CN112450808A - 一种用于激光头的角度校准方法、芯片和机器人 - Google Patents

一种用于激光头的角度校准方法、芯片和机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于激光头的角度校准方法、芯片和机器人，该方法包括以下步骤：S1：机器人先设置在竖直平面的前方且机器人的正前方与竖直平面平行；S2：机器人控制激光头工作，获取激光数据；S3：机器人寻找激光数据中特定线段且从特定线段中获取定位线段；S4：机器人获取定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角；S5：机器人根据所述夹角校准激光头的角度。机器人以与机器人的正前方平行的竖直平面作为参照物，获取激光头的0度角与机器人的正前方的夹角后，自动校准激光头的角度，提高机器人检测数据的准确度。

Description

一种用于激光头的角度校准方法、芯片和机器人
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，具体涉及一种用于激光头的角度校准方法、芯片和机器人。
背景技术
扫地机在进行清扫或行走时，需要不同的传感器获取数据来规划路线。对于激光扫地机来说，激光头是激光扫地机的检测传感器中一个重要的传感器，在使用时，是需要做角度校准的（叫register或calibration），用于确定激光头出来的数据的0度角在扫地机正前方。而不做校准的激光头出来的数据不可用，如果采用这些数据进行导航和路线规划，机器人容易与障碍物碰撞或卡在墙脚，行走的路线也不整齐，降低清扫效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于激光头的角度校准方法、芯片和机器人，大大提高了机器人的检测准确度。本发明的具体技术方案如下：
一种用于激光头的角度校准方法，该方法包括以下步骤：S1：机器人先设置在竖直平面的前方且机器人的正前方与竖直平面平行；S2：机器人控制激光头工作，获取激光数据；S3：机器人寻找激光数据中特定线段且从特定线段中获取定位线段；S4：机器人获取定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角；S5：机器人根据所述夹角校准激光头的角度。机器人以与机器人的正前方平行的竖直平面作为参照物，获取激光头的0度角与机器人的正前方的夹角后，自动校准激光头的角度，提高机器人检测数据的准确度。
于本发明的一个或多个方案中，步骤S2中：所述机器人获取若干帧激光数据，并将获取的激光数据组合在一起。机器人获取多帧激光数据来进行计算，避免数据不稳定，提高计算精准度。
于本发明的一个或多个方案中，步骤S2中：机器人通过拟合直线的方式获取激光数据中的线段。
于本发明的一个或多个方案中，步骤S2中：机器人将长度大于长度预设值且线段上的数据点大于数量预设值的线段设为特定线段，机器人选择最接近机器人的特定线段作为定位线段。排除了环境对计算结果的干扰。机器人根据实际情况来筛选合适的线段来作为特定线段，提高计算结果的准确度。
于本发明的一个或多个方案中，步骤S3中：机器人以自身为原点，以激光头0度发射方向为x轴建立坐标系，经原点做定位线段的垂线，通过三角函数获取垂线与x轴之间的夹角，所述夹角相加90度得到定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角。通过建立坐标系结合获取到的激光数据来就进行计算，使计算结果更加精准。
于本发明的一个或多个方案中，机器人获取定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角后，获取若干帧的激光数据，然后计算和比较每帧激光数据中所述垂线的长度，若所述垂线之间的长度的差值大于预设值，则进行报错，重新计算定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角；反之则进入步骤S5。通过多次验证来确定计算结果的准确度，实用性高。
于本发明的一个或多个方案中，步骤S4中：机器人根据所述垂线在坐标系中的位置，将定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角加上或减去90度来获取激光头的角度，并将激光头的角度发送给控制器来进行校准。通过机器人自动来调整激光头的角度，便利性高，降低校准时间。
于本发明的一个或多个方案中，获取需要校准的激光头角度后，机器人通过校准工具对激光头的角度进行验证。对获取的角度再次验证，提高校准结果的准确度。
一种芯片，内置控制程序，所述控制程序用于控制机器人执行上述的用于激光头的角度校准方法。芯片通过装载在不同的机器人中，使机器人可以快速校准激光头。
一种机器人，装配有主控芯片，所述主控芯片是上述的芯片。机器人通过校准激光头的角度来快速进入工作状态，提高机器人的工作效率。
附图说明
图1为本发明的用于激光头的角度校准方法的流程图；
图2为本发明的机器人建立坐标系的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征 “之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
下面结合说明书的附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照附图1可知，一种用于激光头的角度校准方法，该方法包括以下步骤：S1：机器人先设置在竖直平面的前方且机器人的正前方与竖直平面平行；S2：机器人控制激光头工作，获取激光数据；S3：机器人寻找激光数据中特定线段且从特定线段中获取定位线段；S4：机器人获取定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角；S5：机器人根据所述夹角校准激光头的角度。机器人以与机器人的正前方平行的竖直平面作为参照物，获取激光头的0度角与机器人的正前方的夹角后，自动校准激光头的角度，提高机器人检测数据的准确度。
作为其中一种实施例，机器人在控制激光头工作前：先将机器人放置在竖直平面的前方，并使竖直平面位于机器人的左侧或右侧，机器人的正前方与竖直平面平行，则机器人的轮轴线与竖直平面垂直，机器人是通过校准治具来进行校准，治具会定时做校准，保证扫地机正前方与白板平行，而竖直平面与机器人的距离可以保持在2cm至10cm之间，竖直平面的长度大于30cm，来提高检测的准确度。机器人通过周围的环境来作为校准参照物，使机器人获取的数据更加准确。所述机器人获取若干帧激光数据，并将获取的激光数据组合在一起，就是将获取的多帧激光数据的数据点全部组合在一起。机器人获取多帧激光数据来进行计算，避免数据不稳定，提高计算精准度，机器人可以获取3帧激光数据，获取的激光数据的数量适中，不需要计算太多的激光数据，计算结果精准度高。机器人通过拟合直线的方式获取激光数据中的线段。机器人将长度大于长度预设值且线段上的数据点大于数量预设值的线段设为特定线段，比如长度预设值为0.15米，数量预设值为15。机器人根据实际情况来筛选合适的线段来作为特定线段，提高计算结果的准确度。机器人选择最接近机器人的特定线段作为定位线段。排除了环境对计算结果的干扰。
作为其中一种实施例，参照图2可知，机器人以自身为原点，以激光头0度发射方向为x轴建立坐标系，经原点做定位线段的垂线，通过三角函数获取垂线与x轴之间的夹角，所述夹角相加90度得到定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角。通过建立坐标系结合获取到的激光数据来进行计算，使计算结果更加精准。机器人的目的是计算出激光头0度方向与机器人正前方的夹角，就是激光头0度方向与竖直平面向前方向的夹角；如果建立图2坐标系，+x方向是激光头0度方向，x到y方向是θ正方向，则这个坐标系可以使用sin/cos/atan等三角函数，在这个坐标系中，要计算的夹角就是Ox与AB方向的夹角，Ox方向θ为0度，要计算的夹角就是AB的方向角。通过直线拟合计算出竖直平面在坐标系中的位置，知道A与B是竖直平面直线上两个点，则可能通过这两个点计算出夹角。但不确定是A至B还是B至A,所以通过原点向AB做垂线OC，OC的角度再加上90度就是需要求得的最终夹角(相当于上图的A至B方向，为竖直平面在扫地机右方)；令A=(x0,y0), B=(x1,y1)，O=(x2,y2)=(0,0), C=(x3,y3)，已知A与B，则k = ((y1 - y0)*(x2 - x0) - (x1 - x0)*(y2 - y0)) / ((y1 - y0)*(y1 - y0) + (x1 - x0)*(x1 - x0))；x3 = x2 - k * (y1 - y0)；y3 = y2 + k * (x1 -x0)；则OC方向角=atan2(y3, x3)；最终夹角=OC方向角+π/2；，机器人获取定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角后，获取若干帧的激光数据，然后计算和比较每帧激光数据中所述垂线的长度，若所述垂线之间的长度的差值大于预设值，则进行报错，重新计算定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角；反之则继续进行计算。通过多次验证来确定计算结果的准确度，实用性高。比如，获取5帧激光数据，垂线距离则是OC距离，为sqrt(x32+y32)，比较5帧激光数据中的垂线距离，每两帧激光数据中的垂线距离的差值，如果其中一次距离差值太大，要不就是计算错误，要不就是激光原始数据错误，都不能用于后续校准了。垂线距离是激光头原点到白板的距离，使用的是激光的数据来计算，应该满足实际的距离，通过这个检测，可以判断激光数据是否有效，距离计算是否正常，如果其中一次计算不满足，则报错，原因可能是上述计算错误，可能是激光数据错误。
作为其中一种实施例，机器人根据所述垂线在坐标系中的位置，将定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角加上或减去90度来获取激光头的角度，图2的垂线的方向角为逆时针方向，所以是加上90度，并将激光头的角度发送给控制器来进行校准。通过机器人自动来调整激光头的角度，便利性高，降低校准时间。比如，机器人将角度发送给机器人的主控ICAM580，写入参数校准。获取需要校准的激光头角度后，机器人通过校准工具对激光头的角度进行验证。对获取的角度再次验证，提高校准结果的准确度。在验证时，校准工具中选择参数配置，然后再根据参数配置中的校准参考值与误差的激光雷达的数据范围来验证激光头角度，激光头角度在校准参考值与误差的激光雷达的数据范围内才可以使用，否则报错，重新计算。
一种芯片，内置控制程序，所述控制程序用于控制机器人执行上述的用于激光头的角度校准方法。芯片通过装载在不同的机器人中，使机器人可以快速校准激光头。
一种机器人，装配有主控芯片，所述主控芯片是上述的芯片。机器人通过校准激光头的角度来快速进入工作状态，提高机器人的工作效率。
在说明书的描述中，参考术语“合一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本发明的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。说明书的描述中连接的所述连接方式具有明显的效果和实用效力。
通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，应由各权利要求限定之。

Claims (10)

1.一种用于激光头的角度校准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：机器人先设置在竖直平面的前方且机器人的正前方与竖直平面平行；
S2：机器人控制激光头工作，获取激光数据；
S3：机器人寻找激光数据中特定线段且从特定线段中获取定位线段；
S4：机器人获取定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角；
S5：机器人根据所述夹角校准激光头的角度。
2.根据权利要求1所述的用于激光头的角度校准方法，其特征在于，步骤S2中：所述机器人获取若干帧激光数据，并将获取的激光数据组合在一起。
3.根据权利要求1所述的用于激光头的角度校准方法，其特征在于，步骤S3中：机器人通过拟合直线的方式获取激光数据中的线段。
4.根据权利要求1所述的用于激光头的角度校准方法，其特征在于，步骤S3中：机器人将长度大于长度预设值且线段上的数据点大于数量预设值的线段设为特定线段，机器人选择最接近机器人的特定线段作为定位线段。
5.根据权利要求1所述的用于激光头的角度校准方法，其特征在于，步骤S4中：机器人以自身为原点，以激光头0度发射方向为x轴建立坐标系，经原点做定位线段的垂线，通过三角函数获取垂线与x轴之间的夹角，所述夹角相加90度得到定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角。
6.根据权利要求5所述的用于激光头的角度校准方法，其特征在于，机器人获取定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角后，获取若干帧的激光数据，然后计算和比较每帧激光数据中所述垂线的长度，若所述垂线之间的长度的差值大于预设值，则进行报错，重新计算定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角；反之则进入步骤S5。
7.根据权利要求1或5所述的用于激光头的角度校准方法，其特征在于，步骤S4中：机器人根据所述垂线在坐标系中的位置，将定位线段与激光头0度发射方向之间的夹角加上或减去90度来获取激光头的角度，并将激光头的角度发送给控制器来进行校准。
8.根据权利要求7所述的用于激光头的角度校准方法，其特征在于，获取需要校准的激光头角度后，机器人通过校准工具对激光头的角度进行验证。
9.一种芯片，内置控制程序，其特征在于，所述控制程序用于控制机器人执行权利要求1至8中任一项所述的用于激光头的角度校准方法。
10.一种机器人，装配有主控芯片，其特征在于，所述主控芯片是权利要求9所述的芯片。
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