CN116359891A - 一种多传感器快速标定方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多传感器快速标定方法及系统，涉及传感器标定技术领域。该多传感器快速标定方法包括以下步骤：调节并固定标定装置上各个传感器的位置及角度；标定装置安装有至少两个传感器；将标定装置安装到机器人末端上；获取多个机器人末端的位姿数据；根据位姿数据对各个传感器进行手眼标定，以得到各个传感器两两之间的位姿转换关系。本发明能够对多个传感器实现快速标定，整个标定过程简单快捷。
Description
技术领域
本发明涉及传感器标定技术领域，具体而言，涉及一种多传感器快速标定方法及系统。
背景技术
为了更好的实现导航与避障，AGV小车一般会安装上多种传感器，如激光雷达、相机等，而每种传感器一般都是基于自身的坐标系输出数据的（例如图像数据和点云数据等），若要实现多个传感器之间的数据融合，就需要对各个传感器进行标定，计算出不同传感器坐标系之间的位姿转换关系，从而将不同传感器的数据转换到基于同一坐标系下进行输出，然而由于每种传感器的标定方法都不太一样，导致整个标定过程极其繁琐和复杂。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多传感器快速标定方法及系统，能够对多个传感器实现快速标定，整个标定过程简单快捷。
第一方面，本发明提供一种多传感器快速标定方法，用于标定多个传感器，包括以下步骤：
S1.调节并固定标定装置上各个传感器的位置及角度；所述标定装置安装有至少两个所述传感器；
S2.将所述标定装置安装到机器人末端上；
S3.获取多个所述机器人末端的位姿数据；
S4.根据所述位姿数据对各个所述传感器进行手眼标定，以得到各个所述传感器两两之间的位姿转换关系。
本发明提供的多传感器快速标定方法，利用手眼标定，实现一次性标定所有传感器的效果，整个标定过程简单快捷且高效。
进一步的，步骤S4中的具体步骤包括：
S41.取任意两个所述传感器作为第一传感器和第二传感器，对所述第一传感器和所述第二传感器执行以下步骤：
S411.根据所述位姿数据对所述第一传感器进行手眼标定，获得所述第一传感器与所述机器人末端之间的第一转换矩阵；
S412.根据所述位姿数据对所述第二传感器进行手眼标定，获得所述第二传感器与所述机器人末端之间的第二转换矩阵；
S413.根据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，获取所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系。
进一步的，步骤S413中的具体步骤包括：
S4131.根据以下公式计算所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系：
其中，
为所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系，/>
为所述第一转换矩阵，/>
为所述第二转换矩阵。
无需再将各个传感器的多个位姿数据从各个传感器坐标系下转换到机器人末端坐标系下进行分析计算，有效减短运算时长，提高计算效率。
进一步的，步骤S1中的具体步骤包括：
S11.将所述标定装置安装到AGV小车；
S12.根据避障要求调节并固定各个传感器的位置及角度。
在用于AGV小车导航和避障时，将标定装置安装到AGV小车上并根据避障要求调节各个传感器的位置及角度，能够有效避免传感器之间相互遮挡而影响数据的获取。
第二方面，本发明提供了一种多传感器快速标定系统，包括标定装置、机器人和处理器；所述机器人包括机器人末端；所述标定装置上安装有至少两个传感器；所述标定装置能够安装到所述机器人末端上；
所述处理器用于执行以下步骤：
A1.各个所述传感器在所述标定装置上的位置和角度均完成调节并固定后，待所述标定装置安装到所述机器人末端上时，控制所述机器人末端多次进行移动，以获取多个所述机器人末端的位姿数据；
A2.根据所述位姿数据对各个所述传感器进行手眼标定，以得到各个所述传感器两两之间的位姿转换关系。
本发明提供的多传感器快速标定系统可以同时对至少两个传感器进行快速标定，无需根据传感器类型采取不同的标定方法，统一以手眼标定的方式对所有传感器进行标定，标定过程快捷、简单且高效。
进一步的，所述处理器在用于根据所述位姿数据对各个所述传感器进行手眼标定，以得到各个所述传感器两两之间的位姿转换关系的时候执行：
S41.取任意两个所述传感器作为第一传感器和第二传感器，对所述第一传感器和所述第二传感器执行以下步骤：
S411.根据所述位姿数据对所述第一传感器进行手眼标定，获得所述第一传感器与所述机器人末端之间的第一转换矩阵；
S412.根据所述位姿数据对所述第二传感器进行手眼标定，获得所述第二传感器与所述机器人末端之间的第二转换矩阵；
S413.根据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，获取所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系。
进一步的，所述处理器在用于根据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，获取所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系的时候执行：
S4131.根据以下公式计算所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系：
其中，
为所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系，/>
为所述第一转换矩阵，/>
为所述第二转换矩阵。
进一步的，还包括AGV小车；所述标定装置能够安装到所述AGV小车上；所述AGV小车用于在安装所述标定装置后根据避障要求调节并固定各个传感器的位置及角度。
进一步的，所述标定装置包括通用底座和固定杆，所述通用底座能够与所述AGV小车连接，且能够与所述机器人末端连接；所有所述传感器均安装在所述固定杆上。
进一步的，每个所述传感器均与对应的一个连接座转动连接，所述传感器能够在对应的所述连接座上绕垂直于所述固定杆长度方向的旋转轴旋转；所述连接座滑动设置在所述固定杆上且能够沿所述固定杆的长度方向往复移动；
所述连接座上设置有手柄螺钉，所述手柄螺钉用于锁定或解锁所述连接座在所述固定杆上的位置以及所述传感器的旋转角度。
由上可知，本发明提供的多传感器快速标定方法，将多个传感器放置到机器人末端上，以机器人末端坐标系作为参考对各个传感器执行手眼标定，以此获得基于机器人末端坐标系的各个传感器之间的位姿转换关系，进而实现多个传感器的数据转换和数据融合，整个标定过程简单快捷，一次性完成对所有传感器的标定，效率极高。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，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实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明实施例提供的多传感器快速标定方法的一种流程图。
图2为本发明实施例中标定装置的结构示意图。
标号说明：
100、通用底座；200、固定杆；300、连接座；310、手柄螺钉。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
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。
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。
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例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例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例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
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。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。同时，在本发明的描述中，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。
请参照图1，图1是多传感器快速标定方法的流程图。该多传感器快速标定方法，用于标定多个传感器，包括以下步骤：
S1.调节并固定标定装置上各个传感器的位置及角度；标定装置安装有至少两个传感器；
S2.将标定装置安装到机器人末端上；
S3.获取多个机器人末端的位姿数据；
S4.根据位姿数据对各个传感器进行手眼标定，以得到各个传感器两两之间的位姿转换关系。
手眼标定为现有的技术手段，常用于机器人标定中，通过记录机器人末端的位姿、标定板的位姿以及相机的位姿从而计算出机器人末端坐标系、机器人的工件坐标系（标定板坐标系）、相机坐标系、基础坐标系之间的位姿转换关系。
同理，本实施例中将标定装置安装在机器人末端上，则相当于引入了至少2个传感器坐标系（传感器坐标系与传感器一一对应），控制机器人末端移动，记录机器人末端的多个位姿数据，同时各个传感器也会输出各自的多个位姿数据，通过手眼标定即可计算出机器人末端与各个传感器对应的位姿转换关系，最后将各个传感器坐标下的位姿数据统一转换成机器人末端坐标系下的位姿数据，即可计算出各个传感器两两之间的位姿转换关系。
所有传感器均统一采用手眼标定的方式与机器人末端完成标定，进而得到各个传感器两两之间的位姿转换关系，整个标定过程无需因为传感器类型不同而需要采用不同的标定方法，实现多个传感器的快速标定，且标定过程简单快捷。
在某些实施例中，步骤S4中的具体步骤包括：
S41.取任意两个传感器作为第一传感器和第二传感器，对第一传感器和第二传感器执行以下步骤：
S411.根据位姿数据对第一传感器进行手眼标定，获得第一传感器与机器人末端之间的第一转换矩阵；
S412.根据位姿数据对第二传感器进行手眼标定，获得第二传感器与机器人末端之间的第二转换矩阵；
S413.根据第一转换矩阵和第二转换矩阵，获取第一传感器和第二传感器之间的位姿转换关系。
具体的，例如，标定装置上安装有工业相机和激光雷达，则对应引入了工业相机坐标系和激光雷达坐标系，手眼标定过程中，获取机器人末端的多个位姿数据（基于机器人末端坐标系）、工业相机的多个位姿数据（基于工业相机坐标系），以及激光雷达的多个位姿数据（基于激光雷达坐标系）；根据机器人末端的多个位姿数据和工业相机的多个位姿数据可以计算出机器人末端和工业相机之间的位姿转换关系，根据机器人末端的多个位姿数据和激光雷达的多个位姿数据可以计算出机器人末端和激光雷达之间的位姿转换关系；然后根据机器人末端和工业相机之间的位姿转换关系，将工业相机的多个位姿数据从工业相机坐标系下转换到机器人末端坐标系下，根据机器人末端和激光雷达之间的位姿转换关系，将激光雷达的多个位姿数据从激光雷达坐标系下转换到机器人末端坐标系下，最后分析计算机器人末端坐标系下的位姿数据即可得到工业相机和激光雷达之间的位姿转换关系。
在某些实施例中，步骤S413中的具体步骤包括：
S4131.根据以下公式计算第一传感器和第二传感器之间的位姿转换关系：
其中，
为第一传感器和第二传感器之间的位姿转换关系，/>
为第一转换矩阵，
为第二转换矩阵。
分析计算结果证明，各个传感器两两之间的位姿转换关系如上式，在得到各个传感器分别与机器人末端的位姿转换关系后，代入上式即可获得各个传感器两两之间的位姿转换关系，而无需再将各个传感器的多个位姿数据从各个传感器坐标系下转换到机器人末端坐标系下进行分析计算，有效减短运算时长，提高计算效率。
在某些实施例中，步骤S1中的具体步骤包括：
S11.将标定装置安装到AGV小车；
S12.根据避障要求调节并固定各个传感器的位置及角度。
本实施例中，对各个传感器进行标定的主要目的在于控制AGV小车实现导航和避障，因此需要将标定装置安装到AGV小车上，根据避障要求（避障要求根据实际需求而定）调节各个传感器的位置及角度，避免传感器之间相互遮挡而影响数据的获取。
本发明还提供一种多传感器快速标定系统，包括标定装置、机器人和处理器；机器人包括机器人末端；标定装置上安装有至少两个传感器；标定装置能够安装到机器人末端上；
处理器用于执行以下步骤：
A1.各个传感器在标定装置上的位置和角度均完成调节并固定后，待标定装置安装到机器人末端上时，控制机器人末端多次进行移动，以获取多个机器人末端的位姿数据；
A2.根据位姿数据对各个传感器进行手眼标定，以得到各个传感器两两之间的位姿转换关系。
在某些实施例中，处理器在用于根据位姿数据对各个传感器进行手眼标定，以得到各个传感器两两之间的位姿转换关系的时候执行：
S41.取任意两个传感器作为第一传感器和第二传感器，对第一传感器和第二传感器执行以下步骤：
S411.根据位姿数据对第一传感器进行手眼标定，获得第一传感器与机器人末端之间的第一转换矩阵；
S412.根据位姿数据对第二传感器进行手眼标定，获得第二传感器与机器人末端之间的第二转换矩阵；
S413.根据第一转换矩阵和第二转换矩阵，获取第一传感器和第二传感器之间的位姿转换关系。
在某些实施例中，处理器在用于根据第一转换矩阵和第二转换矩阵，获取第一传感器和第二传感器之间的位姿转换关系的时候执行：
S4131.根据以下公式计算第一传感器和第二传感器之间的位姿转换关系：
其中，
为第一传感器和第二传感器之间的位姿转换关系，/>
为第一转换矩阵，
为第二转换矩阵。
在某些实施例中，多传感器快速标定系统还包括AGV小车；标定装置能够安装到AGV小车上；AGV小车用于在安装标定装置后根据避障要求调节并固定各个传感器的位置及角度。
在某些实施例中，参考附图2，标定装置包括通用底座100和固定杆200，通用底座100能够与AGV小车连接，且能够与机器人末端连接；所有传感器均安装在固定杆200上。
在某些实施例中，参考附图2，每个传感器均与对应的一个连接座300转动连接，传感器能够在对应的连接座300上绕垂直于固定杆200长度方向的旋转轴旋转；连接座300滑动设置在固定杆200上且能够沿固定杆200的长度方向往复移动；
连接座300上设置有手柄螺钉310，手柄螺钉310用于锁定或解锁连接座300在固定杆200上的位置以及传感器的旋转角度。
本实施例中，手柄螺钉310可以设置有2个，其中一个手柄螺钉310用于锁定或解锁连接座300在固定杆200上的位置，另一个用于锁定或解锁传感器的旋转角度。
在实际使用时，用户扭动手柄螺钉310解锁连接座300后，滑动连接座300即可调节各个传感器之间的距离，解锁传感器后，拨动传感器即可调节传感器的旋转角度。
需要说明的是，调节好各个传感器的位置及角度并通过手柄螺钉310锁定后，标定过程中不能再次解锁连接座300和传感器，否则会改变各个传感器之间的相对位置和相对角度，进而导致各个传感器标定失败。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种多传感器快速标定方法，用于标定多个传感器，其特征在于，包括以下步骤：
S1、调节并固定标定装置上各个传感器的位置及角度；所述标定装置安装有至少两个所述传感器；
S2、将所述标定装置安装到机器人末端上；
S3、获取多个所述机器人末端的位姿数据；
S4、根据所述位姿数据对各个所述传感器进行手眼标定，以得到各个所述传感器两两之间的位姿转换关系。
2.根据权利要求1所述的多传感器快速标定方法，其特征在于，步骤S4中的具体步骤包括：
S41、取任意两个所述传感器作为第一传感器和第二传感器，对所述第一传感器和所述第二传感器执行以下步骤：
S411、根据所述位姿数据对所述第一传感器进行手眼标定，获得所述第一传感器与所述机器人末端之间的第一转换矩阵；
S412、根据所述位姿数据对所述第二传感器进行手眼标定，获得所述第二传感器与所述机器人末端之间的第二转换矩阵；
S413、根据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，获取所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系。
3.根据权利要求2所述的多传感器快速标定方法，其特征在于，步骤S413中的具体步骤包括：
S4131、根据以下公式计算所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系：
其中，
为所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系，/>
为所述第一转换矩阵，/>
为所述第二转换矩阵。
4.根据权利要求1所述的多传感器快速标定方法，其特征在于，步骤S1中的具体步骤包括：
S11、将所述标定装置安装到AGV小车；
S12、根据避障要求调节并固定各个传感器的位置及角度。
5.一种多传感器快速标定系统，其特征在于，包括标定装置、机器人和处理器；所述机器人包括机器人末端；所述标定装置上安装有至少两个传感器；所述标定装置能够安装到所述机器人末端上；
所述处理器用于执行以下步骤：
A1、各个所述传感器在所述标定装置上的位置和角度均完成调节并固定后，待所述标定装置安装到所述机器人末端上时，控制所述机器人末端多次进行移动，以获取多个所述机器人末端的位姿数据；
A2、根据所述位姿数据对各个所述传感器进行手眼标定，以得到各个所述传感器两两之间的位姿转换关系。
6.根据权利要求5所述的多传感器快速标定系统，其特征在于，所述处理器在用于根据所述位姿数据对各个所述传感器进行手眼标定，以得到各个所述传感器两两之间的位姿转换关系的时候执行：
S41、取任意两个所述传感器作为第一传感器和第二传感器，对所述第一传感器和所述第二传感器执行以下步骤：
S411、根据所述位姿数据对所述第一传感器进行手眼标定，获得所述第一传感器与所述机器人末端之间的第一转换矩阵；
S412、根据所述位姿数据对所述第二传感器进行手眼标定，获得所述第二传感器与所述机器人末端之间的第二转换矩阵；
S413、根据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，获取所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系。
7.根据权利要求6所述的多传感器快速标定系统，其特征在于，所述处理器在用于根据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，获取所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系的时候执行：
S4131、根据以下公式计算所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系：
其中，
为所述第一传感器和所述第二传感器之间的位姿转换关系，/>
为所述第一转换矩阵，/>
为所述第二转换矩阵。
8.根据权利要求5所述的多传感器快速标定系统，其特征在于，还包括AGV小车；所述标定装置能够安装到所述AGV小车上；所述AGV小车用于在安装所述标定装置后根据避障要求调节并固定各个传感器的位置及角度。
9.根据权利要求8所述的多传感器快速标定系统，其特征在于，所述标定装置包括通用底座（100）和固定杆（200），所述通用底座（100）能够与所述AGV小车连接，且能够与所述机器人末端连接；所有所述传感器均安装在所述固定杆（200）上。
10.根据权利要求9所述的多传感器快速标定系统，其特征在于，每个所述传感器均与对应的一个连接座（300）转动连接，所述传感器能够在对应的所述连接座（300）上绕垂直于所述固定杆（200）长度方向的旋转轴旋转；所述连接座（300）滑动设置在所述固定杆（200）上且能够沿所述固定杆（200）的长度方向往复移动；
所述连接座（300）上设置有手柄螺钉（310），所述手柄螺钉（310）用于锁定或解锁所述连接座（300）在所述固定杆（200）上的位置以及所述传感器的旋转角度。
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