一种基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统及方法技术方案

本发明专利技术属于三维地图构建领域，并公开了一种基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统及方法。该重构系统包括：RFID读卡器、RFID标签、激光雷达、移动平台和控制器，其中：RFID标签设置在待识别对象上，RFID读卡器用于识别RFID标签和确定RFID标签的位置，然后传递给控制器；激光雷达用于扫描待重构区域并以此构建二维地图，并传递给控制器；控制器根据RFID标签在其数据库中找到与该RFID标签匹配的三维模型，然后将三维模型按照待识别对象的位置映射到二维地图中的相应位置，以此生成待重构区域的三维地图。本发明专利技术还公开了上述系统生成三维地图的方法。通过本发明专利技术，实现在低成本下的三维地图的构建，方便快捷。

A 3D Map Reconstruction System and Method Based on RFID and Lidar

【技术实现步骤摘要】
一种基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统及方法
本专利技术属于三维地图构建领域，更具体地，涉及一种基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统及方法。
技术介绍
随着智能制造的提出，为提高生产效率和质量，智能化工厂应运而生。适用于智能化工厂的移动平台尤其是AGV小车在此之中起到了举足轻重的地步。目前AGV移动平台已经广泛应用于物料的运输、移动机械臂的载体。在运输中实现对AGV的定位、在加工中实现轨迹规划都需要考虑环境地图的构建。如何实现高效率，高精度，柔性化，低成本的地图构建方式对实际生产具有重要意义。专利CN201580039495.1提出了一种基于RFID的定位与地图构建方法，适用于对设有至少一个RFID标签的待定位区域进行实时地图构建，该方法利用第一个RFID作为初始位置，利用里程计信息计算障碍物的位置进行地图构建，但该方法仅适用于二维空间且精度较低；专利CN201710374040.6提出了一种基于RFID标签矩阵定位地图，在正方形的垫子上按照X间隔放置具有相同大小的RFID标签；每一个RFID的标签有自己的ID编号，从而形成一个编号的矩阵，该技术方案简单，带有RFID标签矩阵的地图垫子便于携带，但是对于大型环境，尤其是结构不规则的场景该方法显然较为麻烦；专利CN201710128306.9提出一种基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图，该方法通过RFID、UWB采集制造数据并进行定位，但是建立地图过程并没有使用到RFID的信息，只有生产环境的平面布局和三维模型均已知的情况下才能实现该方案。总之，现有的构建的三维地图的方法中，要么采用三维激光扫描生成三维地图的方法所需的设备价格昂贵，计算量大，计算时间长，要么只能获得二维地图无法获取三维地图，无法满足车间的加工时对三维地图的需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统及方法，通过对其关键组件激光雷达和RFID读写器的巧妙布局和结合，实现在二维地图上映射待识别对象的三维模型，以此生成三维地图，由此解决成本高，计算量大，计算时间长，和无法实现三维地图生成的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统，该重构系统包括：RFID读卡器、RFID标签、激光雷达、移动平台和控制器，其中：所述RFID标签设置在待识别对象上，所述RFID读写器与所述控制器连接，用于识别所述RFID标签和确定所述RFID标签的位置，即获得待识别对象对应的RFID标签和位置，然后将获得的待识别对象对应的RFID标签和位置传递给所述控制器；所述激光雷达与所述控制器连接，用于扫描待重构区域并构建该待重构区域的二维地图，并将该二维地图传递给所述控制器；所述RFID读卡器和激光雷达设置在所述移动平台上，所述移动平台在待重构区域内移动，带动所述激光雷达和RFID读卡器移动，在所述激光雷达和RFID读卡器分别将二维地图和待识别对象对应的RFID标签和位置传递给所述控制器后，所述控制器根据RFID标签在其数据库中找到与该RFID标签匹配的三维模型，然后将该三维模型按照所述待识别对象的位置映射到所述二维地图中的相应位置，以此生成待重构区域的三维地图。进一步优选地，所述激光雷达的扫描范围优选为10m～30m。进一步优选地，所述RFID读卡器在识别所述RFID标签时，二者之间的距离优选为0～10m。进一步优选地，所述移动平台上还设置有加工装置，当所述三维地图生成后，所述移动平台带动所述加工装置移动至待识别对象附件对其进行加工。进一步优选地，所述激光雷达优选采用二维激光扫描雷达。进一步优选地，所述RFID读写器优选采用超高频读写器，其类型，其频率范围优选为920mhz～925mhz。按照本专利技术的另一方面，提供了一种利用上述所述的基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统进行三维地图重构的方法，其特征在于，该方法包括：(a)对于待重构区域，所述移动平台在该待重构区域内移动，所述激光雷达对该待重构区域进行扫描，生成该待重构区域的二维地图并传递给所述控制器，同时，所述RFID读写器识别所述待重构区域内的RFID标签，获得待识别对象上的RFID标签和位置并传递给所述控制器；(b)所述控制器根据收到的RFID标签在其数据库中找到与该RFID标签对应的三维模型，然后将该三维模型按照所述待识别对象的位置映射到所述二维地图中的相应位置，以此生成待重构区域的三维地图。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术通过采用激光雷达和RFID读写器相结合的方式，实现了三维地图的生成，现有的单纯的采用三维激光雷达扫描获得三维地图的方式中，三维激光雷达价格昂贵，计算量大，计算时间长，本专利技术采用二维的激光雷达和RFID读写器均价格便宜，成本远低于三维激光雷达，另外，本专利技术中只需将三维模型映射至二维地图中，即可获得三维地图，计算简单，计算时间短，利用本专利技术的系统应用在车间中时，当获得车间的三维地图后，加工装置可以根据该地图找到待加工的零件，对其进行加工，方便快捷，且智能化；2、本专利技术提供的系统，结构简单，能够有效的构建场景的三维地图，此种三维地图构建方法通过激光SLAM与RFID技术实现移动平台的自主导航与定位，使得自主移动平台能够在大范围内有效的移动到指定位置，为三维重建过程提供了保障，整个地图构建过程通用性较强，可以广泛的适用于一般的室内场景。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统的示意图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的生成三维地图的流程图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的生成的三维地图；图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的移动平台的三视图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-RFID读卡器，2-RFID标签，3-激光雷达，4-移动平台，5-待识别对象。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统的示意图，如图1所示，一种基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统，包括：RFID读卡器1、RFID标签2、激光雷达3、移动平台4和控制器，控制器的数据库中存储有待识别对象5的三维模型，例如三维CAD模型。RFID读卡器1和激光雷达3固定在移动平台上，RFID标签2固定在需要三维重建的目标，即待识别对象5上，在匹配算法中利用每一个标签的ID对目标的三维CAD模型进行编号。RFID读卡器1根据RFID标签强度信息，控制器通过RFID伺服算法控制移动平台实现遍历式导航，同时激光雷达2利用即时定位与地图构建技术实时构建环境二维地图，在导航建图的过程中，当RFID读写器1已经能够准确的定位到RFID标签的位置信息时，控制器将把RFID的ID号对应的三维CAD模型导入已构建的二维地图中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统，其特征在于，该重构系统包括：RFID读卡器(1)、RFID标签(2)、激光雷达(3)、移动平台(4)和控制器，其中：所述RFID标签(1)设置在待识别对象(5)上，所述RFID读卡器(1)与所述控制器连接，用于识别所述RFID标签(2)和确定所述RFID标签的位置，即获得待识别对象对应的RFID标签和位置，然后将获得的待识别对象对应的RFID标签和位置传递给所述控制器；所述激光雷达(3)与所述控制器连接，用于扫描待重构区域并构建该待重构区域的二维地图，并将该二维地图传递给所述控制器；所述RFID读卡器(1)和激光雷达(3)设置在所述移动平台(4)上，所述移动平台在待重构区域内移动，带动所述激光雷达和RFID读卡器移动，在所述激光雷达(3)和RFID读卡器(1)分别将二维地图和待识别对象对应的RFID标签和位置传递给所述控制器后，所述控制器根据RFID标签在其数据库中找到与该RFID标签匹配的三维模型，然后将该三维模型按照所述待识别对象的位置映射到所述二维地图中的相应位置，以此生成待重构区域的三维地图。

【技术特征摘要】
1.一种基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统，其特征在于，该重构系统包括：RFID读卡器(1)、RFID标签(2)、激光雷达(3)、移动平台(4)和控制器，其中：所述RFID标签(1)设置在待识别对象(5)上，所述RFID读卡器(1)与所述控制器连接，用于识别所述RFID标签(2)和确定所述RFID标签的位置，即获得待识别对象对应的RFID标签和位置，然后将获得的待识别对象对应的RFID标签和位置传递给所述控制器；所述激光雷达(3)与所述控制器连接，用于扫描待重构区域并构建该待重构区域的二维地图，并将该二维地图传递给所述控制器；所述RFID读卡器(1)和激光雷达(3)设置在所述移动平台(4)上，所述移动平台在待重构区域内移动，带动所述激光雷达和RFID读卡器移动，在所述激光雷达(3)和RFID读卡器(1)分别将二维地图和待识别对象对应的RFID标签和位置传递给所述控制器后，所述控制器根据RFID标签在其数据库中找到与该RFID标签匹配的三维模型，然后将该三维模型按照所述待识别对象的位置映射到所述二维地图中的相应位置，以此生成待重构区域的三维地图。2.如权利要求1所述的一种基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统，其特征在于，所述激光雷达(3)的扫描范围优选为10m～30m。3.如权利要求1或2所述的一种基于RFID和激光雷达的三维地图重构系统，其特征在于，所述RFID读卡器(1)在识别所述RFID标签时，二者之间的距离优选为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兴炜，陶波，张宇豪，丁汉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42