CN209167539U - 一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统，包括基准车辆及被测车辆，基准车辆的前端设有第一激光测距传感器、第二激光测距传感器以及至少一个第三激光测距传感器，被测车辆的后端设有与第一激光测距传感器相适配的第一反射板、与第二激光测距传感器相适配的第二反射板以及至少一个参考反射板，参考反射板与相应一侧的第三激光测距传感器相适配，并与被测车辆的后端端面互呈夹角。与现有技术相比，本实用新型采用三个或四个激光测距传感器进行测量，具有高测量精度、高响应速度的优点，能够实现被测车辆在平面内3个自由度的实时测量，并可配合PLC控制器对被测车辆的方位、距离及姿态进行自动调节。

Description

一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统

技术领域

本实用新型属于车辆姿态测量技术领域，涉及一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统。

背景技术

随着社会生产力的发展以及劳动力成本的提高，传统的人力搬运或示教再现式半机械化运输的工厂物流方式都已远远无法满足现代制造业的物流需求，物流自动化已经成为现代工业运输领域的主流趋势。移动机器人的广泛应用可以实现生产自动化，提高工厂生产效率，节约企业应用成本，对促进社会发展具有十分重要的意义。

然而，当某一路径需要两辆或者更多移动设备同时工作时，联动功能变得尤为重要。其中，如何进行被测车辆在平面内3个自由度的实时测量和自动调节，保证该被测车辆不发生平移或转动偏移，是亟待解决的问题之一。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统，该系统包括基准车辆及被测车辆，所述的基准车辆的前端设有第一激光测距传感器、第二激光测距传感器以及至少一个第三激光测距传感器，所述的被测车辆的后端设有与第一激光测距传感器相适配的第一反射板、与第二激光测距传感器相适配的第二反射板以及至少一个参考反射板，所述的参考反射板与相应一侧的第三激光测距传感器相适配，并与被测车辆的后端端面互呈夹角。第一激光测距传感器、第二激光测距传感器及第三激光测距传感器共同组成激光测距传感器组，对被测车辆相对于基准车辆的位置及姿态进行测量。激光测距传感器组发射激光光束至相应反射板的正中间，激光光束经反射板以平行于原路的路径反射回相应的激光测距传感器。

作为优选的技术方案，所述的激光测距传感器包括用于发收激光光束的传感器探头、集成了信号转换与放大功能的多功能放大器及用于数据传输的通信单元，全行程测量精度达到1.5-2mm，联动精度达到±5mm，有效检测距离为0.1-50m。

进一步地，所述的第一反射板及第二反射板均与被测车辆的后端端面相平行。

进一步地，所述的参考反射板与被测车辆的后端端面之间的夹角为30-60°。

作为优选的技术方案，所述的参考反射板与被测车辆的后端之间设有参考反射板调节支架，以调节参考反射板与被测车辆的后端端面之间的夹角。

进一步地，所述的第三激光测距传感器及参考反射板均设有一个，并且所述的第三激光测距传感器位于基准车辆的中轴线上，所述的参考反射板位于被测车辆的中轴线上。

进一步地，所述的第三激光测距传感器及参考反射板均设有两个，并且两第三激光测距传感器关于基准车辆的中轴线上对称设置，两参考反射板关于被测车辆的中轴线对称设置。

进一步地，所述的基准车辆上设有分别与第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器电连接的基准车辆PLC控制器，所述的被测车辆上设有与基准车辆PLC控制器相适配的被测车辆PLC控制器。被测车辆PLC控制器中的信号接收器能够与基准车辆PLC控制器通过无线网络进行通讯，以便接收被测车辆的姿态数据并精确调节被测车辆的位姿。

进一步地，所述的基准车辆的前端与第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器之间均设有传感器调节底座。

本实用新型在实际应用时，激光测距传感器组实时测量其与被测车辆上相对应的反射板之间的距离，并可通过计算得到被测车辆的方位、距离及姿态，同时将数据发送到PLC控制器中，最终通过被测车辆PLC控制器控制被测车辆运动，以自动调节被测车辆的方位、距离及姿态。本实用新型可每秒钟测量及调整10次，快速获取被测车辆的方位、距离及姿态信息并使被测车辆自我调节，为之后的工程操作奠定有力可靠的基础，且操作简便，安全性强。

计算时，以基准车辆的中心点为原点建立直角坐标系，被测车辆的中心点坐标为(X，Y)，偏移角度为θ，通过自动调节，保持(X，Y)及θ始终为预设值。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：

1)本实用新型采用三个或四个激光测距传感器进行测量，具有高测量精度、高响应速度的优点，两车联动的方式能够满足较多较大重量设备的运输，实现被测车辆在平面内3个自由度的实时测量，全方位感知移动设备之间的相对状态，并可配合PLC控制器对被测车辆的方位、距离及姿态进行自动调节，为进一步的精确控制和同步动作提供有利的基础，使移动设备运输平稳，保障安全要求，从而大大提高仓库使用效率，改善仓储物流作业的工作效率；

2)通过PLC控制器、激光测距传感器组、车辆三者协调控制，实现了激光测距传感器组对被测车辆的相对姿态定位，并通过数据分析处理，实现对定位后被测车辆的位姿自动调节；

3)通过坐标系的建立和计算，可快速得到被测车辆的姿态，并发射信号使被测车辆调整至标准姿态，自动化程度高，降低了对操作人员的技术水平要求，生产效率大大提高，适用于工业检测领域。

附图说明

图1为实施例1中测量系统的俯视结构示意图；

图2为实施例2中测量系统的俯视结构示意图；

图中标记说明：

1—基准车辆、2—被测车辆、3—第一激光测距传感器、4—第二激光测距传感器、5—第三激光测距传感器、6—第一反射板、7—第二反射板、8—参考反射板、9—基准车辆PLC控制器、10—被测车辆PLC控制器、11—传感器调节底座；

l₀、l₁、l₂分别为第三激光测距传感器、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器测得的距离，l₃为第一激光测距传感器与第二激光测距传感器之间的距离，l₄为参考反射板的长度，l₅为被测车辆的前后端之间的距离，θ₀为参考反射板与被测车辆的后端端面之间的夹角。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1所示的一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统，该系统包括基准车辆1及被测车辆2，基准车辆1的前端设有第一激光测距传感器3、第二激光测距传感器4以及一个第三激光测距传感器5，被测车辆2的后端设有与第一激光测距传感器3相适配的第一反射板6、与第二激光测距传感器4相适配的第二反射板7以及一个参考反射板8，参考反射板8与相应一侧的第三激光测距传感器5相适配，并与被测车辆2的后端端面互呈夹角。

其中，第一反射板6及第二反射板7均与被测车辆2的后端端面相平行。参考反射板8与被测车辆2的后端端面之间的夹角为30-60°(基准45°)。第三激光测距传感器5位于基准车辆1的中轴线上，参考反射板8位于被测车辆2的中轴线上。

基准车辆1上设有分别与第一激光测距传感器3、第二激光测距传感器4、第三激光测距传感器5电连接的基准车辆PLC控制器9，被测车辆2上设有与基准车辆PLC控制器9相适配的被测车辆PLC控制器10。基准车辆1的前端与第一激光测距传感器3、第二激光测距传感器4、第三激光测距传感器5之间均设有传感器调节底座11。

图1中，被测车辆2与基准车辆1设备联动，被测车辆2为从动，基准车辆1为主动。三个激光测距传感器间距相等。

以基准车辆1的中心点为原点建立直角坐标系，被测车辆2中心点坐标为P(x，y)，偏移角度为θ。根据激光测距原理，三个激光测距传感器测得的距离分别为l₀、l₁、l₂。当两侧的第一激光测距传感器3、第二激光测距传感器4测得的距离不等，即l₁≠l₂时，说明被测车辆2的转动角度发生偏移，可根据三角函数公式求得偏移角：

若θ为正，说明被测车辆2逆时针偏移；若θ为负，说明被测车辆2顺时针偏移。

当两侧的第一激光测距传感器3、第二激光测距传感器4测得的距离相等，即l₁＝l₂时，判断被测车辆2是否发生平移，可根据三角函数公式求得P点坐标：

若x为正，则说明被测车辆2向右平移；若x为负，则说明被测车辆2向左平移。求得转动偏移角及平移数据后，发送信号至PLC控制器，使被测车辆2反向运动以进行姿态调整。

工作时，被测车辆2每秒钟调整10次，保持偏移点坐标(X,Y)以及偏移角θ始终为预设值，该方法行走定位误差可以控制在5mm以内。

实施例2：

如图2所示的一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统，该系统包括基准车辆1及被测车辆2，基准车辆1的前端设有第一激光测距传感器3、第二激光测距传感器4以及两个第三激光测距传感器5，被测车辆2的后端设有与第一激光测距传感器3相适配的第一反射板6、与第二激光测距传感器4相适配的第二反射板7以及两个参考反射板8，参考反射板8与相应一侧的第三激光测距传感器5相适配，并与被测车辆2的后端端面互呈夹角。

其中，第一反射板6及第二反射板7均与被测车辆2的后端端面相平行。参考反射板8与被测车辆2的后端端面之间的夹角为30-60°(基准45°)。第三激光测距传感器5关于基准车辆1的中轴线上对称设置，两参考反射板8关于被测车辆2的中轴线对称设置。

基准车辆1上设有分别与第一激光测距传感器3、第二激光测距传感器4、第三激光测距传感器5电连接的基准车辆PLC控制器9，被测车辆2上设有与基准车辆PLC控制器9相适配的被测车辆PLC控制器10。基准车辆1的前端与第一激光测距传感器3、第二激光测距传感器4、第三激光测距传感器5之间均设有传感器调节底座11。

本实施例中被测车辆2的位置姿态的测量方法参照实施例1，本实施例能够作为实施例1因环境等影响导致测量误差而进行的补偿方案。

三车或多车联动的测量原理可依据上述两车联动的测量原理进行扩展。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统，其特征在于，该系统包括基准车辆(1)及被测车辆(2)，所述的基准车辆(1)的前端设有第一激光测距传感器(3)、第二激光测距传感器(4)以及至少一个第三激光测距传感器(5)，所述的被测车辆(2)的后端设有与第一激光测距传感器(3)相适配的第一反射板(6)、与第二激光测距传感器(4)相适配的第二反射板(7)以及至少一个参考反射板(8)，所述的参考反射板(8)与相应一侧的第三激光测距传感器(5)相适配，并与被测车辆(2)的后端端面互呈夹角。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统，其特征在于，所述的第一反射板(6)及第二反射板(7)均与被测车辆(2)的后端端面相平行。

3.根据权利要求2所述的一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统，其特征在于，所述的参考反射板(8)与被测车辆(2)的后端端面之间的夹角为30-60°。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统，其特征在于，所述的第三激光测距传感器(5)及参考反射板(8)均设有一个，并且所述的第三激光测距传感器(5)位于基准车辆(1)的中轴线上，所述的参考反射板(8)位于被测车辆(2)的中轴线上。

5.根据权利要求1所述的一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统，其特征在于，所述的第三激光测距传感器(5)及参考反射板(8)均设有两个，并且两第三激光测距传感器(5)关于基准车辆(1)的中轴线上对称设置，两参考反射板(8)关于被测车辆(2)的中轴线对称设置。

6.根据权利要求1所述的一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统，其特征在于，所述的基准车辆(1)上设有分别与第一激光测距传感器(3)、第二激光测距传感器(4)、第三激光测距传感器(5)电连接的基准车辆PLC控制器(9)，所述的被测车辆(2)上设有与基准车辆PLC控制器(9)相适配的被测车辆PLC控制器(10)。

7.根据权利要求1所述的一种基于激光测距传感器组的相对姿态测量系统，其特征在于，所述的基准车辆(1)的前端与第一激光测距传感器(3)、第二激光测距传感器(4)、第三激光测距传感器(5)之间均设有传感器调节底座(11)。