CN115220012A - 一种基于反光板定位方法 - Google Patents

一种基于反光板定位方法 Download PDF

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CN115220012A CN202211143296.3A CN202211143296A CN115220012A CN 115220012 A CN115220012 A CN 115220012A CN 202211143296 A CN202211143296 A CN 202211143296A CN 115220012 A CN115220012 A CN 115220012A
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reflector
pose
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周军
谢杰
龙羽
徐菱
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Chengdu Ruixinxing Technology Co ltd
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Chengdu Ruixinxing Technology Co ltd
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种基于反光板定位方法，包括以下步骤：S1：进入反光板扫描区域，激光雷达扫描高反物体，得到激光数据；S2：扫描到的激光数据，提取激光点云，算出反光板上的点数n；S3：根据反光板质心位置，与雷达坐标系的反光板对应，并与标定好的反光板进行匹配，若匹配成功，则匹配成功的反光板记为一个集合；S4：根据匹配好的反光板，计算机器人的位姿；S5：计算出的机器人位姿，求平均值，得到当前机器人位姿，进行发布。激光雷达对扫描区域进行扫描，得出反光板质心位置，并进行匹配得出机器人的位姿，再其求平均值，从而能够适应高动态区域，并提高定位的精度与稳定性，同时鲁棒性较高。

Description

一种基于反光板定位方法
技术领域
本发明涉及定位技术领域，特别是一种基于反光板定位方法。
背景技术
随着中国经济的快速发展，agv搬运车越来越频繁使用于工厂各个角落，但是agv的工作环境是高动态变化的，有很多人与货物，包括其他机械设备经常变化，造成传统的slam定位不能适用于这种高动态环境。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于反光板定位方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于反光板定位方法，包括以下步骤：
S1：进入反光板扫描区域，激光雷达扫描到高反物体，得到激光数据；
S2：根据扫描到的激光数据，提取激光点云，从而计算出反光板上的点数n，
Figure 838696DEST_PATH_IMAGE001
；
其中
Figure 349311DEST_PATH_IMAGE002
为反光板半径，
Figure 191366DEST_PATH_IMAGE003
为激光雷达与反光板之间的距离，
Figure 163738DEST_PATH_IMAGE004
为雷达角度分辨率；
S3：根据反光板质心位置，与雷达坐标系的反光板对应，并与标定好的反光板进行匹配，若匹配成功，则匹配成功的反光板记为一个集合mapsets；
S4：根据匹配好的反光板，按两两一组，计算机器人的位姿；
S5：根据计算出的机器人位姿，将其求平均值，得到当前机器人位姿，并进行发布。
优选的，S2中，提取的激光点云满足点数满足n时，该点的坐标
Figure 571586DEST_PATH_IMAGE005
，可通过极坐标公式求得，公式如下：
Figure 987524DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 837580DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure 895535DEST_PATH_IMAGE008
为激光雷达与反光板之间的距离，
Figure 157889DEST_PATH_IMAGE009
为雷达坐标系的扫描角度，当前反光板所有提取的激光点云通过加权平均得出反光板的质心位置
Figure 744728DEST_PATH_IMAGE010
，当前帧提取的所有反光板质心位置集合记为sets。
优选的，S1中，若未进入反光板扫描区域，会在进入反光板扫描区域之前有一个初始位姿
Figure 358112DEST_PATH_IMAGE011
，若已经进入反光板扫描区域，则用上一帧求取的位姿作为初始位姿，根据初始位姿与激光里程计求出这一时刻的预估位姿
Figure 672288DEST_PATH_IMAGE012
，根据反光板质心位置集合sets，从当前集合中取出一个反光板数据，求取每个反光板的当前反光板在世界坐标下的预估位置
Figure 517710DEST_PATH_IMAGE013
，并与雷达坐标系的反光板对应。
优选的，根据机器人的位姿
Figure 541029DEST_PATH_IMAGE014
，机器人的位姿矩阵
Figure 750032DEST_PATH_IMAGE015
Figure 556314DEST_PATH_IMAGE016
；
已知雷达到机器人中心的位姿矩阵
Figure 776948DEST_PATH_IMAGE017
，反光板在雷达坐标系的位姿矩阵
Figure 711449DEST_PATH_IMAGE018
，根据该反光板在雷达坐标系的位置
Figure 33846DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 893087DEST_PATH_IMAGE020
；
则反光板的预估世界坐标的位姿矩阵
Figure 640332DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 739875DEST_PATH_IMAGE022
；
根据求出的
Figure 816413DEST_PATH_IMAGE023
可以得到该反光板在世界坐标的预估坐标位置
Figure 292394DEST_PATH_IMAGE024
。
优选的，计算机器人位姿的步骤如下：
A1：匹配好的反光板，按两个反光板形成一个组合，分成若干组；
A2：遍历所有组合，其中每个组合包括两个反光板信息，反光板a的标定坐标为
Figure 707195DEST_PATH_IMAGE025
（
Figure 351541DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 117371DEST_PATH_IMAGE027
），当前雷达坐标系下的坐标为
Figure 865885DEST_PATH_IMAGE028
；反光板b的标定坐标为
Figure 390319DEST_PATH_IMAGE029
与当前雷达坐标系下的坐标为
Figure 284194DEST_PATH_IMAGE030
，从而计算出车当前位姿
Figure 724272DEST_PATH_IMAGE031
；
A3：两个反光板在世界坐标系下的向量分别为
Figure 276476DEST_PATH_IMAGE032
（
Figure 931448DEST_PATH_IMAGE033
），坐标以
Figure 787103DEST_PATH_IMAGE025
为起点，方向角为wyaw，根据向量计算如下，
wyaw=atan2（
Figure 714477DEST_PATH_IMAGE034
）；
则两个反光板所构成的向量以
Figure 929426DEST_PATH_IMAGE035
为起点在世界坐标系下的位姿矩阵为
Figure 704484DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 753212DEST_PATH_IMAGE037
=
Figure 173741DEST_PATH_IMAGE038
；
同理，这两个反光板在雷达坐标系下的向量
Figure 254698DEST_PATH_IMAGE039
（
Figure 133530DEST_PATH_IMAGE040
），坐标以
Figure 353159DEST_PATH_IMAGE041
为起点，方向角lyaw，根据向量计算如下：
lyaw=atan2（
Figure 802595DEST_PATH_IMAGE042
）；
两个反光板在雷达坐标系下以
Figure 501559DEST_PATH_IMAGE041
为起点的向量位姿矩阵
Figure 720051DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 563111DEST_PATH_IMAGE044
=
Figure 499843DEST_PATH_IMAGE045
。
优选的，根据已知的激光到机器人中心的位置关系
Figure 719340DEST_PATH_IMAGE046
，则机器人在世界坐标系下的位姿矩阵为Tc，
Figure 719569DEST_PATH_IMAGE047
矩阵
Figure 936793DEST_PATH_IMAGE048
求逆得到矩阵
Figure 360821DEST_PATH_IMAGE049
，则
Figure 649589DEST_PATH_IMAGE050
。
本发明具有以下优点：本发明通过激光雷达对扫描区域进行扫描，从而得出反光板质心位置，并进行匹配得出机器人的位姿，再其求平均值，从而能够适应高动态区域，并提高定位的精度与稳定性，同时鲁棒性较高。
附图说明
图1 为定位方法逻辑流程的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本实施例中，如图1所示，一种基于反光板定位方法，包括以下步骤：
S1：进入反光板扫描区域，激光雷达扫描到高反物体，得到激光数据；
S2：根据扫描到的激光数据，提取激光点云，从而计算出反光板上的点数n，
Figure 311514DEST_PATH_IMAGE001
；
其中
Figure 428201DEST_PATH_IMAGE051
为反光板半径，
Figure 588792DEST_PATH_IMAGE052
为激光雷达与反光板之间的距离，
Figure 291038DEST_PATH_IMAGE053
为雷达角度分辨率；
S3：根据反光板质心位置，与雷达坐标系的反光板对应，并与标定好的反光板进行匹配，若匹配成功，则匹配成功的反光板记为一个集合mapsets；
S4：根据匹配好的反光板，按两两一组，计算机器人的位姿；优选的，通过马氏距离进行匹配。
S5：根据计算出的机器人位姿，将其求平均值，得到当前机器人位姿，并进行发布。通过激光雷达对扫描区域进行扫描，从而得出反光板质心位置，并进行匹配得出机器人的位姿，再其求平均值，从而能够适应高动态区域，并提高定位的精度与稳定性，同时鲁棒性较高。
进一步的，S2中，提取的激光点云满足点数满足n时，该点的坐标
Figure 791158DEST_PATH_IMAGE005
，可通过极坐标公式求得，公式如下：
Figure 621623DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 754664DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure 385235DEST_PATH_IMAGE008
为激光雷达与反光板之间的距离，
Figure 287332DEST_PATH_IMAGE009
为雷达坐标系的扫描角度，当前反光板所有提取的激光点云通过加权平均得出反光板的质心位置
Figure 17259DEST_PATH_IMAGE010
，当前帧提取的所有反光板质心位置集合记为sets。
再进一步的，S1中，若未进入反光板扫描区域，会在进入反光板扫描区域之前有一个初始位姿
Figure 373283DEST_PATH_IMAGE011
，若已经进入反光板扫描区域，则用上一帧求取的位姿作为初始位姿，根据初始位姿与激光里程计求出这一时刻的预估位姿
Figure 558277DEST_PATH_IMAGE012
，根据反光板质心位置集合sets，从当前集合中取出一个反光板数据，求取每个反光板的当前反光板在世界坐标下的预估位置
Figure 32990DEST_PATH_IMAGE013
，并与雷达坐标系的反光板对应。
在本实施例中，求取每个反光板的当前反光板在世界坐标下的预估位置
Figure 12447DEST_PATH_IMAGE013
的方式为根据机器人的位姿
Figure 900506DEST_PATH_IMAGE014
，机器人的位姿矩阵
Figure 629471DEST_PATH_IMAGE015
Figure 958690DEST_PATH_IMAGE016
；
已知雷达到机器人中心的位姿矩阵
Figure 843470DEST_PATH_IMAGE017
，反光板在雷达坐标系的位姿矩阵
Figure 422087DEST_PATH_IMAGE018
，根据该反光板在雷达坐标系的位置
Figure 214463DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 476817DEST_PATH_IMAGE020
；
则反光板的预估世界坐标的位姿矩阵
Figure 307064DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 654869DEST_PATH_IMAGE022
；
根据求出的
Figure 500203DEST_PATH_IMAGE023
可以得到该反光板在世界坐标的预估坐标位置
Figure 272856DEST_PATH_IMAGE024
。
在本实施例中，计算机器人位姿的步骤如下：
A1：匹配好的反光板，按两个反光板形成一个组合，分成若干组；
A2：遍历所有组合，其中每个组合包括两个反光板信息，反光板a的标定坐标为
Figure 36456DEST_PATH_IMAGE025
（
Figure 324086DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 441953DEST_PATH_IMAGE027
），当前雷达坐标系下的坐标为
Figure 397008DEST_PATH_IMAGE028
；反光板b的标定坐标为
Figure 733441DEST_PATH_IMAGE029
与当前雷达坐标系下的坐标为
Figure 446051DEST_PATH_IMAGE030
，从而计算出车当前位姿
Figure 570871DEST_PATH_IMAGE031
；
A3：两个反光板在世界坐标系下的向量分别为
Figure 927903DEST_PATH_IMAGE032
（
Figure 761866DEST_PATH_IMAGE033
），坐标以
Figure 577419DEST_PATH_IMAGE025
为起点，方向角为wyaw，根据向量计算如下，
wyaw=atan2（
Figure 37088DEST_PATH_IMAGE034
）；
则两个反光板所构成的向量以
Figure 717468DEST_PATH_IMAGE035
为起点在世界坐标系下的位姿矩阵为
Figure 253492DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 534169DEST_PATH_IMAGE037
=
Figure 813841DEST_PATH_IMAGE038
；
同理，这两个反光板在雷达坐标系下的向量
Figure 405185DEST_PATH_IMAGE039
（
Figure 846530DEST_PATH_IMAGE040
），坐标以
Figure 880083DEST_PATH_IMAGE041
为起点，方向角lyaw，根据向量计算如下：
lyaw=atan2（
Figure 884817DEST_PATH_IMAGE042
）；
两个反光板在雷达坐标系下以
Figure 539789DEST_PATH_IMAGE041
为起点的向量位姿矩阵
Figure 141584DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 678745DEST_PATH_IMAGE044
=
Figure 34640DEST_PATH_IMAGE045
。
进一步的，根据已知的激光到机器人中心的位置关系
Figure 809698DEST_PATH_IMAGE046
，则机器人在世界坐标系下的位姿矩阵为Tc，
Figure 124004DEST_PATH_IMAGE047
矩阵
Figure 866570DEST_PATH_IMAGE048
求逆得到矩阵
Figure 387393DEST_PATH_IMAGE049
，则
Figure 16957DEST_PATH_IMAGE050
。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于反光板定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：进入反光板扫描区域，激光雷达扫描到高反物体，得到激光数据；
S2：根据扫描到的激光数据，提取激光点云，从而计算出反光板上的点数n，
Figure 81DEST_PATH_IMAGE001
；
其中
Figure 331617DEST_PATH_IMAGE002
为反光板半径，
Figure 413974DEST_PATH_IMAGE003
为激光雷达与反光板之间的距离，
Figure 901325DEST_PATH_IMAGE004
为雷达角度分辨率；
S3：根据反光板质心位置，与雷达坐标系的反光板对应，并与标定好的反光板进行匹配，若匹配成功，则匹配成功的反光板记为一个集合mapsets；
S4：根据匹配好的反光板，按两两一组，计算机器人的位姿；
S5：根据计算出的机器人位姿，将其求平均值，得到当前机器人位姿，并进行发布。
2.根据权利要求1所述的一种基于反光板定位方法，其特征在于：所述S2中，提取的激光点云满足点数满足n时，该点的坐标
Figure 701922DEST_PATH_IMAGE005
，可通过极坐标公式求得，公式如下：
Figure 441076DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 174677DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure 832929DEST_PATH_IMAGE008
为激光雷达与反光板之间的距离，
Figure 120822DEST_PATH_IMAGE009
为雷达坐标系的扫描角度，当前反光板所有提取的激光点云通过加权平均得出反光板的质心位置
Figure 720125DEST_PATH_IMAGE010
，当前帧提取的所有反光板质心位置集合记为sets。
3.根据权利要求2所述的一种基于反光板定位方法，其特征在于：所述S1中，若未进入反光板扫描区域，会在进入反光板扫描区域之前有一个初始位姿
Figure 370550DEST_PATH_IMAGE011
，若已经进入反光板扫描区域，则用上一帧求取的位姿作为初始位姿，根据初始位姿与激光里程计求出这一时刻的预估位姿
Figure 934124DEST_PATH_IMAGE012
，根据反光板质心位置集合sets，从当前集合中取出一个反光板数据，求取每个反光板的当前反光板在世界坐标下的预估位置
Figure 302788DEST_PATH_IMAGE013
，并与雷达坐标系的反光板对应。
4.根据权利要求3所述的一种基于反光板定位方法，其特征在于：根据机器人的位姿
Figure 541003DEST_PATH_IMAGE014
，机器人的位姿矩阵
Figure 623097DEST_PATH_IMAGE015
Figure 452513DEST_PATH_IMAGE016
；
已知雷达到机器人中心的位姿矩阵
Figure 479112DEST_PATH_IMAGE017
，反光板在雷达坐标系的位姿矩阵
Figure 661963DEST_PATH_IMAGE018
，根据该反光板在雷达坐标系的位置
Figure 463478DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 932637DEST_PATH_IMAGE020
；
则反光板的预估世界坐标的位姿矩阵
Figure 10314DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 292129DEST_PATH_IMAGE022
；
根据求出的
Figure 771651DEST_PATH_IMAGE021
可以得到该反光板在世界坐标的预估坐标位置
Figure 83815DEST_PATH_IMAGE013
。
5.根据权利要求4所述的一种基于反光板定位方法，其特征在于：计算机器人位姿的步骤如下：
A1：匹配好的反光板，按两个反光板形成一个组合，分成若干组；
A2：遍历所有组合，其中每个组合包括两个反光板信息，反光板a的标定坐标为
Figure 147324DEST_PATH_IMAGE023
（
Figure 265453DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 537165DEST_PATH_IMAGE025
），当前雷达坐标系下的坐标为
Figure 518765DEST_PATH_IMAGE026
；反光板b的标定坐标为
Figure 571035DEST_PATH_IMAGE027
与当前雷达坐标系下的坐标为
Figure 24730DEST_PATH_IMAGE028
，从而计算出车当前位姿
Figure 354212DEST_PATH_IMAGE029
；
A3：两个反光板在世界坐标系下的向量分别为
Figure 37871DEST_PATH_IMAGE030
（
Figure 780700DEST_PATH_IMAGE031
），坐标以
Figure 709472DEST_PATH_IMAGE023
为起点，方向角为wyaw，根据向量计算如下，
wyaw=atan2（
Figure 454312DEST_PATH_IMAGE032
）；
则两个反光板所构成的向量以
Figure 75918DEST_PATH_IMAGE023
为起点在世界坐标系下的位姿矩阵为
Figure 742260DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 943565DEST_PATH_IMAGE034
=
Figure 611088DEST_PATH_IMAGE035
；
同理，这两个反光板在雷达坐标系下的向量
Figure 934753DEST_PATH_IMAGE036
（
Figure 324277DEST_PATH_IMAGE037
），坐标以
Figure 952442DEST_PATH_IMAGE038
为起点，方向角lyaw，根据向量计算如下：
lyaw=atan2（
Figure 845443DEST_PATH_IMAGE039
）；
两个反光板在雷达坐标系下以
Figure 402326DEST_PATH_IMAGE038
为起点的向量位姿矩阵
Figure 246523DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 914265DEST_PATH_IMAGE040
=
Figure 160308DEST_PATH_IMAGE041
。
6.根据权利要求5所述的一种基于反光板定位方法，其特征在于：根据已知的激光到机器人中心的位置关系
Figure 888092DEST_PATH_IMAGE042
，则机器人在世界坐标系下的位姿矩阵为Tc，
Figure 721050DEST_PATH_IMAGE043
矩阵
Figure 685158DEST_PATH_IMAGE044
求逆得到矩阵
Figure 818331DEST_PATH_IMAGE045
，则
Figure 451437DEST_PATH_IMAGE046
。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20221021

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