CN109752730A - 一种基于v槽检测的激光定位方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于V槽检测的激光定位方法及系统。该方法包括依次执行以下步骤：取传感数据步骤：从激光传感器获取一帧探测数据；取数据点步骤：取激光数据帧的一个距离值；区域判断步骤：判断激光数据点是否在有效检测区域；队列更新步骤：转换激光距离数据为笛卡尔坐标存入比较队列；距离计算步骤：计算比较队列的首末点距离；长度判断步骤：判断是否符合长度要求；拟合步骤：比较队列平分为前后两段数据，最小二乘法拟合两条直线；夹角计算步骤：计算两条直线的夹角；夹角判断步骤：判断夹角是否符合范围要求；交点计算步骤：计算两条直线的交点坐标和姿态；位置计算步骤：计算小车在V槽的坐标和姿态。相比传统激光定位方法，本发明极大地提升了激光定位的精度和鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及激光定位技术领域，特别是涉及一种基于V槽检测的激光定位方法及系统。
背景技术
激光测距传感器是以激光器作为光源进行测距。激光测距传感器主要分单点测距传感器和轮廓扫描测距传感器。单点测距传感器只能测量固定激光发射方向的障碍点的距离。轮廓扫描测距传感器是在单点测距传感器的基础上，使它可以360度旋转，然后周期性的发射探测激光，这样就可以得到传感器周边障碍物轮廓的离散点云数据。轮廓扫描测距传感器出现后开始被用于安装到小车上面，用于确定小车在环境中的位置。利用激光传感器探测的数据去进行小车定位的方法有很多。比如经典蒙特卡罗定位算法较为常用，该方法以概率论为基础理论，通过比较传感器得到的点云数据和既有地图，来确定小车的位置，但是该方法的一个重要缺点就是定位精度低。基于反射板的定位方法也较为采用，有较好的定位精度，但是该方法要求小车周边有一定数量和距离的特定反射板，反光板附近不得有高反射物体等限制要求。这些限制导致有些应用场合无法满足反光板的布置要求。
发明内容
本发明提供一种基于V槽检测的激光定位方法，包括依次执行如下步骤：
取传感数据步骤：从激光传感器获取一帧探测数据；
取数据点步骤：取激光数据帧的一个距离值；
区域判断步骤：判断激光数据点是否在有效检测区域；
队列更新步骤：转换激光距离数据为笛卡尔坐标存入比较队列；
距离计算步骤：计算比较队列的首末点距离；
长度判断步骤：判断是否符合长度要求；
拟合步骤：比较队列平分为前后两段数据，最小二乘法拟合两条直线；
夹角计算步骤：计算两条直线的夹角；
夹角判断步骤：判断夹角是否符合范围要求；
交点计算步骤：计算两条直线的交点坐标和姿态；
位置计算步骤：计算小车在V槽的坐标和姿态。
在所述取传感数据步骤中，获取激光传感器提供360度范围内的等角度间距激光束的探测距离，所有探测距离形成一个数组，它在几何上面反映激光传感器周边物体的几何轮廓的离散点信息。
在所述取数据点步骤中，从当前探测数据中，选取一个距离值。首次从探测距离数组的第一个数值开始；后续依次往数组的下一个值选取，直到数组取完。
在所述区域判断步骤中，现将当前距离值转换为笛卡尔坐标值，然后和一个多点围成的区域框比较，判断是否在区域框里面。如果在区域框里面，说明当前距离是有效判定点。
在所述队列更新步骤中，将有效判定点转换为笛卡尔坐标值，然后存入一个队列容器中。
在所述距离计算步骤中，根据队列的首个坐标数据和队列的末尾坐标数据，计算上述两个坐标点的距离。
在所述长度判断步骤中，判断上一个步骤计算出的距离，是否符合范围区间的要求。上述范围区间也就是V槽两个端点距离的允许偏差范围。
在所述拟合步骤中，比较队列平分为前后两段数据，这两段数据代表多个点的集合，通过最小二乘法使用上述点集合去分别拟合两条直线。直线拟合方法不限于使用最小二乘法，其它直线拟合方法也可以。
在所述夹角计算步骤中，计算上述两条直线相交形成的夹角。
在所述夹角判断步骤中，判断上述夹角是否符合一个限定角度范围，上述限定角度范围是根据需要识别的V槽的夹角来定义的。
在所述交点计算步骤中，计算上述两条直线相交形成的交点。该交点代表需要识别的V槽的顶点。
在所述位置计算步骤中，根据上述交点、直线斜率、夹角，建立一个V槽坐标系，坐标系原点就是上述交点，坐标系的x轴在V槽的中心线上向V槽内部方向。计算V槽坐标系相对于激光传感器坐标系的位置和姿态。已经激光传感器坐标系相对小车坐标系的偏移量。利用矩阵乘法，可以得到小车坐标系相对V槽坐标系的位置和姿态。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现权利要求1-12中任一项 所述的方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明利用了V槽几何特征去进行辨识定位，极大地提升了定位的稳定性和准确性。
附图说明
本发明图1为本发明的一较佳实施例的小车定位系统的组成原理图。
图2为本发明的一较佳实施例的工作流程图。
图3为本发明的一较佳实施例的激光数据点云图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1，为本发明一较佳实施方式的小车定位系统的组成原理图。以小车几何中心为原点建立小车坐标系C0。小车上面的前部安装固定一个激光传感器。激光传感器上面建立激光雷达坐标系C1。小车附近放置一个固定角度的V槽，V槽上面建立V槽坐标系C2。
小车工作时，上面的激光雷达进行360度 扫描，从而得到小车附近轮廓的点云数据。请参阅图3，为激光雷达获取得到的一个点云轮廓图。
本发明的基于V槽检测的激光定位方法，依次执行如下步骤。
取传感数据步骤：获取激光传感器提供360度范围内的等角度间距激光束的探测距离，所有探测距离形成一个数组，它在几何上面反映激光传感器周边物体的几何轮廓的离散点信息。
取数据点步骤：从当前探测数据中，选取一个距离值。首次从探测距离数组的第一个数值开始；后续依次往数组的下一个值选取，直到数组取完。
区域判断步骤：现将当前距离值转换为笛卡尔坐标值，然后和一个多点围成的区域框比较，判断是否在区域框里面。如果在区域框里面，说明当前距离是有效判定点。
队列更新步骤：将有效判定点转换为笛卡尔坐标值，然后存入一个队列容器中。
距离计算步骤：根据队列的首个坐标数据和队列的末尾坐标数据，计算上述两个坐标点的距离。
长度判断步骤：判断上一个步骤计算出的距离，是否符合范围区间的要求。上述范围区间也就是V槽两个端点距离的允许偏差范围。
拟合步骤：比较队列平分为前后两段数据，这两段数据代表多个点的集合，通过直线拟合算法使用上述点集合去分别拟合两条直线。直线拟合方法不限于使用最小二乘法，其它直线拟合方法也可以。
夹角计算步骤：计算上述两条直线相交形成的夹角。
夹角判断步骤：判断上述夹角是否符合一个限定角度范围，上述限定角度范围是根据需要识别的V槽的夹角来定义的。
交点计算步骤：计算上述两条直线相交形成的交点。该交点代表需要识别的V槽的顶点。
位置计算步骤中：根据上述交点、直线斜率、夹角，建立一个V槽坐标系，坐标系原点就是上述交点，坐标系的x轴在V槽的中心线上向V槽内部方向。计算V槽坐标系相对于激光传感器坐标系的位置和姿态。已知激光传感器坐标系相对小车坐标系的偏移量。利用矩阵乘法，可以得到小车坐标系相对V槽坐标系的位置和姿态。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种基于V槽检测的激光定位方法，其特征在于，包括依次执行如下步骤：取传感数据步骤：从激光传感器获取一帧探测数据；取数据点步骤：取激光数据帧的一个距离值；区域判断步骤：判断激光数据点是否在有效检测区域；队列更新步骤：转换激光距离数据为笛卡尔坐标存入比较队列；距离计算步骤：计算比较队列的首末点距离；长度判断步骤：判断是否符合长度要求；拟合步骤：比较队列平分为前后两段数据，直线拟合算法进行拟合两条直线；夹角计算步骤：计算两条直线的夹角；夹角判断步骤：判断夹角是否符合范围要求；交点计算步骤：计算两条直线的交点坐标和姿态；位置计算步骤：计算小车在V槽的坐标和姿态。
2.根据权利要求1所述的激光定位方法，其特征在于：
在所述取传感数据步骤中，获取激光传感器提供360度范围内的等角度间距激光束的探测距离，所有探测距离形成一个数组，它在几何上面反映激光传感器周边物体的几何轮廓的离散点信息。
3.根据权利要求1所述的激光定位方法，其特征在于：
在所述取数据点步骤中，从当前探测数据中，选取一个距离值，首次从探测距离数组的第一个数值开始；后续依次往数组的下一个值选取，直到数组取完。
4.根据权利要求1所述的激光定位方法，其特征在于：
在所述区域判断步骤中，现将当前距离值转换为笛卡尔坐标值，然后和一个多点围成的区域框比较，判断是否在区域框里面；如果在区域框里面，说明当前距离是有效判定点。
5.根据权利要求1所述的激光定位方法，其特征在于：
在所述队列更新步骤中，将有效判定点转换为笛卡尔坐标值，然后存入一个队列容器中。
6.根据权利要求1所述的激光定位方法，其特征在于：
在所述距离计算步骤中，根据队列的首个坐标数据和队列的末尾坐标数据，计算上述两个坐标点的距离。
7.根据权利要求1所述的激光定位方法，其特征在于：
在所述长度判断步骤中，判断上一个步骤计算出的距离，是否符合范围区间的要求；上述范围区间也就是V槽两个端点距离的允许偏差范围。
8.根据权利要求1所述的激光定位方法，其特征在于：
在所述拟合步骤中，比较队列平分为前后两段数据，这两段数据代表多个点的集合，通过直线拟合算法使用上述点集合去分别拟合两条直线，直线拟合方法不限于使用最小二乘法，其它直线拟合方法也可以。
9.根据权利要求1所述的激光定位方法，其特征在于：
在所述夹角计算步骤中，计算上述两条直线相交形成的夹角。
10.根据权利要求1所述的激光定位方法，其特征在于：
在所述夹角判断步骤中，判断上述夹角是否符合一个限定角度范围，上述限定角度范围是根据需要识别的V槽的夹角来定义的。
11.根据权利要求1所述的激光定位方法，其特征在于：
在所述交点计算步骤中，计算上述两条直线相交形成的交点，该交点代表需要识别的V槽的顶点。
12.根据权利要求1所述的激光定位方法，其特征在于：
在所述位置计算步骤中，根据上述交点、直线斜率、夹角，建立一个V槽坐标系，坐标系原点就是上述交点，坐标系的x轴在V槽的中心线上向V槽内部方向，计算V槽坐标系相对于激光传感器坐标系的位置和姿态，已知激光传感器坐标系相对小车坐标系的偏移量，利用矩阵乘法，可以得到小车坐标系相对V槽坐标系的位置和姿态。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现权利要求1-12中任一项所述的方法的步骤。
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