CN109737988B - 一种自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法。该方法通过计算激光导航仪相对按圆周分布的多个反光桶的距离从而判断激光导航仪的安装位置偏差和角度偏差，实现了对激光导航仪安装位置和安装角度的校准。本发明的自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法能够提高多车定位一致性。

Description

一种自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法

技术领域

本发明涉及自动导引运输车领域，特别是涉及一种自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法。

背景技术

工业自动导引运输车(Automated Guided Vehicle，AGV)在生产作业中，受生产工艺、配套设备及场地等一些因素影响，某些停靠位需要车体的定位精度达到±1cm甚至更高。在同一个地图单元中，往往有多台AGV同时工作，因机械或装配误差导致AGV个体间必然存在一定定位偏差。该场景下，多车的一致性重复定位精度成为评价AGV车体控制性能的一项重要指标。其含义是：在一个地图单元中，多辆AGV对于同一个固定点(工位)的多次定位精度。

针对基于激光导航的AGV，其影响车体定位精度的影响因素主要有：激光导航仪装配偏差、驱动轮角度零偏、控制算法精度不足等。其中，装配偏差是最容易通过测试修正的。

激光导航仪是AGV的关键定位设备，直接输出导航仪所在位置的坐标和角度信息。图1为激光导航仪在AGV上的安装位置图。参见图1，激光导航仪101通常需要安装在AGV车身支架顶端的无遮挡区域，平面投影位置在后轮102中点和驱动轮103的连线上。然而，因为机械个体差异以及支撑装置的安装差异，导航仪的安装位置往往并非在理想位置，从而造成AGV个体间在相同位置的定位数据存在差异，严重时将无法满足工业生产需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法，对多个自动导引运输车的激光导航仪安装位置和角度进行校准，提高了多车定位一致性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法，包括：

将安装有激光导航仪的自动导引运输车按预设位置放置在指定场地中；所述指定场地上画有自动导引运输车的车体轮廓，在所述车体轮廓中标记有激光导航仪的理论安装位置，在以所述理论安装位置为圆心的圆周上均匀分布有多个反光桶；所述反光桶的数量为4的整数倍；所述自动导引运输车对应所述车体轮廓放置；

控制所述激光导航仪的激光探头在0～360度范围内旋转并发射激光，采集所述激光导航仪接收到的反射光并计算所述激光导航仪与每个所述反光桶之间的距离；

计算激光导航仪与每个所述反光桶之间的距离与圆周半径的差，得到激光导航仪相对每个所述反光桶的实际理论距离差；

以隶属于同一条直径的两个反光桶为一组，对各个反光桶进行分组，并计算各个反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值；

若任意一个反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值大于预设门限值，则对所述激光导航仪的位置进行调整，使所有反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值均小于或等于所述预设门限值；

若所有反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值均小于或等于所述预设门限值，则对所述激光导航仪相对于水平面的倾斜角度进行调整，直到所有反光桶组所对应的实际理论距离差的平方和小于预设阈值。

可选的，所述反光桶的数量为12个，所述反光桶组的数量为6组，每个反光桶与相邻的反光桶之间所对应的圆心角均为30度。

可选的，所述对所述激光导航仪的位置进行调整，使所有反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值均小于或等于所述预设门限值，具体包括：

计算每个反光桶组中两个反光桶与激光导航仪之间的距离的平方和，并选取距离的平方和最大的反光桶组，并沿与距离的平方和最大的反光桶组所对应的直径垂直的直径的延伸方向调整所述激光导航仪的位置，使距离的平方和最大的反光桶组变成其他反光桶组中的任意一组，并重复步骤“计算每个反光桶组中两个反光桶与激光导航仪之间的距离的平方和，并选取距离的平方和最大的反光桶组，并沿与距离的平方和最大的反光桶组所对应的直径垂直的直径的延伸方向调整所述激光导航仪的位置，使距离的平方和最大的反光桶组变成其他反光桶组中的任意一组”直到所有反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值均小于或等于所述预设门限值。

可选的，所述对所述激光导航仪相对于水平面的倾斜角度进行调整，直到所有反光桶组所对应的实际理论距离差的平方和小于预设阈值，具体包括：

计算每个反光桶组中两个反光桶所对应的实际理论距离差的平方和，并选取实际理论距离差的平方和最大的反光桶组，并沿实际理论距离差的平方和最大的反光桶组所对应的直径的延伸方向调整所述述激光导航仪相对于水平面的倾斜角度，使实际理论距离差的平方和最大的反光桶组变成其他反光桶组中的任意一组，并重复步骤“计算每个反光桶组中两个反光桶所对应的实际理论距离差的平方和，并选取实际理论距离差的平方和最大的反光桶组，并沿实际理论距离差的平方和最大的反光桶组所对应的直径的延伸方向调整所述述激光导航仪相对于水平面的倾斜角度，使实际理论距离差的平方和最大的反光桶组变成其他反光桶组中的任意一组”直到所有反光桶组所对应的实际理论距离差的平方和小于预设阈值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所公开的自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法，通过计算激光导航仪相对按圆周分布的多个反光桶的距离从而判断激光导航仪的安装位置偏差和角度偏差，实现了对激光导航仪安装位置和安装角度的校准，提高了多车定位一致性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为激光导航仪在AGV上的安装位置图；

图2为本发明自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法实施例1的方法流程图。

图3为本发明激光导航仪水平旋转测距的原理图；

图4为本发明实施例2中在场地中绘制的车体轮廓图；

图5为本发明实施例2中测试反光桶的摆放位置图；

图6为本发明实施例2中激光导航仪与各个反光桶之间距离的示意图；

图7为本发明实施例2中发生投影位置偏差的示意图；

图8为本发明实施例2中发生水平角度偏差的示意图；

图9为本发明实施例2中激光导航仪的一种具体调整方式。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法，对多个自动导引运输车的激光导航仪安装位置和角度进行校准，提高了多车定位一致性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

图2为本发明自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法实施例1的方法流程图。

参见图2，该自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法，包括：

步骤201：将安装有激光导航仪的自动导引运输车按预设位置放置在指定场地中；所述指定场地上画有自动导引运输车的车体轮廓，在所述车体轮廓中标记有激光导航仪的理论安装位置，在以所述理论安装位置为圆心的圆周上均匀分布有多个反光桶；所述反光桶的数量为4的整数倍；所述自动导引运输车对应所述车体轮廓放置。

步骤202：控制所述激光导航仪的激光探头在0～360度范围内旋转并发射激光，采集所述激光导航仪接收到的反射光并计算所述激光导航仪与每个所述反光桶之间的距离。

图3为本发明激光导航仪水平旋转测距的原理图。

参见图3，自动导引运输车104上安装的激光导航仪101的激光探头通过旋转，在0～360度范围内发射若干激光脉冲，当激光遇到障碍物物105时，激光会根据阻挡物材质不同被反射回强度不等的光。因为光速极快，激光导航仪会迅速捕捉该反射光，获取光强数值，并通过发射——返回的时间计算出距离。因此，激光导航仪每扫描一周都会得到周围环境中障碍物105所在位置的反射光强和距离信息，并根据这些信息解算出当前位置。

步骤203：计算激光导航仪与每个所述反光桶之间的距离与圆周半径的差，得到激光导航仪相对每个所述反光桶的实际理论距离差。

步骤204：以隶属于同一条直径的两个反光桶为一组，对各个反光桶进行分组，并计算各个反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值。

步骤205：若任意一个反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值大于预设门限值，则对所述激光导航仪的位置进行调整，使所有反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值均小于或等于所述预设门限值。

步骤206：若所有反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值均小于或等于所述预设门限值，则对所述激光导航仪相对于水平面的倾斜角度进行调整，直到所有反光桶组所对应的实际理论距离差的平方和小于预设阈值。

步骤205中，对所述激光导航仪的位置进行调整，使所有反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值均小于或等于所述预设门限值，具体包括：

计算每个反光桶组中两个反光桶与激光导航仪之间的距离的平方和，并选取距离的平方和最大的反光桶组，并沿与距离的平方和最大的反光桶组所对应的直径垂直的直径的延伸方向调整所述激光导航仪的位置，使距离的平方和最大的反光桶组变成其他反光桶组中的任意一组，并重复步骤“计算每个反光桶组中两个反光桶与激光导航仪之间的距离的平方和，并选取距离的平方和最大的反光桶组，并沿与距离的平方和最大的反光桶组所对应的直径垂直的直径的延伸方向调整所述激光导航仪的位置，使距离的平方和最大的反光桶组变成其他反光桶组中的任意一组”直到所有反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值均小于或等于所述预设门限值。

步骤206中对所述激光导航仪相对于水平面的倾斜角度进行调整，直到所有反光桶组所对应的实际理论距离差的平方和小于预设阈值，具体包括：

计算每个反光桶组中两个反光桶所对应的实际理论距离差的平方和，并选取实际理论距离差的平方和最大的反光桶组，并沿实际理论距离差的平方和最大的反光桶组所对应的直径的延伸方向调整所述述激光导航仪相对于水平面的倾斜角度，使实际理论距离差的平方和最大的反光桶组变成其他反光桶组中的任意一组，并重复步骤“计算每个反光桶组中两个反光桶所对应的实际理论距离差的平方和，并选取实际理论距离差的平方和最大的反光桶组，并沿实际理论距离差的平方和最大的反光桶组所对应的直径的延伸方向调整所述述激光导航仪相对于水平面的倾斜角度，使实际理论距离差的平方和最大的反光桶组变成其他反光桶组中的任意一组”直到所有反光桶组所对应的实际理论距离差的平方和小于预设阈值。

实施例2：

该实施例2为相对于实施例1的一种更为具体的实施例中，该实施例2中，反光桶的数量为12个，反光桶组的数量为6组，每个反光桶与相邻的反光桶之间所对应的圆心角均为30度。

1、测试场地布置

地面绘制车体轮廓：

图4为本发明实施例2中在场地中绘制的车体轮廓图。

参见图4，在一块相对平整的场地中，按照车体图纸尺寸在地面上画出车体轮廓，并标出激光导航仪位置。图中圆点即表示激光导航仪的位置。

测试反光桶的摆放：

图5为本发明实施例2中测试反光桶的摆放位置图。

参见图5，以图4中的激光导航仪的位置(圆点)为圆心，绘制半径为r的圆(通常r的取值范围为2～3米)，并在圆周上每隔30°圆心角放置1个反光桶，共摆放12个反光桶。12个反光桶的编号依次为0～11。

2、偏差判定

将AGV放置于图4的轮廓内，并开启激光导航仪，让激光导航仪输出与各个反光桶之间的距离数据。

图6为本发明实施例2中激光导航仪与各个反光桶之间距离的示意图。

将图6中的反光桶按对角线两两分组，共分成6组，分别是组1：0、6；组2：1、7；组3：2、8；组4：3、9；组5：4、10；组6：5、11。设每组各反光桶到导航仪的距离为l_ij,i＝[0,1,2,3,4,5],j＝[1,2]。

设Δ_ij为激光导航仪到反光桶实际测量距离l_ij与理论半径r的差值，则有

r＝l_ij+Δ_ij,i＝[0,1,2,3,4,5],j＝[1,2]

导致Δ_ij出现的主要因素有：

1)激光导航仪的投影位置偏差：

图7为本发明实施例2中发生投影位置偏差的示意图。

如图7所示，激光导航仪安装时因为其所在投影位置偏离理论位置。此时Δ_ij通常较大，这是导致Δ_ij出现的主要因素。

2)激光导航仪的水平角度偏差：

假设激光导航仪已位于图6所示理论中心点，此时若激光导航仪因安装原因导致在某一组反光桶连线上出现水平角度偏差(即激光导航仪安装倾斜)，也将导致Δ_ij出现。

图8为本发明实施例2中发生水平角度偏差的示意图。

参见图8，图8中，r为理论距离，θ为水平倾角，l₁,l₂为测量距离且二者相等。此时Δ_ij通常较小，是导致Δ_ij出现的次要因素。

基于上述原理，上述两种偏差的判定方法为：

|Δ_i1-Δ_i2|＞ε,i＝[0,1,2,3,4,5]

|Δ_i1-Δ_i2|≤ε,i＝[0,1,2,3,4,5]

ε为判定门限值。

若|Δ_i1-Δ_i2|＞ε,i＝[0,1,2,3,4,5]成立，则因素1)为主导因素；若|Δ_i1-Δ_i2|≤ε,i＝[0,1,2,3,4,5]成立，则因素2)为主导因素。

3、偏差校准

投影位置偏差的消除：

按组分别计算到桶距离平方和

从中取桶距离平方和最大值h_imax，并将激光导航仪沿该组夹角平分线方向(即与该组两个反光桶连线垂直的直径所在直线的方向)移动，以减小该组桶距离平方和，直到该组桶距离平方和不为最大值，该组调整结束。循环往复，直到公式|Δ_i1-Δ_i2|≤ε,i＝[0,1,2,3,4,5]成立。

图9为本发明实施例2中激光导航仪的一种具体调整方式。

参见图9，假设当前h₁最大，则移动方向为当前激光导航仪指向4点的方向。

水平角度偏差的消除：

按组分别计算实际理论距离差的平方和

从中取实际理论距离差的平方和的最大值d_imax，沿该组轴线调整水平角度，以消除图水平倾角，当θ减小时，该组实际理论距离差的平方和随之减小，直到不为最大值时，该组调整结束。循环往复，直到公式

成立，结束该AGV的激光导航仪校准。

4、将该地图单元中的AGV逐台进行偏差校准，从而完成AGV的导航仪一致化校准。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所公开的自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法，通过计算激光导航仪相对按圆周分布的多个反光桶的距离从而判断激光导航仪的安装位置偏差和角度偏差，实现了对激光导航仪安装位置和安装角度的校准，提高了多车定位一致性。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法，其特征在于，包括：

将安装有激光导航仪的自动导引运输车按预设位置放置在指定场地中；所述指定场地上画有自动导引运输车的车体轮廓，在所述车体轮廓中标记有激光导航仪的理论安装位置，在以所述理论安装位置为圆心的圆周上均匀分布有多个反光桶；所述反光桶的数量为4的整数倍；所述自动导引运输车对应所述车体轮廓放置；

控制所述激光导航仪的激光探头在0～360度范围内旋转并发射激光，采集所述激光导航仪接收到的反射光并计算所述激光导航仪与每个所述反光桶之间的距离；

计算激光导航仪与每个所述反光桶之间的距离与圆周半径的差，得到激光导航仪相对每个所述反光桶的实际理论距离差；

以隶属于同一条直径的两个反光桶为一组，对各个反光桶进行分组，并计算各个反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值；

若任意一个反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值大于预设门限值，则对所述激光导航仪的位置进行调整，使所有反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值均小于或等于所述预设门限值；

若所有反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值均小于或等于所述预设门限值，则对所述激光导航仪相对于水平面的倾斜角度进行调整，直到所有反光桶组所对应的实际理论距离差的平方和小于预设阈值。

2.根据权利要求1所述的自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法，其特征在于，所述反光桶的数量为12个，所述反光桶组的数量为6组，每个反光桶与相邻的反光桶之间所对应的圆心角均为30度。

3.根据权利要求1所述的自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法，其特征在于，所述对所述激光导航仪的位置进行调整，使所有反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值均小于或等于所述预设门限值，具体包括：

计算每个反光桶组中两个反光桶与激光导航仪之间的距离的平方和，并选取距离的平方和最大的反光桶组，并沿与距离的平方和最大的反光桶组所对应的直径相垂直的直径的延伸方向调整所述激光导航仪的位置，使距离的平方和最大的反光桶组变成其他反光桶组中的任意一组，并重复步骤“计算每个反光桶组中两个反光桶与激光导航仪之间的距离的平方和，并选取距离的平方和最大的反光桶组，并沿与距离的平方和最大的反光桶组所对应的直径相垂直的直径的延伸方向调整所述激光导航仪的位置，使距离的平方和最大的反光桶组变成其他反光桶组中的任意一组”直到所有反光桶组中两个反光桶的实际理论距离差的差值的绝对值均小于或等于所述预设门限值。

4.根据权利要求1所述的自动导引运输车的激光导航仪一致性校准方法，其特征在于，所述对所述激光导航仪相对于水平面的倾斜角度进行调整，直到所有反光桶组所对应的实际理论距离差的平方和小于预设阈值，具体包括：

计算每个反光桶组中两个反光桶所对应的实际理论距离差的平方和，并选取实际理论距离差的平方和最大的反光桶组，并沿实际理论距离差的平方和最大的反光桶组所对应的轴线方向调整所述激光导航仪相对于水平面的倾斜角度，使实际理论距离差的平方和最大的反光桶组变成其他反光桶组中的任意一组，并重复步骤“计算每个反光桶组中两个反光桶所对应的实际理论距离差的平方和，并选取实际理论距离差的平方和最大的反光桶组，并沿实际理论距离差的平方和最大的反光桶组所对应的轴线方向调整所述激光导航仪相对于水平面的倾斜角度，使实际理论距离差的平方和最大的反光桶组变成其他反光桶组中的任意一组”直到所有反光桶组所对应的实际理论距离差的平方和小于预设阈值。

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