CN114683279A - 导航精度的确定方法、装置和电子设备 - Google Patents

导航精度的确定方法、装置和电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种导航精度的确定方法、装置和电子设备，根据第一变换矩阵，将测量坐标系的原点与导航坐标系的原点对齐；基于对齐后的测量坐标系，获取目标设备导航至目标位置后，目标设备中测量装置相对于对齐后的测量坐标系的第一位姿；根据第一位姿，预设的初始位姿，以及预先确定的第二变换矩阵，确定目标设备的导航精度。该方式中，通过第一变换矩阵将测量设备的坐标系与导航的坐标系对齐，能够得到目标设备导航后的实际位姿，通过第二变换矩阵，将测量装置中心与目标设备的旋转中心对齐，使得目标设备的初始位姿和导航后的实际位姿相对于的中心保持一致，提高了目标设备导航后实际位姿的准确度，进而提高了导航精度的准确度。

Description

导航精度的确定方法、装置和电子设备
技术领域
本发明涉及导航定位技术领域，尤其是涉及一种导航精度的确定方法、装置和电子设备。
背景技术
在实际场景中，机器人的指令位姿为控制系统给定的目标位姿，机器人可以通过导航系统控制机器人移动至目标位置，同时以目标姿态到达目标位置。但是，由于机器人的制作工艺可能会产生各种几何误差，或者由于导航系统的故障，可能会导致机器人到达的实际位姿与目标位姿存在一定的偏差。相关技术中，通常采用测量设备，测量实际位姿与目标位姿的误差，具体将测量设备的采集点设置于机器人内部，测量机器人到达目标位置的实际位姿，然后与目标位姿进行偏差计算，得到机器人的导航精度。但是，测量设备与机器人的坐标系通常不一致，且测量设备的采集点也无法安装到机器人的导航中心，因此无法准确的测量机器人的实际位姿，导致测量得到的机器人的导航精度不准确。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种导航精度的确定方法、装置和电子设备，以提高目标设备在目标位置的实际位姿的准确度，进而提高导航精度的准确度。
第一方面，本发明实施例提供了一种导航精度的确定方法，该方法包括：根据预先确定的第一变换矩阵，将测量设备的测量坐标系的原点与目标设备的导航坐标系的原点对齐，得到对齐后的测量坐标系；基于对齐后的测量坐标系，获取目标设备导航至目标位置后，测量设备输出的测量装置相对于对齐后的测量坐标系的第一位姿；其中，测量装置设置于目标设备中；根据第一位姿，预设的目标设备的旋转中心在目标位置的初始位姿，以及预先确定的测量装置相对于目标设备的旋转中心的第二变换矩阵，确定目标设备的导航精度。
进一步的，根据第一位姿，预设的目标设备的旋转中心在目标位置的初始位姿，以及预先确定的测量装置相对于目标设备的旋转中心的第二变换矩阵，确定目标设备的导航精度的步骤，包括：根据第二变换矩阵，对初始位姿进行位姿转换，得到目标设备的测量装置的中心在目标位置的目标位姿；根据第一位姿和目标位姿，确定目标设备的导航精度。
进一步的，第一位姿包括：目标设备至少两次导航至目标位置后，获得的至少两个第一位姿；根据第一位姿和目标位姿，确定目标设备的导航精度的步骤，包括：针对每个第一位姿，计算该第一位姿和目标位姿之间的位置距离和姿态偏差，得到至少两个位置距离值和至少两个姿态偏差值；根据至少两个位置距离值和至少两个姿态偏差值，确定目标设备的导航精度。
进一步的，针对每个第一位姿，计算该第一位姿和目标位姿之间的位置距离，得到至少两个位置距离值的步骤，包括：
Figure BDA0003508654850000021
其中，lj为目标设备在第j次导航至目标位置的第一位姿与目标位姿之间的位置距离；xj，yj为目标设备在第j次导航至目标位置的第一位置；xc，yc为目标位姿的目标位置。
进一步的，针对每个第一位姿，计算该第一位姿和目标位姿之间的姿态偏差，得至少两个姿态偏差值的步骤，包括：Δθj＝|θj-θc|；其中，Δθj为目标设备在第j次导航至目标位置的第一位姿与目标位姿之间的姿态偏差；θj为目标设备在第j次导航至目标位置的第一姿态；θc为目标位姿的目标姿态。
进一步的，根据至少两个位置距离值和至少两个姿态偏差值，确定目标设备的导航精度的步骤，包括：计算至少两个位置距离值的平均值，得到绝对位置精度；计算至少两个姿态偏差值平均值，得到绝对姿态精度；将绝对位置精度和绝对姿态精度，确定为目标设备的导航精度。
进一步的，第一变换矩阵和第二变换矩阵通过以下方式确定：建立目标设备的设备模型，根据设备模型，获取目标设备导航至第一标定位置后目标设备相对于导航坐标系的第二位姿，以及目标设备导航至第二标定位置后目标设备相对于导航坐标系的第三位姿；其中，设备模型用于确定目标设备相对于导航坐标系的位姿；获取目标设备导航至第一标定位置后目标设备中测量装置相对于测量坐标系的第四位姿，以及目标设备导航至第二标定位置后目标设备中测量装置相对于测量坐标系的第五位姿；根据第二位姿、第三位姿、第四位姿以及第五位姿，通过手眼标定原理，确定第一变换矩阵和第二变换矩阵。
进一步的，根据第二位姿、第三位姿、第四位姿以及第五位姿，通过手眼标定原理，确定第一变换矩阵和第二变换矩阵的步骤，包括：根据第二位姿和第三位姿，确定目标设备的旋转中心在第一标定位置相对于导航坐标系的原点的第三变换矩阵，以及目标设备的旋转中心在第二标定位置相对于导航坐标系的原点的第四变换矩阵；根据第四位姿和第五位姿，确定测量设备相对于测量装置在第一标定位置的第五变换矩阵，以及测量设备相对于测量装置在第二标定位置的第六变换矩阵；根据第三变换矩阵、第四变换矩阵、第五变换矩阵以及第六变换矩阵，确定第一变换矩阵和第二变换矩阵。
进一步的，根据第三变换矩阵、第四变换矩阵、第五变换矩阵以及第六变换矩阵，确定第一变换矩阵和第二变换矩阵的步骤，包括：
Figure BDA0003508654850000041
Figure BDA0003508654850000042
其中，D为第一变换矩阵；X为第二变换矩阵；A1为第三变换矩阵；A2为第四变换矩阵；
Figure BDA0003508654850000043
为第五变换矩阵；
Figure BDA0003508654850000044
为第六变换矩阵；xA，yA，θA为目标设备相对于导航坐标系的位姿；xB，yB为目标设备的测量装置相对于测量坐标系的位姿；E2为2x2单位矩阵。
第二方面，本发明实施例提供了一种导航精度的确定装置，装置包括：对齐模块，用于根据预先确定的第一变换矩阵，将测量设备的测量坐标系的原点与目标设备的导航坐标系的原点对齐，得到对齐后的测量坐标系；获取模块，用于基于对齐后的测量坐标系，获取目标设备导航至目标位置后，测量设备输出的测量装置相对于对齐后的测量坐标系的第一位姿；其中，测量装置设置于目标设备中；确定模块，用于根据第一位姿，预设的目标设备的旋转中心在目标位置的初始位姿，以及预先确定的测量装置相对于目标设备的旋转中心的第二变换矩阵，确定目标设备的导航精度。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的机器可执行指令，处理器执行机器可执行指令以实现第一方面任一项的导航精度的确定方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种机器可读存储介质，机器可读存储介质存储有机器可执行指令，机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现第一方面任一项的导航精度的确定方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明提供了一种导航精度的确定方法、装置和电子设备，根据第一变换矩阵，将测量坐标系的原点与导航坐标系的原点对齐；基于对齐后的测量坐标系，获取目标设备导航至目标位置后，目标设备中测量装置相对于对齐后的测量坐标系的第一位姿；根据第一位姿，预设的初始位姿，以及预先确定的第二变换矩阵，确定目标设备的导航精度。该方式中，通过第一变换矩阵将测量设备的坐标系与导航的坐标系对齐，能够得到目标设备导航后的实际位姿，通过第二变换矩阵，将测量装置中心与目标设备的旋转中心对齐，使得目标设备的初始位姿和导航后的实际位姿相对于的中心保持一致，提高了目标设备导航后实际位姿的准确度，进而提高了导航精度的准确度。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种导航精度的确定方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种导航精度的确定方法中直线布置的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种导航精度的确定方法中至少两次导航的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种导航精度的确定方法中变换矩阵确定方式的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种导航精度的确定装置的结构示意图；
图6位本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
相关技术中，通常采用测量设备，测量实际位姿与目标位姿的误差，具体将测量设备的采集点设置于机器人内部，测量机器人到达目标位置的实际位姿，然后与目标位姿进行偏差计算，得到机器人的导航精度。但是，测量设备与机器人的坐标系通常不一致，且测量设备的采集点也无法安装到机器人的导航中心，因此无法准确的测量机器人的实际位姿，导致测量得到的机器人的导航精度不准确。基于此，本发明实施例提供的一种导航精度的确定方法、装置和电子设备，该技术可以应用于具有导航功能的机器人、或者具有精度测量的电子设备等。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种导航精度的确定方法进行详细介绍，如图1所示，该方法包括：
步骤S102，根据预先确定的第一变换矩阵，将测量设备的测量坐标系的原点与目标设备的导航坐标系的原点对齐，得到对齐后的测量坐标系；
上述第一变换矩阵用于将测量设备的测量坐标系变换至导航坐标系，即上述将测量设备的测量坐标系的原点与目标设备的导航坐标系的原点对齐。上述目标设备通常是指机器人，比如建筑机器人等，上述测量设备通常是指大尺度测量设备，比如激光跟踪仪，红外光摄像机，室内GPS(Global Positioning System，全球定位系统)。
步骤S104，基于对齐后的测量坐标系，获取目标设备导航至目标位置后，测量设备输出的测量装置相对于对齐后的测量坐标系的第一位姿；其中，测量装置设置于目标设备中；
上述测量装置可以是靶球或者多维测头，比如六维测头Tpro。上述第一位姿包括第一位置和第一姿态，其中，第一位置可以表示为(x，y)第一姿态可以表示为目标设备的旋转角θ。上述测量装置通常安装在靠近目标设备底盘的旋转中心的位置，但是由于结构的限制，通常测量装置并不能安装到旋转中心的位置，只能尽可能的接近该旋转中心的位置，因此第一位姿实际上与目标设备的旋转中心相对于导航坐标系(也就是对齐后的测量坐标系)的位姿，具有一定的偏差，该偏差是由于旋转中心与测量装置中心距离引起的。
具体的，目标设备的导航系统会根据预设位姿(也就是目标位置和目标姿态)，控制目标设备移动至目标位置，且达到姿态与目标姿态一致。当目标设备导航至目标位置后，测量设备可以根据对齐后的测量坐标系，输出测量装置相对于对齐后的测量坐标系的第一位姿。实际实现时，可以在测试场地范围内预先设置第一数量的非同一直线且姿态变化的目标位置，例如图2所示的起点位置A和终点位置B。可以在目标设备导航至不同目标位置后，获取目标设备中测量装置相对于对齐后的测量坐标系的多个位姿。
步骤S106，根据第一位姿，预设的目标设备的旋转中心在目标位置的初始位姿，以及预先确定的测量装置相对于目标设备的旋转中心的第二变换矩阵，确定目标设备的导航精度。
上述预设的目标设备的旋转中心在目标位置的初始位姿，是指目标设备理论上应该达到的位姿，其中，目标设备的初始位姿是相对于旋转中心的。但是上述目标设备的第一位姿是相对于测量装置的中心的。因此，需要根据第二变换矩阵，将目标设备的初始位姿变换成是相对于测量装置的中心的，或者也可以将目标设备的第一位姿变换成是相对于旋转中心的。以使获得的位姿能够真实的表示目标设备的位姿，这样就可以对转换后的初始位姿和第一位姿进行计算，得到目标设备的导航精度。具体可以计算转换后的初始位姿和第一位姿的差值，得到目标设备的导航精度。
需要说明的是，上述第一变换矩阵为测量设备相对于导航地图(也就是导航坐标系)原点的变换矩阵；上述第二变换矩阵为安装至目标设备中心区域的测量装置(比如靶球)相对于目标设备旋转中心的变换矩阵；其中，第一变换矩阵的目的是将测量设备的测量坐标系与导航坐标系对齐，也就是说将测量设备的测量坐标系转换至导航坐标系；第二变换矩阵的目的是将目标设备的初始位姿变换成是相对于测量装置的中心的位姿，或者也可以将测量设备输出的目标设备的第一位姿变换成是相对于旋转中心的的位姿。
上述初始位姿是指预先设置的目标设备按照导航移动至目标位置后在导航坐标系的位姿，该初始位姿是目标设备的旋转中心，在导航坐标系中所处的位姿，可以理解的是，目标设备体积相对较大，需要有一个参照点代表目标设备的位置，初始位姿就是以目标设备的旋转中心为参照点预先确定的。且，初始位姿是目标设备输出的位姿。上述第一位姿是测量设备输出的测量装置在对齐后的测量坐标系中的位姿，也就是说，测量设备测量得到的目标设备的位姿是以测量装置的中心为参照点确定的。但是测量装置的中点与目标设备的旋转中心点其实并不是完全对应重合的，因此测量设备输出的第一位姿其实与预设的目标设备的初始位姿并不一致，需要通过第二变换矩阵进行变换，以确定目标设备的导航精度。
本发明实施例提供了一种导航精度的确定方法，根据第一变换矩阵，将测量坐标系的原点与导航坐标系的原点对齐；基于对齐后的测量坐标系，获取目标设备导航至目标位置后，目标设备中测量装置相对于对齐后的测量坐标系的第一位姿；根据第一位姿，预设的初始位姿，以及预先确定的第二变换矩阵，确定目标设备的导航精度。该方式中，通过第一变换矩阵将测量设备的坐标系与导航的坐标系对齐，能够得到目标设备导航后的实际位姿，通过第二变换矩阵，将测量装置中心与目标设备的旋转中心对齐，使得目标设备的初始位姿和导航后的实际位姿相对于的中心保持一致，提高了目标设备导航后实际位姿的准确度，进而提高了导航精度的准确度。
本实施了提供了另一种航精度的确定方法，本实施例在上述实施例的基础上实现，本实施例主要描述根据第一位姿，预设的目标设备的旋转中心在目标位置的初始位姿，以及预先确定的测量装置相对于目标设备的旋转中心的第二变换矩阵，确定目标设备的导航精度的步骤的具体实现方式(通过步骤203-204实现)，具体包括如下步骤：
步骤201，根据预先确定的第一变换矩阵，将测量设备的测量坐标系的原点与目标设备的导航坐标系的原点对齐，得到对齐后的测量坐标系；
步骤202，基于对齐后的测量坐标系，获取目标设备导航至目标位置后，测量设备输出的测量装置相对于对齐后的测量坐标系的第一位姿；其中，测量装置设置于目标设备中；
步骤203，根据第二变换矩阵，对初始位姿进行位姿转换，得到目标设备的测量装置的中心在目标位置的目标位姿；
通常在进行导航精度确定的时候，会控制目标设备多次移动至同一个目标位置，然后获取目标设备的第一位姿，，如果是对第一位姿进行位置转换，需要对每一次获取到的第一位姿进行转换，这样会增加的计算量，因此可以根据第二变换矩阵，对初始姿态进行位姿转换，具体可以将初始位姿乘以第二变换矩阵，得到目标设备的测量装置的中心在目标位置的目标位姿。最后使得目标设备的目标位姿和第一位姿都是相对于测量装置中心的，因此基于第一位姿和目标位姿，确定的目标设备的导航精度会更加准确。
步骤204，根据第一位姿和目标位姿，确定目标设备的导航精度。
具体的，可以计算第一位姿和目标位姿的差值的绝对值，得到目标设备的导航精度。由于位姿包括位置和姿态，因此可以分别计算第一位置和目标位置的差值的绝对值，以及第一姿态和目标姿态的差值的绝对值，得到目标设备的导航精度。另外，在实际实现时，可以获取多个第一位姿，通过计算平均值的方式，确定目标设备的导航精度。
上述方式中，考虑到测量装置的中心与目标设备的旋转中心具有一定距离，根据第二变换矩阵，对初始位姿进行位姿转换，使得目标设备的目标位姿和第一位姿都是相对于测量装置中心的，最后确定的目标设备的导航精度会更加准确。
为了进一步提高导航精度，上述第一位姿包括：目标设备至少两次导航至目标位置后，获得的至少两个第一位姿；如图3所示，从起点A移动至目标位置B，然后返回起点A后，进行第一次循环，继续控制目标设备移动至目标位置B，通常可以循环30次。即目标设备30次导航至目标位置后，获得的30个第一位姿。其中，第O次循环的目标位置B处，不用测量第一位姿。需要说明的是，上述循环的次数，也就是上述目标设备导航至目标设备的导航次数并不仅限于30次，30次仅是示例。
上述步骤204，一种可能的实施方式：
(1)针对每个第一位姿，计算该第一位姿和目标位姿之间的位置距离和姿态偏差，得到至少两个位置距离值和至少两个姿态偏差值；
上述至少两次可以是两次也可以是三次等，本实施例中主要根据导航的次数得到位置距离值和姿态偏差值的个数。比如得到30个位置距离值和30个姿态偏差值.上述第j次导航得到的第一位姿可以表示为(xj，yj，θj)，上述目标位姿可以表示为(xc，yc，θc)。继续上述举例进行说明，针对30个第一位姿中第j次导航得到的第一位姿，计算该第一位姿(xj，yj，θj)和目标位姿(xc，yc，θc)之间的位置距离和姿态偏差，得到30个位置距离值和30个姿态偏差值。
针对每个第一位姿，计算该第一位姿和目标位姿之间的位置距离，得到至少两个位置距离值的步骤，一种可能的实施方式：
Figure BDA0003508654850000111
其中的lj为目标设备在第j次导航至目标位置的第一位姿与目标位姿之间的位置距离；xj，yj为目标设备在第j次导航至目标位置的第一位置；xc，yc为目标位姿的目标位置。
针对每个第一位姿，计算该第一位姿和目标位姿之间的姿态偏差，得至少两个姿态偏差值的步骤，一种可能的实施方式：
Δθj＝|θj-θc|；
其中的Δθj为目标设备在第j次导航至目标位置的第一位姿与目标位姿之间的姿态偏差；θj为目标设备在第j次导航至目标位置的第一姿态；θc为目标位姿的目标姿态。
(2)根据至少两个位置距离值和至少两个姿态偏差值，确定目标设备的导航精度。
上述根据至少两个位置距离值和至少两个姿态偏差值，确定目标设备的导航精度的步骤，一种可能的实施方式：
计算至少两个位置距离值的平均值，得到绝对位置精度；计算至少两个姿态偏差值平均值，得到绝对姿态精度；将绝对位置精度和绝对姿态精度，确定为目标设备的导航精度。
继续上述的举例进行说明，上述绝对位置精度为：
Figure BDA0003508654850000121
其中，Ap为上述绝对位置精度。上述绝对姿态精度为：
Figure BDA0003508654850000122
其中，Ao为上述绝对姿态精度。通过计算平均值的方式，计算绝对位置精度和绝对姿态精度，进一步提高了测量的准确度。
上述方式中，获取目标设备至少两次导航至目标位置的第一位姿，通过对至少两个第一位姿与目标位姿的拟合计算，可以校准数据，进一步提高了测量精度。
本实施例提供了另一种导航精度的确定方法，本实施例在上述实施例的基础上实现，本实施例主要描述第一变换矩阵和第二变换矩阵的确定方式：
步骤301，建立目标设备的设备模型，根据设备模型，获取目标设备导航至第一标定位置后目标设备相对于导航坐标系的第二位姿，以及目标设备导航至第二标定位置后目标设备相对于导航坐标系的第三位姿；其中，设备模型用于确定目标设备相对于导航坐标系的位姿；
上述建立目标设备的设备模型可以是模拟机械臂DH建模方式，将目标设备模拟成n轴非标机械臂，并进行坐标系对齐；比如，1轴X方向直行轴，2轴Y方向横移轴,3轴旋转轴。其中1轴X方向直行轴，用于确定目标设备相对于导航坐标系的位姿中的x值，2轴Y方向横移轴，用于确定目标设备相对于导航坐标系的位姿中的y值，3轴旋转轴，用于确定目标设备相对于导航坐标系的位姿中的θ值。另外，上述DH建模方法是由Denavit和Hartenberg提出的一种建模方法，主要用在机器人运动学上。此方法在机器人的每个连杆上建立一个坐标系，通过齐次坐标变换实现两个连杆上的坐标变换，建立多连杆串联系统中首末坐标系的变换关系。参考建模的方式，主要适用但不限于机器人测试，如遇AGV加上装非标执行机构的非标机器人，也可参考类似方式建模。
具体的，可以通过机器人标定软件Robodny为目标设备(比如机器人)建立设备模型。举例说明，可以先确定X、Y、Z中的一个轴，比如先确定Z轴：找出关节轴线及关节转向采用右手定则确定Z；然后确定原点：如果两相邻轴线Zi与Zi+1不相交，则公垂线与轴线i的交点为原点；然后确定X轴：两轴线不相交时，X与公垂线重合，指向从i到i+1；若两轴线相交，则X是两轴线所成平面的法线；然后按右手定则确定Y轴；最后当第一个关节变量为零时，规定第一坐标系与第二坐标系重合，对于末端坐标系，原点与X任选，希望末端坐标系使杆参数尽量为零，最终建立得到设备模型，也就是设备模型的坐标。
当控制目标设备移动至第一标定位置后，根据设备模型，获取目标设备相对于导航坐标系的第二位姿，以及控制目标设备移动至第二标定位置后，根据设备模型，获取目标设备相对于导航坐标系的第三位姿。为了减少误差，可以控制目标设备多次(比如6次或者更多)移动至第一标定位置后，根据设备模型，获取目标设备相对于导航坐标系的多个初始第二位姿；控制目标设备多次(比如6次或者更多)移动至第二标定位置后，根据设备模型，获取目标设备相对于导航坐标系的多个初始第三位姿。然后计算多个初始第二位姿和多个初始第三位姿的平均值，得到上述第二位姿和第三位姿。
另外，为了减少误差，还可以在测试场地范围没随机设置多个第一标定位置和多个第二标定位置，且标定位置非同一直线，具体可以设置10个标定位置。然后在目标设备导航至标定位置后，获取每个标定位置的位姿，另外，为了减小误差，标定前，将机器人运控阈值在运控允许范围内调至最优，标定后可恢复默认设置参数。
步骤302，获取目标设备导航至第一标定位置后目标设备中测量装置相对于测量坐标系的第四位姿，以及目标设备导航至第二标定位置后目标设备中测量装置相对于测量坐标系的第五位姿；
同样的，上述导航可以是至少两次，上述第一标定位置和第二标定位置可以是至少两个。
需要说明的是，上述第二位姿和第三位姿都是目标设备输出的，以目标设备的旋转中心为参照点确定的目标设备在导航坐标系的位姿。其中，第二位姿是指目标设备的旋转中心位于第一标定位置后，目标设备的旋转中心在导航坐标系的位姿，第三位姿是指目标设备的旋转中心位于第二标定位置后，在导航坐标系的位姿。第四位姿和第五位姿都是测量设备输出的，以测量装置的中心为参照点确定的目标设备在没有对齐前的测量坐标系的位姿。其中，第四位姿是指目标设备的旋转中心位于第一标定位置后，目标设备的测量装置的中心在测量坐标系的位姿，第五位姿是指目标设备的旋转中心位于第二标定位置后，目标设备的测量装置的中心在测量坐标系的位姿；其中的目标设备的测量装置是通过测试人员预先安装于目标设备的。
步骤303，根据第二位姿、第三位姿、第四位姿以及第五位姿，通过手眼标定原理，确定第一变换矩阵和第二变换矩阵。
如图4所示，通过手眼标定原理，绘制的示意图。已知量为，上述第二位姿和第三位姿可以表示为(xA，yA，θA)，上述第四位姿和第五位姿可以表示为(xB，yB，θB)。未知量：第一变换矩阵和第二变换矩阵，标定原理参照Hand-Eye Calibration，基于图2确定的标定场景和模型的示意图，该标定中的约束条件更多，未知量只有旋转中心到测量装置中心的平移量，即(xtool,ytool)两个未知量。
一种可能的实施方式：
(1)根据第二位姿和第三位姿，确定目标设备的旋转中心在第一标定位置相对于导航坐标系的原点的第三变换矩阵，以及目标设备的旋转中心在第二标定位置相对于导航坐标系的原点的第四变换矩阵；
具体的，上述第三变换矩阵可以表示为A1；第四变换矩阵可以表示为A2。即
Figure BDA0003508654850000151
其中，(xA1，yA1，θA1)为第二位姿；(xA2，yA2，θA2)为第三位姿。
(2)根据第四位姿和第五位姿，确定测量设备相对于测量装置在第一标定位置的第五变换矩阵，以及测量设备相对于测量装置在第二标定位置的第六变换矩阵；
具体的，上述第五变换矩阵可以表示为
Figure BDA0003508654850000152
第六变换矩阵可以表示为
Figure BDA0003508654850000153
即
Figure BDA0003508654850000154
其中，(xB1，yB1)为第四位姿；(xB2，yB2)为第五位姿，E2为2x2单位矩阵。
(3)根据第三变换矩阵、第四变换矩阵、第五变换矩阵以及第六变换矩阵，确定第一变换矩阵和第二变换矩阵。
具体的，可以构建AX＝XB模型，其中X为第二变换矩阵，一种可能的实施方式：
Figure BDA0003508654850000155
Figure BDA0003508654850000156
Figure BDA0003508654850000161
Figure BDA0003508654850000162
其中，D为第一变换矩阵；X为第二变换矩阵；A1为第三变换矩阵；A2为第四变换矩阵；
Figure BDA0003508654850000163
为第五变换矩阵；
Figure BDA0003508654850000164
为第六变换矩阵；xA，yA，θA为目标设备相对于导航坐标系的位姿；xB，yB为目标设备的测量装置相对于测量坐标系的位姿；E2为2x2单位矩阵。
最后得到的
Figure BDA0003508654850000165
其中A1，A2，
Figure BDA0003508654850000166
都是已知量，只需要求得X中的xtool和ytool即可。求得第二变换矩阵后，即可通过
Figure BDA0003508654850000167
得到第一变换矩阵。
需要说明的是，上述第三变换矩阵为目标设备的旋转中心在第一标定位置相对于导航坐标系的原点的变换矩阵，第四变换矩阵为目标设备的旋转中心在第二标定位置相对于导航坐标系的原点的变换矩阵；其中，第三变换矩阵和第四变换矩阵通常可以通过目标设备位于第一标定位置和第二标定位置相对于导航坐标系的坐标值以及旋转角确定，同样的，第五变换矩阵和第六变换矩阵通常可以通过测量装置位于第一标定位置和第二标定位置相对于测量坐标系的坐标值以及旋转角确定，如上述A1，A2，
Figure BDA0003508654850000168
实际上，第三变换矩阵、第四变换矩阵、第五变换矩阵以及第六变换矩阵的目的是为了建立上述AX＝BX的模型，以求解第一变换矩阵和第二变换矩阵。
上述方式中，通过手眼标定原理，确定第一变换矩阵和第二变换矩阵，能够通过第一变换矩阵使坐标系对齐，通过第二变换矩阵使初始位姿转换为相对于测量装置中心的目标位姿，提高了测量精度。
对应上述的方法实施例，本发明实施例提供了一种导航精度的确定装置，如图5所示，该装置包括：
对齐模块51，用于根据预先确定的第一变换矩阵，将测量设备的测量坐标系的原点与目标设备的导航坐标系的原点对齐，得到对齐后的测量坐标系；
获取模块52，用于基于对齐后的测量坐标系，获取目标设备导航至目标位置后，测量设备输出的测量装置相对于对齐后的测量坐标系的第一位姿；其中，测量装置设置于目标设备中；
确定模块53，用于根据第一位姿，预设的目标设备的旋转中心在目标位置的初始位姿，以及预先确定的测量装置相对于目标设备的旋转中心的第二变换矩阵，确定目标设备的导航精度。
本发明实施例提供了一种导航精度的确定装置，根据第一变换矩阵，将测量坐标系的原点与导航坐标系的原点对齐；基于对齐后的测量坐标系，获取目标设备导航至目标位置后，目标设备中测量装置相对于对齐后的测量坐标系的第一位姿；根据第一位姿，预设的初始位姿，以及预先确定的第二变换矩阵，确定目标设备的导航精度。该方式中，通过第一变换矩阵将测量设备的坐标系与导航的坐标系对齐，能够得到目标设备导航后的实际位姿，通过第二变换矩阵，将测量装置中心与目标设备的旋转中心对齐，使得目标设备的初始位姿和导航后的实际位姿相对于的中心保持一致，提高了目标设备导航后实际位姿的准确度，进而提高了导航精度的准确度。
进一步的，上述确定模块还用于：根据第二变换矩阵，对初始位姿进行位姿转换，得到目标设备的测量装置的中心在目标位置的目标位姿；根据第一位姿和目标位姿，确定目标设备的导航精度。
进一步的，上述第一位姿包括：目标设备至少两次导航至目标位置后，获得的至少两个第一位姿；上述确定模块还用于：针对每个第一位姿，计算该第一位姿和目标位姿之间的位置距离和姿态偏差，得到至少两个位置距离值和至少两个姿态偏差值；根据至少两个位置距离值和至少两个姿态偏差值，确定目标设备的导航精度。
进一步的，上述确定模块还用于：
Figure BDA0003508654850000181
其中，lj为目标设备在第j次导航至目标位置的第一位姿与目标位姿之间的位置距离；xj，yj为目标设备在第j次导航至目标位置的第一位置；xc，yc为目标位姿的目标位置。
进一步的，上述确定模块还用于：Δθj＝|θj-θc|；其中，Δθj为目标设备在第j次导航至目标位置的第一位姿与目标位姿之间的姿态偏差；θj为目标设备在第j次导航至目标位置的第一姿态；θc为目标位姿的目标姿态。
进一步的，上述确定模块还用于：计算至少两个位置距离值的平均值，得到绝对位置精度；计算至少两个姿态偏差值平均值，得到绝对姿态精度；将绝对位置精度和绝对姿态精度，确定为目标设备的导航精度。
进一步的，上述装置还包括矩阵确定模块，用于：建立目标设备的设备模型，根据设备模型，获取目标设备导航至第一标定位置后目标设备相对于导航坐标系的第二位姿，以及目标设备导航至第二标定位置后目标设备相对于导航坐标系的第三位姿；其中，设备模型用于确定目标设备相对于导航坐标系的位姿；获取目标设备导航至第一标定位置后目标设备中测量装置相对于测量坐标系的第四位姿，以及目标设备导航至第二标定位置后目标设备中测量装置相对于测量坐标系的第五位姿；根据第二位姿、第三位姿、第四位姿以及第五位姿，通过手眼标定原理，确定第一变换矩阵和第二变换矩阵。
进一步的，上述矩阵确定模块还用于：根据第二位姿和第三位姿，确定目标设备的旋转中心在第一标定位置相对于导航坐标系的原点的第三变换矩阵，以及目标设备的旋转中心在第二标定位置相对于导航坐标系的原点的第四变换矩阵；根据第四位姿和第五位姿，确定测量设备相对于测量装置在第一标定位置的第五变换矩阵，以及测量设备相对于测量装置在第二标定位置的第六变换矩阵；根据第三变换矩阵、第四变换矩阵、第五变换矩阵以及第六变换矩阵，确定第一变换矩阵和第二变换矩阵。
进一步的，上述矩阵确定模块还用于：
Figure BDA0003508654850000191
Figure BDA0003508654850000192
其中，D为第一变换矩阵；X为第二变换矩阵；A1为第三变换矩阵；A2为第四变换矩阵；
Figure BDA0003508654850000193
为第五变换矩阵；
Figure BDA0003508654850000194
为第六变换矩阵；xA，yA，θA为目标设备相对于导航坐标系的位姿；xB，yB为目标设备的测量装置相对于测量坐标系的位姿；E2为2x2单位矩阵。
本发明实施例提供的导航精度的确定装置，与上述实施例提供的导航精度的确定方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
本实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的机器可执行指令，处理器执行机器可执行指令以实现上述导航精度的确定方法。该电子设备可以是服务器，也可以是终端设备。
参见图6所示，该电子设备包括处理器100和存储器101，该存储器101存储有能够被处理器100执行的机器可执行指令，该处理器100执行机器可执行指令以实现上述导航精度的确定方法。
进一步地，图6所示的电子设备还包括总线102和通信接口103，处理器100、通信接口103和存储器101通过总线102连接。
其中，存储器101可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口103(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。总线102可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
处理器100可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器100中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器100可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器101，处理器100读取存储器101中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。
本实施例还提供一种机器可读存储介质，机器可读存储介质存储有机器可执行指令，机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述导航精度的确定方法。
本发明实施例所提供的导航精度的确定方法、装置、电子设备以及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
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，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能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，本发明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)执行本发明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(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种导航精度的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
根据预先确定的第一变换矩阵，将测量设备的测量坐标系的原点与目标设备的导航坐标系的原点对齐，得到对齐后的所述测量坐标系；
基于所述对齐后的所述测量坐标系，获取所述目标设备导航至目标位置后，所述测量设备输出的测量装置相对于所述对齐后的所述测量坐标系的第一位姿；其中，所述测量装置设置于所述目标设备中；
根据所述第一位姿，预设的所述目标设备的旋转中心在所述目标位置的初始位姿，以及预先确定的所述测量装置相对于所述目标设备的旋转中心的第二变换矩阵，确定所述目标设备的导航精度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一位姿，预设的所述目标设备的旋转中心在所述目标位置的初始位姿，以及预先确定的所述测量装置相对于所述目标设备的旋转中心的第二变换矩阵，确定所述目标设备的导航精度的步骤，包括：
根据所述第二变换矩阵，对所述初始位姿进行位姿转换，得到所述目标设备的测量装置的中心在所述目标位置的目标位姿；
根据所述第一位姿和所述目标位姿，确定所述目标设备的导航精度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一位姿包括：所述目标设备至少两次导航至所述目标位置后，获得的至少两个第一位姿；
根据所述第一位姿和所述目标位姿，确定所述目标设备的导航精度的步骤，包括：
针对每个所述第一位姿，计算该第一位姿和所述目标位姿之间的位置距离和姿态偏差，得到至少两个位置距离值和至少两个姿态偏差值；
根据所述至少两个位置距离值和所述至少两个姿态偏差值，确定所述目标设备的导航精度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，针对每个所述第一位姿，计算该第一位姿和所述目标位姿之间的位置距离，得到至少两个位置距离值的步骤，包括：
Figure FDA0003508654840000021
其中，lj为所述目标设备在第j次导航至所述目标位置的第一位姿与目标位姿之间的位置距离；xj，yj为所述目标设备在第j次导航至所述目标位置的第一位置；xc，yc为所述目标位姿的目标位置。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，针对每个所述第一位姿，计算该第一位姿和所述目标位姿之间的姿态偏差，得至少两个姿态偏差值的步骤，包括：
Δθj＝|θj-θc|；
其中，Δθj为所述目标设备在第j次导航至所述目标位置的第一位姿与目标位姿之间的姿态偏差；θj为所述目标设备在第j次导航至所述目标位置的第一姿态；θc为所述目标位姿的目标姿态。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述至少两个位置距离值和所述至少两个姿态偏差值，确定所述目标设备的导航精度的步骤，包括：
计算所述至少两个位置距离值的平均值，得到绝对位置精度；计算所述至少两个姿态偏差值平均值，得到绝对姿态精度；
将所述绝对位置精度和所述绝对姿态精度，确定为所述目标设备的导航精度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一变换矩阵和所述第二变换矩阵通过以下方式确定：
建立所述目标设备的设备模型，根据所述设备模型，获取所述目标设备导航至第一标定位置后所述目标设备相对于所述导航坐标系的第二位姿，以及所述目标设备导航至第二标定位置后所述目标设备相对于所述导航坐标系的第三位姿；其中，所述设备模型用于确定所述目标设备相对于所述导航坐标系的位姿；
获取所述目标设备导航至所述第一标定位置后所述目标设备中测量装置相对于所述测量坐标系的第四位姿，以及所述目标设备导航至第二标定位置后所述目标设备中测量装置相对于所述测量坐标系的第五位姿；
根据所述第二位姿、所述第三位姿、所述第四位姿以及所述第五位姿，通过手眼标定原理，确定所述第一变换矩阵和所述第二变换矩阵。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述第二位姿、所述第三位姿、所述第四位姿以及所述第五位姿，通过手眼标定原理，确定所述第一变换矩阵和所述第二变换矩阵的步骤，包括：
根据所述第二位姿和所述第三位姿，确定所述目标设备的旋转中心在所述第一标定位置相对于所述导航坐标系的原点的第三变换矩阵，以及所述目标设备的旋转中心在所述第二标定位置相对于所述导航坐标系的原点的第四变换矩阵；
根据所述第四位姿和所述第五位姿，确定所述测量设备相对于所述测量装置在所述第一标定位置的第五变换矩阵，以及所述测量设备相对于所述测量装置在所述第二标定位置的第六变换矩阵；
根据所述第三变换矩阵、所述第四变换矩阵、所述第五变换矩阵以及所述第六变换矩阵，确定所述第一变换矩阵和所述第二变换矩阵。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述第三变换矩阵、所述第四变换矩阵、所述第五变换矩阵以及所述第六变换矩阵，确定所述第一变换矩阵和所述第二变换矩阵的步骤，包括：
Figure FDA0003508654840000031
Figure FDA0003508654840000041
Figure FDA0003508654840000042
其中，D为所述第一变换矩阵；X为所述第二变换矩阵；A1为所述第三变换矩阵；A2为所述第四变换矩阵；
Figure FDA0003508654840000043
为所述第五变换矩阵；
Figure FDA0003508654840000044
为所述第六变换矩阵；xA，yA，θA为所述目标设备相对于所述导航坐标系的位姿；xB，yB为所述目标设备的测量装置相对于所述测量坐标系的位姿；E2为2x2单位矩阵。
10.一种导航精度的确定装置，其特征在于，所述装置包括：
对齐模块，用于根据预先确定的第一变换矩阵，将测量设备的测量坐标系的原点与目标设备的导航坐标系的原点对齐，得到对齐后的所述测量坐标系；
获取模块，用于基于所述对齐后的所述测量坐标系，获取所述目标设备导航至目标位置后，所述测量设备输出的测量装置相对于所述对齐后的所述测量坐标系的第一位姿；其中，所述测量装置设置于所述目标设备中；
确定模块，用于根据所述第一位姿，预设的所述目标设备的旋转中心在所述目标位置的初始位姿，以及预先确定的所述测量装置相对于所述目标设备的旋转中心的第二变换矩阵，确定所述目标设备的导航精度。
11.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现权利要求1-9任一项所述的导航精度的确定方法。
12.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现权利要求1-9任一项所述的导航精度的确定方法。
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