CN116269059B - 扫地机器人标定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种扫地机器人标定系统，包括：激光雷达，用于发射点激光。线激光发射器，用于发射线激光。标定系统还包括：放置治具，扫地机器人以指定位姿安放在放置治具。反射板，设置在放置治具周围，接收点激光和线激光。红外传感单元，用于拍摄点激光和线激光在反射板上的位置。处理单元，根据点激光和线激光的位置，分别校准激光雷达和线激光发射器在扫地机器人上的安装角度。利用本申请提供的扫地机器人标定系统，可以实现在扫地机器人完成组装后对激光雷达，线激光发射器进行自动标定，可以排除安装误差，以消除扫地机器人的定位和测距误差，提高了扫地机器人系统的标定效率。

Description

扫地机器人标定系统及方法

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种扫地机器人标定系统及方法。

背景技术

在相关技术中，扫地机器人一般安装有激光雷达、线激光发射器、红外防跌落传感器等，从而可以实现地形构建、避障、防跌落等功能。

在扫地机器人组装过程中，激光雷达、线激光发射器通常会有一定的安装误差，比如倾斜角度，安装位置偏移等，红外防跌落传感器也会存在个体差异，这些都会造成扫地机器人定位和测距的误差，由于这些误差很难避免，所以需要对安装误差进标定，以消除扫地机器人的定位和测距误差。

针对扫地机器人的标定工作，步骤繁琐，往往需要人工参与，存在标定工作效率低下的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种技术方案，解决相关技术中存在的扫地机器人标定工作效率低下的问题。

为实现以上目的，本申请提供一种扫地机器人的标定系统，扫地机器人包括：

激光雷达，用于发射点激光；

线激光发射器，用于发射线激光；

进一步的，标定系统包括：

放置治具，扫地机器人以指定位姿安放在放置治具；

反射板，设置在放置治具周围，接收点激光和线激光；

红外传感单元，用于拍摄点激光和线激光在反射板上的位置；

处理单元，根据点激光和线激光的位置，分别获取激光雷达和线激光发射器在扫地机器人上的安装角度；

传输单元，用于向扫地机器人传输安装角度，使扫地机器人进行探测时，基于安装角度对测得的障碍物的距离和方位进行修正。

进一步的，激光雷达的安装角度包括俯仰角和零位角；

传输单元向扫地机器人传输激光雷达的俯仰角和零位角，以使扫地机器人根据激光雷达的俯仰角对激光雷达的测距结果进行修正，并根据激光雷达的零位角对障碍物相对扫地机器人的方位进行修正。

进一步的，反射板包括第一反射板，第一反射板与放置治具所处平面垂直；

激光雷达扫描周围环境，红外传感单元记录激光雷达扫描第一反射板时点激光的路径；

处理单元根据点激光的路径与激光雷达之间的位置关系获得激光雷达安装在扫地机器人上时的俯仰角；

传输单元向扫地机器人传输激光雷达的俯仰角，触发扫地机器人将激光雷达的俯仰角作为测距相关参数，以使扫地机器人在利用激光雷达进行测距时，利用测距相关参数获得修正后的测距结果，其中，测距相关参数包括激光雷达的俯仰角和激光雷达返回的点激光信息。

进一步的，反射板包括第二反射板，第二反射板与放置治具所处平面垂直，且第二反射板上设置有狭缝；

当扫地机器人以指定位姿放置在放置治具上时，扫地机器人的正前方向与第二反射板的反射面之间的夹角大于85°且小于95°，由扫地机器人中心指向狭缝的中心的方向与扫地机器人的正前方向平行。

进一步的，扫地机器人控制激光雷达对第二反射板进行扫描；

处理单元获取激光雷达扫描至狭缝时的扫描次数和离开狭缝时的扫描次数，

对激光雷达扫描至狭缝时的扫描次数和离开狭缝时的扫描次数进行均值处理，获得激光雷达扫描至狭缝的中心所需的扫描次数；

处理单元将激光雷达扫描至狭缝的中心所需的扫描次数与激光雷达的角分辨率相乘，获得激光雷达的零位角；

传输单元向扫地机器人传输激光雷达的零位角，触发扫地机器人将激光雷达的零位角作为方位相关参数，以使扫地机器人在利用激光雷达扫描周围环境时，利用方位相关参数获得修正后的障碍物相对扫地机器人的方位，其中，方位相关参数包括激光雷达的零位角和激光雷达的转速。

进一步的，处理单元建立第一约束模型，第一约束模型通过如下公式表示：

；

式中，d _i表示第i次激光雷达测距时获得的距离测量值，表示零位角，/>表示角分辨率，S表示以激光雷达中心为圆心且与反射板相切的圆的半径；

启动激光雷达，进行扫描测距，根据第一约束模型，获得激光雷达的零位角。

进一步的，线激光发射器的安装角度包括俯仰角和偏航角；

传输单元向扫地机器人传输线激光发射器的俯仰角和偏航角，以使扫地机器人根据线激光发射器的俯仰角对线激光发射器的测距结果进行修正，并根据线激光发射器的偏航角对障碍物相对扫地机器人的方位进行修正。

进一步的系统还包括第四反射板，第四反射板的反射面与放置治具平行，且第四反射板的反射面高度小于或等于放置治具的高度，

以扫地机器人的中心为原点，建立世界坐标系，并在接收线激光的反射板上建立平面坐标系；

处理单元根据在世界坐标系中线激光发射器的理论安装位姿，获取在理论安装位姿下线激光发射器所发出的理论线激光在反射板上的理论位置，获取在平面坐标系中理论线激光的直线方程；

启动线激光发射器，使线激光投射在反射板上，红外传感单元获取反射板上的实际线激光的线段位置，处理单元根据线段位置获得实际线激光的直线方程；

处理单元根据理论线激光的直线方程和实际线激光的直线方程，获得理论线激光与实际线激光之间的夹角，夹角为线激光发射器安装时的偏航角偏差，根据偏航角偏差获得线激光发射器实际安装在扫地机器人上的实际偏航角；

传输单元向扫地机器人传输实际偏航角，触发扫地机器人将实际偏航角作为方位相关参数，以使扫地机器人在利用线激光发射器探测障碍物时，利用方位相关参数获得修正后的障碍物相对扫地机器人的方位。

进一步的，系统还包括第五反射板，第五反射板设置在放置治具下方，第五反射板至少包括两个反射区域，其中，第一反射区域为黑色，第二反射区域为白色；

放置治具上开设有通孔，当扫地机器人以指定位姿放置在放置治具上时，安装在扫地机器人的底盘上的红外防跌落传感器通过通孔与第五反射板正对；

驱动单元，用于驱动第五反射板，以改变第五反射板相对放置治具之间的距离，以及通孔正对的第五反射板的区域。

本申请还提供一种扫地机器人的标定方法，扫地机器人包括：

激光雷达，用于发射点激光；

线激光发射器，用于发射线激光；

在扫地机器人周围设置反射板；

进一步的，方法包括以下步骤：

启动扫地机器人的激光雷达和线激光发射器；

记录点激光和线激光在反射板上的位置，根据点激光和线激光的位置，分别校准激光雷达和线激光发射器在扫地机器人上的安装角度；

向扫地机器人传输安装角度，使扫地机器人进行探测时，基于安装角度对测得的障碍物的距离和方位进行修正。

进一步的，激光雷达的安装角度包括激光雷达安装在扫地机器人上时的俯仰角，方法还包括以下步骤：

启动激光雷达扫描周围环境；

记录点激光在反射板上的移动路径，根据点激光的路径与激光雷达之间的位置关系获得激光雷达安装在扫地机器人上时的俯仰角；

向扫地机器人传输激光雷达的俯仰角，使扫地机器人在利用激光雷达进行测距时，根据激光雷达的俯仰角对激光雷达的测距结果进行修正。

进一步的，在扫地机器人的正前方设置反射板，并在反射板上设置狭缝，狭缝的延伸方向垂直于放置扫地机器人的平面，扫地机器人的中心指向狭缝的中心的方向与扫地机器人的正前方向平行；

扫地机器人控制激光雷达对反射板进行扫描，获取激光雷达扫描至狭缝时的扫描次数和离开狭缝时的扫描次数；

对激光雷达扫描至狭缝时的扫描次数和离开狭缝时的扫描次数进行均值处理，获得激光雷达扫描至狭缝的中心所需的扫描次数；

将激光雷达扫描至狭缝的中心所需的扫描次数与激光雷达的角分辨率相乘，获得激光雷达的零位角；

向扫地机器人传输激光雷达的零位角，使扫地机器人在利用激光雷达扫描周围环境时，根据零位角对障碍物相对扫地机器人的方位进行修正。

进一步的，在扫地机器人的正前方设置反射板；

建立第一约束模型，第一约束模型通过如下公式表示：

；

式中，d _i表示第i次激光雷达测距时获得的距离测量值，表示零位角，/>表示角分辨率，S表示以激光雷达中心为圆心且与反射板相切的圆的半径；

启动激光雷达，进行扫描测距，根据第一约束模型，获得激光雷达的零位角；

向扫地机器人传输激光雷达的零位角，使扫地机器人在利用激光雷达扫描周围环境时，根据零位角对障碍物相对扫地机器人的方位进行修正。

进一步的，线激光发射器在扫地机器人上的安装角度包括偏航角，方法还包括：

以扫地机器人的中心为原点，建立世界坐标系，并在接收线激光的反射板上建立平面坐标系；

根据在世界坐标系中线激光发射器的理论安装位姿，获取在理论安装位姿下线激光发射器所发出的理论线激光在反射板上的直线方程；

启动线激光发射器，使线激光投射在反射板上，

根据反射板上的实际线激光的线段位置，获得实际线激光的直线方程；

根据理论线激光在反射板上的直线方程和实际线激光的直线方程，获得理论线激光与实际线激光之间的夹角，夹角为线激光发射器安装时的偏航角偏差，根据偏航角偏差获得线激光发射器实际安装在扫地机器人上的实际偏航角；

向扫地机器人传输实际偏航角，使扫地机器人在利用线激光发射器探测障碍物时，根据实际偏航角对障碍物相对扫地机器人的方位进行修正。

进一步的，方法还包括对安装在扫地机器人的底盘上的红外防跌落传感器进行标定，对红外防跌落传感器标定包括以下步骤：

在红外防跌落传感器前指定距离内放置黑色反射板，测得此时红外防跌落传感器的电压测量值；

更改在红外防跌落传感器前放置的黑色反射板的距离，获得多组不同反射板距离下的电压测量值；

在红外防跌落传感器前指定距离内放置白色反射板，测得此时红外防跌落传感器的电压测量值；

更改在红外防跌落传感器前放置的白色反射板的距离，获得多组不同反射板距离下的电压测量值；

建立第二约束模型，第二约束模型通过如下公式表示：

；

式中，v表示电压测量值，d表示反射板与红外防跌落传感器之间的距离，d大于或等于3cm且小于或等于8cm，j表示黑或白；

根据第二约束模型，获得红外防跌落传感器前指定距离放置黑色反射板时的最优k _黑、b _黑值，以及，红外防跌落传感器前指定距离放置白色反射板时的最优k _白、b _白值；

根据最优k _黑、b _黑值以及最优k _白、b _白值，赋予权重，获得红外防跌落传感器的电压测量值与反射板距离之间的关系，电压测量值与反射板距离之间的关系表示为：

；

式中，

；

；

v表示红外防跌落传感器的电压测量值，d表示红外防跌落传感器与反射板之间的距离，k表示系数，b表示截距，x表示权重，x大于或等于0且小于或等于1。

综上，本申请提供一种扫地机器人标定系统，可以实现在扫地机器人完成组装后对激光雷达和线激光发射器进行标定，可以排除安装误差，以消除扫地机器人的定位和测距误差。并且，本申请提供的扫地机器人标定系统可以对激光雷达、线激光发射器进行自动标定，全程无需人员操作，提高了扫地机器人系统的标定效率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的扫地机器人标定系统的示意图；

图2为本申请实施例提供的标定激光雷达的俯仰角的示意图；

图3为本申请实施例提供的标定激光雷达的零位角的示意图；

图4为本申请实施例提供的标定线激光发射器的示意图；

图5为本申请实施例提供的标定红外防跌落传感器的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述，但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

如图1所示，本申请提供一种扫地机器人标定系统100，用于对扫地机器人200进行标定。扫地机器人200包括激光雷达21和线激光发射器22。激光雷达21用于发射点激光，线激光发射器22用于发射线激光。

作为一种可选的实现方式，本申请实施例提供的扫地机器人标定系统100包括：放置治具11、反射板12、红外传感单元13、处理单元14以及传输单元。

其中，扫地机器人200以指定位姿安放在放置治具11。反射板12设置在放置治具11周围，用于接收点激光和线激光。红外传感单元13用于拍摄点激光和线激光在反射板12上的位置。处理单元14根据点激光与线激光在反射板12上的位置，分别校准激光雷达21和线激光发射器22在扫地机器人200上的安装角度。

传输单元可以向扫地机器人200传输激光雷达21和线激光发射器22在扫地机器人200上的安装角度，使扫地机器人200在进行探测时，可以基于激光雷达21和线激光发射器22在扫地机器人200上的安装角度对测得的障碍物的距离和方位进行修正。

如图2所示，作为一种可选的实现方式，反射板12包括第一反射板121。第一反射板121设置于放置治具11周围，且与放置治具11所处平面垂直。将扫地机器人200放置于放置治具11上，当激光雷达21扫描周围环境时，红外传感单元13记录点激光在第一反射板上的点激光的扫描路径101。在本申请实施例中，第一反射板121设置于扫地机器人200的后方，红外传感单元13可以拍摄第一反射板121上的点激光的扫描路径101。可以理解的，第一反射板121也可以设置在扫地机器人200的前方或侧方，只需对应调节红外传感单元13的拍摄角度即可，本申请在此不做限制。

处理单元14能够根据点激光的扫描路径101与激光雷达21之间的位置关系获得激光雷达21安装在扫地机器人200上的俯仰角。传输单元可以向扫地机器人200传输激光雷达21的俯仰角，使扫地机器人200在利用激光雷达21进行测距时，根据激光雷达21的俯仰角对激光雷达21的测距结果进行修正。激光雷达21的俯仰角是指激光雷达21发射点激光的方向与水平面之间的夹角。

具体的，激光雷达21主要用于快速检测扫地机器人200四周的环境信息，实现地形构建。当激光雷达21扫描周围环境时，向周围发射点激光，当遇到障碍物时可以返还测距值，而扫地机器人与障碍物之间的实际距离还需要根据返还的测距值结合激光雷达21的俯仰角进行换算。

在本申请实施例中，当点激光照射在第一反射板121时，红外传感单元13记录此时点激光照射在第一反射板121上的位置。可以调节红外传感单元的记录频次，获取多帧关于点激光照射在第一反射板121上的图像。可以将多帧关于点激光照射在第一反射板121上的图像进行融合从而可以获取点激光在第一反射板上的扫描路径101。

进一步的，将点激光在第一反射板上的扫描路径101传输至处理单元14。扫地机器人200安置在放置治具11上，由此可以得出点激光路径与激光雷达21之间的位置关系，点激光路径与激光雷达之间的位置关系包括：激光雷达21与第一反射板121之间的距离，以及，点激光路径与激光雷达21之间的水平高度差。

处理单元14能够根据点激光在第一反射板的扫描路径101与激光雷达21之间的位置关系，计算得到激光雷达21实际安装在扫地机器人200上的俯仰角。将激光雷达21的实际安装俯仰角传入扫地机器人200中，在扫地机器人200利用激光雷达进行测距时，可以代入激光雷达21的实际安装俯仰角，从而对激光雷达21的测距结果进行修正。

如图3所示，作为一种可选的实现方式，反射板12包括第二反射板122。第二反射板122放置于放置治具11周围，且与放置治具11所处平面垂直，第二反射板122上还设置有狭缝1221。当扫地机器人200以指定位姿放置在放置治具11上时，扫地机器人200的正前方与第二反射板122的反射面之间的夹角大于85°且小于95°。例如，扫地机器人200的正前方与第二反射板122的反射面基本垂直。对于扫地机器人200的中心指向第二反射板122上的狭缝1221中心的方向，该方向应与扫地机器人200的正前方向平行，即，可以认为狭缝1221位于扫地机器人的正前方。在扫地机器人200控制激光雷达21对第二反射板122进行扫描时，狭缝1221可以用于指示扫地机器人200的正前方向。例如，激光雷达21所发射的点激光照射在第二反射板122上时，可以向扫地机器人200返还测距值，而当扫描至狭缝1221时，扫地机器人200无法接收到返还的测距值，此时可以认为激光雷达21扫描至扫地机器人200的正前方向。

作为另一种可选的实现方式，反射板12还包括与第二反射板122平行的第三反射板123，第三反射板123设置在狭缝1221后，且与第二反射板122相距指定距离。在这一实施方式中，激光雷达21扫描至狭缝1221时，扫地机器人200可以接收到返还的测距值，该测距值与第三反射板123至激光雷达21的距离相关，处于一定数值范围内。本申请根据第三反射板123至激光雷达21的距离预设数值范围，当扫地机器人200接收到返还的测距值处于预设数值范围内时，可以认为激光雷达21扫描至狭缝1221。

如图3所示，作为一种可选的实现方式，扫地机器人200控制激光雷达21对第二反射板122进行扫描。处理单元14能够获取激光雷达21扫描至狭缝1221时的扫描次数与离开狭缝1221时的扫描次数，并根据扫描至狭缝1221时的扫描次数与离开狭缝1221时的扫描次数进行均值处理，得到激光雷达21扫描至狭缝1221的中心所需的扫描次数。数据处理单元14将激光雷达21扫描至狭缝1221的中心所需的扫描次数与激光雷达21的角分辨率相乘，获得激光雷达21的零位角。传输单元向扫地机器人200传输激光雷达21的零位角，使扫地机器人200在利用激光雷达21扫描周围环境时，根据零位角对障碍物相对扫地机器人的方位进行修正。

需要说明的是，本申请实施例中，激光雷达21的安装角度包括零位角。零位角是指激光雷达21初始发射激光方向与扫地机器人200正前方向之间的夹角。

具体的，将扫地机器人200放置在放置治具11上，调整扫地机器人200的方向，使得扫地机器人200的正前方与第二反射板122基本垂直。扫地机器人200的中心指向狭缝1221中心的方向与扫地机器人200的正前方向平行，此时扫地机器人200的放置位姿即为指定位姿。

进一步的，启动扫地机器人200的激光雷达21，扫地机器人200控制激光雷达21对第二反射板122进行扫描，激光雷达21在进行扫描时，根据自身的角分辨率，每转动一定角度便发射一次激光，处理单元14获取每一次激光雷达21扫描的距离数据和此时激光雷达21的扫描次数。当处理单元14获取的距离数据第一次大于预设距离，即点激光进入狭缝时，处理单元14获取此时激光雷达21的扫描次数。当处理单元14获取的距离数据最后一次大于预设距离，即点激光离开狭缝时，处理单元14获取此时激光雷达21的扫描次数/>。

进一步的，处理单元14对扫描次数和扫描次数/>进行均值处理，可以得到激光雷达21扫描至狭缝1221中心时的扫描次数/>。处理单元14中存储有激光雷达21的角分辨率，即激光雷达21扫描至下一个位置点时点激光改变的角度。处理单元14将激光雷达21扫描至狭缝1221的中心所需的扫描次数/>与激光雷达21的角分辨率相乘，可以得到激光雷达21的零位角。

在激光雷达21快速扫描周围环境时，激光雷达21会快速转动，并在转动过程中每转动一定角度发射一次点激光，由于激光雷达21的转速较快，扫地机器人200所接收到的点激光返还的信息会略微滞后，本申请向扫地机器人200传输激光雷达21的零位角，使得扫地机器人200在利用激光雷达21检测周围环境时，可以根据零位角并结合激光雷达21的转速，对测得的障碍物相对扫地机器人200的方位进行修正，避免扫地机器人200根据点激光返还的信息所构建的地形发生畸变。

作为另一种可选的实现方式，处理单元14能够建立第一约束模型，该第一约束模型通过以下公式表示：

；

该公式中，d _i表示第i次激光雷达21测距时获得的距离测量值，表示零位角，/>表示角分辨率，S表示从激光雷达21中心到反射板12的距离。启动激光雷达21，对反射板12进行扫描测距，根据该约束模型，获得激光雷达21的零位角。

具体的，将扫地机器人200放置在放置治具11上，并调整机器人至指定位姿，计算此时机器人的激光雷达21中心到反射板12的距离。启动扫地机器人200的激光雷达21，扫地机器人200控制激光雷达21对反射板12进行扫描，处理单元14获取每一次激光雷达21扫描的距离数据和此时激光雷达21的扫描次数。

进一步的，处理单元14中存储有激光雷达21的角分辨率，即激光雷达21扫描至下一个位置时发射点激光所改变的角度。处理单元14将获取的距离数据和扫描次数带入第一约束模型并计算，可以得到满足第一约束模型时激光雷达21的零位角。

根据以上说明，本申请提供的扫地机器人标定系统100可以在扫地机器人完成激光雷达21的组装后对激光雷达21的俯仰角和零位角进行标定，从而可以确保扫地机器人不会因装配问题影响精度。

如图4所示，本申请实施例提供的扫地机器人标定系统100可以对线激光发射器22的安装角度进行校准。其中，线激光发射器22的安装角度包括线激光发射器22安装在扫地机器人200上的俯仰角和偏航角。其中，线激光发射器22的俯仰角是指线激光发射器22发射线激光的方向与水平面之间的夹角，线激光发射器22的偏航角是指线激光发射器22发射线激光的方向在水平面上的投影，该投影与扫地机器人正前方向的夹角。

作为一种可选的实现方式，反射板12还包括第四反射板124。第四反射板124与放置治具11平行，且第四反射板124的反射面高度小于或等于放置治具的高度。第四反射板124用于接收线激光发射器22发出的线激光。将扫地机器人200以指定位姿放置于放置治具11中，以扫地机器人200的中心为原点，建立世界坐标系，并在接收线激光的第四反射板124上建立平面坐标系。处理单元14能够获取在世界坐标系中线激光发射器22的理论安装位姿，并根据理论安装位姿，获取理想情况下线激光发射器22所发出的理论线激光获得在第四反射板124上的理论位置221，进而可以根据理论位置221获得在平面坐标系中理论线激光的直线方程。

进一步的，启动线激光发射器22，使线激光发射器22发出的线激光照射在第四反射板124上。此时红外传感单元13能够获取线激光照射在第四反射板124上的实际线段位置222，并将该线段位置发送至处理单元14。处理单元14根据红外传感器发出的实际线段位置222进行处理，从而得到线激光的实际直线方程。

作为一种可选的实现方式，可以通过调节红外传感单元13的拍摄角度，分别获取激光雷达21所发射的点激光在第一反射板121上的扫描路径101和线激光发射器22所发射的线激光在第四反射板124上的实际线段位置222。也可以是设置两个红外传感单元13，分别获取激光雷达21所发射的点激光在第一反射板121上的扫描路径101和线激光发射器22所发射的线激光在第四反射板124上的实际线段位置222。

进一步的，处理单元14能够根据在世界坐标系中线激光发射器22的位置，得到线激光发射器22距离第四反射板124的高度h。同时数据处理单元14根据线激光发射器22的位置得到线激光发射器22到第四反射板124上线激光投影位置的实际距离。数据处理单元14通过计算高度h与实际距离/>的比值可以得到实际俯仰角的余弦值，进而得到实际俯仰角。数据处理单元14通过计算实际俯仰角与理论俯仰角之间的差值可以得到俯仰角偏差。

需要说明的是，扫地机器人200上安装的线激光发射器22主要用于检测在与扫地机器人200相距一预设的固定距离上是否存在障碍物。由于线激光发射器22安装的实际俯仰角与理论俯仰角之间存在偏差，导致扫地机器人200实际检测的相距距离与预设的固定距离不同。例如，扫地机器人200预设利用线激光发射器22检测与扫地机器人相距10cm的距离上是否存在障碍物，则按照理论俯仰角，线激光发射器22所发射的线激光应当投射在与扫地机器人200相距10cm的地面上，进而可以将线激光位置作为检测障碍物的虚拟边界。但是，由于线激光发射器22的实际安装俯仰角与理论俯仰角不同，线激光实际照射在地面的位置发生改变，导致线激光发射器22实际检测存在障碍物的距离与预设情况不符。

在本申请实施例中，传输单元可以将线激光发射器22的实际俯仰角传输至扫地机器人200，使得扫地机器人200可以根据线激光发射器22的实际俯仰角换算得与障碍物之间的实际间距，从而扫地机器人200可以行进至与障碍物相距合适的距离再绕行。

进一步的，处理单元14通过计算在第四反射板124上的理论直线方程和实际直线方程，可以得到理论线激光与实际线激光之间的夹角，该夹角即为线激光发射器22的偏航角偏差。根据偏航角偏差可以获得线激光发射器22实际安装在扫地机器人200上的实际偏航角。

在本申请实施例中，传输单元可以向扫地机器人200传输线激光发射器22的实际偏航角，使扫地机器人200在利用线激光发射器22探测障碍物时，根据实际偏航角对障碍物相对扫地机器人200的方位进行修正。

根据以上说明，本申请实施例提供的扫地机器人的标定系统100可以对完成线激光发射器22组装的扫地机器人进行标定。在对线激光发射器22进行标定时，可以对线激光发射器22安装的俯仰角和偏航角进行标定，可以排除水平方向上安装的偏差对标定效果的影响。如图5所示，作为一种可选的实现方式，反射板12还包括第五反射板125，第五反射板125设置在放置治具11下方。第五反射板125包括至少两个反射区域，其中，第一反射区域为黑色反射板1251，第二反射区域为白色反射板1252。放置治具11上开设有通孔111，当扫地机器人200以指定位姿放置在放置治具11中时，安装在扫地机器人200底盘上的红外防跌落传感器23能够通过该通孔111与第五反射板125正对。扫地机器人标定系统100还包括驱动单元15。该驱动单元15用于驱动第五反射板125，进而改变第五反射板125与放置治具11之间的距离，以及通孔111正对的第五反射板125的区域。

作为一种可选的实现方式，处理单元14还用于构建第二约束模型，该第二约束模型通过如下公式表示：

；

式中，v表示电压测量值，d表示反射板与红外防跌落传感器之间的距离，d大于或等于3cm且小于或等于8cm，j表示黑或白，表示红外防跌落传感器23前指定距离d放置颜色为j的反射板时的电压测量值。

当红外防跌落传感器23正对第五反射板125上的黑色区域时，j表示黑，当红外防跌落传感器23正对第五反射板125上的白色区域时，j表示白。

根据第二约束模型，可以获得红外防跌落传感器前指定距离放置黑色反射板时的最优k _黑、b _黑值，以及，红外防跌落传感器前指定距离放置白色反射板时的最优k _白、b _白值。

根据最优k _黑、b _黑值以及最优k _白、b _白值，赋予权重，获得红外防跌落传感器的电压测量值与反射板距离之间的关系，电压测量值与反射板距离之间的关系表示为：

；

式中，

；

；

v表示红外防跌落传感器的电压测量值，d表示红外防跌落传感器与反射板之间的距离，k表示系数，b表示截距，x表示权重，x大于或等于0且小于或等于1。

具体的，将扫地机器人200以指定位姿放置于放置治具11中，在红外防跌落传感器23前指定距离内放置黑色反射板1251并启动红外防跌落传感器23。处理单元14计算此时红外防跌落传感器23的电压测量值。

进一步的，驱动单元15驱动第五反射板125，改变第五反射板125上黑色反射板1251到红外防跌落传感器23的距离。处理单元14获得多组在不同距离时红外防跌落传感器23的黑色反射板1251电压测量值。

进一步的，驱动单元15驱动第五反射板125，使得白色反射板1252放置在红外防跌落传感器23的指定距离内。处理单元14计算此时红外防跌落传感器23的电压测量值。驱动单元15改变第五反射板125上白色反射板1252到红外防跌落传感器23的距离。处理单元14获得多组在不同距离时红外防跌落传感器23的白色反射板1252电压测量值。处理单元14将多组黑色电压测量值与白色电压测量值带入第二约束模型，可以得到黑色反射板1251时的最优k _黑、b _黑值以及白色反射板1252时的最优k _白、b _白值。用户可以根据实际的使用场景，利用处理单元14根据黑色反射板1251时的最优k _黑、b _黑值以及白色反射板1252时的最优k _白、b _白值赋予权重，可以得到不同使用场景下红外防跌落传感器23的电压测量值与反射板12距离之间的关系，根据该关系可以对红外防跌落传感器23进行标定。

例如，对于红外防跌落传感器23的电压测量值与反射板12距离之间的关系可以通过如下公式表示：

；

式中，v表示电压测量值，k表示系数，d表示距离，b为截距。

对k _黑、b _黑、k _白、b _白值赋予权重，

；

；

则对于偏暗环境，可以提高k _黑的权重，例如，可以取x为0.7，以提高红外防跌落传感器23的灵敏度。在后续扫地机器人实际运行时，通过电压测量值反算扫地机器人与地面的高度，当扫地机器人与地面高差过大时则扫地机器人不在前进。

根据以上说明，本申请实施例提供的扫地机器人标定系统100可以自动对红外防跌落传感器23进行标定，使用时可以对安装在扫地机器人下方的多个红外防跌落传感器23同时进行标定，提高了标定效率，并且减少了人工操作。

本申请还提供一种扫地机器人200的标定方法，用于本申请中的扫地机器人标定系统100。该标定方法包括以下步骤：

S1、在扫地机器人200周围设置反射板12。

S2、启动扫地机器人200的激光雷达21和线激光发射器22，记录激光雷达21发射的点激光和线激光发射器22发射的线激光在反射板12上的位置，根据点激光和线激光的位置，分别校准激光雷达21和线激光发射器22在扫地机器人200上的安装角度。

S3、向扫地机器人200传输激光雷达21和线激光发射器22在扫地机器人200上的安装角度，使扫地机器人200进行探测时，基于安装角度对测得的障碍物的距离和方位进行修正。

作为一种可选的实现方式，标定方法包括对激光雷达21的俯仰角进行标定，对激光雷达21的俯仰角进行标定包括以下步骤：

S101、启动扫地机器人200的激光雷达21扫描周围环境；

S102、记录激光雷达21发射的点激光在反射板12上的扫描路径101，根据点激光的扫描路径101与激光雷达21之间的位置关系获得激光雷达21安装在扫地机器人200上时的俯仰角。

S103、向扫地机器人200传输激光雷达21的俯仰角，使扫地机器人200在利用激光雷达21进行测距时，根据激光雷达21的俯仰角对激光雷达21的测距结果进行修正。

通过上述操作，可以得到激光雷达21在扫地机器人200上的俯仰角，在扫地机器人200利用激光雷达21进行测距时，可以代入激光雷达21安装时的俯仰角，使得测距结果更为精准。

作为一种可选的实现方式，标定方法包括对激光雷达21的零位角进行标定，对激光雷达21的零位角进行标定包括以下步骤：

S201、在扫地机器人200的正前方设置反射板12，并在反射板12上设置狭缝1221。狭缝1221的延伸方向垂直于放置扫地机器人200的平面，扫地机器人200的中心指向狭缝1221中心的方向与扫地机器人200的正前方向平行；

S202、扫地机器人200控制激光雷达21对反射板12进行扫描，获取激光雷达21扫描至狭缝1221时的扫描次数与离开狭缝1221时扫描次数；

S203、对激光雷达21扫描至狭缝1221时的扫描次数与离开狭缝1221时的扫描次数进行均值处理，获得激光雷达21扫描至狭缝1221的中心所需的扫描次数；

S204、将激光雷达21扫描至狭缝1221中心时的扫描次数与激光雷达21的角分辨率相乘，可以获得激光雷达21的零位角；

S205、向扫地机器人200传输激光雷达21的零位角，使扫地机器人200在利用激光雷达21扫描周围环境时，根据零位角对障碍物相对扫地机器人的方位进行修正。

作为另一种可选的实现方式，标定方法包括对激光雷达21的零位角进行标定，对激光雷达21的零位角进行标定包括以下步骤：

S301、在扫地机器人200的正前方设置反射板12；

S302、建立第一约束模型，所述第一约束模型通过如下公式表示：

；

该公式中，d _i表示第i次激光雷达21测距时获得的距离测量值，表示零位角，/>表示角分辨率，S表示激光雷达21中心到反射板12的距离；

S303、启动激光雷达21，进行扫描测距，根据约束模型，获得激光雷达21的零位角。

通过上述步骤，可以得到激光雷达21在扫地机器人200上的零位角，进而可以对激光雷达21的零位角进行标定。本申请向扫地机器人200传输激光雷达21的零位角，使得扫地机器人200在利用激光雷达21检测周围环境时，可以根据零位角并结合激光雷达21的转速，对测得的障碍物相对扫地机器人200的方位进行修正，避免扫地机器人200根据点激光返还的信息所构建的地形发生畸变。

作为一种可选的实现方式，标定方法还包括线激光发射器22的俯仰角，对线激光发射器22的标定包括以下步骤：

S401、以扫地机器人200的中心为原点，建立世界坐标系，并在接收线激光的反射板12上建立平面坐标系；

S402、根据在世界坐标系中线激光发射器22的理论安装位姿，获取在理论安装位姿下线激光发射器22所发出的理论线激光在反射板12上的理论位置221，获取在所述平面坐标系中所述理论线激光的直线方程；

S403、启动线激光发射器22，使线激光投射在反射板12上，

S404、根据反射板12上的线激光的实际线段位置222，获得实际线激光的直线方程；

S405、根据在世界坐标系中线激光发射器22的位置，获得线激光发射器22距离第四反射板124的高度h。根据线激光发射器22的位置得到线激光发射器22到第四反射板124上线激光投影位置的实际距离。通过计算高度h与实际距离/>的比值可以得到实际俯仰角的余弦值，进而得到实际俯仰角。

S406、向扫地机器人200传输线激光发射器22的俯仰角，使扫地机器人200在利用线激光发射器22探测障碍物时，根据线激光发射器的俯仰角对障碍物相对扫地机器人的距离进行修正。

根据本申请实施例提供的方法，将线激光发射器22的实际俯仰角传输至扫地机器人200，使得扫地机器人200可以根据线激光发射器22的实际俯仰角换算得与障碍物之间的实际间距，从而扫地机器人200可以行进至与障碍物相距合适的距离再绕行。

作为一种可选的实现方式，本申请实施例提供的标定方法还包括对线激光发射器22的偏航角进行标定，包括以下步骤：

S407、根据理论线激光的直线方程和实际线激光的直线方程，获得所述理论线激光与实际线激光之间的夹角，所述夹角为所述线激光发射器22安装时的偏航角偏差。

S408、向扫地机器人200传输线激光发射器22的实际偏航角，使扫地机器人200在利用线激光发射器22探测障碍物时，根据实际偏航角对障碍物相对扫地机器人200的方位进行修正。

作为一种可选的实现方式，标定方法还包括对安装在扫地机器人200的底盘上的红外防跌落传感器23进行标定，对红外防跌落传感器23标定包括以下步骤：

S501、在红外防跌落传感器23前指定距离内放置黑色反射板1251，测得此时红外防跌落传感器23的电压测量值；

S502、更改在红外防跌落传感器23前放置的黑色反射板1251的距离，获得多组不同反射板12距离下的电压测量值；

S503、在红外防跌落传感器23前指定距离内放置白色反射板1252，测得此时红外防跌落传感器23的电压测量值；

S504、更改在红外防跌落传感器23前放置的白色反射板1252的距离，获得多组不同反射板12距离下的电压测量值；

S505、建立第二约束模型，所述约束模型通过如下公式表示：

；

式中，v表示电压测量值，d表示反射板与红外防跌落传感器之间的距离，d大于或等于3cm且小于或等于8cm，j表示黑或白，表示红外防跌落传感器23前指定距离d放置颜色为j的反射板时的电压测量值。

S506、根据第二约束模型，获得红外防跌落传感器前指定距离放置黑色反射板时的最优k _黑、b _黑值，以及，红外防跌落传感器前指定距离放置白色反射板时的最优k _白、b _白值；

S507、根据黑色反射板1251时的最优k _黑、b _黑值以及白色反射板1252时的最优k _白、b _白值，赋予权重，获得红外防跌落传感器23的电压测量值与反射板12距离之间的关系。根据该关系可以对红外防跌落传感器23进行标定。

综上，本申请提供一种扫地机器人标定系统100，可以实现在扫地机器人200完成组装后对激光雷达21，线激光发射器22和红外防跌落传感器23进行标定，可以排除安装误差，以消除扫地机器人200的定位和测距误差。并且，本申请提供的扫地机器人标定系统100可以对激光雷达、线激光、红外防跌落传感器进行自动标定，全程无需人员操作，提高了扫地机器人200系统的标定效率。

以上所揭露的仅为本申请的较佳实施例而已，然其并非用以限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解：在不脱离本申请及所附的权利要求的精神和范围内，改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (14)

1.一种扫地机器人标定系统，所述扫地机器人包括：

激光雷达，用于发射点激光；

线激光发射器，用于发射线激光；

其特征在于，所述标定系统包括：

放置治具，所述扫地机器人以指定位姿安放在所述放置治具；

反射板，设置在所述放置治具周围，接收所述点激光和线激光；

红外传感单元，用于拍摄所述点激光和所述线激光在所述反射板上的位置；

处理单元，根据所述点激光和所述线激光的位置，分别获取所述激光雷达和所述线激光发射器在所述扫地机器人上的安装角度；

传输单元，用于向所述扫地机器人传输所述安装角度，使所述扫地机器人进行探测时，基于所述安装角度对测得的障碍物的距离和方位进行修正；

所述激光雷达的安装角度包括俯仰角和零位角；

所述传输单元向所述扫地机器人传输所述激光雷达的俯仰角和零位角，以使所述扫地机器人根据所述激光雷达的俯仰角对所述激光雷达的测距结果进行修正，并根据所述激光雷达的零位角对障碍物相对所述扫地机器人的方位进行修正。

2.根据权利要求1所述的扫地机器人标定系统，其特征在于，

所述反射板包括第一反射板，所述第一反射板与所述放置治具所处平面垂直；

所述激光雷达扫描周围环境，所述红外传感单元记录所述激光雷达扫描所述第一反射板时所述点激光的路径；

所述处理单元根据所述点激光的路径与所述激光雷达之间的位置关系获得所述激光雷达安装在所述扫地机器人上时的俯仰角；

所述传输单元向所述扫地机器人传输所述激光雷达的俯仰角，触发所述扫地机器人将所述激光雷达的俯仰角作为测距相关参数，以使所述扫地机器人在利用所述激光雷达进行测距时，利用所述测距相关参数获得修正后的测距结果，其中，所述测距相关参数包括所述激光雷达的俯仰角和所述激光雷达返回的点激光信息。

3.根据权利要求1所述的扫地机器人标定系统，其特征在于，

所述反射板包括第二反射板，所述第二反射板与所述放置治具所处平面垂直，且所述第二反射板上设置有狭缝；

当所述扫地机器人以所述指定位姿放置在所述放置治具上时，所述扫地机器人的正前方向与所述第二反射板的反射面之间的夹角大于85°且小于95°，由所述扫地机器人中心指向所述狭缝的中心的方向与所述扫地机器人的正前方向平行。

4.根据权利要求3所述的扫地机器人标定系统，其特征在于，

所述扫地机器人控制所述激光雷达对所述第二反射板进行扫描；

所述处理单元获取所述激光雷达扫描至所述狭缝时的扫描次数和离开所述狭缝时的扫描次数，

对所述激光雷达扫描至所述狭缝时的扫描次数和离开所述狭缝时的扫描次数进行均值处理，获得所述激光雷达扫描至所述狭缝的中心所需的扫描次数；

所述处理单元将所述激光雷达扫描至所述狭缝的中心所需的扫描次数与所述激光雷达的角分辨率相乘，获得所述激光雷达的零位角；所述传输单元向所述扫地机器人传输所述激光雷达的零位角，触发所述扫地机器人将所述激光雷达的零位角作为方位相关参数，以使所述扫地机器人在利用所述激光雷达扫描周围环境时，利用所述方位相关参数获得修正后的障碍物相对所述扫地机器人的方位，其中，所述方位相关参数包括所述激光雷达的零位角和所述激光雷达的转速。

5.根据权利要求3所述的扫地机器人标定系统，其特征在于，

所述处理单元建立第一约束模型，所述第一约束模型通过如下公式表示：

；

式中，d _i表示第i次所述激光雷达测距时获得的距离测量值，表示零位角，/>表示角分辨率，S表示以所述激光雷达中心为圆心且与所述反射板相切的圆的半径；

启动所述激光雷达，进行扫描测距，根据所述第一约束模型，获得所述激光雷达的零位角。

6.根据权利要求1所述的扫地机器人标定系统，其特征在于，

所述线激光发射器的安装角度包括俯仰角和偏航角；

所述传输单元向所述扫地机器人传输所述线激光发射器的俯仰角和偏航角，以使所述扫地机器人根据所述线激光发射器的俯仰角对所述线激光发射器的测距结果进行修正，并根据所述线激光发射器的偏航角对障碍物相对所述扫地机器人的方位进行修正。

7.根据权利要求6所述的扫地机器人标定系统，其特征在于，

所述系统还包括第四反射板，所述第四反射板的反射面与所述放置治具平行，且所述第四反射板的反射面高度小于或等于所述放置治具的高度，

以所述扫地机器人的中心为原点，建立世界坐标系，并在接收所述线激光的反射板上建立平面坐标系；

所述处理单元根据在所述世界坐标系中所述线激光发射器的理论安装位姿，获取在理论安装位姿下所述线激光发射器所发出的理论线激光在所述反射板上的理论位置，获取在所述平面坐标系中所述理论线激光的直线方程；

启动线激光发射器，使线激光投射在所述反射板上，所述红外传感单元获取所述反射板上的实际线激光的线段位置，所述处理单元根据所述线段位置获得所述实际线激光的直线方程；

所述处理单元根据所述理论线激光的直线方程和所述实际线激光的直线方程，获得所述理论线激光与实际线激光之间的夹角，所述夹角为所述线激光发射器安装时的偏航角偏差，根据所述偏航角偏差获得所述线激光发射器实际安装在所述扫地机器人上的实际偏航角；

所述传输单元向所述扫地机器人传输所述实际偏航角，触发所述扫地机器人将所述实际偏航角作为方位相关参数，以使所述扫地机器人在利用所述线激光发射器探测障碍物时，利用所述方位相关参数获得修正后的障碍物相对所述扫地机器人的方位。

8.根据权利要求6所述的扫地机器人标定系统，其特征在于，

所述系统还包括第五反射板，所述第五反射板设置在所述放置治具下方，所述第五反射板至少包括两个反射区域，其中，第一反射区域为黑色，第二反射区域为白色；

所述放置治具上开设有通孔，当所述扫地机器人以指定位姿放置在所述放置治具上时，安装在所述扫地机器人的底盘上的红外防跌落传感器通过所述通孔与所述第五反射板正对；

驱动单元，用于驱动所述第五反射板，以改变所述第五反射板相对所述放置治具之间的距离，以及所述通孔正对的所述第五反射板的区域。

9.一种扫地机器人的标定方法，所述扫地机器人包括：

激光雷达，用于发射点激光；

线激光发射器，用于发射线激光；

所述扫地机器人周围设置反射板；

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

启动所述扫地机器人的所述激光雷达和所述线激光发射器；

记录点激光和线激光在所述反射板上的位置，根据所述点激光和所述线激光的位置，分别校准所述激光雷达和所述线激光发射器在所述扫地机器人上的安装角度；

向所述扫地机器人传输所述安装角度，使所述扫地机器人进行探测时，基于所述安装角度对测得的障碍物的距离和方位进行修正；

所述激光雷达的安装角度包括俯仰角和零位角；

传输单元向所述扫地机器人传输所述激光雷达的俯仰角和零位角，以使所述扫地机器人根据所述激光雷达的俯仰角对所述激光雷达的测距结果进行修正，并根据所述激光雷达的零位角对障碍物相对所述扫地机器人的方位进行修正。

10.根据权利要求9所述的扫地机器人的标定方法，其特征在于，

所述激光雷达的安装角度包括所述激光雷达安装在所述扫地机器人上时的俯仰角，所述方法还包括以下步骤：

启动所述激光雷达扫描周围环境；

记录点激光在所述反射板上的移动路径，根据所述点激光的路径与所述激光雷达之间的位置关系获得所述激光雷达安装在所述扫地机器人上时的俯仰角。

11.根据权利要求9所述的扫地机器人的标定方法，其特征在于，

在所述扫地机器人的正前方设置反射板，并在所述反射板上设置狭缝，所述狭缝的延伸方向垂直于放置所述扫地机器人的平面，所述扫地机器人的中心指向所述狭缝的中心的方向与所述扫地机器人的正前方向平行；

所述扫地机器人控制所述激光雷达对所述反射板进行扫描，获取所述激光雷达扫描至所述狭缝时的扫描次数和离开所述狭缝时的扫描次数；

对所述激光雷达扫描至所述狭缝时的扫描次数和离开所述狭缝时的扫描次数进行均值处理，获得所述激光雷达扫描至所述狭缝的中心所需的扫描次数；

将所述激光雷达扫描至所述狭缝的中心所需的扫描次数与所述激光雷达的角分辨率相乘，获得所述激光雷达的零位角。

12.根据权利要求9所述的扫地机器人的标定方法，其特征在于，

在所述扫地机器人的正前方设置反射板；

建立第一约束模型，所述第一约束模型通过如下公式表示：

；

式中，d _i表示第i次所述激光雷达测距时获得的距离测量值，表示零位角，/>表示角分辨率，S表示以所述激光雷达中心为圆心且与所述反射板相切的圆的半径；

启动所述激光雷达，进行扫描测距，根据所述第一约束模型，获得所述激光雷达的零位角；

向所述扫地机器人传输所述激光雷达的零位角，使所述扫地机器人在利用所述激光雷达扫描周围环境时，根据所述零位角对障碍物相对所述扫地机器人的方位进行修正。

13.根据权利要求9所述的扫地机器人的标定方法，其特征在于，所述线激光发射器在所述扫地机器人上的安装角度包括偏航角，所述方法还包括：

以所述扫地机器人的中心为原点，建立世界坐标系，并在接收所述线激光的反射板上建立平面坐标系；

根据在所述世界坐标系中所述线激光发射器的理论安装位姿，获取在理论安装位姿下所述线激光发射器所发出的理论线激光在所述反射板上的直线方程；

启动线激光发射器，使线激光投射在所述反射板上，

根据所述反射板上的实际线激光的线段位置，获得所述实际线激光的直线方程；

根据所述理论线激光在所述反射板上的直线方程和所述实际线激光的直线方程，获得所述理论线激光与实际线激光之间的夹角，所述夹角为所述线激光发射器安装时的偏航角偏差，根据所述偏航角偏差获得所述线激光发射器实际安装在所述扫地机器人上的实际偏航角；

向所述扫地机器人传输所述实际偏航角，使所述扫地机器人在利用所述线激光发射器探测障碍物时，根据所述实际偏航角对所述障碍物相对所述扫地机器人的方位进行修正。

14.根据权利要求9所述的扫地机器人的标定方法，其特征在于，所述方法还包括对安装在所述扫地机器人的底盘上的红外防跌落传感器进行标定，对所述红外防跌落传感器标定包括以下步骤：

在所述红外防跌落传感器前指定距离内放置黑色反射板，测得此时所述红外防跌落传感器的电压测量值；

更改在所述红外防跌落传感器前放置的黑色反射板的距离，获得多组不同反射板距离下的所述电压测量值；

在所述红外防跌落传感器前指定距离内放置白色反射板，测得此时所述红外防跌落传感器的电压测量值；

更改在所述红外防跌落传感器前放置的白色反射板的距离，获得多组不同反射板距离下的所述电压测量值；

建立第二约束模型，所述第二约束模型通过如下公式表示：

；

式中，v表示电压测量值，d表示反射板与所述红外防跌落传感器之间的距离，d大于或等于3cm且小于或等于8cm，j表示黑或白；

根据所述第二约束模型，获得所述红外防跌落传感器前指定距离放置黑色反射板时的最优k _黑、b _黑值，以及，所述红外防跌落传感器前指定距离放置白色反射板时的最优k _白、b _白值；

根据所述最优k _黑、b _黑值以及最优k _白、b _白值，赋予权重，获得所述红外防跌落传感器的电压测量值与反射板距离之间的关系，所述电压测量值与反射板距离之间的关系表示为：

；

式中，

；

；

v表示红外防跌落传感器的电压测量值，d表示红外防跌落传感器与反射板之间的距离，k表示系数，b表示截距，x表示权重，x大于或等于0且小于或等于1。