CN113670332A - 用于获得agv车载定位传感器安装位姿的标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，属于自动控制技术领域，包括以下步骤：步骤A、AGV以及AGV上的定位传感器上电完成初始化；步骤B、控制AGV直线移动；步骤C、控制AGV原地旋转；步骤D、对定位传感器在步骤B和步骤C中记录的数据进行处理，完成定位传感器在AGV车体上安装位姿的标定。本发明的方法简便快捷，精度高，可以获得各种定位传感器（如激光雷达、WIFI/UWB/蓝牙等射频定位传感器、GPS卫星导航模块、相机/磁感器等标签识别传感器）在AGV车体上的安装位姿数据，以便将定位传感器获得的位姿数据转换得到AGV车体自身的位姿数据。
Description
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法。
背景技术
AGV，即Automated Guided Vehicle，属于轮式移动机器人领域，是指能够通过预设的程序自动将物品从一个位置移动至另一位置，是一种自动化、信息化和智能化设备。
随着机器人技术的发展，自动导引车在越来越多的领域内得到了应用，如仓储、物流、服务、巡检、演艺等。而自动导引车也大量地从工厂车间的相对单一、确定的运行环境走向相对复杂、未知的日常生活环境，随之而来的是需要搭载越来越多的各种类型的传感器。目前应用广泛的定位传感器包括激光雷达+反射板、射频基站+接收器(WIFI、蓝牙、超声等)、GPS卫星导航模块、标签识别传感器(磁条、二维码、RFID卡等)等。而传感器获得的数据都是相对于传感器自身坐标系的，车体要正常、安全运行需要将这些数据通过传感器在车体上安装位姿来转换到车体可以直接利用的数据才行。
以GPS定位模块为例，GPS定位模块获得的位置数据是模块本身的位置数据，当GPS模块安装在车体前部，这就需要知道GPS模块在车体上的安装位姿以得到车体后部的位置，并且安装位姿参数的准确性直接关系到车体的运动精度。传统地，AGV车载定位传感器在AGV车体上的安装位姿通过三种方式处理：直接将AGV车体自身坐标系建立在定位传感器自身坐标系上；采用图纸上的设计值、忽略安装误差；通过量具如卡尺直接测量获得。这些处理方式在传统应用场合是没有问题的，如每台AGV独立运动、不需要多车联动拼接或者多车拼接但拼接点位和路径都比较固定或者对AGV运动精度要求较低等。但在需要多台AGV任意拼接甚至要求AGV拼接之后整体运动的场合，这种方式会引入较大误差，严重影响拼接精度以及协同联动效果，甚至会发生碰撞。此外，当涉及到多个定位传感器数据相互融合时，也要依赖于定位传感器在AGV车体上的安装位姿数据。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，可以准确地定位传感器获得的位姿数据转换得到AGV车体自身的位姿数据。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，包括以下步骤：
步骤A、AGV以及AGV上的定位传感器上电完成初始化；
步骤B、控制AGV直线移动；
步骤C、控制AGV原地旋转；
步骤D、对定位传感器在步骤B和步骤C中记录的数据进行处理，完成定位传感器在AGV车体上安装位姿的标定；
所述步骤D包括以下步骤：
S1：读取定位传感器在步骤B和步骤C中记录的数据，所述数据包括横坐标序列X、纵坐标序列Y以及姿态序列A；
S2：将在步骤B获得数据中的横坐标序列X和纵坐标序列Y进行直线拟合得到直线方向矢量
对姿态序列A计算得到均值
S3：将在步骤C获得数据中的横坐标序列X和纵坐标序列Y进行圆弧拟合得到圆弧圆心点C以及圆弧半径R；
S4：建立最优化问题：
将步骤B中获得的数据横坐标序列X、纵坐标序列Y和姿态序列A、计算得到的均值
以及圆弧半径R带入到最优化问题中求解得到定位传感器坐标系原点在车体坐标系中的方向角θ，其中，i＝1,2,…,n为数据序列中点的索引号，n为点的个数，xi为横坐标序列X中的值，yi为纵坐标序列Y中的值，ai为姿态序列A中的值；
S5：通过方向角θ以及定位传感器在AGV坐标系中的位置确定定位传感器在AGV坐标系中的安装位姿。
本发明的有益技术效果是：简便快捷，精度高，可以获得各种定位传感器(如激光雷达、WIFI/UWB/蓝牙等射频定位传感器、GPS卫星导航模块、相机/磁感器等标签识别传感器)在AGV车体上的安装位姿数据，以便将定位传感器获得的位姿数据转换得到AGV车体自身的位姿数据。下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1定位传感器与AGV车体相对位姿关系示意图；
图2定位传感器在直线圆弧运动中采集数据以及拟合结果示意图。
具体实施方式
参见附图1和2，本发明提供了一种AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，包括以下步骤。
步骤A、AGV以及AGV上的定位传感器上电完成初始化。使AGV以及定位传感器上电以完成初始化，确认AGV可以正常运动；配置/确认定位传感器获得的定位数据是其自身的位姿数据而未经过其他平移旋转等变换处理，确认定位传感器在后续步骤中能够正常定位并记录数据。
步骤B、控制AGV直线移动：控制AGV使其朝向自身正方向沿直线运动足够远的距离，一般要求大于10米；为保证运动过程中车体姿态不偏斜以及运动不偏向，可对AGV车体施加外部直线移动约束以保证运动轨迹的直线度。直线移动约束可以是固定在地面或墙面上的直线导轨以及与所述直线导轨相配套的固定在AGV上的滑块。
步骤C、控制AGV原地旋转。控制AGV使其以其自身坐标系原点为圆心点转动1至2圈；一般地，AGV自身坐标系原点为其车体型心，如此控制AGV原地旋转即可。
步骤D、对定位传感器在步骤B和步骤C中记录的数据进行处理，完成定位传感器在AGV车体上安装位姿的标定。
具体地，上述步骤D包括以下步骤：
S1：读取定位传感器在步骤B和步骤C中记录的数据，所述数据包括横坐标序列X、纵坐标序列Y以及姿态序列A。
S2：将在步骤B获得数据中的横坐标序列X和纵坐标序列Y进行直线拟合(如图2中编号为1的轨迹)得到直线方向矢量
对姿态序列A计算得到均值
S3：将在步骤C获得数据中的横坐标序列X和纵坐标序列Y进行圆弧拟合(如图2中编号为6的轨迹)得到圆弧圆心点C以及圆弧半径R。
S4：建立最优化问题：
将步骤B中获得的数据横坐标序列X、纵坐标序列Y和姿态序列A、计算得到的均值
以及圆弧半径R带入到最优化问题中求解得到定位传感器坐标系原点在车体坐标系中的方向角θ，其中，i＝1,2,…,n为数据序列中点的索引号，n为点的个数，xi为横坐标序列X中的值，yi为纵坐标序列Y中的值，ai为姿态序列A中的值。
S5：通过方向角θ以及定位传感器在AGV坐标系中的位置确定定位传感器在AGV坐标系中的安装位姿。
步骤S5中定位传感器在AGV车体上的安装位姿矩阵
w,h和α分别是定位传感器坐标系在AGV车体坐标系下的坐标系的横坐标、纵坐标和姿态。
在本发明中，上述的定位传感器可以是激光雷达、GPS模块、标签识别传感器或射频基站模块。标签识别传感器可以是磁条、二维码或RFID卡。射频基站模块可以是WIFI模块、蓝牙模块或超声波传感器。
对上述的直线拟合算法、圆弧拟合算法、非线性最优化算法不做具体要求限制，任意现有的可实现相应目的的成熟算法均可。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (9)
1.一种AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、AGV以及AGV上的定位传感器上电完成初始化；
步骤B、控制AGV直线移动；
步骤C、控制AGV原地旋转；
步骤D、对定位传感器在步骤B和步骤C中记录的数据进行处理，完成定位传感器在AGV车体上安装位姿的标定；
所述步骤D包括以下步骤：
S1：读取定位传感器在步骤B和步骤C中记录的数据，所述数据包括横坐标序列X、纵坐标序列Y以及姿态序列A；
S2：将在步骤B获得数据中的横坐标序列X和纵坐标序列Y进行直线拟合得到直线方向矢量
对姿态序列A计算得到均值
S3：将在步骤C获得数据中的横坐标序列X和纵坐标序列Y进行圆弧拟合得到圆弧圆心点C以及圆弧半径R；
S4：建立最优化问题：
将步骤B中获得的数据横坐标序列X、纵坐标序列Y和姿态序列A、计算得到的均值
以及圆弧半径R带入到最优化问题中求解得到定位传感器坐标系原点在车体坐标系中的方向角θ，其中，i＝1,2,…,n为数据序列中点的索引号，n为点的个数，xi为横坐标序列X中的值，yi为纵坐标序列Y中的值，ai为姿态序列A中的值；
S5：通过方向角θ以及定位传感器在AGV坐标系中的位置确定定位传感器在AGV坐标系中的安装位姿。
2.根据权利要求1所述的AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，其特征在于，步骤S5中定位传感器在AGV车体上的安装位姿矩阵
w,h和α分别是定位传感器坐标系在AGV车体坐标系下的坐标系的横坐标、纵坐标和姿态。
3.根据权利要求1所述的AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，其特征在于，在步骤B中控制AGV直线移动至少10米。
4.根据权利要求1所述的AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，其特征在于，步骤B中对AGV直线移动施加直线移动约束。
5.根据权利要求4所述的AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，其特征在于，所述直线移动约束包括固定在地面或墙面上的直线导轨以及与所述直线导轨相配套的固定在AGV上的滑块。
6.根据权利要求1所述的AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，其特征在于，在步骤C中控制AGV以自身坐标系原点为圆心旋转1至2圈。
7.根据权利要求1-6任一项所述的AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，其特征在于，所述定位传感器为激光雷达、GPS模块、标签识别传感器或射频基站模块。
8.根据权利要求7所述的AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，其特征在于，所述标签识别传感器为磁条、二维码或RFID卡。
9.根据权利要求7所述的AGV上车载定位传感器安装位姿的标定方法，其特征在于，所述射频基站模块为WIFI模块、蓝牙模块或超声波传感器。
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