｍ１激光雷達，它是ＳＬＡＭＴＥＣ公司開發(fā)的，新一代二維激光雷達，采樣能力逡逑高達每秒１６０００次。實物如圖２－１所示。逡逑ＲＰＬＩＤＡＲ邋Ａ３Ｍ１是二維激光測距雷達的增強版本，可在２５米半徑的二維平面上進行３６０逡逑度激光測距掃描，并生成所在空間的點云數(shù)據信息。與其他系列激光雷達相比，ＲＰＬＩＤＡＲＡ３Ｍ１逡逑測距性能更穩(wěn)定，支持兩種工作模式：增強模式和室外模式。在增強模式下，ＲＰＬＩＤＡＲＡ３Ｍ１逡逑的測距范圍和采樣頻率可以達到最大值，以實現(xiàn)最理想的室內測距效果；在室外模式下，逡逑ＲＰＬＩＤＡＲ邋Ａ３Ｍ】具有更高的承受環(huán)境光干擾能力。逡逑ＲＰＬＩＤＡＲ邋Ａ３Ｍ１的典型掃描頻率為１０Ｈｚ邋（６００ｒｐｍ），掃描頻率可根據用戶要求在５－２０ＨＺ逡逑范圍內任意調節(jié)。在１０Ｈｚ的掃描頻率下，１６ｋＨｚ的采樣頻率可以實現(xiàn)０．２２５°的角度分辨率（即逡逑Ｉｓ掃】０周，并采集１６０００個點，平均每０．２２５°采集一個點）。逡逑（２）邐ＲＰＬＩＤＡＲ邋Ａ３激光雷達構成與連接逡逑ＲＰＬＩＤＡＲＡ３Ｍ１主要由激光測距核心、供電及機械、通訊與供電接口三部分組成

寧夏大學碩士學位論文邐第二章激光雷達三維掃描系統(tǒng)的構成逡逑圖２－１邋ＲＰＬＩＤＡＲ邋Ａ３Ｍ１激光雷達逡逑ＲＰＬＩＤＡＲＡ３Ｍ１激光雷達，它是ＳＬＡＭＴＥＣ公司開發(fā)的，新一代二維激光雷達，采樣能力逡逑高達每秒１６０００次。實物如圖２－１所示。逡逑ＲＰＬＩＤＡＲ邋Ａ３Ｍ１是二維激光測距雷達的增強版本，可在２５米半徑的二維平面上進行３６０逡逑度激光測距掃描，并生成所在空間的點云數(shù)據信息。與其他系列激光雷達相比，，ＲＰＬＩＤＡＲＡ３Ｍ１逡逑測距性能更穩(wěn)定，支持兩種工作模式：增強模式和室外模式。在增強模式下，ＲＰＬＩＤＡＲＡ３Ｍ１逡逑的測距范圍和采樣頻率可以達到最大值，以實現(xiàn)最理想的室內測距效果；在室外模式下，逡逑ＲＰＬＩＤＡＲ邋Ａ３Ｍ】具有更高的承受環(huán)境光干擾能力。逡逑ＲＰＬＩＤＡＲ邋Ａ３Ｍ１的典型掃描頻率為１０Ｈｚ邋（６００ｒｐｍ），掃描頻率可根據用戶要求在５－２０ＨＺ逡逑范圍內任意調節(jié)。在１０Ｈｚ的掃描頻率下，１６ｋＨｚ的采樣頻率可以實現(xiàn)０．２２５°的角度分辨率（即逡逑Ｉｓ掃】０周
【學位授予單位】：寧夏大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242;S817.3;TN958.98

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10 本報記者 李樹

本文編號：2661372