一种机械式多线激光雷达应用改进装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种机械式多线激光雷达应用改进装置及方法，包括机械式多线激光雷达、圆弧形反射镜、镂空圆柱体卡合结构，圆柱体卡合结构内壁设有换向锁紧结构；圆弧形反射镜与镂空圆柱体卡合结构为同轴一体化反射装置，与激光雷达同轴安装；圆弧形反射镜环绕于机械式多线激光雷达上半部分四周，以此来获取盲区数据；对于激光雷达获取的数据进行坐标转换，方便在构建点云地图时将点云数据放置于实际位置；对安装圆弧形反射镜时可能存在的高度误差标定，以克服反射激光扫描点坐标存在的误差由此，弥补了环境内点云数据的部分缺失，避免激光雷达部分数据通道的浪费，实现更高效更全面地获取点云数据。地获取点云数据。地获取点云数据。

【技术实现步骤摘要】
一种机械式多线激光雷达应用改进装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种机械式多线激光雷达应用改进装置及方法，属于激光光束扫描


技术介绍

[0002]机械式激光雷达是使用机械部件旋转来改变发射角度从而测量激光发出和收到回波的时间差，确定目标的方位、距离、高度以及形状等，其可实现360
°
水平视场扫描。目前，激光雷达技术在应用时，大多数情况下，激光雷达所在平面一定高度以上区域的数据用处往往不大，对于激光雷达所在平面以下的区域，其数据更加重要，但对于激光雷达四周近距离区域，应用中大多会存在盲区，即无法获取激光雷达四周近距离处的数据，造成数据缺失，会浪费激光雷达所在平面之上的部分出射光源，存在资源浪费情况。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种机械式多线激光雷达应用改进装置及方法，从而解决上述技术问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种机械式多线激光雷达应用改进装置，包括机械式多线激光雷达；所述机械式多线激光雷达上设置反射装置；所述反射装置包括镂空圆柱体卡合结构以及圆弧形反射镜；所述镂空圆柱体卡合结构内设置有换向锁紧机构；所述镂空圆柱体卡合结构，用于将圆弧形反射镜固定于机械式多线激光雷达顶部四周，圆柱体内部镂空，用于套置在激光雷达顶部无激光发射区域，该镂空圆柱体卡合结构的内部深度为机械式多线激光雷达无出射激光射出区域的高度。
[0005]进一步的，所述镂空圆柱体卡合结构的内壁设置有三个以弹簧提供约束力进行锁紧的换向锁紧结构；所述换向锁紧结构包括铰链、滑轨和弹簧；所述铰链上设置有弹簧；所述铰链上端链接有滑轨，其中一个换向锁紧结构上位于滑轨(312)上设置有松拉杆。
[0006]进一步的，所述机械式多线激光雷达及其反射装置可搭载于无人小车上，进行远程操作。
[0007]进一步的，所述机械式多线激光雷达发射出16线的出射激光，其中激光雷达所在平面一定高度以上区域的3线激光为无效激光，该高度以下的13线出射激光为有效激光。
[0008]进一步的，所述圆弧形反射镜无死角围绕机械式多线激光雷达四周，用于反射机械式多线激光雷达所发出的照射于圆弧形反射镜反射的3线激光；
[0009]进一步的，所述圆弧形反射镜固定于镂空圆柱体卡合结构上方，该圆弧形反射镜与镂空圆柱体卡合结构构成同轴一体化的反射装置；所述圆弧形反射镜与镂空圆柱体卡合结构侧面夹角为60
°
，该一体化的反射装置与机械式多线激光雷达同轴安装。
[0010]进一步的，方法包含以下步骤：
[0011]步骤一：设备安装，通过圆柱体卡合结构内壁设置的三个以弹簧提供约束力进行锁紧的换向锁紧机构将套置进圆柱体卡合结构内的机械式多线激光雷达进行锁紧固定；
[0012]步骤二：通过远程控制无人小车到达指定坐标位置后，机械式多线激光雷达出射光反射，机械式多线激光雷达内部电机转动时，出射光也在旋转，当垂直视场角为11
°
至15
°
的三个线路出射光照射于反射镜上时，通过镜面反射，将激光雷达发射的激光反射至激光雷达四周近距离盲区，获得盲区数据；
[0013]步骤三：机械式多线激光雷达在接受返回信号时，激光反射光同样经过圆弧形反射镜反射进入激光雷达接收装置，激光雷达内部完成数据处理，得到激光雷达近距离处盲区的距离、坐标信息；
[0014]步骤四：垂直视场角为11
°
至15
°
的三个线路出射激光的反射激光是通过反射镜到达激光雷达接收装置，系统在构建点云地图时，通过相应的坐标转换使得所得预计盲区数据放置于点云地图的实际盲区位置，从而得到该盲区实际信息，绘制完整有效的点云地图。
[0015]步骤五：坐标转换过程中，针对不同角度激光雷达出射光反射所获的不同位置点数据，通过构建向量坐标法获得对应位置点的向量坐标，并将同时获得的数据赋予该点，从而将位置点数据与位置点坐标一一匹配；
[0016]步骤六：对安装圆弧形反射镜可能存在的高度误差进行标定，根据反射激光与反射镜之间存在的几何关系，推导出当存在Δh的高度误差时，激光雷达反射激光所扫描得到的位置坐标发生的变化，具体使用时可根据标定点存在的误差判断安装存在的高度误差。
[0017]进一步的，所述步骤五的具体方法为：
[0018]首先：计算反射镜面的单位法向量n＝(a，b，c)，该单位法向量为圆弧形反射镜局部切平面单位法向量；
[0019]然后计算单位入射向量v＝(x，y，z)，即从入射点指向圆弧形反射镜镜面的单位向量；计算单位反射向量：
[0020][0021]，即将单位入射向量通过镜面单位法向量平面对称得到的单位向量；
[0022]最后，计算激光雷达反射光所到达相关扫描点的位置信息，即以激光雷达发射点为原点的三维坐标系中地面的坐标，由于激光雷达在360
°
旋转时，每一个x0z平面的反射原理均相同，故此处取其中一个角度的x0z平面的情况进行具体解释。
[0023]进一步的，所述取其中一个角度的x0z平面的情况进行具体解释的具体方法为：
[0024]计算入射点出射光经反射到达地面的总路程
[0025]计算入射点到镜面的距离
[0026]计算镜面点到地面的距离L2＝L
‑
L1；
[0027]计算相关扫描点的坐标为P(X
i
，Y
i
，Z
i
)＝L2*r；
[0028]矩阵为
[0029][0030]其中，C为光速，t为激光往返时间，h为激光雷达发射点圆弧反射镜顶部的高度，θ为圆弧形反射镜与激光雷达竖直平面的夹角，α为出射光与以激光雷达发射点为原点的三维坐标系中x0y平面的夹角。
[0031]进一步的，所述步骤六中具体使用时可根据标定点存在的误差判断安装存在的高度误差，方法如下：
[0032]首先将Δh引入扫描点坐标矩阵中，即有安装高度误差情况下，该扫描点坐标矩阵为
[0033][0034]由此，便可以知道每当有Δh的安装高度误差激光雷达反射激光扫描点坐标就会存在一定的误差，该误差大小为
[0035][0036]最后，在具体使用中，可在激光雷达四周近距离区域设置已知具体坐标的标定点，可根据激光雷达扫描得到的坐标点与相应标定点坐标的差值反推导得出存在的安装高度误差值Δh，然后将其代入激光雷达反射激光的所有扫描点坐标矩阵中，进行反射镜安装高度误差修正。
[0037]本专利技术的有益效果是：在一定程度上减少了激光雷达实际应用中扫描存在的盲区范围，通过增加反射镜装置，可以弥补部分数据的缺失，实现对激光雷达周围环境的实时建图，避免激光雷达部分数据通道的浪费，；对经反射镜反射获得的点云数据进行坐标转换并针对镜面安装时可能存在的高度误差进行标定，确保激光雷达所获四周近距离点云数据的准确性，实现激光雷达更高效更精确更全面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械式多线激光雷达应用改进装置，其特征在于，包括机械式多线激光雷达(11)；所述机械式多线激光雷达(11)上设置反射装置(12)；所述反射装置(12)包括镂空圆柱体卡合结构(121)以及圆弧形反射镜(122)；所述镂空圆柱体卡合结构(121)内设置有换向锁紧机构(31)；所述镂空圆柱体卡合结构(121)，用于将圆弧形反射镜(122)固定于机械式多线激光雷达(11)顶部四周，圆柱体内部镂空，用于套置在激光雷达11顶部无激光发射区域，该镂空圆柱体卡合结构(121)的内部深度为机械式多线激光雷达(11)无出射激光射出区域的高度。2.根据权利要求1所述的一种机械式多线激光雷达应用改进装置，其特征在于，所述镂空圆柱体卡合结构(121)的内壁设置有三个以弹簧提供约束力进行锁紧的换向锁紧结构(31)；所述换向锁紧结构(31)包括铰链(311)、滑轨(312)和弹簧(313)；所述铰链(311)上设置有弹簧(313)；所述铰链(311)上端链接有滑轨(312)，其中一个换向锁紧结构(31)上位于滑轨(312)上设置有松拉杆(314)。3.根据权利要求1所述的一种机械式多线激光雷达应用改进装置，其特征在于，所述机械式多线激光雷达(11)及其反射装置(12)可搭载于无人小车上，进行远程操作。4.根据权利要求1所述的一种机械式多线激光雷达应用改进装置，其特征在于，所述机械式多线激光雷达(11)发射出16线的出射激光(21)，其中激光雷达所在平面一定高度以上区域的3线激光为无效激光(412)，该高度以下的13线出射激光为有效激光(41)。5.根据权利要求1所述的一种机械式多线激光雷达应用改进装置，其特征在于，所述圆弧形反射镜(122)无死角围绕机械式多线激光雷达(11)四周，用于反射机械式多线激光雷达(11)所发出的照射于圆弧形反射镜(122)反射的3线激光(211)；所述圆弧形反射镜(122)固定于镂空圆柱体卡合结构(121)上方，该圆弧形反射镜(122)与镂空圆柱体卡合结构(121)构成同轴一体化的反射装置(12)；所述圆弧形反射镜(122)与镂空圆柱体卡合结构(121)侧面夹角为60
°
，该一体化的反射装置(12)与机械式多线激光雷达(11)同轴安装。6.一种机械式多线激光雷达应用改进装置的方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：设备安装，通过圆柱体卡合结构(121)内壁设置的三个以弹簧提供约束力进行锁紧的换向锁紧机构(31)将套置进圆柱体卡合结构(121)内的机械式多线激光雷达(11)进行锁紧固定；步骤二：通过远程控制无人小车到达指定坐标位置后，机械式多线激光雷达(11)出射光反射，机械式多线激光雷达(11)内部电机转动时，出射光也在旋转，当垂直视场角为11
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至15
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的三个线路出射光照射于反射镜上时，通过镜面反射，将激光雷达发射的激光反射至激光雷达四周近距离盲区，获得盲区数据；步骤三：机械式多线激光雷达(11)在接受返回信号时，激光反射光同样经过圆弧形反射镜反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱理，陈海龙，袁畅，陈泓言，夏晨阳，平鹏，施佺，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：