CN115655330A - 传感器标定方法及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传感器标定方法、机器人以及计算机可读存储介质，其中传感器以预设位姿安装于机器人上，传感器能够获取前方区域内的图像信息和/或点云数据，传感器标定方法包括：控制传感器扫描一标定平面和具有预设形状的标定物，标定物凸出设置于标定平面内；获取标定物与机器人之间的相对位置关系；根据标定平面和标定物的扫描结果，并基于标定物与机器人之间的相对位置关系，计算传感器的偏移量，偏移量包括传感器相对于预设位姿的角度偏差；根据传感器的偏移量对传感器进行校正。本发明的实施例中标定平面和标定物的限制远小于标准化的标定空间，传感器标定方法能够应用在大部分常见场景中，降低了机器人传感器标定成本。

Description

传感器标定方法及机器人

技术领域

本发明大致涉及机器人及其控制技术领域，尤其是一种传感器标定方法以及机器人。

背景技术

机器人是一种通过智能控制系统控制的设备，能够应用于精密加工、狭小环境、危险环境等场景中，代替部分人工操作。其中传感器是机器人上必不可少的零部件，用于获取机器人周边环境信息，以指导机器人的后续动作。传感器固定安装在机器人上，与机器人的相对位置固定，传感器获取的图像信息和/或点云信息能够反映周边环境与机器人之间的相对位置关系。但由于加工精度限制，以及机器人在使用过程中的碰撞、颠簸等因素影响，传感器往往会偏离预设位姿，如果按照预设的坐标转换关系进行换算，将导致判断周边环境的位置信息出现偏差，在机器人运行的过程中可能会发生定位不准，甚至碰撞的情况，因此，需要对安装于机器人上的传感器进行标定，调整传感器与机器人之间的相对位置关系，或优化坐标转换关系。

现有的机器人传感器标定过程需要借助特定的标定空间，利用传感器扫描标定空间，获取传感器的偏移量，并进行纠正，主要应用于机器人出厂质检过程。但由于机器人的应用位置与机器人的生产位置存在空间距离，在机器人应用过程中发生的传感器偏离需要对机器人进行返厂维修，付出大量时间成本和经济成本。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

针对现有技术中的一个或多个缺陷，本发明提供一种传感器标定方法，所述传感器以预设位姿安装于机器人上，传感器能够获取前方区域内的图像信息和/或点云数据，所述传感器标定方法包括：

控制所述传感器扫描一标定平面和具有预设形状的标定物，所述标定物凸出设置于所述标定平面内；

获取所述标定物与所述机器人之间的相对位置关系；

根据标定平面和标定物的扫描结果，并基于所述标定物与所述机器人之间的相对位置关系，计算传感器的偏移量，所述偏移量包括传感器相对于预设位姿的角度偏差；

根据传感器的偏移量对传感器进行校正。

根据本发明的一个方面，其中所述标定物具有朝向所述传感器的前平面，所述前平面与所述标定平面具有一预设夹角；

所述计算传感器的偏移量的步骤包括：

获取第一法向量，所述第一法向量为所述标定物的前平面的法向量；

根据所述第一法向量计算传感器相对于预设位姿的偏航角。

根据本发明的一个方面，其中所述计算传感器的偏移量的步骤还包括：

获取第二法向量，所述第二法向量为所述标定平面的法向量；

根据第二法向量计算传感器相对于预设位姿的翻滚角和俯仰角。

根据本发明的一个方面，其中所述传感器的偏移量还包括传感器相对于预设位姿的距离偏移量；

所述计算传感器的偏移量的步骤还包括：

获取标定物的第一特征点，并计算第一特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标；

根据第一特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标以及第一特征点在传感器当前位姿下视场内的坐标，计算传感器在所述标定平面的法向上相对于预设位姿的偏移量。

根据本发明的一个方面，其中所述计算传感器的偏移量的步骤还包括：

获取标定物的第二特征点，并计算第二特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标；所述第二特征点与所述第一特征点相同或不同；

根据第二特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标以及第二特征点在传感器当前位姿下视场内的坐标，计算传感器在标定平面平行平面内的偏移量。

根据本发明的一个方面，其中所述计算传感器的偏移量的步骤还包括：根据传感器的偏航角、翻滚角和俯仰角偏差校正传感器相对于预设位姿的欧拉角后，计算传感器相对于预设位姿的距离偏移量。

根据本发明的一个方面，其中所述获取标定物与所述机器人的相对位置关系的步骤包括：通过测量设备获取标定物与机器人的相对位置关系，或人工输入标定物与机器人的相对位置关系；所述标定物与所述机器人的相对位置关系包括第一特征点和第二特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标。

根据本发明的一个方面，其中所述传感器预设位姿下的视场中，以所述标定平面的法向为Z方向，以所述传感器在预设位姿处的视野范围中线在标定平面内的投影所在方向为X方向，以空间内与Z方向和X方向均垂直的方向为Y方向；

所述计算传感器的偏移量的步骤包括：

根据第一法向量与X方向和Z方向所在的平面的夹角计算传感器的偏航角；

根据第二法向量与X方向和Z方向所在平面的夹角，以及Y方向和Z方向所在平面的夹角计算传感器的翻滚角和俯仰角；

根据第一特征点在Z方向上的偏差计算传感器在Z方向上的偏移量；

根据第二特征点在X方向和Y方向上的偏差计算传感器在X方向和Y方向上的偏移量。

根据本发明的一个方面，其中所述对传感器进行校正的过程包括：

根据传感器的偏移量对传感器在机器人上的安装位置进行调整；或

根据传感器的偏移量对传感器获取的扫描数据进行反向补偿。

根据本发明的一个方面，本发明还包括一种机器人，所述机器人包括：

主体；

传感器，所述传感器设置于所述主体上；和

控制系统，所述控制系统与所述传感器通讯，并配置成能够执行如前所述的传感器标定方法。

根据本发明的一个方面，所述机器人还包括距离传感器，所述距离传感器与所述传感器预设位姿的相对位置固定，距离传感器的视野范围与所述传感器的视野范围至少部分重合，所述标定物与机器人的相对位置关系通过距离传感器获取；距离传感器与所述控制系统通讯。

根据本发明的一个方面，本发明还包括一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储于其上的计算机可执行命令，所述可执行命令在被处理器执行时实施如前所述的传感器标定方法。

与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种传感器标定方法，能够利用标定平面和标定物对机器人上的传感器进行标定，获取传感器的偏移量，以对传感器进行校正。其中标定平面和标定物的限制远小于标准化的标定空间，传感器标定方法能够应用在大部分常见场景中，突破了传感器标定过程对于场景的限制要求，能够在机器人的应用场景中对传感器进行标定，或者通过联网修改坐标转换参数，降低了机器人传感器标定成本。本发明还包括一种机器人和一种计算机可读存储介质的实施例，能够前述的传感器标定方法。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一个实施例中传感器标定方法的流程示意图；

图2是本发明的一个实施例中包含计算偏航角过程的传感器标定方法的流程示意图；

图3是本发明的一个实施例中包含计算翻滚角和俯仰角过程的传感器标定方法的流程示意图；

图4是本发明的一个实施例中包含计算标定平面法向偏移量过程的传感器标定方法的流程示意图；

图5是本发明的一个实施例中包含计算标定平面平行平面内偏移量过程的传感器标定方法的流程示意图；

图6是本发明的一个实施例中机器人的结构示意图；

图7是本发明的一个实施例中机器人的结构框图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"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"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明的一个实施例中传感器标定方法100的具体流程，下面结合图1详细说明。

传感器以预设位姿安装在机器人上，并且能够获取传感器前方区域内信息，其中预设位姿包括传感器安装在机器人上的位置和传感器相对于机器人的角度。例如对于常见的配送机器人、转运机器人等，传感器安装在机器人运动方向的正前方，在机器人向前运动的过程中，获取机器人前方范围内的图像信息和/或点云信息，当出现障碍物时，根据获取的信息控制机器人停止运动或避让。

传感器可以是彩色相机、深度相机、红外相机、结构光相机、激光雷达等，不同种类的传感器获取的信息形式可能不同，例如是图像信息和/或点云信息。传感器也可以是集成在一起的多个图像或点云获取装置，具体的，根据机器人的应用场景和需求确定。

在机器人运输、调试以及长时间运行的过程中，传感器可能会偏离其预设位姿，即标准的安装位置，会导致机器人通过传感器获取的周边环境信息发生错误，例如无法准确判断障碍物的位置和距离，无法准确定位到目标位置等，影响机器人的安全运行，因此需要对传感器进行重新标定，调整传感器的安装位姿，或改变传感器坐标与机器人坐标之间的转换参数，以获取周边环境相对于机器人的准确信息。考虑到传感器的加工精度和稳定度问题，优选的，仅通过调整坐标转换参数的方式对传感器进行校正，不调整传感器的物理安装位置。

在步骤S101，控制传感器扫描一个标定平面和具有预设形状的标定物，其中标定物如初设置在标定平面内。其中标定平面是传感器视野范围内的平整平面，对于放置在地面上的机器人，优选的，以地面作为标定平面，标定平面易获取，能够在大多数机器人的工作场景中对传感器进行标定。标定物设置在标定平面内，并且标定物凸出于标定平面。标定物的预设形状可以是标准形状，例如具体尺寸参数已知的长方体、棱台等，也可以是其他非标准的形状，在本实施例中不做限制。传感器通过扫描标定平面和标定物，获得标定平面和标定物的图像信息和/或点云信息，用于后续步骤处理。

在步骤S102，获取标定物与机器人之间的相对位置关系，本步骤与步骤S101可以同时进行或以任意顺序进行，并不仅局限于图1中所示的顺序。标定物与机器人之间的相对位置关系包括标定物与机器人之间的距离和方位角，即在本步骤中获取标定物在机器人坐标系或传感器位于预设位姿时的坐标系下的坐标值。在本实施例中，标定物是具有一定体积的实体，因此标定物在机器人坐标系下的坐标值是一个集合内的连续的范围值。

根据本发明的优选实施例，标定物与机器人之间的相对位置关系可以通过其他的测量设备获得，例如通过设置在机器人上的处于标准安装位置的其他传感器，或利用机器人外部的测量设备获得标定物与机器人的相对位置关系，并通过手动输入的方式将相对位置关系输入至执行传感器标定方法100的系统中。

在步骤S103，根据标定平面和标定物的扫描结果，并基于标定物与机器人之间的相对位置关系，计算传感器的偏移量，所述偏移量包括传感器相对于预设位姿的角度偏差，进一步的，根据传感器在预设位姿下的三维方向，传感器的角度偏差可以分解为三个相互垂直方向上的角度偏差。在本发明的具体实施例中，分别或同时计算三个方向上的角度偏差。在实际应用过程中，传感器相对于预设位姿的偏移量还可能包括距离偏差，同样可以根据传感器在预设位姿下的三维方向，将距离偏差分解到三个相互垂直的方向上。

在步骤S104，根据传感器的偏移量对传感器进行校正，优选的，通过调整传感器坐标系和机器人坐标系之间的转换关系对传感器进行校正，以使传感器获取的信息尽量真实地反映机器人周边环境。

如前所述，传感器相对于预设位姿的角度偏差可以分解为预设位姿下三维方向的三个分量，在本发明的优选实施例中，三个角度偏差的分量分别是偏航角、翻滚角和俯仰角。其中偏航角表示在平行于标定平面的平面内，传感器的正前方向偏离预设位姿下传感器正前方向的角度，例如传感器为光学相机，偏航角表示光学相机的光轴在标定平面内的投影偏离光学相机位于预设位姿下光轴在标定平面内的投影的角度。图2示出了根据本发明的优选实施例中计算传感器偏航角的传感器标定方法200的过程，下面结合图2展开说明。

在本实施例中，标定物具有朝向传感器的前平面，并且标定物的前平面与标定平面之间具有预设的夹角，即前平面与标定平面之间的夹角已知，具体可以通过设置合适的标定物的形状确定，例如将标定物的某一个朝向传感器的平面设定为前平面，标定物固定放置在标定平面上，则前平面与标定平面之间的夹角等于标定物中前平面与支撑平面的夹角，在已知标定物的预设形状的情况下，前平面与支撑平面的夹角已知。优选的，前平面垂直于标定平面，以简化计算过程。前平面朝向传感器表示前平面位于传感器的视野范围内。

传感器标定方法200中的步骤S201、步骤S202和步骤S205与传感器标定方法100中的步骤S101、步骤S102和步骤S104基本相同，在此不再赘述。在步骤S203，获取第一法向量，其中第一法向量为标定物前平面的法向量，例如通过传感器扫描前平面，获得前平面与传感器之间的距离和角度关系，或前平面的点云数据，即可计算获得第一法向量。

在步骤S204，根据第一法向量计算传感器相对于预设位姿的偏航角，在获得偏航角后，在步骤S205，即可对传感器的偏航角偏移量进行反向补偿校正。

具体的，以标定平面的法向为Z方向，以传感器在预设位姿处的视野范围中线在标定平面内的投影所在方向为X方向，以空间内与Z方向和X方向均垂直的方向为Y方向。在本发明的优选实施例中，机器人坐标系中的坐标轴与XYZ方向相平行。

可以通过第一法向量与X方向和Z方向所在平面的夹角计算传感器的偏航角。可以根据前平面与标定平面之间的预设夹角获得第一法向量在标定平面内的投影，当前平面与标定平面相垂直时，第一法向量与其在标定平面内的投影方向平行。第一法向量在标定平面内的投影方向与X方向的夹角包括实际获取的探测值，和根据标定物与机器人之间的相对位置关系计算获得的理想值之间的差值即为传感器的偏航角。

在本发明的优选实施例中，前平面垂直于标定平面，且前平面与X方向相垂直，即标定物中的前平面正对传感器在预设位姿下的视场范围的中线，则第一法向量的理想值与X方向平行，而根据传感器扫描得到的实际数据计算获得的第一法向量可能偏离第一法向量的理想值，第一法向量的探测值在标定平面内的投影与X方向之间的夹角即为传感器与预设位姿之间的偏航角偏差。在本发明的其他实施例中，前平面与标定平面的角度可以通过标定物的预设形状获得，前平面与X方向的夹角可以通过标定物与机器人之间的相对位置关系(方位角)计算获得，因此，在前平面不满足垂直于标定平面和/或垂直于X方向的情况下，同样能够计算传感器相对于预设位姿的偏航角，以上实施例仅为本发明的一个优选实施例，以简化计算过程。

图3示出了根据本发明的优选实施例中包含计算传感器相对于标准位姿的翻滚角和俯仰角过程的传感器标定方法300的具体流程，其中步骤S301、步骤S302和步骤S305与传感器标定方法100中的步骤S101、步骤S102和步骤S104基本相同。

在步骤S303，获取第二法向量，其中第二法向量为标定平面的法向量。具体的，可以通过传感器扫描标定平面，并根据扫描数据获得标定平面的法向量。在步骤S304，根据标定平面的法向量计算传感器相对于预设位姿的翻滚角和俯仰角。以前述的XYZ方向为例，偏航角为传感器相对于预设位姿发生绕Z方向旋转的角度偏移量，翻滚角表示传感器相对于预设位姿发生绕X方向旋转的角度偏移量，俯仰角表示传感器相对于预设位姿发生绕Y轴方向旋转的角度偏移量。

第二法向量同样具有理想值(与Z方向平行)，通过传感器探测标定平面，计算获得的第二法向量与第二向量的理想值可能存在偏差这一偏差能够用于计算传感器相对于预设位姿的翻滚角和俯仰角。

第二法向量与X方向和Z方向所在平面的夹角，或在Y方向和Z方向所在平面内的投影与Z方向的夹角即为传感器相对于预设位姿的翻滚角。第二法向量与Y方向和Z方向所在平面的夹角，或在X方向和Z方向所在的平面的投影与Z方向的夹角即为传感器相对于预设位姿的俯仰角。计算获得对应的夹角数值后进行反向补偿即可校正传感器的翻滚角和俯仰角。

进一步的，根据本发明的优选实施例，传感器的偏移量还包括传感器相对于预设位姿的距离偏移量，可以按照前述的XYZ方向将传感器相对于预设位姿的距离偏移量分解到三个相互垂直方向上，分别计算获得三个方向上的分量后，根据计算结果对传感器进行校正。

图4示出了根据本发明的优选实施例中传感器标定方法400的具体流程，其中包含计算在标定平面的法向上，传感器相对于预设位姿的距离偏移量的过程，具体的，传感器标定方法400中的步骤S401、步骤S402和步骤S405分别与传感器标定方法100中的步骤S101、步骤S102和步骤S104基本相同，不再赘述。

在步骤S403，获取第一特征点，并且计算第一特征在传感器预设位姿下视场内的坐标，其中第一特征点位于标定物上，优选的，可以在标定物上预设一个具有形状特征的位置，以便于传感器识别或计算第一特征点的坐标，例如是标定物的某一个顶点，或某一个平面的面心点，面心点可以通过控制传感器扫描该平面，并根据该平面的扫描数据计算获得。第一特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标可以理解为第一特征点在传感器位于预设位姿情况下，传感器的自身坐标系，或机器人的自身坐标系内的坐标，具体可以通过标定物与机器人的相对位置关系以及标定物的预设形状计算获得。

在步骤S404，根据第一特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标以及第一特征点在传感器当前位姿下视场内的坐标，计算传感器在标定平面的法向上相对于预设位姿的偏移量。第一特征点在在传感器预设位姿下视场内的坐标即为第一特征点的理想值，第一特征点在传感器当前位姿下视场内的坐标即为第一特征点的探测值，两者数值在标定平面法向上的偏差即为传感器相对于预设位姿在标定平面法向上的偏差。

在本发明的优选实施例中，标定平面的法向为Z方向，第一特征点的理想值和探测值在Z方向上的偏差即为传感器相对于预设位姿在Z方向上的偏移量。进一步的，第一特征点在X方向和Y方向上的理想值与探测值之间的偏差同样能够计算传感器相对于预设位姿在X方向和Y方向上的偏差值。

在本发明的优选实施例中，如图5所示，传感器标定方法500中具体包括了根据第二特征点计算传感器相对于预设位姿在标定平面平行平面内的距离偏差。传感器标定方法500中的步骤S501、步骤S502和步骤S505与传感器标定方法100中的步骤S101、步骤S102和步骤S104基本相同，不再赘述。

在步骤S503，获取第二特征点，并且计算第二特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标。其中第二特征点用于计算传感器相对于预设位姿在标定平面平行平面内的距离偏差，根据前述实施例，传感器标定方法400中的第一特征点同样能够用于计算传感器相对于预设位姿在标定平面的平行平面内的偏差值，因此第二特征点可以与第一特征点相同。优选的，第二特征点与第一特征点不相同，以提高计算偏移量的准确度。第二特征点可以是标定物的某个顶点，或某个平面的面心。第二特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标根据标定物与机器人之间的相对位置关系，和标定物的预设结构计算获得，具体计算方法与前述实施例中第一特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标计算方法相同。

在步骤S504，根据第二特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标(理想值)以及第二特征点在传感器当前位姿下视场内的坐标(探测值)，计算传感器在标定平面平行平面内的偏移量。进一步的，在前述的XYZ方向中，可以利用第二特征点在X方向和Y方向上的偏差分别计算传感器在X方向和Y方向上相对于预设位姿的偏移量。根据本发明的优选实施例，可以分别通过位于标定物上不同位置的第一特征点和第二特征点对传感器相对于预设位姿在三个方向上的偏移量进行计算，并比较误差或取平均值，以提高偏移量计算的准确度。

根据本发明的不同实施例，对传感器相对于预设位姿的偏航角、翻滚角和俯仰角偏差，以及传感器相对于预设位姿在三个相互垂直的方向上的距离偏差可以同时计算，或以不同的顺序分别进行计算。优选的，在计算获得传感器相对于预设位姿的偏航角、翻滚角和俯仰角偏差，并对传感器相对于预设位姿的欧拉角进行校正后，计算传感器相对于预设位姿的距离偏移量，以避免在对传感器的距离偏移量进行调整校正时，导致传感器产生新的欧拉角偏差。

如图6和图7所示，本发明还包括一种机器人1的实施例，其中机器人1包括主体10、传感器20和控制系统30。其中主体10是机器人1的主要结构框架，机器人1中各部组件均通过主体固定，例如图6中所示。主体10可以采用合金材料或有机材料制成固定性状，机器人1中各部分组件安装在主体10中的对应位置上，以实现具体的功能。

传感器20设置在主体10上，并且传感器20能够用于获取前方区域的图像信号和/或点云信号，具体的，根据本发明的优选实施例，传感器20可以是适用于机器人1应用的相机，或激光雷达等设备，传感器20与控制系统30信号连接。如图6所示，根据机器人1的具体设计，传感器20可以设置在主体10的正前方，以便于机器人1在向前运动时，由传感器20获取机器人1前方范围内的周边环境信息，确定机器人所在位置，进行障碍物的避让等操作。

在实际使用中，传感器20可能会偏离其在机器人上的预设位姿，可以通过控制系统30执行前述实施例中的传感器标定方法，以对传感器的偏移量进行校正。

在本发明的优选实施例中，如图6和图7所示，机器人1还包括距离传感器40，其中距离传感器40与传感器20的预设位姿的相对位置固定，即传感器20和距离传感器40均设置在机器人1的主体10上的固定位置处，并且角度固定。距离传感器40的视野范围与传感器20的视野范围至少部分重合，标定物与机器人1的相对位置关系通过距离传感器40获取，优选的，距离传感器为激光雷达，激光雷达设置于主体10上，激光雷达可沿设定平面进行旋转，使得激光雷达的光电接收阵列形成扫描柱面，能够通过扫描标定物，获得标定物相对于机器人的距离和方位角。同时距离传感器40也与控制系统30通讯。

具体的，激光雷达可以设置于机器人1的主体10开缝处，发出激光信号以对周围物体进行探测，上述激光雷达包括光电接收阵列和激光发射单元阵列，从而在激光雷达沿设定平面进行旋转时，光电接收阵列能够形成扫描柱面，获得较大的扫描范围，便于获取物体形态的细节，避免对机器人1设备磕碰障碍物的情况。可选的，上述设定平面可以为水平面，以便于机器人1设备在行进过程中进行物体探测，此外，还可以根据具体的用户需求选取其他设定平面，例如垂直平面等，本实施例对此不进行限定。

在本发明的优选法实施例中，机器人1还包括运动装置，运动装置设置在机器人1的主体10上，并能够在收到驱动和控制后带动机器人1的主体10运动。具体的，运动装置设置有至少两组驱动轮，每组驱动轮分别位于机器人1移动底盘的一侧，利用驱动轮带动机器人1运动。通过控制系统30控制驱动轮的转速，进而带动机器人1运动，优选的，移动底盘不同侧的驱动轮分别控制，通过控制驱动轮以不同转速转动，实现机器人1转向。

进一步的，移动单元设置有两组驱动轮，其中一组驱动轮用作左驱动轮，同时，另一组驱动轮用作右驱动轮，左驱动轮和右驱动轮位于底盘的相对相侧，在机器人1需要转向时，控制左驱动轮和右驱动轮以不同的转速旋转，实现机器人1转向。可选的，运动装置还可以包括至少两组从动轮，一组驱动轮对应一组从动轮，其中，至少一组从动轮用作左从动轮，同时，至少一组从动轮用作右从动轮，左从动轮和右从动轮用于协助左驱动轮和右驱动轮带动机器人1的壳体和移动底盘运动，减轻驱动轮的负载压力，同时提高机器人1的稳定性。从动轮还可以设置在左驱动轮和右驱动轮的中线上，尽量均匀地分散机器人1的重量。

可选的，移动底盘的底部设有至少一个转向灯单元，每个转向灯单元中包括至少一个转向灯。控制系统30还能够控制转向灯单元内的转向灯在机器人1转向的时候按照预设方式点亮。本发明实施例提供的机器人1，通过在机器人1转向时，元件控制器控制控制转向灯点亮，以提醒行人注意，提高机器人1的运动安全性。

根据本发明的其他实施例，机器人1还包括：提供用户操作的功能控制器、地图生成和路径规划的底层控制器、以及控制移动单元和环境检测单元的元件控制器。

优选的，元件控制器在移动底盘两侧的驱动轮的速度差大于预设值时，控制转向灯单元内的转向灯按照预设方式点亮。进一步的，机器人1还包括语音模块，语音模块与元件控制器电连接，当机器人1转向时，控制语音模块发出语音提示信息。

根据本发明的实施例，还包括一种机器人的路径规划方法，可以应用于任意一个机器人，需要说明的是，其中各个步骤在运行的时候可以是按照顺序先后进行，也可以是根据实际情况多个步骤同时进行，在此并不做限定。

本申请提供的机器人路径规划方法包括如下步骤：

首先，构建机器人活动范围内的地图，确定当前工作区域的定位地图，其中，所述定位地图为所述机器人对其所处环境进行的建图所形成的地图。具体地，机器人配置采集传感器和建模处理器，建模处理器通过采集传感器采集的环境数据进行建模以构建环境地图。在本实施例中，采集传感器包括激光雷达、超声波传感器和红外传感器，通过激光雷达、超声波传感器和红外传感器对机器人所处的工作区域数据进行采集，建模处理器利用这些传感器采集的数据进行创建地图，在创建地图的过程中通过不同的传感器生成不同的地图图层，例如，静态图层、动态障碍物图层、超声波图层图、视觉图层等，通过将这些图层进行融合以得到供对机器人进行定位导航的定位地图。

其次，根据所述定位地图规划路径。

进一步的，根据所述定位地图确定所述机器人的当前位置和目标位置，根据定位地图确定障碍物的位置，或根据所述当前位置、所述目标位置和所述障碍物位置规划路径。

具体地，目标位置为使用者设定的位置，或是由机器人的处理系统确定的需要移动至的位置，其中，该目标位置可以是在移动过程中确定的接下来需要移动到的位置，也可以是机器人最终需要达到的位置。当前位置为机器人通过位置传感器确定的机器人的实时位置信息。

通过述定位地图进行，以确定定位地图上的障碍物的位置。通过此种实施方式，使得机器人可以在不改变导航精度的前提下，确定障碍物的位置并规划路线。

最后，根据规划的路径控制机器人移动。

根据本发明的一个优选实施例，还包括一种计算机可读存储介质，包括存储于其上的计算机可执行命令，所述可执行命令在被处理器执行时实施如前述实施例中所述的传感器标定方法。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (12)

1.一种传感器标定方法，所述传感器以预设位姿安装于机器人上，传感器能够获取前方区域内的图像信息和/或点云数据，所述传感器标定方法包括：

控制所述传感器扫描一标定平面和具有预设形状的标定物，所述标定物凸出设置于所述标定平面内；

获取所述标定物与所述机器人之间的相对位置关系；

根据标定平面和标定物的扫描结果，并基于所述标定物与所述机器人之间的相对位置关系，计算传感器的偏移量，所述偏移量包括传感器相对于预设位姿的角度偏差；

根据传感器的偏移量对传感器进行校正。

2.根据权利要求1所述的传感器标定方法，其中所述标定物具有朝向所述传感器的前平面，所述前平面与所述标定平面具有一预设夹角；

所述计算传感器的偏移量的步骤包括：

获取第一法向量，所述第一法向量为所述标定物的前平面的法向量；

根据所述第一法向量计算传感器相对于预设位姿的偏航角。

3.根据权利要求2所述的传感器标定方法，其中所述计算传感器的偏移量的步骤还包括：

获取第二法向量，所述第二法向量为所述标定平面的法向量；

根据第二法向量计算传感器相对于预设位姿的翻滚角和俯仰角。

4.根据权利要求3所述的传感器标定方法，其中所述传感器的偏移量还包括传感器相对于预设位姿的距离偏移量；

所述计算传感器的偏移量的步骤还包括：

获取标定物的第一特征点，并计算第一特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标；

根据第一特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标以及第一特征点在传感器当前位姿下视场内的坐标，计算传感器在所述标定平面的法向上相对于预设位姿的偏移量。

5.根据权利要求4所述的传感器标定方法，其中所述计算传感器的偏移量的步骤还包括：

获取标定物的第二特征点，并计算第二特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标；所述第二特征点与所述第一特征点相同或不同；

根据第二特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标以及第二特征点在传感器当前位姿下视场内的坐标，计算传感器在标定平面平行平面内的偏移量。

6.根据权利要求5所述的传感器标定方法，其中所述计算传感器的偏移量的步骤还包括：根据传感器的偏航角、翻滚角和俯仰角偏差校正传感器相对于预设位姿的欧拉角后，计算传感器相对于预设位姿的距离偏移量。

7.根据权利要求5所述的传感器标定方法，其中所述获取标定物与所述机器人的相对位置关系的步骤包括：通过测量设备获取标定物与机器人的相对位置关系，或人工输入标定物与机器人的相对位置关系；所述标定物与所述机器人的相对位置关系包括第一特征点和第二特征点在传感器预设位姿下视场内的坐标。

8.根据权利要求7所述的传感器标定方法，其中所述传感器预设位姿下的视场中，以所述标定平面的法向为Z方向，以所述传感器在预设位姿处的视野范围中线在标定平面内的投影所在方向为X方向，以空间内与Z方向和X方向均垂直的方向为Y方向；

所述计算传感器的偏移量的步骤包括：

根据第一法向量与X方向和Z方向所在的平面的夹角计算传感器的偏航角；

根据第二法向量与X方向和Z方向所在平面的夹角，以及Y方向和Z方向所在平面的夹角计算传感器的翻滚角和俯仰角；

根据第一特征点在Z方向上的偏差计算传感器在Z方向上的偏移量；

根据第二特征点在X方向和Y方向上的偏差计算传感器在X方向和Y方向上的偏移量。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的传感器标定方法，其中所述对传感器进行校正的过程包括：

根据传感器的偏移量对传感器在机器人上的安装位置进行调整；或

根据传感器的偏移量对传感器获取的扫描数据进行反向补偿。

10.一种机器人，包括：

主体；

传感器，所述传感器设置于所述主体上；和

控制系统，所述控制系统与所述传感器通讯，并配置成能够执行如权利要求1-9中任一项所述的传感器标定方法。

11.根据权利要求10所述的机器人，还包括距离传感器，所述距离传感器与所述传感器预设位姿的相对位置固定，距离传感器的视野范围与所述传感器的视野范围至少部分重合，所述标定物与机器人的相对位置关系通过距离传感器获取；距离传感器与所述控制系统通讯。

12.一种计算机可读存储介质，包括存储于其上的计算机可执行命令，所述可执行命令在被处理器执行时实施如权利要求1-9中任一项所述的传感器标定方法。

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