毕业论文外文翻译-低成本激光距离传感器.docx

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1、毕业设计（论文）外文文献翻译（本科学生用）题 目： 低成本激光距离传感器 学 生 姓 名： 学号： 学 部 （系）: 光电信息科学与工程 专 业 年 级: 指 导 教 师： 职称或学位： 20 17 年 02 月 25 日 外文文献翻译（译成中文1000字左右，外文内容应与自己毕业设计（论文）题目相关。艺术、汉语言文学、日语专业除外）【译文后附注文献信息，包括：作者、书名（或论文题目）、出 版 社（或刊物名称）、出版时间（或刊号）、页码。提供所译外文资料附件（印刷类含封面、封底、目录、翻译部分的复印件等，网站类的请附网址及原文】译文： 低成本激光距离传感器 作者：Kurt Konolige,

2、Joseph Augenbraun, Nick Donaldson, Charles Fiebig,和 Pankaj Shah 论文名：低成本激光距离传感器 手稿收到2007年9月14日。2008年2月4日修订。K. Konolige与SRI International，Menlo Park，CA 94025 USA（电话：650 859-2788;传真：650 859-3735;电子邮件：konolige ai。 ）。 J.Angenbraun，N.Donaldson，C.Fiebig和P.Shah与Neato Robotics，Menlo Park，CA 94025 USA（电子邮件：jo

3、e，nick，charles，pankaj ）。摘要 - 许多室内机器人系统使用激光测距仪作为其映射，定位和避障的主要传感器。 这种系统的成本和功率是部署用于家庭使用的低成本，高效的消费者机器人平台的主要障碍。 在本文中，我们描述了一种紧凑的平面激光距离传感器（LDS），其具有与当前激光扫描器相当的能力：在6m，10Hz采集下3cm的精度，以及在全360度扫描上的1度的分辨率。 使用COTS电子设备和定制机械工具，该设备的制造成本低于30美元。I.引言 移动机器人最常见的任务之一是在环境中制作地图和导航。 为此，机器人需要以有效的方式感测其环境，寻找一些距离以寻找障碍物并构建对于执行诸如抽真空

4、或交给的任务有用的地图。 虽然有许多传感器可以使用，激光距离传感器是目前室内和户外移动机器人的标准传感器。主要原因是数据的效用：LDS返回到其视野中的对象的距离，不同于（例如）视觉传感器，其在测量距离之前需要复杂且易出错的处理。与诸如声纳或IR传感器的其它距离传感器不同，LDS能够精细的角度和距离分辨率，实时行为（每秒数百或数千点测量），以及低的假阳性和阴性率。存在使用LDS扫描的映射和定位的有效算法5 8。虽然LDS设备在研究机器人中是普遍存在的，但是它们的高成本使它们不能出现在消费者机器人例如机器人地板清洁器中。 Electrolux Trilobite是制作地图的唯一清洁工具之一，它依赖

5、于声纳传感器13 .2使用LDS技术的障碍是成本。两个最常见的设备，SICK LMS 200 1和Hokuyo URG-04LX 1，比最简单的机器人成本高一个数量级。1. 三星VC-RP30W显然是一张地图，但没有关于它如何做的细节。在本文中，我们描述了一种紧凑，低成本的LDS，其能力与标准LDS器件一样，但是其制造成本仅为其一小部分成本：Revo LDS。图I-1显示了原型Revo，其盖子被移除。它有以下特点：眼睛安全（I级或II级）。2.在标准室内照明条件下，以及一些室外条件下。3.测量完整的360度平面扫描。4.范围从0.2m到6m。5.高分辨率：范围误差3 cm，6 m，角分辨率为1

6、度。6.4000读数/秒（扫描高达10 Hz）7.小尺寸，低功率（ 90反射率）。2.对于10反射率的误差对距离。图II-8显示了具有10和90反射率的目标的激光点定位误差。 这些误差是由于试图将成像器上的激光点的位置定位到子像素精度而产生的随机误差。 使用拟合的1 / x曲线将像素误差转换为距离误差。图II-8 10和90反射率的距离误差。 90反射误差低于3毫米到3米。在3m处，三角测量的灵敏度为78mm /像素，因此定位误差小于0.05像素。在距离增加时，灵敏度开始产生更高的误差。 4 m处的误差是一个异常，由我们的天真质心算法引起。一个有趣的现象是误差不会下降非常低于0.5米。这是因为

7、激光点的表观尺寸增大，并且更多的像素在抽头距离处饱和。因此，更加难以精确地定位点。还产生了10反射率（几乎黑色）的结果。在较大距离处的误差显着较高，显示出局部化的不确定性增加。为了比较，还示出了1 / x曲线的校准误差。在1米及以上，补偿透镜畸变对于获得良好的性能非常重要。即使基线很小，Revo模块也显示出低至6m的误差性能。III。扫描和同步 为了增加单点距离传感器的视场，必须对其进行扫描。三角测量传感器用户的典型扫描配置镜像以偏转激光束并将反射返回到图像传感器。这种布置固有地体积大且难以校准，需要镜子，成像器和激光器之间的精确定位。也难以实现全扫描覆盖 - 通常覆盖是180度或更小。相比之

8、下，Revo模块尺寸小，刚性足以进行机械扫描。在当前的装置中，模块在平面中旋转，产生高达10Hz的全平面扫描。这种独特的机械布置，不需要昂贵的反射镜和随后的对准问题，使得Revo能够可靠地工作，同时保持低制造成本。模块的其它布置也是可能的，例如，可以通过使模块不仅测量单个点，而是测量一组点或激光线来生成完全3D扫描。A.旋转扫描Revo模块安装在轴承上，围绕激光器和成像器之间的中轴旋转（见图I-1）。当模块旋转时，激光器是脉冲的，并且以1度的分辨率读取。在10Hz旋转速率下，这是3600个读数/秒，低于4000个读数/秒的最大速率。激光模块的电源通过旋转中心上的2线滑环提供。与模块的通信是通过

9、短距离射频调制解调器，在115 Kbaud，足以为每次读取发送2字节数据。图III-1 LDS的旋转几何形状，坐标系统以旋转中心为中心c。旋转扫描的几何结构如图III-1所示。 激光偏离旋转中心; 相对于具有旋转中心的原点的固定坐标系，被扫描对象的x，y位置由下式给出 ObjectLaser x,y r B c xy rx y= r cos, r sin = + .(6)x, y = x+b cos, y+b sin 这里，沿着穿过旋转中心并且平行于图像平面（沿着图III-1中的段s）的线测量距离b。B.角同步 Revo在旋转模块上集成了低分辨率光学编码器。固定的径向黑白图案由模块上的两个反射

10、传感器读取。其中一个传感器读取索引标记以给出Revo的标称方向，而另一个传感器读取30cpr模式，用于定时激光和成像器的曝光。使用这种技术，激光读数的角位移对电机速度的变化相对不敏感，允许更便宜的电机和松弛的电机控制。 图IV-1显示了来自Revo的两个重叠范围扫描。 LDS在一个小方形房间的左下角，有几个对象（垃圾桶，桌子）。注意清晰可见的直壁，甚至距离LDS 3米，以一个掠角。第二次扫描的读数几乎完全覆盖第一次扫描的读数。 Revo已成功地用于小型清洁机器人的绘图和定位实验。图IV-1来自Revo LDS的两个叠加的室范围扫描。 有1度间隔的360度读数。 机器人位于左下角; 到远处的最大

11、距离为3.3米。C.耐久性光学模块的机械扫描引起耐久性的问题。中心滑移额定为至少1000小时，对于3年的使用在1小时/天是良好的。当前基于齿轮的外部驱动器已经在连续使用过程中进行了测试几个星期，但由于噪音过大，我们正在重新设计驱动器以具有中心轴承。 驱动器的寿命应由电机寿命决定。IV。 结论在从概念验证传感器到消费产品的转变中存在许多挑战。 最终设备的成本是最重要的，并且必须在材料和电子设备中作出妥协。 Revo的关键驱动因素是激光成像器接口的高刚性和激光点的快速亚像素定位，所有这些都使用标准的低成本光学和电子技术。 Revo应该在2008年4月之前进行量产原型生产。致谢 加利福尼亚州帕洛阿尔

12、托的Neato机器人学院的许多人为Revo的设计和实现做出了贡献。 这些包括华唐，利奥萨利纳斯，尤明刘，泰勒，肯彼得斯，约瑟夫Pinzarrone和营Pe。参考文献1 Alwan，M.，Wagner，M.，Wasson，G.，Sheth，P. Characterization of Infrared Range-Finder PBS-03JN for 2-D Mapping。 ICRA 2005。2美国国家激光安全使用标准，Z136.l-200，美国激光研究所，1993年。3 Blais，F. Review of 20 Years of Range Sensor Development。 电子

13、成像学报（13）1（2004）。4 Fisher，R. B.和D. K. Naidu。 子像素峰值检测算法的比较。 Springer-Verlag，Heidelberg，1996。5 Gutmann，J. S.和K. Konolige。 大循环环境的增量映射。 在CIRA 99，Monterey，California，1999。6 Hokum自动化。 扫描激光测距仪的机器人.http：/www.hokuyo-ut.jp，2005。7Mertz, C., J. Kozar, J.R. Miller, 和 C. Thorpe. 外部使用的眼睛安全光线条,智能车辆研讨会 2002.8Montemer

14、lo, M. 和 S. Thrun. 城市结构的大规模机器人3-d映射。在ISER,新加坡，2004年.9夏普微电子。GP2Y0D02YK0F红外距离传感器。数据表在 .10Strobl，K.H。 DLR多感应手动导向装置：激光条纹轮廓仪。 ICRA 2004。11Wang，X.，J.Gao和L.Wang。 用于图像测量的子像素对象定位的调查。 Proc。 ICIA，2004。12 12韦尔奇，窗口大小和形状的目标图像的子像素中心估计的准确性S. S.影响。 NASA技术文件3331，1993年。13 Zunino，G感应定位和测绘在现实环境中的导航。 里克。 论文，KTH，斯德哥尔摩，200

15、2年。 原文：2008 IEEE International Conference onRobotics and AutomationPasadena, CA, USA, May 19-23, 2008A Low-Cost Laser Distance Sensor Kurt Konolige, Joseph Augenbraun, Nick Donaldson, Charles Fiebig, and Pankaj Shah 1cleaners. Abstract Many indoor robotics systems use laser In this paper we describe

16、 a compact, low-cost LDS that rangefinders as their primary sensor for mapping, localization, and obstacle avoidance. The cost and power of is as capable as standard LDS devices, yet is being such systems is a major roadblock to the deployment of low-manufactured for a fraction of their cost: the Re

17、vo LDS. cost, efficient consumer robot platforms for home use. In Figure I-1 shows the prototype Revo with its cover this paper, we describe a compact, planar laser distance removed. It has the following characteristics: sensor (LDS) that has capabilities comparable to current 1. Eye-safe (Class I o

18、r II). laser scanners: 3 cm accuracy out to 6 m, 10 Hz acquisition, 2. Works under standard indoor lighting conditions, and 1 degree resolution over a full 360 degree scan. The build cost of this device, using COTS electronics and custom and some outdoor conditions. mechanical tooling, is under $30.

19、 3. Measures a full 360 degree planar scan. 4. Has a range from 0.2m to 6m. I. INTRODUCTION5. High resolution: range error 3 cm at 6 m, angular resolution of 1 degree. One of the most common tasks for mobile robots is to 6. 4000 readings per second (scans up to 10 Hz) make a map and navigate in an e

20、nvironment. To do so, 7. Small size, low power ( 2W) the robot needs to sense its environment in an efficient 8. Standard, commercially-available components. way, looking out to some distance to find obstacles and 9. Low cost: $30 cost to build. build a map that is useful for performing tasks such a

21、s vacuuming or delivery. These characteristics make the Revo suitable for consumer While there are many sensors that could be used, laser products, and open the way for high-performance, low-distance sensors are currently the standard sensor in cost mobile robots. Although all of the Revo technologi

22、es indoor and outdoor mobile robots. The main reason is the have been used in other devices, to date no-one has utility of the data: an LDS returns distance to objects in its realized that they could be combined to make a low-cost, field of view, unlike (for example) vision sensors, which high-perfo

23、rmance sensor. Achieving the above criteria need complicated and error-prone processing before required innovations in design, algorithms, and distances are measured. And unlike other distance sensors integration. The key elements of the Revo are such as sonars or IR sensors, an LDS is capable of fi

24、ne A compact, rigid point-beam triangulation module angular and distance resolution, realtime behavior incorporating laser, imager, and electronics. With a (hundreds or thousands of point measurements per low-cost CMOS imager and a DSP for subpixel second), and low false positive and negative rates.

25、 interpolation, we get good range resolution out to 6 m Efficient algorithms exist for mapping and localization using LDS scans 58. While LDS devices are ubiquitous in research robotics, their high cost has kept them from appearing in consumer robotics such as robot floor cleaners. The Electrolux Tr

26、ilobite, one of the only cleaners to make a map, relies on sonar sensors 13.2 The barrier to using LDS technology is the cost. The two most common devices, the SICK LMS 200 1 and the Hokuyo URG-04LX 1, cost an order of magnitude more than the simplest robot Manuscript received September 14, 2007. Re

27、vised February 4, 2008. K. Konolige is with SRI International, Menlo Park, CA 94025 USA (phone: 650 859-2788; fax: 650 859-3735; e-mail: konolige). J. Augenbraun, N. Donaldson, C. Fiebig, and P. Shah are with Neato Robotics, Menlo Park, CA 94025 USA (e-mail: joe, nick, charles, pankaj). 2 The Samsun

28、g VC-RP30W apparently makes a map, but there are no Figure I-1 Revo LDS. Approximate width is 10cm. Round carrier details available on how it does this. spins, holds optical module with laser dot module, imager, and lens. with a 5 cm baseline, at a 4 KHz rate. The key insight to and be reflected. An

29、 alternative technology is the Revo is that high precision is possible with a small triangulation: distance to an object is measured by the baseline, because of the digital image sensor. angle of the reflected light. Figure II-1 shows the basic Module rotation to achieve a 360 FOV. Rather than geometry of triangulation. A laser produces a small po