CN105737852A - 激光测距仪位置测量与校正系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光测距仪位置测量与校正系统及方法，该系统包括第一标定板、第二标定板、位置固定标件、激光测距单元、控制单元、数据处理单元和载体装置；所述第一标定板和第二标定板用于反射激光，第一标定板与第二标定板形成夹角放置。本发明系统的外部组件仅仅包括第一标定板和第二标定板，而载体装置、激光测距单元、数据处理单元、控制单元是产品本身固有的装置，因此本系统的制作和操作都十分简单，应用本系统测量激光测距仪在载体装置中的测量结果是否有偏差，利用第一标定板垂直第二标定板时做测量，两次安放的激光测距单元位置所形成的几何关系简单，且测量结果准确性高，具有成本低、操作简单、精度满足实用要求等优点。

Description

激光测距仪位置测量与校正系统及方法

技术领域

本发明涉及一种激光测距仪位置测量与校正系统及方法。

背景技术

随着计算机和机器人技术的发展，移动机器人得到了快速发展和广泛应用，几乎渗透到了社会生活的各个领域。激光测距仪具有测距快、体积小、性能可靠等优点。近年来，随着其成本不断下调，被越来越广泛的应用于移动机器人的定位与导航。

在使用之前，激光测距仪需要与车体坐标进行标定，测量激光测距仪在车体坐标系中的位置，以便与其它传感器如摄像头、里程计等进行信息融合，更好的用于定位导航，在具体使用过程中，激光测距仪需要按照指定位姿安装，即激光测距仪的安装位置、俯仰角和偏转角需要符合要求；如安装激光测距仪时，激光测距仪存在俯仰角与偏转角或者位置有偏差，会导致测量结果不准确，从而导致获得的定位信息不准确，一般要求俯仰角和偏转角都为0。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种激光测距仪位置测量与校正系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种激光测距仪位置测量与校正系统，所述系统包括第一标定板、第二标定板、位置固定标件、激光测距单元、控制单元、数据处理单元和载体装置；

所述载体装置作为安装激光测距单元、控制单元、数据处理单元的载体，所述载体装置安装有驱动轮，所述驱动轮的中心用于标定激光测距单元的偏移量；

所述数据处理单元用于处理并计算激光测距单元传回的激光扫描点数据；

所述控制装置用于控制激光测距单元的激光的发射与接收，并将激光测距单元传出的数据传递给数据处理单元进行数据的计算；

所述激光测距单元用于发射并接收反射的激光，产生各激光扫描点的数据；

所述位置固定标件用于多方位固定载体装置；

所述第一标定板和第二标定板用于反射激光，第一标定板与第二标定板形成夹角放置。

进一步地，所述载体装置包括第一卡槽和第二卡槽，可两次固定载体装置，使固定载体装置时安装的激光测距单元分别正对第一标定板、第二标定板。

进一步地，第一标定板垂直第二标定板，第一卡插槽和第二卡槽分别平行第一标定板和第二标定板。

进一步地，所述第一标定板与第二标定板高度可调，用于适应激光测距单元的高度。

一种激光测距仪位置测量与校正方法，该方法基于上述的测量系统，载体装置先后两次安放正对第一标定板和第二标定板，根据载体装置两次安放时激光测距单元的位置所形成的几何关系，获得激光测距单元在载体装置中的安装位置，以判断激光测距单元安装时是否有位置上的偏差，并调整激光测距单元的位置。

进一步地，所述第一标定板与所述第二标定板垂直，所述载体装置两次安放形成的激光测距单元的几何关系为：

‖L₁-O‖＝‖L₂-O‖

∠(L₁-O，L₂-O)＝π/2

其中，O为待求驱动轮中心坐标，L₁，L₂分别为全局直角坐标系下激光测距单元两次位置测量坐标。

进一步地，根据获得的激光测距单元距离驱动轮中心坐标的偏移量判断其安装位置是否产生偏差，所述偏移量的计算公式如下：

$d_1=\frac{1}{2}\left(L_1\right(x)+L_1(y)-L_2(x)-L_2(y\left)\right)$

$d_2=\frac{1}{2}(-L_1(x)+L_1(y)+L_2(x)-L_2(y\left)\right)$

其中d₁为激光测距单元距离车轮中心第一方向上的偏移量，d₂为激光测距单元距离车轮中心第二方向上的偏移量。

本发明的有益效果是：本发明系统的外部组件仅仅包括第一标定板和第二标定板，而载体装置、激光测距单元、数据处理单元、控制单元是产品本身固有的装置，因此本系统的制作和操作都十分简单，应用本系统测量激光测距仪在载体装置中的测量结果是否有偏差，利用第一标定板垂直第二标定板时做测量，两次安放的激光测距单元位置所形成的几何关系简单，且测量结果准确性高，具有成本低、操作简单、精度满足实用要求等优点。

附图说明

图1为本发明激光测距仪位置测量与校正系统结构框图；

图2为激光测距单元正对第一标定板时的示意图；

图3为激光测距单元正对第二标定板时的示意图；

图4为激光测距单元正对第一标定板时激光测距仪位置测量与校正方法原理图；

图5为激光测距单元正对第二标定板时激光测距仪位置测量与校正方法原理图；

图中，第一标定板1、第二标定板2、位置固定标件3、激光测距单元4、控制单元5、数据处理单6、载体装置7、第一卡槽31、第二卡槽32。

具体实施方式

在应用激光测距仪的场合，安装完激光测距仪后需要对激光测距仪的安装位置、俯仰角、偏转角进行测量与校正，使得激光测距仪在安装过程中的偏差符合应用场合要求，以便与其它传感器如摄像头、里程计等进行信息融合。

本发明的激光测距仪位置测量与校正系统用以测量与校正安装有激光测距仪的任何智能运动系统中激光测距仪的位置偏差，本发明的测试装置如图1-3所示，主要包括第一标定板1、第二标定板2、位置固定标件3、激光测距单元4、控制单元5、数据处理单6和载体装置7；

所述载体装置7作为安装激光测距单元4、控制单元5、数据处理单元6等的载体，载体装置安装有驱动轮，可在控制单元5作用下在一平面内自由移动；本发明的激光测距单元4的位置为载体装置7前进方向驱动轮中心的正前方，所述驱动轮中心用于标定激光测距单元4的偏移量，即所述偏移量为相对驱动轮中心的偏移；

所述数据处理单元6用于处理并计算激光测距单元4传回的激光扫描点数据；

所述控制装置5用于控制激光测距单元4的激光的发射与接收，并将激光测距单元4传出的数据传递给数据处理单元6进行数据的计算；

所述激光测距单元4用于发射并接收反射的激光，产生各激光扫描点的数据。

所述位置固定标件3用于多方位固定载体装置7，如图1、图2、图3所示，本发明的载体装置7包括第一卡槽31和第二卡槽32，可两次固定载体装置7，使固定载体装置7时安装的激光测距单元4分别正对第一标定板1、第二标定板2，本实施例中，第一卡插槽和第二卡槽32分别平行第一标定板1和第二标定板2。

所述第一标定板1和第二标定板2用于反射激光，第一标定板1与第二标形成夹角，且可分别移动安装，高度可调，用于适应激光测距单元4的高度，

本实施例，测量激光测距单元4的位置时，第一标定板1垂直第二标定板2，第一卡槽31和第二卡槽32相互垂直，且中心重合。

本发明的激光测距单元4位置测量方法基于上述测量系统，载体装置7两次固定在位置固定标件3上正对第一标定板1与第二标定板2，测量时，第一标定板1与第二标定板2呈一定角度，以获得激光测距单元4在两次安放位置中形成的几何关系。

根据载体装置7两次安放时激光测距单元4的位置所形成的几何关系，获得激光测距单元4在载体装置7中的安装位置，本实施例中，第一标定板1垂直第二标定板2，载体装置7先后两次安放如图4、图5所示，根据载体装置7的两次安放位置所形成的激光测距单元4位置的几何关系，有：

‖L₁-O‖＝‖L₂-O‖

∠(L₁-O，L₂-O)＝π/2

其中，O为驱动轮中心坐标，L₁，L₂分别为全局坐标系下激光测距单元4两次位置测量坐标，即全局坐标系下的二维位置，所述全局坐标系为一人为建立的直角坐标系，以平行第一标定板1方向为y轴、平行第二标定板2方向为x轴。

获得激光测距单元4距离车轮中心的偏移d₁，d₂，其中d₁为激光测距单元距离车轮中心第一方向上的偏移量，d₂为激光测距单元距离车轮中心第二方向上的偏移量，所述第一方向平行y轴，所述第二方向平行x轴。

$d_1=\frac{1}{2}\left(L_1\right(x)+L_1(y)-L_2(x)-L_2(y\left)\right)$

$d_2=\frac{1}{2}(-L_1(x)+L_1(y)+L_2(x)-L_2(y\left)\right)$

判断偏移量d₁，d₂是否符合安装要求，本实施例中，激光测距单元4要求安装在载体装置7中部位置，若d₁不为零，则判断激光测距单元4的安装位置产生偏差，调整激光测距单元4位置。

采用第一标定板1和第二标定板2不垂直测量时，∠(L₁-O，L₂-O)为实际形成的角度值。

Claims (7)

1.一种激光测距仪位置测量与校正系统，其特征在于，所述系统包括第一标定板、第二标定板、位置固定标件、激光测距单元、控制单元、数据处理单元和载体装置；

所述载体装置作为安装激光测距单元、控制单元、数据处理单元的载体，所述载体装置安装有驱动轮，所述驱动轮的中心用于标定激光测距单元的偏移量；

所述数据处理单元用于处理并计算激光测距单元传回的激光扫描点数据；

所述控制装置用于控制激光测距单元的激光的发射与接收，并将激光测距单元传出的数据传递给数据处理单元进行数据的计算；

所述激光测距单元用于发射并接收反射的激光，产生各激光扫描点的数据；

所述位置固定标件用于多方位固定载体装置；

所述第一标定板和第二标定板用于反射激光，第一标定板与第二标定板形成夹角放置。

2.如权利要求1所述的激光测距仪位置测量与校正的系统，其特征在于，所述载体装置包括第一卡槽和第二卡槽，可两次固定载体装置，使固定载体装置时安装的激光测距单元分别正对第一标定板、第二标定板。

3.如权利要求2所述的激光测距仪位置测量与校正系统，其特征在于，第一标定板垂直第二标定板，第一卡插槽和第二卡槽分别平行第一标定板和第二标定板。

4.如权利要求1、2或3所述的激光测距仪位置测量与校正系统，其特征在于，所述第一标定板与第二标定板高度可调，用于适应激光测距单元的高度。

5.一种激光测距仪位置测量与校正方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的测量系统，载体装置先后两次安放正对第一标定板和第二标定板，根据载体装置两次安放时激光测距单元的位置所形成的几何关系，获得激光测距单元在载体装置中的安装位置，以判断激光测距单元安装时是否有位置上的偏差，并调整激光测距单元的位置。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一标定板与所述第二标定板垂直，所述载体装置两次安放形成的激光测距单元的几何关系为：

||L₁-O||＝||L₂-O||

∠(L₁-O，L₂-O)＝π/2

其中，O为待求驱动轮中心坐标，L₁，L₂分别为全局直角坐标系下激光测距单元两次位置测量坐标。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，根据获得的激光测距单元距离驱动轮中心坐标的偏移量判断其安装位置是否产生偏差，所述偏移量的计算公式如下：

$d_1=\frac{1}{2}\left(L_1\right(x)+L_1(y)-L_2(x)-L_2(y\left)\right)$

$d_2=\frac{1}{2}(-L_1(x)+L_1(y)+L_2(x)-L_2(y\left)\right)$

其中d₁为激光测距单元距离车轮中心第一方向上的偏移量，d₂为激光测距单元距离车轮中心第二方向上的偏移量。