CN108267133A - 一种激光式反射板坐标系冗余标定方法及激光导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光式反射板坐标系冗余标定方法，包含：反射板设置有四个不等距的反射点，其中两点分布在以最远距离两点所在线段为直径的圆的区域内；激光扫描传感器对反射点进行随机两次扫描，每次扫描三个反射点，由此建立坐标系A和定坐标系B，随后选取坐标系A或B中包含有四个反射点中距离最远的两个反射点的坐标系作为标定坐标系；若坐标系A和坐标系B均包含最远距离的两点，则随机选取一个。通过设定四个反射点并在进行两次扫描后进行冗余处理，增加了激光雷达传感器在标定坐标系过程中的准确度和精确度，保证了机器人定位的成功率，使机器人的导航准确性提高。

Description

一种激光式反射板坐标系冗余标定方法及激光导航系统

技术领域

本发明涉及机器人导航技术领域，特别涉及一种激光式反射板坐标系冗余标定方法及激光导航系统。

背景技术

随着工业技术的迅猛发展，机器人科技的不断推进，所以运动设备的应用也在不断的扩充。在大多数的运动设备运行过程中，导航作为自主行驶的核心技术，对运动设备的安全行驶，具有重要的意义。现有的机器人导航设备的坐标系标定一般采用机械约束点来实现。但是采用此种方法对坐标系标定精度和准确度不够高，容易使机器人在导航过程中定位不成功。

发明内容

本发明的目的在于解决现有导航技术在坐标系标定过程中准确度和精度不高定位不成功的问题。

为此，本发明提供一种激光式反射板坐标系冗余标定方法及激光导航系统，可以适用于机器人激光自主导航中对直角坐标系标定做冗余处理，以提高坐标系的标定准确度和精度保证定位的成功。

为了实现上述目的，本发明提供一种激光式反射板坐标系冗余标定方法，其特征在于，包含以下步骤：在反射板反射区设置有四个不等距分布的反射点，其中两点分布在以最远距离两点所在线段为直径的圆的区域内；激光扫描传感器对四个反射点进行两次扫描，且两次扫描均扫描到四个不等距分布的反射点中随机的三个且不同；在第一次扫描后，将扫描到的是三个反射点中距离最大的两点所在的直线作为直角坐标系的X轴，若三个反射点共线，则选取距离中间点最远的点作为直角坐标系的原点，若三个反射点不共线，则选取距离最大的两点中距离第三点最远的点作为直角坐标系的原点；最后根据右手法则确定直角坐标系的Y轴方向，由此建立坐标系A；第二次扫描后，根据上述原则确定坐标系B；随后选取坐标系A或坐标系B中包含有四个反射点中距离最远的两个反射点的坐标系作为标定坐标系；若坐标系A和坐标系B均包含最远距离的两点，则随机选取一个作为标定坐标系。

本发明还提供一种激光导航系统，其特征在于，包含：激光雷达传感器、激光发射装置、激光反射部件；所述激光雷达传感器和所述激光发射装置均设置在运动设备上；所述激光反射部件为激光反射板；所述激光反射板反射区域的反射点为四个且各点不等距分布。

进一步地，本发明所述的一种激光导航系统，其特征在于，所述激光发射装置为激光器。

进一步地，本发明所述的一种激光导航系统，其特征在于，所述反射点中至少三个反射点共线设置。

进一步地，本发明所述的一种激光导航系统，其特征在于，所述反射点组成一个四边形。

进一步地，本发明所述的一种激光导航系统，其特征在于，所述激光反射板为玻璃纤维制成。

进一步地，本发明所述的一种激光导航系统，其特征在于，所述激光反射板为长方形或正方形或圆形。

进一步地，本发明所述的一种激光导航系统，其特征在于，所述激光反射板背面设置有双面胶，所述激光反射板通过双面胶固定在预设的路线上。或所述激光反射板设置有螺钉孔，所述激光反射板通过所述螺钉孔固定在预设的路线上。

通过本发明所描述的一种激光式反射板坐标系冗余标定方法对机器人导航过程中对标准直角坐标系的冗余标定，通过设定四个反射点并在进行两次扫描后进行冗余处理，增加了激光雷达传感器在标定坐标系过程中的精确度，保证了机器人定位的成功率，使机器人的导航准确性提高。本发明还提供一种激光导航系统，通过设置激光雷达传感器和反射板的位置和个数的设置，确定了坐标系标定的唯一性，从而提高了机器人导航的精确度和定位的成功率。

附图说明

图1为本发明所述激光式反射板的坐标系冗余标定方法的流程图；

图2为本发明所述激光导航系统的结构图；

图3为本发明方法在扫描过程中三个反射点共线时直角坐标系标定示意图；

图4为本发明方法在扫描过程中三个反射点不共线时直角坐标系标定示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普遍技术人员在没有做出创造性劳动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。

鉴于激光扫描传感器在AGV小车导航过程中，由于观测角度、距离、障碍物的遮挡以及扫描角度等因素，每个激光反射板反射区域的反射点不可能每次都被扫描到；那么我们假设每个反射点被扫描到的概率为：P，则不被扫描到的概率为：1-P。

当只设置三个反射点的时候，扫描到两个或三个点的时候则能成功定位。三个反射点全被扫描概率为：P×P×P，扫描到两个点的概率为：P×P×(1-P)×3。则在设置三个扫描点时，AGV在导航过程中，能够成功定位的概率为：P×P×P+P×P×(1-P)×3＝P×P×(3-2P)【公式1】。

当设置四个反射点的时候，扫描到两个或三个或四个的时候能成功定位。四个反射点全被扫描到的概率为：P×P×P×P，随机扫描到三个点的概率为：P×P×P×(1-P)×4，随机扫描到两个点的概率为：P×P×(1－P)×(1－P)×6。则在设置四个扫描点时，在AGV在导航过程中，能够成功定位的概率为：P×P×P×P+P×P×P×(1－P)×4+P×P×(1－P)×(1－P)×6＝P×P×(6－8P+3×P×P)【公式2】。

比较【公式1】和【公式2】的大小，【公式2】减【公式1】得：3×(1-P)×(1-P)。显然此结果大于零，也就是【公式2】大于【公式1】结果，也就是在设置四个反射点进行冗余处理后的AGV导航定位成功率大于设置三个点时AGV导航成功率，也就保障了AGV导航过程中的成功定位。

根据以上定位成功的概率计算，激光扫描传感器在一次扫描到四个反射点的时候定位成功概率最大，扫描到两个点的时候定位成功概率最小，扫描到三个点的时候定位成功率居中，为了使激光扫描传感器在扫描到三个反射点时定位成功概率提升本发明将从激光扫描传感器在扫描两次，且每次扫描到三个反射点的时候进行坐标系的标定。

为此，本发明提供一种激光式反射板的坐标系冗余标定方法，如图1所示流程图，其步骤包含：

S101：反射板反射区设置有四个不等距分布的反射点，其中两点分布在以最远距离两点所在线段为直径的圆的区域内；激光扫描传感器对四个反射点进行两次扫描，两次扫描均扫描到四个不等距分布的反射点中随机的三个且不同。

具体地，在每一个反射板反射区都设置有四个反射点，且这四个反射点不等距的分布，其中两点分布在以最远距离两点的线段为直径的圆的区域内。当激光扫描传感器对反射板进行扫描时，必定随机扫描到其中的三个点且不同，激光扫描传感器需要随机对反射板的反射点进行两次扫描。

S102：在第一次扫描后，将扫描到的三个反射点中距离最大的两点所在的直线作为直角坐标系的X轴，若三个反射点共线，则选取距离中间点最远的点作为直角坐标系的原点，若三个反射点不共线，则选取距离最大的两点中距离第三点最远的点作为直角坐标系的原点，最后根据右手法则确定直角坐标系的Y轴方向，由此建立坐标系A。

具体地，激光雷达传感器开始对反射板反射区的反射点进行第一次扫描，当激光雷达传感器扫描到三个不等距的反射板在一条直线上时，则首先辨识间距最大的两点，并将间距最大的两点所在的直线作为直角坐标系的X轴，将距离中间点最远的点作为直角坐标系原点，然后根据右手定则确定Y轴坐标系，由此确定了随机扫描到的反射板上三个反射点在一条直线上时直角坐标系A的标定方法。如图3所示：为激光雷达传感器扫描三个不等距的反射板共线时，所标定的直角坐标系示意图。

若激光雷达传感器随机扫描到三个不等距的反射板上的反射点不在同一条直线上时，三个不等距分布的反射点就构成了一个非等腰三角形，激光雷达传感器首先辨识三点之间最远距离的两点，并将两点所在的直线作为X轴，将最长边与另两边之间较长一边交点的顶点作为直角坐标系的原点，根据右手法则来确定直角坐标系的Y轴方向，依此来标定了三个反射板不共线时的直角坐标系A。如图4所示：为激光雷达传感器扫描三个不等距的反射板不共线时，所标定的直角坐标系示意图。

S103：第二次扫描后，根据上述原则确定坐标系B。

具体地，在激光传感器对反射板反射区的反射点进行第二次扫描后，根据步骤S102所涉及的原则进行坐标系B的标定。

S104：选取坐标系A或坐标系B中包含四个反射点中距离最远的两个反射点的坐标系作为标定坐标系；若坐标系A和坐标系B均包含最远距离的两点，则随机选取坐标系A或坐标系B作为标定坐标系。

具体地，在选取标定坐标系之前将坐标系A和坐标系B进行对比，并以此确定四个反射点的位置，进而确定四个反射点之间的相互关系，确定四个反射点中距离最远的两点；将坐标系A和坐标系B进行对比，选取其中包含四个反射点中距离最远的两个反射点的坐标系作为标定坐标系，若坐标系A和坐标系B都包含有最远距离的两点，则随机选取其中一个坐标系作为标定坐标系。

如图2所示激光导航系统结构示意图200，包含：激光雷达传感器201、激光发射装置202、激光反射部件203.

激光雷达传感器201和激光发射装置202均设置在运动设备上。

激光发射装置202可以为激光器。

激光反射部件203为激光反射板，激光反射板由玻璃纤维材料制成，激光反射板的形状可以为长方形、正方形或圆形。更优地，激光反射板的背面设置有双面胶，激光反射板通过双面胶固定在预设路线上。更优地，激光反射板上设置有螺钉孔，激光反射板通过螺钉孔固定在预设路线上，增强了激光反射板固定的稳定性。

所述激光反射板的反射区域反射点的个数为四个，且不等距分布。

激光反射板可以优选设置在运动设备行进路线中的各个工作点。

激光发射装置202用于发射激光，当激光照射到激光反射部件203上时，激光反射板会将激光反射给激光雷达传感器201，激光雷达传感器201会辨识出三个激光反射板反射区域的反射点的，三个激光反射板反射区域的反射点的设置可以共线设置亦可以不共线。

当四个反射点中三个或四个反射点为共线设置时，激光雷达传感器201会利用上述一种激光式反射板的坐标系冗余标定方法进行标定。

当四个反射点为一四边形设置时，激光雷达传感器201会利用上述一种激光式反射板的坐标系冗余标定方法进行标定。

坐标系标定完成后，可以根据标定坐标系来判断运动设备的位置，从而保证成功的定位运动设备，从而保证运动设备导航的准确性。

运动设备可以是机器人，AGV小车，叉车等等具备运动功能的物品。

通过在反射板反射区域设置四个反射点，利用冗余方法对直角坐标系进行标定，提高了AGV导航过程中反射板坐标系标定的准确度，提高了导航定位的成功率，减少了机器人导航的误差。

显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种激光式反射板坐标系冗余标定方法，其特征在于，包含以下步骤：

在反射板反射区设置有四个不等距分布的反射点，其中两点分布在以最远距离两点所在线段为直径的圆的区域内；激光扫描传感器对四个反射点进行两次扫描，且两次扫描均扫描到四个不等距分布的反射点中随机的三个且不同；

在第一次扫描后，将扫描到的是三个反射点中距离最大的两点所在的直线作为直角坐标系的X轴，若三个反射点共线，则选取距离中间点最远的点作为直角坐标系的原点，若三个反射点不共线，则选取距离最大的两点中距离第三点最远的点作为直角坐标系的原点；最后根据右手法则确定直角坐标系的Y轴方向，由此建立坐标系A；

第二次扫描后，根据上述原则确定坐标系B；

随后选取坐标系A或坐标系B中包含有四个反射点中距离最远的两个反射点的坐标系作为标定坐标系；

若坐标系A和坐标系B均包含最远距离的两点，则随机选取一个作为标定坐标系。

2.一种激光导航系统，其特征在于，包含：激光雷达传感器、激光发射装置、激光反射部件；

所述激光雷达传感器和所述激光发射装置均设置在运动设备上；

所述激光反射部件为激光反射板；

所述激光反射板反射区域的反射点为四个且各点不等距分布。

3.根据权利要求2所述的一种激光导航系统，其特征在于，所述激光发射装置为激光器。

4.根据权利要求2所述的一种激光导航系统，其特征在于，所述反射点中至少三个反射点共线设置。

5.根据权利要求2所述的一种激光导航系统，其特征在于，所述反射点组成一个四边形。

6.根据权利要求2所述的一种激光导航系统，其特征在于，所述激光反射板由玻璃纤维制成。

7.根据权利要求2所述的一种激光导航系统，其特征在于，所述激光反射板为长方形或正方形或圆形。

8.根据权利要求2所述的一种激光导航系统，其特征在于，所述激光反射板背面设置有双面胶，所述激光反射板通过双面胶固定在预设的路线上；或者，所述激光反射板设置有螺钉孔，所述激光反射板通过所述螺钉孔固定在预设的路线上。