CN110764117B - 基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，包括如下步骤：步骤一，以全站仪为原点建立水平的直角坐标系，将道面检测机器人静止放置在直角坐标系中，调整道面检测机器人保持水平；步骤二，通过全站仪测得道面检测机器人上两个GPS天线、第一传感器左右两端以及第二传感器中心的水平投影坐标；步骤三，计算两个GPS天线中心在水平面的投影点的连线中点的坐标；步骤四，计算CA到PC的距离；计算PC到PR的距离；计算CA到PR的距离；步骤五，GPS天线与第二传感器中心和第一传感器中心的相对位置计算。本发明能在出厂时对道面检测机器人上的GPS天线与各种传感器的相对位置进行标定。

Description

基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法
技术领域
本发明涉及道面检测机器人技术领域，尤其是基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法。
背景技术
道面检测机器人依靠差分GPS定位，机器人上携带2d工业相机、3d相机、探地雷达等多种传感器。道面检测机器人本身的位置和姿态感知通过安装在道面检测机器人上的两个GPS天线计算。根据两个GPS天线的GPS坐标可以计算两根天线连线的朝向。两个GPS天线在道面检测机器人上安装的相对位置已知，根据这个对应关系就可以计算出道面检测机器人中心的坐标和航向角。
同理，根据2d相机、3d相机、探地雷达等机载传感器与两个GPS天线的相对位置，就可以计算出道面检测机器人运行时，2d相机、3d相机、探地雷达等机载传感器的坐标。有了这些信息，就可以在拍照和探测时记录相片和雷达数据对应的实际位置。
然而，实际生产和应用中，由于加工和安装精度难以保证，实际上这些传感器与天线在道面检测机器人上的相对位置和图纸的理想值存在偏差，而且这些偏差对每台道面检测机器人来说都不一样，因此，在出厂时，有必要对道面检测机器人上GPS天线以及各种传感器的相对位置进行标定。
发明内容
针对上述不足之处，本发明提供了基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，能在出厂时对道面检测机器人上的GPS天线与各种传感器的相对位置进行标定。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，包括如下步骤：
步骤一，以全站仪为原点建立水平的直角坐标系，将道面检测机器人静止放置在直角坐标系中，调整道面检测机器人保持水平；
步骤二，通过全站仪测得道面检测机器人上两个GPS天线、第一传感器左右两端以及第二传感器中心的水平投影坐标，分别记为
Figure BDA0002255419770000023
Figure BDA0002255419770000024
和
Figure BDA0002255419770000025
步骤三，计算两个GPS天线中心在水平面的投影点的连线中点的坐标，记为
Figure BDA0002255419770000026
步骤四，计算CA到PC的距离，记为L1；计算PC到PR的距离，记为L2；计算CA到PR的距离，记为L3；
步骤五，GPS天线与第二传感器中心和第一传感器中心的相对位置计算，包括：
(a)计算CA距离PC在道面检测机器人本体坐标系的偏移，分别记为△CX和△CY，计算公式为：
Figure BDA0002255419770000021
其中，θC为CA与PC连线和PL与PR连线的夹角；
(b)计算GC到PC的距离，记为L4；计算GC到PR的距离，记为L5；
(c)计算第一传感器左右两端水平投影点GL和GR连线的中点GC在道面检测机器人本体坐标系中距离PC的偏移，分别记为△GX和△GY，计算公式为：
Figure BDA0002255419770000022
其中，第一传感器左右两端水平投影的中点坐标记为记为
Figure BDA0002255419770000027
θG为GC与PC的连线和PL与PR连线的夹角；
(d)计算第一传感器与GPS天线连线水平方向的夹角，记为αG，计算方法如下：
计算GPS天线连线与全站仪坐标系X轴的夹角，记为α1，计算第一传感器与全站仪坐标系x轴的夹角记为α2，则
Figure BDA0002255419770000031
αG＝|α1-α2|
至此，GPS天线与第二传感器和第一传感器的相对位置标定完毕。
进一步的，PC(xPC,yPC)的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000032
再进一步的，L2的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000033
更进一步的，L1的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000034
更进一步的，L3的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000035
更进一步的，θC的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000036
更进一步的，
Figure BDA00022554197700000311
的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000037
更进一步的，L4的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000038
更进一步的，L5的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000039
更进一步的，θG的计算公式为：
Figure BDA00022554197700000310
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明能在出厂时对道面检测机器人上的GPS天线与各种传感器的相对位置进行标定，消除加工和安装精度不足带来的传感器实际与天线在道面检测机器人上的相对位置和图纸的理想值的偏差。使得采集的传感器信息获得更为精确地位置标签修正，方便使用时根据传感器信息上反映的道面缺陷，准确定位到缺陷的具体位置。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明的实施例以全站仪为原点建立水平的直角坐标系示意图。
图3为本发明的实施例的雷达与GPS天线连线水平方向的夹角αG。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例：
如图1至3所示，本实施例以道面检测机器人的雷达和2d相机的位置标定为例，基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，包括如下步骤：
步骤一，以全站仪为原点建立水平的直角坐标系，将道面检测机器人静止放置在直角坐标系中，调整道面检测机器人保持水平；
步骤二，通过全站仪测得道面检测机器人上两个GPS天线、雷达左右两端以及相机中心的水平投影坐标，分别记为
Figure BDA0002255419770000042
Figure BDA0002255419770000043
和
Figure BDA0002255419770000044
步骤三，计算两个GPS天线中心在水平面的投影点的连线中点的坐标，记为
Figure BDA0002255419770000045
步骤四，计算CA到PC的距离，记为L1；计算PC到PR的距离，记为L2；计算CA到PR的距离，记为L3；
步骤五，GPS天线与相机中心和雷达中心的相对位置计算，包括：
(a)计算CA距离PC在道面检测机器人本体坐标系的偏移，分别记为△CX和△CY，计算公式为：
Figure BDA0002255419770000041
其中，θC为CA与PC连线和PL与PR连线的夹角；
(b)计算GC到PC的距离，记为L4；计算GC到PR的距离，记为L5；
(c)计算雷达左右两端水平投影点GL和GR连线的中点GC在道面检测机器人本体坐标系中距离PC的偏移，分别记为△GX和△GY，计算公式为：
Figure BDA0002255419770000051
其中，雷达左右两端水平投影的中点坐标记为记为
Figure BDA00022554197700000513
θG为GC与PC的连线和PL与PR连线的夹角；
(d)计算雷达与GPS天线连线水平方向的夹角，记为αG，计算方法如下：
计算GPS天线连线与全站仪坐标系X轴的夹角，记为α1，计算雷达与全站仪坐标系x轴的夹角记为α2，则
Figure BDA0002255419770000052
αG＝|α1-α2|
至此，GPS天线与相机和雷达的相对位置标定完毕。
其中，
Figure BDA00022554197700000514
的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000053
L2的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000054
L1的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000055
L3的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000056
θC的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000057
Figure BDA00022554197700000515
的计算公式为：
Figure BDA0002255419770000058
Figure BDA0002255419770000059
L4的计算公式为：
Figure BDA00022554197700000510
L5的计算公式为：
Figure BDA00022554197700000511
θG的计算公式为：
Figure BDA00022554197700000512
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，以全站仪为原点建立水平的直角坐标系，将道面检测机器人静止放置在直角坐标系中，调整道面检测机器人保持水平；
步骤二，通过全站仪测得道面检测机器人上两个GPS天线、第一传感器左右两端以及第二传感器中心的水平投影坐标，分别记为PL(xPL,yPL)、PR(xPR,yPR)、GL(xGL,yGL)、GR(xGR,yGR)和CA(xCA,yCA)；
步骤三，计算两个GPS天线中心在水平面的投影点的连线中点的坐标，记为PC(xPC,yPC)；
步骤四，计算CA到PC的距离，记为L1；计算PC到PR的距离，记为L2；计算CA到PR的距离，记为L3；
步骤五，GPS天线与第二传感器中心和第一传感器中心的相对位置计算，包括：
(a)计算CA距离PC在道面检测机器人本体坐标系的偏移，分别记为ΔCX和ΔCY，计算公式为：
Figure FDA0003618426040000011
其中，θC为CA与PC连线和PL与PR连线的夹角；
(b)计算GC到PC的距离，记为L4；计算GC到PR的距离，记为L5；
(c)计算第一传感器左右两端水平投影点GL和GR连线的中点GC在道面检测机器人本体坐标系中距离PC的偏移，分别记为ΔGX和ΔGY，计算公式为：
Figure FDA0003618426040000012
其中，第一传感器左右两端水平投影的中点坐标记为GC(xGC,yGC)，θG为GC与PC的连线和PL与PR连线的夹角；
(d)计算第一传感器与GPS天线连线水平方向的夹角，记为αG，计算方法如下：
计算GPS天线连线与全站仪坐标系X轴的夹角，记为α1，计算第一传感器与全站仪坐标系x轴的夹角记为α2，则
Figure FDA0003618426040000021
αG＝|α1-α2|
至此，GPS天线与第二传感器和第一传感器的相对位置标定完毕。
2.根据权利要求1所述的基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，其特征在于，PC(xPC,yPC)的计算公式为：
Figure FDA0003618426040000022
3.根据权利要求2所述的基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，其特征在于，L2的计算公式为：
Figure FDA0003618426040000023
4.根据权利要求3所述的基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，其特征在于，L1的计算公式为：
Figure FDA0003618426040000024
5.根据权利要求4所述的基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，其特征在于，L3的计算公式为：
Figure FDA0003618426040000025
6.根据权利要求5所述的基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，其特征在于，θC的计算公式为：
Figure FDA0003618426040000026
7.根据权利要求4～6任一项所述的基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，其特征在于，GC(xGC,yGC)的计算公式为：
Figure FDA0003618426040000027
Figure FDA0003618426040000028
8.根据权利要求7所述的基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，其特征在于，L4的计算公式为：
Figure FDA0003618426040000029
9.根据权利要求8所述的基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，其特征在于，L5的计算公式为：
Figure FDA00036184260400000210
10.根据权利要求9所述的基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，其特征在于，θG的计算公式为：
Figure FDA0003618426040000031
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