题目：移动式激光测量成像设备的设计与分析

移动机器人以其突出的使用灵活性一直是机器人研究领域的热点。自主移动机器人能够在复杂的非结构化环境中在没有人的干预下，自主的做出各种决策，有目的地移动和完成相应任务，因而更成为热点中的热点，在机器人自主移动时，如何通过机器人视觉获得其所在的周边环境信息是至关重要的，并且只有能够获得三维景深距离信息的机器立体视觉，才能够为移动机器人的避障，导航提供原始的数据。目前国内外获取三维景深数据的方法主要有多目摄像机法，单目摄像机组合激光测距仪法，二维激光测距仪增加自由度法三种，在分析三种方法的基础上，我们提出了基于二维激光测距仪和旋转六棱镜组合实现三维景深数据获取的方法，这种方法不仅能够实现主动的数据获取，而且可以避免机构运动对光源的影响。针对新型的三维景深获取方法，本文完成了该激光成像系统的理论分析，样机制作，工程分析，试验调试。首先，在对该激光扫描系统物理模型简化的基础上，建立了相应的数学模型，采用空间解析的数学方法确定了激光测距仪的出射激光经过棱镜反射后扫描至被测物体上时，被测点的笛卡尔坐标表达公式；通过在三维软件CATIA中建立的完全几何约束的参数化模型验证了空间解析法推导的被测点公式的正确性，并完成了对该激光扫描系统扫描范围的确定。然后，在合理分析激光扫描系统数学模型的基础上，确定了激光测距仪和旋转六棱镜的最佳布置形式，并完成激光测量成像设备样机的设计。其次，对激光扫描系统中的各种误差因素进行综合分析，并对这些误差因素进行量化，采用全微分的原理确定系统的静态误差。最后，考虑到移动小车在路面行驶时，路面不平度必然对激光测量产生影响，本文采用虚拟样机的技术进行了仿真分析，在MATLAB/SIMULINK软件环境下得到四个车轮受到的随机路面激励，在ADAMS软件环境下完成了移动小车在随机路面行驶的仿真，从而确定了激光测距仪中心与旋转棱镜中心的相对偏移量，进而确定了移动小车在路面行驶时，路面不平度对激光扫描的影响，本文还完成了控制六棱镜旋转的电机控制器的软硬件开发，并且对该激光测量成像设备样机进行了调试和试验。本文完成的激光测量成像设备样机达到了国家863项目申请书的要求，实现了前方环境图像的重构，为自主移动机器人的定位﹑导航和避障奠定了基础。