CN111121625B - 一种对角布置双激光雷达相对位置标定方法 - Google Patents
一种对角布置双激光雷达相对位置标定方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种对角布置双激光雷达相对位置标定方法，属于智能物流技术领域，包括以下步骤：S1、在背负式AGV上安装两个激光雷达，保证AGV在行走过程中始终扫描360°区域环境；S2、将AGV静置于两个墙面相交的墙角处保证雷达A和雷达B能同时扫描到墙面1和墙面2墙体特征；S3、手动做N次旋转AGV车体动作，得到N组雷达A和雷达B坐标系下墙面1和墙面2的直线特征方程；S4、计算出雷达A相对于雷达B的平均角度偏差值；S5、求出N组两雷达下的交点坐标，得到雷达A相对于雷达B的N组平均相对偏移距离；S6、得到双激光雷达的相对位置。通过激光雷达采集特征数据，过程可控且精确度高，方法可靠且简单易行，满足市场需求。
Description
技术领域
本发明涉及智能物流技术领域，特别涉及一种对角布置双激光雷达相对位置标定方法。
背景技术
随着科技的发展物流行业已经逐渐走向了智能化时代，在智能物流行业中，AGV意即“自动导引运输车”具有广泛的应用，AGV是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道来设立其行进路线，电磁轨道黏贴於地板上，无人搬运车则依循电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作，AGV以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。
由于AGV是依循电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作，因此需要在AGV车体上安装激光雷达进行矫正移动方向，而激光雷达一般需要设定两个，实现AGV全方位扫描周围环境，但是传统的激光雷达的相对位置确定方式复杂、可靠性低以及精度不高实用性差。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述安装在AGV车体上的两个激光雷达相对位置标定方式复杂、可靠性低以及精度不高实用性差的问题提出一种对角布置双激光雷达相对位置标定方法，具有过程可控，方法可靠，实现简单，精度较高，能够满足实际应用场景的需求的优点。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种对角布置双激光雷达相对位置标定方法，包括以下步骤：
S1、在背负式自动导引运输车AGV上安装两个激光雷达，分别为雷达A和雷达B，保证AGV在行走过程中始终扫描360°区域环境；
S2、选取相交的墙面1和墙面2，并将AGV静置于两个墙面相交的墙角处保证雷达A和雷达B能同时扫描到墙面1和墙面2墙体特征；
S3、提取雷达A和雷达B扫描到两个墙面的点云特征，并通过最小二乘法拟合得到两组直线特征方程，再手动旋转AGV车体，保证雷达A和雷达B能同时扫描到墙面1和墙面2墙体特征，做N次旋转AGV车体动作，得到N组雷达A和雷达B坐标系下墙面1和墙面2的直线特征方程；
S4、根据N组直线特征方程计算出雷达A相对于雷达B的N组角度偏差值，并求出平均值；
S5、根据雷达A和雷达B分别扫描到的N组墙面1和墙面2的直线特征，求出N组两雷达下的交点坐标，根据N组交点坐标得到雷达A相对于雷达B的N组相对偏移距离，并求出平均值；
S6、根据平均角度偏差和平均偏移距离得到双激光雷达的相对位置；
所述步骤S3中：
雷达A中墙面1和墙面2的直线特征方程为
AA1*x+BA1*y+CA1＝0
AA2*x+BA2*y+CA2＝0
雷达B中墙面1和墙面2的直线特征方程为
AB1*x+BB1*y+CB1＝0
AB2*x+BB2*y+CB2＝0
N组雷达A和雷达B坐标系下墙面1和墙面2的直线特征方程
{AA1(i)，BA1(i)，CA1(i)}，i＝1，2，...，N
{AA2(i)，BA2(i)，CA2(i)}，i＝1，2，...，N
{AB1(i)，BB1(i)，CB1(i)}，i＝1，2，...，N
{AB2(i)，BB2(i)，CB2(i)}，i＝1，2，...，N；
所述步骤S4中：
墙面1在两雷达中的N组角度差为
对N组角度差求平均，得到雷达A相对于雷达B的角度偏差值为
其中，N为正整数；
AA1、BA1、CA1、AA2、BA2、CA2为雷达A中墙面1和墙面2直线特征方程的系数；
AB1、BB1、CB1、AB2、BB2、CB2为雷达B中墙面1和墙面2直线特征方程的系数；
AA1(i)、BA1(i)、CA1(i)、AA2(i)、BA2(i)、CA2(i)、AB1(i)、BB1(i)、CB1(i)、AB2(i)、BB2(i)、CB2(i)为N组雷达A和雷达B坐标系下墙面1和墙面2直线特征方程的系数。
优选的，所述雷达A和雷达B对角安装在AGV上，且每个雷达的扫描区域是270°扇形。
优选的，所述步骤S5中：
N组两雷达下的交点坐标分别为
{point_Ax(i)，point_Ay(i)}，i＝1，2，...，N
{point_Bx(i)，point_By(i)}，i＝1，2，...，N
雷达A相对于雷达B的偏移为
position_xbias(i)
＝point_Ax(i)-cos(anglebias)*point_Bx(i)+sin(anglebias)*point_By(i)，i＝1，2，...，N
position_ybias(i)
＝point_Ay(i)-sin(anglebias)*point_Bx(i)-cos(anglebias)*point_By(i)，i＝1，2，...，N
进一步求平均，得到雷达A相对于雷达B的偏移为
其中，N为正整数；
Point_Ax(i)、Point_Bx(i)为N组两雷达下交点的横坐标，Point_Ay(i)、Point_By(i)为N组两雷达下交点的纵坐标。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明双雷达相对位置标定方法简单易行，可靠性高。
2、本发明双雷达相对位置标定方法通过激光雷达采集特征数据，手动旋转AGV小车，实时通过雷达点云显示界面确认同时扫描到两面墙体特征，且两雷达扫描的是相同的两面墙体特征，过程可控，方法可靠。
3、本发明双雷达相对位置标定方法程序实现简单，精度较高，能够满足实际应用场景的需求。
具体实施方式
下面将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。
一种对角布置双激光雷达相对位置标定方法，包括以下步骤：
S1、在背负式自动导引运输车AGV上安装两个激光雷达，分别为雷达A和雷达B，保证AGV在行走过程中始终扫描360°区域环境；
S2、选取相交的墙面1和墙面2，并将AGV静置于两个墙面相交的墙角处保证雷达A和雷达B能同时扫描到墙面1和墙面2墙体特征；
S3、提取雷达A和雷达B扫描到两个墙面的点云特征，并通过最小二乘法拟合得到两组直线特征方程，再手动旋转AGV车体，保证雷达A和雷达B能同时扫描到墙面1和墙面2墙体特征，做N次旋转AGV车体动作，得到N组雷达A和雷达B坐标系下墙面1和墙面2的直线特征方程；
S4、根据N组直线特征方程计算出雷达A相对于雷达B的N组角度偏差值，并求出平均值；
S5、根据雷达A和雷达B分别扫描到的N组墙面1和墙面2的直线特征，求出N组两雷达下的交点坐标，根据N组交点坐标得到雷达A相对于雷达B的N组相对偏移距离，并求出平均值；
S6、根据平均角度偏差和平均偏移距离得到双激光雷达的相对位置。
所述雷达A和雷达B对角安装在AGV上，且每个雷达的扫描区域是270°扇形，确保AGV在行走过程中始终扫描360°区域环境。
所述步骤S3中：
雷达A中墙面1和墙面2的直线特征方程为
AA1*x+BA1*y+CA1＝0
AA2*x+BA2*y+CA2＝0
雷达B中墙面1和墙面2的直线特征方程为
AB1*x+BB1*y+CB1＝0
AB2*x+BB2*y+CB2＝0
N组雷达A和雷达B坐标系下墙面1和墙面2的直线特征方程
{AA1(i)，BA1(i)，CA1(i)}，i＝1，2，...，N
{AA2(i)，BA2(i)，CA2(i)}，i＝1，2，...，N
{AB1(i)，BB1(i)，CB1(i)}，i＝1，2，...，N
{AB2(i)，BB2(i)，CB2(i)}，i＝1，2，...，N。
所述步骤S4中：
墙面1在两雷达中的N组角度差为
对N组角度差求平均，得到雷达A相对于雷达B的角度偏差值为
所述步骤S5中：
N组两雷达下的交点坐标分别为
{point_Ax(i)，point_Ay(i)}，i＝1，2，...，N
{point_Bx(i)，point_By(i)}，i＝1，2，...，N
雷达A相对于雷达B的偏移为
position_xbias(i)
＝point_Ax(i)-cos(anglebias)*point_Bx(i)+sin(anglebias)*point_By(i)，i＝1，2，...，N
position_ybias(i)
＝point_Ay(i)-sin(anglebias)*point_Bx(i)-cos(anglebias)*point_By(i)，i＝1，2，...，N
进一步求平均，得到雷达A相对于雷达B的偏移为
上述的最小二乘法是一种数学优化技术，它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小，最小二乘法还可用于曲线拟合。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.一种对角布置双激光雷达相对位置标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在背负式自动导引运输车AGV上安装两个激光雷达，分别为雷达A和雷达B，保证AGV在行走过程中始终扫描360°区域环境；
S2、选取相交的墙面1和墙面2，并将AGV静置于两个墙面相交的墙角处保证雷达A和雷达B能同时扫描到墙面1和墙面2墙体特征；
S3、提取雷达A和雷达B扫描到两个墙面的点云特征，并通过最小二乘法拟合得到两组直线特征方程，再手动旋转AGV车体，保证雷达A和雷达B能同时扫描到墙面1和墙面2墙体特征，做N次旋转AGV车体动作，得到N组雷达A和雷达B坐标系下墙面1和墙面2的直线特征方程；
S4、根据N组直线特征方程计算出雷达A相对于雷达B的N组角度偏差值，并求出平均值；
S5、根据雷达A和雷达B分别扫描到的N组墙面1和墙面2的直线特征，求出N组两雷达下的交点坐标，根据N组交点坐标得到雷达A相对于雷达B的N组相对偏移距离，并求出平均值；
S6、根据平均角度偏差和平均偏移距离得到双激光雷达的相对位置；
所述步骤S3中：
雷达A中墙面1和墙面2的直线特征方程为AA1*x+BA1*y+CA1＝0
AA2*x+BA2*y+CA2＝0
雷达B中墙面1和墙面2的直线特征方程为
AB1*x+BB1*y+CB1＝0
AB2*x+BB2*y+CB2＝0
N组雷达A和雷达B坐标系下墙面1和墙面2的直线特征方程
{AA1(i)，BA1(i)，CA1(i)}，i＝1，2，...，N
{AA2(i)，BA2(i)，CA2(i)}，i＝1，2，...，N
{AB1(i)，BB1(i)，CB1(i)}，i＝1，2，...，N
{AB2(i)，BB2(i)，CB2(i)}，i＝1，2，...，N；
所述步骤S4中：
墙面1在两雷达中的N组角度差为
对N组角度差求平均，得到雷达A相对于雷达B的角度偏差值为
其中，N为正整数；
AA1、BA1、CA1、AA2、BA2、CA2为雷达A中墙面1和墙面2直线特征方程的系数；
AB1、BB1、CB1、AB2、BB2、CB2为雷达B中墙面1和墙面2直线特征方程的系数；
AA1(i)、BA1(i)、CA1(i)、AA2(i)、BA2(i)、CA2(i)、AB1(i)、BB1(i)、CB1(i)、AB2(i)、BB2(i)、CB2(i)为N组雷达A和雷达B坐标系下墙面1和墙面2直线特征方程的系数。
2.根据权利要求1所述的一种对角布置双激光雷达相对位置标定方法，其特征在于，所述雷达A和雷达B对角安装在AGV上，且每个雷达的扫描区域是270°扇形。
3.根据权利要求1所述的一种对角布置双激光雷达相对位置标定方法，其特征在于，所述步骤S5中：
N组两雷达下的交点坐标分别为
{point_Ax(i)，point_Ay(i)}，i＝1，2，...，N
{point_Bx(i)，point_By(i)}，i＝1，2，...，N
雷达A相对于雷达B的偏移为
position_xbias(i)＝point_Ax(i)-cos(anglebias)*point_Bx(i)+sin(anglebias)*point_By(i)，i＝1，2，...，N
position_ybias(i)＝point_Ay(i)-sin(anglebias)*point_Bx(i)-cos(anglebias)*point_By(i)，i＝1，2，...，N
进一步求平均，得到雷达A相对于雷达B的偏移为
其中，N为正整数；
Point_Ax(i)、Point_Bx(i)为N组两雷达下交点的横坐标，Point_Ay(i)、Point_By(i)为N组两雷达下交点的纵坐标。
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