(RB-13K137)RPLIDAR 激光雷達(dá)掃描測(cè)距儀開(kāi)發(fā)套件

產(chǎn)品概述

RPLIDAR激光雷達(dá)是一款測(cè)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(shí)它也是一款機(jī)器人SLAM的理想傳感器。與動(dòng)輒上萬(wàn)的同類(lèi)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(fèi)級(jí)產(chǎn)品和廣大機(jī)器人愛(ài)好者。RPLIDAR的激光測(cè)距引擎可以實(shí)現(xiàn)每秒2000次的測(cè)距操作，在保證每周360個(gè)角度采樣解析度的條件下，可實(shí)現(xiàn)5.5hz的掃描頻率。用戶(hù)也可以自行調(diào)制掃描電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)2hz-10hz不等的掃描頻率，RPLIDAR仍然自適應(yīng)當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速正確輸出每一個(gè)角度位置所對(duì)應(yīng)的距離值。

RPLIDAR開(kāi)發(fā)套件清單

RPLIDAR 模組（內(nèi)置PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）*1
USB 適配器*1
RPLIDAR 模組通訊排線(xiàn)*1
Micro USB 線(xiàn)纜*1

套件內(nèi)包含模組如圖所示：

RPLIDAR 模組技術(shù)參數(shù)

型號(hào)：A1M1
測(cè)距范圍：0.2—6米
掃描角度：0-360度
測(cè)距分辨率（1.5米以?xún)?nèi)）：小于0.5mm
測(cè)距分辨率（全部量程范圍內(nèi)）：小于實(shí)際距離的1%
單次測(cè)距時(shí)間：0.5mm
測(cè)量頻率：大于等于2000Hz
掃描頻率：5.5Hz
機(jī)械系統(tǒng)供電：3.6V—6V
數(shù)字系統(tǒng)供電：3.6V—5V
通訊接口：3.3V UART/USB
應(yīng)用場(chǎng)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(cè)、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(kāi)發(fā)套裝中包含了標(biāo)準(zhǔn)版本的RPLIDAR模組（A1M1—R1）。同時(shí)模組內(nèi)集成了可以使用邏輯電平（3.3V）驅(qū)動(dòng)的電機(jī)控制器。開(kāi)發(fā)者可以使用該電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用PWM信號(hào)對(duì)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(shí)刻關(guān)閉電機(jī)節(jié)能。

RPLIDAR模塊引腳規(guī)格與定義

開(kāi)發(fā)套裝中RPLIDAR模塊底部使用5267-7A規(guī)范的2.5mm間距7pin插座。用戶(hù)可以使用帶有符合5264-7規(guī)范端子的排線(xiàn)與其進(jìn)行連接。其引腳定義如下：

外部系統(tǒng)必須給VMOTO以及V5.0同時(shí)提供符合要求的供電，方可以使得RPLIDAR的測(cè)距核心以?huà)呙桦姍C(jī)工作。在要求不高的場(chǎng)合，VMOTO以及V5.0可以共用同一組電源。
MOTOCTL引腳可以用以控制電機(jī)的運(yùn)行或者定轉(zhuǎn)控制，也可以使用PWM信號(hào)對(duì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)制，從而控制RPLIDAR掃描頻率。

USB適配器

開(kāi)發(fā)套裝中包含一個(gè)USB適配器模塊，用于對(duì)RPLIDAR模組進(jìn)行供電驅(qū)動(dòng)，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(xiàn)與RPLIDAR模組相連，用戶(hù)只需要一根USB線(xiàn)纜既可使用RPLIDAR。

USB適配器引腳定義

USB適配器同樣采用5267-7A規(guī)范的2.5mm間距7pin插座，并通過(guò)通訊排線(xiàn)與RPLIDAR模塊對(duì)接。其引腳定義如下：

模組連接與使用介紹

設(shè)備連接

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

（2）將USB適配器通過(guò)Micro-USB線(xiàn)纜與PC連接。如果PC已經(jīng)啟動(dòng)，在USB線(xiàn)纜連接后，可以觀(guān)察到RPLIDAR底部的電源指示燈點(diǎn)亮，并且RPLIDAR開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。

USB適配器驅(qū)動(dòng)程序安裝

USB適配器采用CP2102芯片實(shí)現(xiàn)串口（UART）到USB信號(hào)的轉(zhuǎn)換。因此需要在PC系統(tǒng)中安裝對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。其驅(qū)動(dòng)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(dòng)官網(wǎng)下載地址

安裝過(guò)程演示

這里以Windows系統(tǒng)為例，演示安裝過(guò)程
通過(guò)前面的操作將USB適配器與PC相連接，執(zhí)行CP2102的Windows驅(qū)動(dòng)程序安裝文件（CP210x VCP Windows）。請(qǐng)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

使用評(píng)估軟件

RoboPeak提供了RPLIDAR掃描畫(huà)面的可視化軟件frame_grabber。通過(guò)該軟件客戶(hù)可以直觀(guān)的觀(guān)測(cè)到RPLIDAR實(shí)時(shí)的測(cè)距掃描結(jié)果，并且可以保存測(cè)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(yùn)行在Windows平臺(tái)下。
運(yùn)行演示軟件：frame_grabber.exe,選擇USB適配器對(duì)應(yīng)的串口號(hào)：

如果連接正常，則將看到如下的畫(huà)面：

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(hào)信息。所有對(duì)RPLIDAR可進(jìn)行的操作均已經(jīng)在工具欄中列出：

常見(jiàn)問(wèn)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(cè)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(méi)有根本的區(qū)別：向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)(激光束),然后將接收到的從目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號(hào)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?xún)?nèi)的最近的物體到模塊本身的距離測(cè)量出來(lái)。
也可以理解為激光雷達(dá)就是一圈的激光測(cè)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(cè)，SLAM，3D掃描與模型構(gòu)建，障礙物檢測(cè)，多點(diǎn)觸摸等
3、激光雷達(dá)有什么缺點(diǎn)
答：由于采用激光進(jìn)行探測(cè)，所以無(wú)法正確反射激光的都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，鏡面，透明玻璃，水等會(huì)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(dòng)可以在以下網(wǎng)址找到。
激光雷達(dá)在Arduino下的驅(qū)動(dòng)程序
 激光雷達(dá)Arduino平臺(tái)的使用說(shuō)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(lái)說(shuō)無(wú)法完成slam的處理，因此建議采用更高級(jí)一些的控制器來(lái)進(jìn)行處理，例如樹(shù)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(lái)作為激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理。
答：是的，可以通過(guò)手機(jī)來(lái)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(kāi)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(guò)其他無(wú)線(xiàn)的方式進(jìn)行。
7、為什么我測(cè)量300mm的距離給顯示290mm左右，測(cè)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(duì)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(guān)測(cè)的距離和傳感器觀(guān)測(cè)到的實(shí)際數(shù)據(jù)有一定偏差的。
近距離下你會(huì)發(fā)現(xiàn)有1cm左右的偏差。這倒不是說(shuō)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(shí)數(shù)據(jù)。你先通過(guò)采集點(diǎn)的過(guò)程，用(X,Y)序列擬合這個(gè)函數(shù)，求出A B C三個(gè)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(xún)問(wèn)下電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈能采集多少個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)？我使用arduino，我觀(guān)察到，每圈大概有10到20點(diǎn)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(lái)獲得：
number of samples = SAMPLE_RATE / rotation_frequency.
SAMPLE_RATE是有數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的常數(shù)，這個(gè)數(shù)據(jù)一般為2000,是當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)速度。
距離來(lái)說(shuō)，如果當(dāng)前的轉(zhuǎn)速是5.5hz（或者說(shuō)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(duì)于arduino來(lái)說(shuō)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)取樣數(shù)據(jù)會(huì)小于預(yù)期的數(shù)據(jù)，這是因?yàn)锳VR的處理器能力確實(shí)沒(méi)有辦法做到這個(gè)處理能力。
對(duì)2000/秒的數(shù)據(jù)量來(lái)說(shuō)，處理器必須在每個(gè)500毫秒內(nèi)處理完這些數(shù)據(jù)。但是對(duì)于16Mhz的處理器來(lái)說(shuō)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以處理每個(gè)接收到的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)就會(huì)被拋棄了。
11、我在用SDK里面提供的ultra_simple.exe測(cè)試時(shí)記錄下了角度制，并制成圖標(biāo)發(fā)現(xiàn)在記錄角度時(shí)會(huì)重復(fù)的出現(xiàn)偏差/峰值（并不是單調(diào)遞增的）。為什么會(huì)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(diǎn)并不是由原點(diǎn)發(fā)射（這是由于激光雷達(dá)的光學(xué)特性）出來(lái)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(qǐng)使用我們SDK中的ascendScanData() 函數(shù)。這個(gè)函數(shù)會(huì)重新調(diào)整數(shù)據(jù)的順序。在我們ROS節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)中使用這個(gè)函數(shù)來(lái)仿真，以便讓數(shù)據(jù)看起來(lái)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(cè)距儀，所以激光點(diǎn)并不是由傳感器中心發(fā)出的。所以指向被測(cè)物體的角度并不是探測(cè)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(cè)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(gè)固定的時(shí)間周期的測(cè)量（傳感器的旋轉(zhuǎn)部件的角度增量是恒定的），所檢測(cè)到的目標(biāo)點(diǎn)的角度增量可能仍是不同的。如果當(dāng)前檢測(cè)到的物體的距離比前面的對(duì)象更遠(yuǎn)，當(dāng)前角度值可以小于前一個(gè)。此外，如果當(dāng)前的樣本數(shù)據(jù)是無(wú)效的（沒(méi)有對(duì)象檢測(cè)），就沒(méi)有辦法來(lái)獲得實(shí)際的角度值，編碼器的原始角度值將被使用。
12、請(qǐng)問(wèn)我怎么獲得這個(gè)激光雷達(dá)的資料
答：可以和客服直接聯(lián)系詢(xún)問(wèn)索要或者和robopeak聯(lián)系哦。[www.slamtec.com robopeak官方網(wǎng)站]
13、使用這個(gè)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

操作建議

1.預(yù)熱與最佳工作時(shí)間
由于測(cè)距核心在工作中將產(chǎn)生熱量，建議在RPLIDAR工作（開(kāi)啟掃描模式、掃描電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)）2分鐘后使用，此時(shí)測(cè)距精度將達(dá)到最佳水平。
2.環(huán)境溫度
當(dāng)環(huán)境溫度與常溫差距過(guò)大時(shí)會(huì)影響測(cè)距系統(tǒng)的精度，并可能對(duì)掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害。請(qǐng)避免在高溫（大于40攝氏度）以及低溫（小于-10攝氏度）的條件中使用。
3.環(huán)境光照
RPLIDAR的理想工作環(huán)境為室內(nèi)，室內(nèi)環(huán)境光照（包括無(wú)光照）不會(huì)對(duì)RPLIDAR工作產(chǎn)生影響。但請(qǐng)避免使用強(qiáng)光源直接照射RPLIDAR的視覺(jué)系統(tǒng)。
如果需要在室外使用，請(qǐng)避免RPLIDAR的視覺(jué)系統(tǒng)直接面對(duì)太陽(yáng)照射，這將會(huì)可能導(dǎo)致視覺(jué)系統(tǒng)的感光芯片出現(xiàn)永久性損傷，從而使測(cè)距失效。
RPLIDAR標(biāo)準(zhǔn)版本在室外強(qiáng)烈太陽(yáng)光反射條件下的測(cè)距范圍將縮短。

視頻演示

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