CN110361748A

CN110361748A - 一种基于激光测距的移动装置导航方法、相关设备及产品

Info

Publication number: CN110361748A
Application number: CN201910651815.9A
Authority: CN
Inventors: 谭金; 蔡杨华; 吴昊; 麦晓明; 王杨; 朱曦萌; 王冠
Original assignee: Guangdong Power Grid Co Ltd; Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guangdong Power Grid Co Ltd; Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2019-10-22

Abstract

本申请实施例公开了一种基于激光测距的移动装置导航方法、相关设备及产品，其中方法包括：获取移动装置的目标路径；根据激光传感器接收的激光反射板的反射信号，获取激光传感器的当前位置；根据激光传感器的转动角度，得到移动装置的方向信息；根据当前位置，计算移动装置与目标路径的偏差；根据偏差和方向信息实时调整移动装置的移动方向。上述方法实现了灵活设置移动装置运行路线并精确导航的目的，弥补了传统的激光导航移动装置定位方法不准的问题。解决了现有激光测距的导航方法可靠性较差的问题。

Description

一种基于激光测距的移动装置导航方法、相关设备及产品

技术领域

本申请涉及移动装置定位技术领域，尤其涉及一种基于激光测距的移动装置导航方法、相关设备及产品。

背景技术

当前移动装置生产厂家采用的导航方式包括：磁条导航、视觉导航、激光导航、自然导航等。磁条导航主要优点是引线隐蔽，不易污染和破损，导引原理简单而可靠，便于控制和通讯，对声光无干扰，制造成本较低。缺点是路径难以更改扩展，对复杂路径的局限性大。GPS导航技术主要用于室外定位，并且GPS定位精度受天气，大气等环境影响，不是很稳定，也基本无法在室内使用。激光导航移动装置定位较精确，地面无需其它辅助定位设施，行驶路径可灵活多变，能够适合多种现场环境，它是目前国外许多移动装置生产厂家优先采用的先进导航方法。然而，现有技术中，传统的激光导航移动装置定位方法存在可靠性较差的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于激光测距的移动装置导航方法、相关设备及产品，解决现有的激光导航方法存在可靠性较差的问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于激光测距的移动装置的导航方法，所述移动装置上安装有360度感应的激光传感器，所述移动装置的运行场地内安装有激光反射板，且保证所述激光传感器在所述运行场地内的任意位置均能照射到至少3块激光反射板；

所述定位方法包括：

S1：获取所述移动装置的目标路径；

S2：根据所述激光传感器接收的所述激光反射板的反射信号，获取所述激光传感器的当前位置；

S3：根据所述激光传感器的转动角度，得到所述移动装置的方向信息；

S4：根据所述当前位置，计算所述移动装置与目标路径的偏差；

S5：根据所述偏差和所述方向信息实时调整所述移动装置的移动方向。

优选的，所述移动装置上还安装有特征识别装置；

所述步骤S5之后，还包括：

S6：当所述移动装置靠近所述目标路径的终点时，打开特征识别装置；

S7：将所述特征识别装置扫描到的图像数据与预置的所述目标路径的终点的图像数据进行特征比对；

S8：根据所述特征比对结果，调整所述移动装置的移动方向。

优选的，所述步骤S2具体包括：

S21：根据所述激光传感器接收的所述激光反射板的反射信号，计算所述激光传感器与至少3块所述激光反射板之间的距离；

S22：以所述激光反射板的坐标为圆心，所述距离为半径，构建圆坐标；

S23：计算至少3个圆坐标的交点坐标，得到所述激光传感器的当前位置。

本申请第二方面提供了一种基于激光测距的移动装置的导航装置，包括：

路径获取单元，用于获取所述移动装置的目标路径；

位置获取单元，用于根据激光传感器接收的激光反射板的反射信号，获取所述激光传感器的当前位置；

方向获取单元，用于根据所述激光传感器的转动角度，计算移动装置的方向信息；

偏差计算单元，用于根据所述当前位置，计算所述移动装置与目标路径的偏差；

第一调整单元，用于根据所述偏差和所述方向信息实时调整所述移动装置的移动方向。

优选的，还包括：

特征识别单元，用于当所述移动装置靠近所述目标路径的终点时，打开特征识别装置；

特征比对单元，用于将所述特征识别装置扫描到的图像数据与预置的所述目标路径的终点的图像数据进行特征比对；

第二调整单元，用于根据所述特征比对结果，调整所述移动装置的移动方向。

优选的，所述位置获取单元具体包括：

距离计算单元，用于根据所述激光传感器接收的所述激光反射板的反射信号，计算所述激光传感器与至少3块所述激光反射板之间的距离；

构建坐标单元，用于以所述激光反射板的坐标为圆心，所述距离为半径，构建圆坐标；

坐标获取单元，用于计算至少3个圆坐标的交点坐标，得到所述激光传感器的当前位置。

本申请第三方面提供一种基于激光测距的移动装置的导航设备，所述设备包括处理器以及存储器：

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行如上述第一方面所述的基于激光测距的移动装置的导航方法。

本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述第一方面所述的基于激光测距的移动装置的导航方法。

本申请第五方面提供一种包括指令的计算机程序产品，其特征在于，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述第一方面所述的基于激光测距的移动装置的导航方法。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例中，提供了一种基于激光测距的移动装置导航方法、相关设备及产品，其中方法包括：获取移动装置的目标路径；根据激光传感器接收的激光反射板的反射信号，获取激光传感器的当前位置；根据激光传感器的转动角度，得到移动装置的方向信息；根据当前位置，计算移动装置与目标路径的偏差；根据偏差和方向信息实时调整移动装置的移动方向。上述方法实现了灵活设置移动装置运行路线并精确导航的目的，弥补了传统的激光导航移动装置定位方法不准的问题。解决了现有激光测距的导航方法可靠性较差的问题。

附图说明

图1为本申请一种实施例中基于激光测距的移动装置导航方法的方法流程图；

图2为本申请另一种实施例中基于激光测距的移动装置导航方法的方法流程图；

图3为本申请实施例中三点定位的示意图；

图4为本申请实施例中基于激光测距的移动装置在运行场地内运行的示意图；

图5为本申请实施例中基于激光测距的移动装置导航装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，图1为本申请实施例中基于激光测距的移动装置的导航方法的方法流程图。

本申请第一方面提供了一种基于激光测距的移动装置的导航方法，请参阅图4，首先需要对移动装置和移动装置的运行场地进行一些改进，具体为：在移动装置3上安装能够360度发射激光并进行感应的激光传感器2，激光传感器2优选的设置于移动装置3车体前后轴线上且与移动装置2车头方向平行；在运行场地内安设有若干个激光反射板1，并保证激光传感器2在运行场地内的任意位置均能够照射到至少3块激光反射板1。优选的，移动装置3单侧的激光反射板1采用非等间距设置，且多个激光反射板1不能装在同一直线上或距离非常接近。激光传感器2和激光反射板1用于对移动装置3的当前位置进行检测。以下为本申请实施例所提供的移动装置的导航方法：

101：获取移动装置的目标路径。

可以理解的是，要对移动装置进行导航，首先需要获取到移动装置的目标路径，才能判断导航过程中移动装置是否可能偏离路径。

102：根据激光传感器接收的激光反射板的反射信号，获取激光传感器的当前位置。

由于激光反射板是预先设置在运行场地内的，因此激光反射板的坐标是已知。根据激光传感器接收到的激光反射板的反射信号，可以获取到激光传感器与激光反射板之间的距离。根据激光反射板的坐标和两者之间的距离，可以得到激光传感器的坐标位置。可以理解的是，由于激光传感器设置于移动装置上，因此，激光传感器的位置即移动装置所在的位置。当然，若激光传感器的位置与移动装置的中心轴的位置偏差较大，那么预先需要测量激光传感器与移动装置中心轴的相对距离，然后进行相应的换算。

103：根据激光传感器的转动角度，得到移动装置的方向信息。

在移动装置移动的过程中，可能存在转弯的情况，此时移动装置的朝向发生改变，根据激光传感器接收到的反射信号的方向，和对应的激光反射板的坐标，可以判断激光传感器是否发生转动并获取转动的角度，从而得到包括移动装置的朝向的方向信息。

104：根据当前位置，计算移动装置与目标路径的偏差。

可以理解的是，将得到的位置信息与目标路径进行对比，可以得到当前位置与目标路径之间的偏差。

105：根据偏差和方向信息，实时调整移动装置的移动方向。

若存在偏差，则需要对移动装置的移动方向进行调整，通过获取到的方向信息，可以知道当前移动装置的朝向是否正确，是否需要调整移动的方向。以便于回到正确的路径上。

上述实施例提供了一种基于激光测距的移动装置的导航方法，通过获取移动装置的目标路径；根据激光传感器接收的激光反射板的反射信号，获取激光传感器的当前位置；根据激光传感器的转动角度，得到移动装置的方向信息；根据当前位置，计算移动装置与目标路径的偏差；根据偏差和方向信息，实时调整移动装置的移动方向，实现了灵活设置移动装置运行路线并精确导航的目的，弥补了传统的激光导航移动装置定位方法不准的问题。解决了现有激光测距的导航方法可靠性较差的问题。

请参阅图2，以下为本申请另一实施例提供的基于激光测距的移动装置的导航方法，包括：

步骤

201：获取移动装置的目标路径。

步骤201与上述实施例的步骤101一致，此处不再进行赘述。

2021：根据激光传感器接收的激光反射板的反射信号，计算激光传感器与至少3块激光反射板之间的距离；

2022：以激光反射板的坐标为圆心，距离为半径，构建圆坐标；

2023：计算至少3个圆坐标的交点坐标，得到激光传感器的当前位置。

步骤2021至步骤2023为获取激光传感器的当前位置的一种方法，此处一同进行说明：

在基于测距的定位算法中，三边测量法是比较简单的算法，算法原理为：平面上有三个不共线的基站A,B,C，和一个未知终端D。已测出三个基站到终端D的距离分别为R1，R2，R3，以三个基站坐标为圆心，三基站到未知终端距离为半径，可以画出三个相交的圆，未知节点坐标即为三圆相交点。

在实际测量过程中，往往由于测量的误差，使三个圆并不交于一点，而相交于一块区域，如图3所示。在此种情况下，便需用其他算法进行求解，例如使用极大似然估计法，最小二乘法等进行估计，或者使用三角形质心算法。以下采用最小二乘法和三角定位综合求得，并针对n个基站(n≥3)，由以下步骤求解：

1、建立信标节点与未知节点距离方程组

2、以上方程组为非线性方程组，用方程组中前n-1个方程减去第n个方程后，得到线性化的方程：

AX＝b；

其中

3、用最小二乘法求解上边方程得：

X＝(A^TA)^-1A^Tb；

X便是未知终端的坐标计算值。

另外，三边测量的基本定位算法如下：

已知三点位置(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)

已知未知点(x0,y0)到三点距离d1,d2,d3

以d1,d2,d3为半径作三个圆，根据毕达哥拉斯定理，得出交点即未知点的位置计算公式：

(x1-x0)²+(y1-y0)²＝d1²；

(x2-x0)²+(y2-y0)²＝d2²；

(x3-x0)²+(y3-y0)²＝d3²；

设未知点位置为(x,y)，令其中的第一个球形P1的球心坐标为(0,0)，P2处于相同纵坐标，球心坐标为(d,0)，P3球心坐标为(i,j)，三个球形半径分别为r1,r2,r3，z为三球形相交点与水平面高度。则有：

r1²＝x²+y²+z²；

r2²＝(x-d)²+y²+z²；

r3²＝(x-i)²+(y-j)²+z²；

当z＝0时，即为三个圆在水平面上相交为一点，首先解出x:

x＝(r12-r22+d2)/2d；

将公式二变形，将公式一的z2代入公式二，再代入公式三得到y的计算公式：

y＝(r12-r32-x2+(x-i)2+j2)/2j。

203：根据激光传感器的转动角度，得到移动装置的方向信息。

步骤203与上述实施例的步骤103一致，此处不再进行赘述。

204：根据当前位置和方向信息，计算移动装置与目标路径的偏差。

步骤204与上述实施例的步骤104一致，此处不再进行赘述。

205：根据偏差实时调整移动装置的移动方向。

步骤205与上述实施例的步骤105一致，此处不再进行赘述。

206：当移动装置靠近目标路径的终点时，打开特征识别装置。

当移动装置到达离目标点很接近的位置时，为了便于移动装置能够更准确的到达目的，此时将打开特征识别装置，开始启动视觉扫描。将扫描的数据经过图形处理(如二值化等)，得到几个重要的特征：如撕裂点、角点、直线、圆弧等。在获得的数据中，找到数据中的撕裂点，折线也可以当成是一个特征，是直线和角度构成的特征。

207：将特征识别装置扫描到的图像数据与预置的目标路径的终点的图像数据进行特征比对。

在获得的数据中，找到数据中的特征点，与预置的目标路径的终点的图像数据进行特征比对，以便于找到目标所在位置。

208：根据特征比对结果，调整移动装置的移动方向。

根据特征比对结果，能够判断出移动装置与目标路径的终点之间的偏差，将此偏差结果转换成移动装置移动的距离和方向，能够完成精准的移动。

上述实施例增加了特征识别装置，当移动装置靠近目标路径终点时，通过特征识别装置进行辅助定位，进一步提高了导航的准确性。

请参阅图5，本申请第二方面提供了一种基于激光测距的移动装置的导航装置，包括：

路径获取单元301，用于获取移动装置的目标路径；

位置获取单元302，用于根据激光传感器接收的激光反射板的反射信号，获取激光传感器的当前位置；

方向获取单元303，用于根据激光传感器的转动角度，计算移动装置的方向信息；

偏差计算单元304，用于根据当前位置和方向信息，计算移动装置与目标路径的偏差；

第一调整单元305，用于根据偏差实时调整移动装置的移动方向。

进一步的，还包括：

特征识别单元306，用于当移动装置靠近目标路径的终点时，打开特征识别装置；

特征比对单元307，用于将特征识别装置扫描到的图像数据与预置的目标路径的终点的图像数据进行特征比对；

第二调整单元308，用于根据特征比对结果，调整移动装置的移动方向。

优选的，位置获取单元302具体包括：

距离计算单元3021，用于根据激光传感器接收的激光反射板的反射信号，计算激光传感器与至少3块激光反射板之间的距离；

构建坐标单元3022，用于以激光反射板的坐标为圆心，距离为半径，构建圆坐标；

坐标获取单元3023，用于计算至少3个圆坐标的交点坐标，得到激光传感器的当前位置。

本申请第三方面提供了一种基于激光测距的移动装置的导航设备，包括处理器以及存储器：

存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；

处理器用于根据程序代码中的指令执行上述第一方面所提供的基于激光测距的移动装置的导航方法。

本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行上述第一方面所提供的基于激光测距的移动装置的导航方法。

本申请第五方面提供了一种包括指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所提供的基于激光测距的移动装置的导航方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种基于激光测距的移动装置的导航方法，其特征在于，

所述移动装置上安装有360度感应的激光传感器，所述移动装置的运行场地内安装有激光反射板，且保证所述激光传感器在所述运行场地内的任意位置均能照射到至少3块激光反射板；

所述定位方法包括：

S1：获取所述移动装置的目标路径；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动装置上还安装有特征识别装置；

所述步骤S5之后，还包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

4.一种基于激光测距的移动装置的导航装置，其特征在于，包括：

路径获取单元，用于获取所述移动装置的目标路径；

5.根据权利要求4所述的一种基于激光测距的移动装置的导航装置，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求4所述的一种基于激光测距的移动装置的导航装置，其特征在于，所述位置获取单元具体包括：

7.一种基于激光测距的移动装置的导航设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-3任一项所述的基于激光测距的移动装置的导航方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-3任一项所述的基于激光测距的移动装置的导航方法。

9.一种包括指令的计算机程序产品，其特征在于，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行权利要求1-3任一项所述的基于激光测距的移动装置的导航方法。