(RB-13K137)RPLIDAR 激光雷達(dá)掃描測距儀開發(fā)套件

來自ALSROBOT WiKi
2015年9月23日 (三) 15:58Arduino77（討論 | 貢獻(xiàn)）的版本

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目錄

產(chǎn)品概述

RPLIDAR激光雷達(dá)是一款測量半徑6米以上、360度全向視角、掃描頻率5.5hz的2D激光雷達(dá)，同時它也是一款機(jī)器人SLAM的理想傳感器。與動輒上萬的同類傳感器相比，RPLIDAR采用了自主研發(fā)的光學(xué)圖像引擎，極大地消減了成本，使之更適合于成本敏感的領(lǐng)域，例如消費級產(chǎn)品和廣大機(jī)器人愛好者。RPLIDAR的激光測距引擎可以實現(xiàn)每秒2000次的測距操作，在保證每周360個角度采樣解析度的條件下，可實現(xiàn)5.5hz的掃描頻率。用戶也可以自行調(diào)制掃描電機(jī)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)2hz-10hz不等的掃描頻率，RPLIDAR仍然自適應(yīng)當(dāng)前的實際轉(zhuǎn)速正確輸出每一個角度位置所對應(yīng)的距離值。

RPLIDAR開發(fā)套件清單

  • RPLIDAR 模組（內(nèi)置PWM電機(jī)驅(qū)動器）*1
  • USB 適配器*1
  • RPLIDAR 模組通訊排線*1
  • Micro USB 線纜*1

套件內(nèi)包含模組如圖所示：

RB13K13702.png

RPLIDAR 模組技術(shù)參數(shù)

  1. 型號：A1M1
  2. 測距范圍：0.2—6米
  3. 掃描角度：0-360度
  4. 測距分辨率（1.5米以內(nèi)）：小于0.5mm
  5. 測距分辨率（全部量程范圍內(nèi)）：小于實際距離的1%
  6. 單次測距時間：0.5mm
  7. 測量頻率：大于等于2000Hz
  8. 掃描頻率：5.5Hz
  9. 機(jī)械系統(tǒng)供電：3.6V—6V
  10. 數(shù)字系統(tǒng)供電：3.6V—5V
  11. 通訊接口：3.3V UART/USB
  12. 應(yīng)用場合：家用看護(hù)/清潔機(jī)器人的導(dǎo)航與定位、通用的機(jī)器人導(dǎo)航與定位、智能玩具的障礙物檢測、環(huán)境掃描與3D重建、通用的同步定位于建圖（SLAM）

配件介紹

RPLIDAR 模組

RPLIDAR開發(fā)套裝中包含了標(biāo)準(zhǔn)版本的RPLIDAR模組（A1M1—R1）。同時模組內(nèi)集成了可以使用邏輯電平（3.3V）驅(qū)動的電機(jī)控制器。開發(fā)者可以使用該電機(jī)驅(qū)動器使用PWM信號對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，而從控制RPLIDAR掃描頻率或者在必要時刻關(guān)閉電機(jī)節(jié)能。

USB適配器

開發(fā)套裝中包含一個USB適配器模塊，用于對RPLIDAR模組進(jìn)行供電驅(qū)動，并使用USB接口與PC等外部設(shè)備進(jìn)行通信。只要使用配套的通訊排線與RPLIDAR模組相連，用戶只需要一根USB線纜既可使用RPLIDAR。

模組連接與使用介紹

設(shè)備連接

（1）將開發(fā)套裝中提供的信號連接排線分別與RPLIDAR 模組及USB適配器進(jìn)行連接。RPLIDAR模組的對應(yīng)接口插座位于模組底部。如圖所示：

RB13K13703.jpg

（2）將USB適配器通過Micro-USB線纜與PC連接。 如果PC已經(jīng)啟動，在USB線纜連接后，可以觀察到RPLIDAR底部的電源指示燈點亮，并且RPLIDAR開始轉(zhuǎn)動。

USB適配器驅(qū)動程序安裝

USB適配器采用CP2102芯片實現(xiàn)串口（UART）到USB信號的轉(zhuǎn)換。因此需要在PC系統(tǒng)中安裝對應(yīng)的驅(qū)動程序。其驅(qū)動程序可以在配套的SDK包中找到，或者從官網(wǎng)上下載 CP2102驅(qū)動官網(wǎng)下載地址

安裝過程演示

這里以Windows系統(tǒng)為例，演示安裝過程
通過前面的操作將USB適配器與PC相連接，執(zhí)行CP2102的Windows驅(qū)動程序安裝文件（CP210x VCP Windows）。請按照操作系統(tǒng)的版本選擇執(zhí)行32位版本（X86）或者64位版本（X64）的安裝程序

RB13K137031.png
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使用評估軟件

RoboPeak提供了RPLIDAR掃描畫面的可視化軟件frame_grabber。通過該軟件客戶可以直觀的觀測到RPLIDAR實時的測距掃描結(jié)果，并且可以保存測距結(jié)果到外部文件供進(jìn)一步分析使用。目前該軟件需要運行在Windows平臺下。
運行演示軟件：frame_grabber.exe,選擇USB適配器對應(yīng)的串口號：

RB13K13706.png

如果連接正常，則將看到如下的畫面：

RB13K13707.jpg

其中標(biāo)題欄顯示了目前樣機(jī)的固件/硬件版本和序列號信息。所有對RPLIDAR可進(jìn)行的操作均已經(jīng)在工具欄中列出：

RB13K13709.png

常見問題整理

1、什么是激光雷達(dá)
答：激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。從工作原理上講，與微波雷達(dá)沒有根本的區(qū)別：向目標(biāo)發(fā)射探測信號(激光束),然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號進(jìn)行比較,作適當(dāng)處理后,就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息
參考：激光雷達(dá)百度百科激光雷達(dá)可以進(jìn)行360°的掃描，因此可以將周邊最近6米以內(nèi)的最近的物體到模塊本身的距離測量出來。
也可以理解為激光雷達(dá)就是一圈的激光測距儀。
2、激光雷達(dá)能干什么
答：激光雷達(dá)可以進(jìn)行360°的二維距離探測，SLAM，3D掃描與模型構(gòu)建，障礙物檢測，多點觸摸等
3、激光雷達(dá)有什么缺點
答：由于采用激光進(jìn)行探測，所以無法正確反射激光的都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，鏡面，透明玻璃，水等會導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏離。所以如果有這種環(huán)境的地方，需要考慮用其他傳感器進(jìn)行補(bǔ)充。
4、激光雷達(dá)有在 processing，Arduino, Raspberry or pcDuino上的樣例代碼嗎？ 答：激光雷達(dá)有提供SDK，把SDK中的linux代碼在Raspberry or pcDuino 上編譯即可。processing可以直接獲取激光雷達(dá)的串口數(shù)據(jù)，根據(jù)SDK中提供的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行各種處理。Arduino下的驅(qū)動可以在以下網(wǎng)址找到。
激光雷達(dá)在Arduino下的驅(qū)動程序
激光雷達(dá)Arduino平臺的使用說明
激光雷達(dá)使用效果演示
5、arduino是否可以用Robopeak的激光雷達(dá)做slam
答：arduino可以用robopeak的激光雷達(dá)作為傳感器，但是由于激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)量較大（115.2kbps），以arduino的能力來說無法完成slam的處理，因此建議采用更高級一些的控制器來進(jìn)行處理，例如樹莓派，pcduino，cubeboard等。但作為360的傳感器是完全可以使用的。
6、是否可以采用智能手機(jī)來作為激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理。
答：是的，可以通過手機(jī)來進(jìn)行激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理。由于Robopeak提供的激光雷達(dá)采用串口通信，如果你有一定的編程基礎(chǔ)，可以參考Robopeak開源的sdk將激光雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。采集的方式可以直連或者通過其他無線的方式進(jìn)行。
7、為什么我測量300mm的距離 給顯示290mm左右，測量800mm的距離 給顯示812mm 分辨率和精度有什么區(qū)別

答：分辨率是對距離的解析程度。在近距離情況下，由于傳感器激光出射角是在偏離中心位置的，所以你觀測的距離和傳感器觀測到的實際數(shù)據(jù)有一定偏差的。

近距離下你會發(fā)現(xiàn)有1cm左右的偏差。這倒不是說傳感器不準(zhǔn)。

8、如何進(jìn)行激光雷達(dá)的標(biāo)定
答：基本的思路如下
在已知距離Y用不透光平板擋住,讀取傳感器讀數(shù)X,然后用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。
二次擬合的公式可以是：
Y = A*x^2 + B*x + C
其中，X是傳感器讀數(shù)，Y是真實數(shù)據(jù)。你先通過采集點的過程，用(X,Y)序列擬合這個函數(shù)，求出A B C三個系數(shù)。
以后，軟件采集到傳感器讀數(shù)了，代入到上述公式的x中，就求出標(biāo)定后的距離值了

10、想詢問下電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈能采集多少個點的數(shù)據(jù)？我使用arduino，我觀察到，每圈大概有10到20點的數(shù)據(jù)被采集到，這正常嗎？
答：采樣量能夠根據(jù)以下的公式來獲得：
number of samples = SAMPLE_RATE / rotation_frequency.
SAMPLE_RATE是有數(shù)據(jù)手冊提供的常數(shù)，這個數(shù)據(jù)一般為2000,是當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)速度。
距離來說，如果當(dāng)前的轉(zhuǎn)速是5.5hz（或者說是330rpm）那采樣的數(shù)據(jù)應(yīng)該是在2000/5.5＝363.6左右。
你可以用我們提供的SDK中的圖像采集工具進(jìn)行檢查。
對于arduino來說，你會發(fā)現(xiàn)取樣數(shù)據(jù)會小于預(yù)期的數(shù)據(jù)，這是因為AVR的處理器能力確實沒有辦法做到這個處理能力。
對2000/秒的數(shù)據(jù)量來說，處理器必須在每個500毫秒內(nèi)處理完這些數(shù)據(jù)。但是對于16Mhz的處理器來說，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以處理每個接收到的數(shù)據(jù)節(jié)點。進(jìn)來的數(shù)據(jù)就會被拋棄了。
11、我在用SDK里面提供的ultra_simple.exe測試時記錄下了角度制，并制成圖標(biāo)發(fā)現(xiàn)在記錄角度時會重復(fù)的出現(xiàn)偏差/峰值（并不是單調(diào)遞增的）。為什么會出現(xiàn)這樣的表現(xiàn)？ 有什么解決方法的建議呢？
答： 這種情況是正常的。這是由于激光點并不是由原點發(fā)射（這是由于激光雷達(dá)的光學(xué)特性）出來的。
如果你希望你的角度數(shù)據(jù)在圖表中已單調(diào)遞增的形式出現(xiàn)，請使用我們SDK中的ascendScanData() 函數(shù)。這個函數(shù)會重新調(diào)整數(shù)據(jù)的順序。在我們ROS節(jié)點驅(qū)動中使用這個函數(shù)來仿真，以便讓數(shù)據(jù)看起來像傳統(tǒng)的掃描儀（激光由中心發(fā)射）。你可以參考我們托管在github的代碼
由于我們是基于三角定位法的激光測距儀，所以激光點并不是由傳感器中心發(fā)出的。所以指向被測物體的角度并不是探測器的中心角度。發(fā)射角度和指向面有一定的夾角。由于角度偏移量取決于被檢測出的目標(biāo)物體的距離的變化，雖然我們的傳感器保持采取在一個固定的時間周期的測量（傳感器的旋轉(zhuǎn)部件的角度增量是恒定的），所檢測到的目標(biāo)點的角度增量可能仍是不同的。如果當(dāng)前檢測到的物體的距離比前面的對象更遠(yuǎn)，當(dāng)前角度值可以小于前一個。此外，如果當(dāng)前的樣本數(shù)據(jù)是無效的（沒有對象檢測），就沒有辦法來獲得實際的角度值，編碼器的原始角度值將被使用。
12、請問我怎么獲得這個激光雷達(dá)的資料
答：可以和客服直接聯(lián)系詢問索要或者和robopeak聯(lián)系哦。他們的網(wǎng)址是www.slamtec.com
13、使用這個激光雷達(dá)，推薦多少位的單片機(jī)？
答：32位，主頻100Mhz以上，內(nèi)存20k以上

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