基于二維激光雷達的自動室內三維重建系統.pdf

1、本文研究的是室內移動機器人的基于二維激光雷達的自動室內三維重建系統。 首先，介紹了系統的硬件構成。本系統主要由三部分構成：a．二維激光掃描雷達；b．掃描機械裝置及驅動；c．控制與數據采集單元。掃描機械裝置包括支架和旋轉軸，由一個步進電機驅動。控制單元是一個由MCS-51單片機為核心的控制系統組成。單片機系統通過RS-232接口和上位計算機相連接。主要任務：a．接收上位機發(fā)送的控制命令，如轉到掃描初始位、啟動掃描、停止掃描、掃描范

2、圍設定、掃描速度設定等等，解釋這些命令后轉化成步進電機的控制信號，發(fā)送給步進電機；b．向上位機發(fā)送當前俯仰角。經過細分后的步進電機步距角細達0.028度。單片機系統只需知道步進電機轉過的角度和初始位置角，就可以知道當前俯仰角。俯仰角每隔4 ms發(fā)送一次，頻率高于激光雷達的水平掃描的周期26ms。數據采集單元一方面負責連續(xù)不斷地通過高速數據采集接口卡獲取激光雷達發(fā)送的距離數據，另一方面不停接收單片機系統發(fā)來的俯仰角度數據，將兩者同時存儲起

3、來。這樣就獲得了每幀激光雷達數據及其掃描平面的位置。最終通過坐標轉換后可以獲得所有數據點的空間坐標。其次，介紹了系統的3D重建過程。每當系統獲得一幀3D激光雷達的掃描數據，在進行坐標變換后，即分開兩條不同的處理路線：一是和上一幀點云數據進行ICP匹配，獲得本幀數據和上幀之間的位置變化量；另一路是將數據進行直線和平面提取，獲得當前幀的平面模型。 通過求得的位置變化量將當前幀的平面模型和已有的平面模型融合起來以擴大整個場景。這樣反復