激光雷达在机器人中的应用

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1、激光雷达在ALV中的应用关键词：激光雷达智能车辆移动机器人定位障碍检测laserrangefinderExtendedKalmanFilter(EKF).结构：1：概述2：激光雷达的分类3：激光雷达测量时间的技术4：激光雷达在ALV中的用途5：举例LMS291-s05型号的激光雷达的特点和参数6：激光雷达用于智能车定位6.1定位原理6.2定位常用方法7：激光雷达用于ALV的障碍检测7.1ALV的安全性要求7.2激光雷达检测故障时要到的“漏报”和“虚警”现象7.3雷达安装位置的考虑8：总结资料来源：Google百度知网、南理工图书馆学位论文、期刊、会议《未知环境中移动机器人导航控制理论与方法

2、》蔡自兴1：概述无论是室外环境下行驶的陆地自主车还是室内环境下运动的各种移动机器人（AutonomousLandVehicle)，都离不开距离探测。而在有源测距仪中，激光测距雷达的精度相对较高，方向性较好，而且基本不受环境可见光变化的影响，因此无论在室内还是室外环境下的移动机器人的导航研究中都得到了广泛应用。激光测距雷达可以直接获取距离数据，为机器人的导航提供了便捷有效的环境描述。2：激光雷达的分类根据扫描机构的不同，激光测距雷达有2D和3D两种。它们大部分都是靠一个旋转的反射镜将激光发射出去并通过测量发射光和从物体表面反射光之间的时间差来测距。3D激光测距雷达的反射镜还附加一定范围内俯仰

3、以达到面扫描的效果。它们都是直接测距方法。同3D激光测距雷达相比，2D激光测距雷达只在一个平面上扫描，结构简单，测距速度快、系统稳定可靠。目前2D激光测距雷达主要在室内的移动机器人上应用较多，因为在室内的结构化环境下，地面平坦，所有障碍物又都垂直于地面，因此机器人只要能在平行于地面的平面上获取环境信息便己经足够导航的需要。很多室内移动机器人的应用，如环境的地图生成，机器人的自定位，避障等等的研究都是基于2D激光测距雷达的。但是，将2D激光测距雷达用于越野环境下的障碍物检测有相当的难度。由于越野地形复杂，高低不平，由此会引起车体行驶时的剧烈颠簸。而2D激光测距雷达只能是单线扫描，因此不可避免

4、的会引起比较严重的障碍物的漏检和虚报现象。3：激光雷达测量时间的技术激光测距雷达测量时间差有三种不同的技术:(l)脉冲检测法:直接测量反射脉冲与发射脉冲之间的时间差;(2)相干检测法:通过测量调频连续波的发射光束和反射光束之间的差频而测量时间差;(3)相移检测法:通过测量调幅连续波，的发射光束和反射光束之间的相位差而测量时间差。由于相位差的2兀周期性，因此这一方法测得的只是相对距离，而非绝对距离，4：激光雷达在ALV中的用途在陆地移动机器人的导航中，3D激光测距雷达应用得比较多。在移动机器人中中主要应用在以下三个方面:(1)路标检测及地图匹配(2)越野行驶时建立地形图(3)障碍物检测5：举

5、例LMS291-s05型号的激光雷达的特点和参数以LMS291-S05型号激光雷达为例进行分析，该型号是一种二维的激光雷达，只扫描一个平面的数据，其特点是：(1)感知距离远，最大可达80米；覆盖角度范围大，最大可达180度；(2)距离和角度测量精度高，分别可达5厘米和0.1度；(3)扫描时间短，约为26.6毫秒，可以获得高车速情况下的实时测量；(4)具有雾校正功能，对环境光线变化不敏感，适用于室外环境。LMS291-S05型号激光雷达详细的技术参数请见表1。其中比较重要的参数包括角度测量范围和角度分辨率、扫描周期、系统误差。角度测量范围和角度分辨率决定了激光雷达得到的数据量；扫描周期是对定

6、位算法实时性的评价标准；系统误差对整个定位过程的精度有很大影响。表1LMS291-S05型号激光雷达的技术参数技术项目参数值测量距离80m/8m角度测量范围180°/100°角度分辨率1°/0.5°/0.25°扫描周期13.3ms/26.6ms数据传输速率500KBd距离测量分辨率10mm系统误差（距离测量精度）±5cm6：激光雷达用于智能车定位智能车，也称为无人自动驾驶车辆，是室外轮式移动机器人在交通领域的重要应用。智能车的关键技术大致包括定位技术、车辆控制技术和安全三个方面。而定位技术是智能车最基本的环节。在众多车载传感器中，激光雷达测量精度高，已经成为大部分智能车车载的一种传感器。N

7、avLab-11智能车上就安装了激光雷达。Stanford的Stanley智能车和来自CMU的BOSS智能车都使用了来自德国SICK公司的LMS激光雷达6.1定位原理基于激光雷达的智能车定位，其主要原理是采用将智能车的位置传感器(如里程计、惯性导航单元或者GPS等)提供的信息和外部环境传感器(二维激光雷达等)提供的信息进行融合，从而得到智能车的精确定位。之所以这样做，是因为仅仅依靠位置传感器无法实现精确定位，里程计的输出