專(zhuān)利名稱(chēng)：：月球車(chē)高速三維激光成像雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及一套高速的三維激光成像雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)作為月球車(chē)樣機(jī)系統(tǒng)重要的視覺(jué)傳感器，通過(guò)對(duì)月球車(chē)前方工作環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，利用獲取的位置信息建立三維點(diǎn)云模型，為月球車(chē)路徑規(guī)劃、自主導(dǎo)航等提供重要的視覺(jué)基礎(chǔ)。
背景技術(shù)：
：激光雷達(dá)主要有二維和三維兩種，二維激光雷達(dá)僅在固定平面上掃描獲取距離信息，即單線掃描；三維激光雷達(dá)則可認(rèn)為是在轉(zhuǎn)動(dòng)的平面上完成的多線掃描。三維激光雷達(dá)在復(fù)雜地形機(jī)器人定位、繪制環(huán)境地圖以及工程測(cè)量等領(lǐng)域具有更大的應(yīng)用價(jià)值。90年代中期我國(guó)的陸祖康等人曾以相位法測(cè)距原理自主研制三維激光雷達(dá)，并在第一代自主機(jī)器人應(yīng)用中獲得了良好的效果[項(xiàng)志宇，"快速三維掃描激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)及其系統(tǒng)標(biāo)定"，浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2006，40(12)，2130-2133。]。近年來(lái)，國(guó)外一些大學(xué)采取改裝組合二維激光雷達(dá)以獲得三維掃描功能的方法，如德國(guó)自主智能系統(tǒng)石開(kāi)究所的Surmann等[SurmannH，LingemannK，NuchterA,etc."A3Dlaserrangefinderforautonomousmobilerobots"，Proceedingson32ndInternationalSymposiumonRobotics.Seoul,Korea:IFR，2001:153—158.]采用了將二維激光雷達(dá)增加一維掃描裝置的方法實(shí)現(xiàn)三維測(cè)量；日本東京大學(xué)的Zhao等[ZhaoH，ShibasakiR."ReconstructiontexturedCADmodelofurbanenvironmentusingvehicle-bornelaserrangescanners肌dlinecameras",ProceedingsofInternationalWorkshoponComputerVisionSystems.Vancouver,Canada:IEEE，2001:453—458.]運(yùn)用安裝在機(jī)器人上的兩個(gè)二維激光雷達(dá)分別獲得掃描位置和掃描信息，然后加以融合的方法獲得環(huán)境的三維信息。目前，三維激光雷達(dá)仍存在一些不足與限制，例如裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、掃描速度慢、激光采樣速度慢、工作環(huán)境有限等，另外，高昂的價(jià)格也限制三維激光雷達(dá)的進(jìn)一步應(yīng)用。本
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，通過(guò)提供一種月球車(chē)高速三維激光成像雷達(dá)系統(tǒng)，以改變現(xiàn)有三維激光雷達(dá)體積大、掃描速度慢、工作環(huán)境有限等不足，使得該實(shí)用新型可以在強(qiáng)光環(huán)境下正常工作，測(cè)量精度在較惡劣環(huán)境下得到保證。在保證測(cè)量數(shù)據(jù)精度的同時(shí)，采用激光測(cè)距儀的高速采集接口和光電編碼器的輸出信號(hào)兩種途徑解決采樣數(shù)據(jù)的同步問(wèn)題，使測(cè)量數(shù)據(jù)的同步性得到充分的保證。本實(shí)用新型是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型整個(gè)高速三維激光成像雷達(dá)系統(tǒng)由"一維"激光測(cè)距儀與"二維"掃描伺服機(jī)電系統(tǒng)組成。選擇高性能的點(diǎn)結(jié)構(gòu)光激光測(cè)距儀，使得該實(shí)用新型可以在室外強(qiáng)光環(huán)境下正常工作，測(cè)量精度在較惡劣環(huán)境下得到保證?？紤]到月球表面沒(méi)有大氣，故在設(shè)計(jì)掃描伺服機(jī)電系統(tǒng)時(shí)選擇了沒(méi)有電刷的直流伺服電機(jī)。掃描機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)獨(dú)特，采取雙電機(jī)控制單棱鏡的方式反射激光射線并控制掃描方向，垂直電機(jī)無(wú)減速箱，高轉(zhuǎn)速利于棱鏡防塵，進(jìn)一步保障測(cè)量精度；水平電機(jī)設(shè)有減速箱，增加輸出力矩。在保證測(cè)量數(shù)據(jù)精度的同時(shí)，采用激光測(cè)距儀的高速采集接口和光電編碼器的輸出信號(hào)兩種途徑解決了采樣數(shù)據(jù)的同步問(wèn)題，測(cè)量數(shù)據(jù)的同步性得到了充分的保證。一種月球車(chē)高速三維激光成像雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括點(diǎn)結(jié)構(gòu)光激光測(cè)距儀，以及掃描雙驅(qū)動(dòng)無(wú)刷伺服電機(jī)系統(tǒng)以及一個(gè)激光反射棱鏡；所述的雙驅(qū)動(dòng)無(wú)刷伺服電機(jī)，為安裝位置呈90度的垂直電機(jī)和水平電機(jī)，電機(jī)輸出軸所在軸線與激光射線相交于棱鏡反射斜面中心；其中，一個(gè)垂直電機(jī)控制單棱鏡在與電機(jī)輸出軸垂直的平面上繞軸線方向連續(xù)自旋，另一個(gè)水平電機(jī)則采用步進(jìn)的方式控制該掃描平面在垂直方向上一定范圍內(nèi)俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)；所述垂直電機(jī)和水平電機(jī)的前端，分別設(shè)有與其同軸安裝的光電碼盤(pán)和編碼器；與激光測(cè)距儀配套的高速采集接口，獲得的距離與棱鏡滾動(dòng)和俯仰角度的采樣數(shù)據(jù)為同步數(shù)據(jù)；所述的釆樣數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行野值剔除、空間極坐標(biāo)系到笛卡爾坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，最后建立掃描場(chǎng)景的三維點(diǎn)云模型；所述的坐標(biāo)變換公式為4其中，d為激光測(cè)距儀距離讀數(shù)，^為激光發(fā)射處到棱鏡反射斜面中心的距離，I為3*3單位陣，n為棱鏡反射面的單位法向量，p為入射光線的單位向量，h為棱鏡反射斜面中心到參考平面的距離。前述的電機(jī)選用直流無(wú)刷伺服電機(jī)，其中水平電機(jī)設(shè)有減速箱。前述的水平電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)垂直電機(jī)、光電碼盤(pán)和編碼器、激光反射棱鏡及相關(guān)連接機(jī)械部件，繞減速箱前端輸出軸在垂直方向上步進(jìn)運(yùn)動(dòng)以改變掃描平面，控制激光測(cè)距儀的射線進(jìn)行多線掃描。前述的光學(xué)碼盤(pán)開(kāi)有數(shù)個(gè)用以讀取角度信息的孔，這些孔一方面用以讀取角度，另一方面提供掃描角度范圍、兩電機(jī)間協(xié)調(diào)工作的控制信號(hào)，與激光測(cè)距儀高速采集接口配合，保證距離和角度的同步。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)和有益效果本實(shí)用新型涉及一種月球車(chē)高速三維激光成像雷達(dá)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、體積小、功耗低，掃描速度快，光學(xué)棱鏡高速旋轉(zhuǎn)有利于防塵，三維數(shù)據(jù)精度高，同步效果好，該特點(diǎn)是進(jìn)行環(huán)境表面模型三維重構(gòu)的重要保證。另外，適合強(qiáng)光環(huán)境下工作也是本實(shí)用新型的顯著優(yōu)勢(shì)。目前利用該套激光成像雷達(dá)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)月球車(chē)前方環(huán)境的掃描測(cè)試，成功建立了前方工作環(huán)境的三維點(diǎn)云模型，圖像真實(shí)清晰。圖1是本實(shí)用新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖(前視圖)；圖2是機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視圖)；圖3是光電編碼器與碼盤(pán)組合示意圖；圖4是本實(shí)用新型的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖5是坐標(biāo)變換示意圖；圖6是棱鏡俯仰示意圖(一)圖7是棱鏡俯仰示意圖(二)圖8是棱鏡滾動(dòng)示意圖(一)圖9是棱鏡滾動(dòng)示意圖(二)圖IO是月球車(chē)三維激光雷達(dá)成像系統(tǒng)的工作流程圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例加以說(shuō)明首先，選擇一款點(diǎn)結(jié)構(gòu)光激光測(cè)距儀作為核心傳感器，該激光測(cè)距儀具有測(cè)量精度高、采樣速度快、使用方便、適用于室外強(qiáng)光環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。其次，采取雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)單棱鏡的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光射線方向的控制完成掃描。具體而言，該實(shí)用新型選用兩個(gè)性能優(yōu)越的無(wú)刷直流伺服電機(jī)，和一個(gè)用來(lái)反射激光射線的斜面棱鏡，兩個(gè)電機(jī)的安裝位置呈90度，且電機(jī)輸出軸所在軸線與激光射線相交于棱鏡反射斜面中心，這樣，一個(gè)電機(jī)控制棱鏡在平面上繞輸出軸線方向連續(xù)自旋，另一個(gè)電機(jī)則采用步進(jìn)的方式控制該掃描平面在垂直方向上俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制激光射線進(jìn)行多線掃描。除此以外，該實(shí)用新型利用光電編碼器產(chǎn)生的TTL電平信號(hào)，控制掃描范圍、提供歩進(jìn)控制信號(hào)并讀取棱鏡滾動(dòng)和俯仰的角度信息。光電編碼器和碼盤(pán)組合與無(wú)刷電機(jī)(或減速箱)的前端輸出軸共軸安裝。利用激光測(cè)距儀配套的高速采集接口，獲得距離與棱鏡滾動(dòng)和俯仰角度的采樣數(shù)據(jù)，同時(shí)解決了距離讀數(shù)與兩個(gè)角度讀數(shù)的同步問(wèn)題。對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，包括野值剔除、空間極坐標(biāo)系到笛卡爾坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，最后建立掃描場(chǎng)景的三維點(diǎn)云模型。如圖1所示，其中，l和2均為直流無(wú)刷伺服電機(jī)，l為前述垂直電機(jī)，2為前述水平電機(jī)，3是2的減速箱，4和5為光電編碼器和碼盤(pán)組合；6為聯(lián)軸器，7為激光反射棱鏡，8為激光測(cè)距儀，21和24分別表示激光測(cè)距儀發(fā)出的射線和經(jīng)棱鏡反射后的激光射線，從7反射斜面中心到激光測(cè)距儀8發(fā)出光線表面的垂直距離為4(可測(cè)，具體參照?qǐng)D5所示)；垂直直流無(wú)刷伺服電機(jī)1和水平直流無(wú)刷伺服電機(jī)2呈90度安裝，且需嚴(yán)格保證1和3的前端輸出軸所在軸線相交于斜面光學(xué)棱鏡7的反射斜面中心。垂直電機(jī)1控制棱鏡在與其輸出軸垂直的平面上連續(xù)自旋，反射激光射線，實(shí)現(xiàn)在固定平面上的單線掃描。水平電機(jī)2采用步進(jìn)方式控制該掃描平面在垂直方向上俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，具體而言，借助聯(lián)軸器6帶動(dòng)1、4、7及相關(guān)連接機(jī)械部件，繞水平電機(jī)2的輸出軸(3的輸出軸)在垂直方向上步進(jìn)運(yùn)動(dòng)以改變掃描平面，控制激光測(cè)距儀8的射線進(jìn)行多線掃描。4和5的結(jié)構(gòu)如圖3所示。4的光學(xué)碼盤(pán)與垂直電機(jī)1前端輸出軸共軸安裝，5的光學(xué)碼盤(pán)與3的前端輸出軸和6共軸安裝。圖2是機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視圖)，其中9為1的CAN控制器，10為2的CAN控制器；圖3中，ll為光電編碼器，12和13為光學(xué)碼盤(pán)。其中，12的周?chē)_(kāi)512個(gè)孔用以讀取角度信息，即當(dāng)其在11中轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)孔的角度時(shí)，11隨即產(chǎn)生一個(gè)矩形脈沖信號(hào)送入激光測(cè)距儀8的高速采集接口卡(如圖4所示)，采集接口對(duì)于一個(gè)完整的脈沖按照4次計(jì)數(shù)，這樣，當(dāng)12旋轉(zhuǎn)一周時(shí)采集卡計(jì)數(shù)為2048次，則1和3前端輸出軸轉(zhuǎn)過(guò)角度的測(cè)量分辨率為0.176度；另外，13為根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)的光學(xué)碼盤(pán)，用以控制角度范圍和提供步進(jìn)控制信號(hào)。請(qǐng)參閱圖4所示，為本實(shí)用新型的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，進(jìn)一步介紹光電編碼器與碼盤(pán)的作用。14為120歐電阻，15和16分別為CANH和CANL信號(hào)線，17為PCI總線；圖4中，與水平電機(jī)1和3共軸安裝的兩個(gè)光學(xué)碼盤(pán)12用來(lái)測(cè)量計(jì)算電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，將脈沖計(jì)數(shù)信息返回激光測(cè)距儀8的高速采集接口，該接口的每個(gè)采樣值包含8返回的距離信息與兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)角度信息，這樣，距離與兩個(gè)角度達(dá)到了時(shí)刻上的嚴(yán)格同步。對(duì)于垂直電機(jī)l而言，13周?chē)_(kāi)120度凹槽，當(dāng)在ll中旋轉(zhuǎn)至該凹槽位置時(shí)，11會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖上升沿，將該信號(hào)送入10用作電機(jī)2的步進(jìn)控制信號(hào)，平面方向每連續(xù)旋轉(zhuǎn)一周，水平電機(jī)的減速箱3的前端輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)"一步"，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)電機(jī)間協(xié)調(diào)控制。該信號(hào)同時(shí)送入高速接口的采樣啟?？刂贫耍藭r(shí)，在120度范圍內(nèi)TTL高電平信號(hào)控制下高速接口采集數(shù)據(jù)，在該范圍外則停止數(shù)據(jù)采集，嚴(yán)格保證了在平面上的掃描范圍為120度。對(duì)于水平電機(jī)2而言，13周?chē)_(kāi)約70度凹槽，與之配合的11產(chǎn)生信號(hào)送入10作為俯仰掃描的換向控制信號(hào)，這樣可以實(shí)現(xiàn)7在俯仰方向70度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)。另外，在通過(guò)高速采集接口獲得距離與角度采樣的同時(shí)，讀取該信號(hào)高低電平變化，可用來(lái)對(duì)采樣數(shù)據(jù)按俯仰的步進(jìn)方向依次進(jìn)行"分組"，即分為向上運(yùn)動(dòng)獲得的采樣數(shù)據(jù)組和向下數(shù)據(jù)組，這樣做的好處是可以進(jìn)一歩保證數(shù)據(jù)的同歩性。圖5是坐標(biāo)變換示意圖，其中，18為目標(biāo)被測(cè)物，0(;-X"Y"Z<;為全局直角坐標(biāo)系；(T-X'TZ'"為以棱鏡反射斜面中心為原點(diǎn)的直角坐標(biāo)系，滿足右手法則；0"-XTZP為繞OT軸轉(zhuǎn)動(dòng)的直角坐標(biāo)系，P為滾動(dòng)角；(T-XYZt為繞(fr軸轉(zhuǎn)動(dòng)的直角坐標(biāo)系，4>為俯仰角；n為單位法向量，p為^^的單位向量，與入射光線同方向，p'為5^的單位向量，與反射光線同方向；^為激光發(fā)射處到棱鏡反射斜面中心的距離，h為棱鏡反射斜面中心到參考平面(例如地面)X"0'T的距離，均可直接測(cè)量得到。圖6、圖7是棱鏡俯仰示意圖，棱鏡從位置a順時(shí)針沿俯仰方向運(yùn)動(dòng)至位置b,4>為俯仰角；其中，19和20分別為位置a和位置b時(shí)的棱鏡反射斜面法線，21為激光測(cè)距儀8發(fā)出的入射光線，22和23分別為位置a和位置b的反射光線；圖8、圖9是棱鏡滾動(dòng)示意圖，棱鏡從位置a順時(shí)針滾動(dòng)至位置b，法線夾角為,，其在x'"crr平面上的投影即為滾動(dòng)角e;利用該實(shí)用新型進(jìn)行測(cè)試，整個(gè)激光雷達(dá)成像系統(tǒng)的工作流程如圖12所示。從該流程圖中不難發(fā)現(xiàn)，在生成三維點(diǎn)云模型之前，需對(duì)本次掃描獲得的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，首先剔除野值，可通過(guò)激光測(cè)距儀8的高速采集接口讀取激光返回信號(hào)強(qiáng)度信息并將其作為剔除野值的依據(jù)，或者自行設(shè)定有效的測(cè)量距離范圍以去掉范圍以外的數(shù)據(jù)點(diǎn)。接下來(lái)，由于獲得的數(shù)據(jù)為8測(cè)得的距離與棱鏡繞兩個(gè)自由度方向轉(zhuǎn)過(guò)角度的變化量，需要進(jìn)行空間極坐標(biāo)系到笛卡爾坐標(biāo)系的變換，將數(shù)據(jù)點(diǎn)(d,e,do轉(zhuǎn)變?yōu)?x，y，z)，其中，d為8測(cè)量得到的距離值，實(shí)際包含兩段距離，即d-d。+l^l，如圖5所示。坐標(biāo)變換的原理如圖5、圖6、圖7、圖8和圖9所示。這里，Om-XpYpZp為繞crr軸轉(zhuǎn)動(dòng)的直角坐標(biāo)系，e為滾動(dòng)角，其相對(duì)于鏡面坐標(biāo)系om-x"rr的坐標(biāo)變換矩陣為2廣cos/0sin"、010-sin"0cos"(1)cr-xTzt為繞(rr軸轉(zhuǎn)動(dòng)的直角坐標(biāo)系，*為俯仰角，其相對(duì)于鏡面坐標(biāo)系cr-rrzm的坐標(biāo)變換矩陣為'cos-—sin^0、g(m=s一cos^0001(2)"0:假設(shè)棱鏡在起初未開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，其反射面相對(duì)于鏡面坐標(biāo)系om-rrr的單位法向COS(7T/4)'現(xiàn)考慮棱鏡的滾動(dòng)與俯仰運(yùn)動(dòng)，則棱鏡反射斜面單位法向量n可—sin(;r/4)0按下式計(jì)算"0再考慮反射光線與入射光線的鏡面映像，變換矩陣為i=/-2u/(4)其中，I為3X3單位陣。這樣即可得到反射光線的單位向量(5)現(xiàn)在反射光線的方向已知，"已知，^和h可直接測(cè)量，就可獲得18上的激光點(diǎn)相對(duì)于全局坐標(biāo)系0''^^的三維坐標(biāo)(x,y,z)，艮P:"、、o乂(6)利用上述方法對(duì)所有激光雷達(dá)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換得到其三維坐標(biāo)并顯示。請(qǐng)參閱圖12所示，是月球車(chē)三維激光雷達(dá)成像系統(tǒng)的工作流程圖；啟動(dòng)IOO，初始化CAN接口板及激光測(cè)距儀高速采集接口110;水平電機(jī)運(yùn)動(dòng)至初始掃描位置后停止工作，并將其工作模式設(shè)置為步進(jìn)模式120;啟動(dòng)垂直電機(jī)，此時(shí)水平電機(jī)在編碼器輸出信號(hào)控制下按步進(jìn)模式工作130;激光測(cè)距儀采集接口在編碼器輸出信號(hào)控制下開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，存入計(jì)算機(jī)內(nèi)存140;校準(zhǔn)距離采樣數(shù)據(jù)150;判斷采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)是否達(dá)到設(shè)置量？160;如是，垂直電機(jī)停止工作，水平電機(jī)隨即停止步進(jìn)，兩電機(jī)復(fù)位170;如否，回到采集數(shù)據(jù)步驟140;生成采樣數(shù)據(jù)文件180;剔除野值并進(jìn)行坐標(biāo)變換190;生成三維點(diǎn)云模型200。利用該實(shí)用新型進(jìn)行測(cè)試，具有掃描速度快，，同步效果好等特點(diǎn)。目前利用該套激光成像雷達(dá)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)月球車(chē)前方環(huán)境的掃描測(cè)試，成功建立了前方工作環(huán)境的三維點(diǎn)云模型，圖像真實(shí)清晰。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說(shuō)明書(shū)參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換；而一切不脫離發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。權(quán)利要求1、一種月球車(chē)高速三維激光成像雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括點(diǎn)結(jié)構(gòu)光激光測(cè)距儀，掃描雙驅(qū)動(dòng)無(wú)刷伺服電機(jī)系統(tǒng)及一個(gè)激光反射棱鏡；其特征在于所述的雙驅(qū)動(dòng)無(wú)刷伺服電機(jī)，為安裝位置呈90度的垂直電機(jī)和水平電機(jī)，電機(jī)輸出軸所在軸線與激光射線相交于棱鏡反射斜面中心；其中，一個(gè)垂直電機(jī)控制棱鏡在與其輸出軸垂直的平面上繞軸線方向連續(xù)自旋，另一個(gè)水平電機(jī)則采用步進(jìn)的方式控制該平面在垂直方向上的一定范圍內(nèi)俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)；所述垂直電機(jī)和水平電機(jī)的前端，分別設(shè)有與其同軸安裝的光電碼盤(pán)和編碼器；與激光測(cè)距儀配套的高速采集接口，獲得的距離與棱鏡滾動(dòng)和俯仰角度的采樣數(shù)據(jù)為同步數(shù)據(jù)；所述的采樣數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行野值剔除、空間極坐標(biāo)系到笛卡爾坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，最后建立掃描場(chǎng)景的三維點(diǎn)云模型；所述的坐標(biāo)變換公式為<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><mi>x</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>y</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>z</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mi>d</mi><mo>-</mo><msub><mi>d</mi><mn>0</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mrow><mo>(</mo><mi>I</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mo>·</mo><mi>n</mi><mo>·</mo><msup><mi>n</mi><mi>T</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>p</mi><mo>+</mo><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>h</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>]]></math></maths>其中，d為激光測(cè)距儀距離讀數(shù)，d0為激光發(fā)射處到棱鏡反射斜面中心的距離，I為3×3單位陣，n為棱鏡反射面的單位法向量，p為入射光線的單位向量，h為棱鏡反射斜面中心到參考平面的距離。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的月球車(chē)高速三維激光成像雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于所述的電機(jī)選用直流無(wú)刷電機(jī)，其中水平電機(jī)設(shè)有減速箱。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的月球車(chē)高速三維激光成像雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于所述的水平電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)垂直電機(jī)、光電碼盤(pán)和編碼器、激光反射棱鏡及相關(guān)連接機(jī)械部件，在垂直方向上步進(jìn)運(yùn)動(dòng)以改變掃描平面，控制激光測(cè)距儀的射線進(jìn)行多線掃描。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的月球車(chē)高速三維激光成像雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)碼盤(pán)開(kāi)有數(shù)個(gè)孔，這些孔一方面用以讀取角度，另一方面提供掃描角度范圍、兩電機(jī)間協(xié)調(diào)工作的控制信號(hào)，與激光測(cè)距儀高速采集接口配合，保證距離和角度的同止少。專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型一種月球車(chē)高速三維激光成像雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括點(diǎn)結(jié)構(gòu)光激光測(cè)距儀，掃描雙驅(qū)動(dòng)無(wú)刷伺服電機(jī)系統(tǒng)以及一個(gè)激光反射棱鏡；采用安裝位置呈90度的垂直電機(jī)和水平電機(jī)，兩電機(jī)輸出軸所在軸線與激光射線相交于棱鏡反射斜面中心；垂直電機(jī)控制棱鏡在與其輸出軸垂直的平面上繞軸線方向連續(xù)自旋，另一個(gè)水平電機(jī)則采用步進(jìn)的方式控制該平面在垂直方向上一定范圍內(nèi)俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)；還設(shè)有光電碼盤(pán)和編碼裝置；與激光測(cè)距儀配套的高速采集接口，獲得的距離與棱鏡滾動(dòng)和俯仰角度的采樣數(shù)據(jù)為同步數(shù)據(jù)；結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、體積小、功耗低，掃描速度快，激光反射棱鏡高速旋轉(zhuǎn)有利于防塵，三維數(shù)據(jù)精度高，同步效果好。文檔編號(hào)G01S17/00GK201293837SQ20082012420公開(kāi)日2009年8月19日申請(qǐng)日期2008年11月28日優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日發(fā)明者居鶴華,亮王,巖馬申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)