激光测距仪偏转角测量与校正系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种激光测距仪偏转角测量与校正系统及方法，该系统包括载体装置、数据处理单元、控制单元、激光测距单元、标定板和位置固定标件；本发明专利技术系统的外部组件仅仅包括一标定板，而载体装置、激光测距单元、数据处理单元、控制单元是产品本身固有的装置，因此本系统的制作和操作都十分简单，应用本系统测量激光测距仪偏转角是否符合要求可在确定俯仰角为0后进行，简化了偏转角的计算，更是简单方便益于掌握，多次测量结果准确性高，具有成本低、操作简单、精度满足实用要求等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光测距仪偏转角测量与校正系统及方法。
技术介绍
随着计算机和机器人技术的发展，移动机器人得到了快速发展和广泛应用，几乎渗透到了社会生活的各个领域。激光测距仪具有测距快、体积小、性能可靠等优点。近年来，随着其成本不断下调，被越来越广泛的应用于移动机器人的定位与导航。在使用之前，激光测距仪需要与车体坐标进行标定，以便更好的用于定位导航。在具体使用过程中，需要使激光测距仪保持水平；需要测量激光测距仪的偏角；需要测量激光测距仪在车体坐标系中的位置，以便与其它传感器如摄像头、里程计等进行信息融合，如安装激光测距仪时，激光测距仪存在俯仰角与偏转角，会导致测量结果不准确，从而导致定位信息不准确。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现在技术的不足，提供一种激光测距仪偏转角测量与校正系统及方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种激光测距仪偏转角测量与校正系统，其特征在于，包括载体装置、数据处理单元、控制单元、激光测距单元、标定板和位置固定标件；所述载体装置作为安装激光测距单元、控制单元、数据处理单元的载体；所述数据处理单元用于处理并计算激光测距单元传回的激光扫描点数据；所述控制单元用于控制激光测距单元的激光的发射与接收，并将激光测距单元传出的数据传递给数据处理单元进行数据的计算；所述激光测距单元用于发射并接收反射的激光，产生各激光扫描点的数据；所述标定板用于反射激光，使激光束在标定板形成反射；所述位置固定标件用于固定载体装置，使载体装置上安装的激光测距单元正对标定板。进一步地，所述标定板高度可调，用于适应激光测距单元的高度。进一步地，所述位置固定标件为一平行标定板设置的卡槽，载体装置安装在卡槽上。一种激光测距仪偏转角测量与校正方法，该方法基于上述的测量系统，根据同一竖直平面内激光扫描点在载体装置坐标系下坐标的几何关系，获取偏转角。进一步地，所述竖直平面为标定板所在平面，所述几何关系为标定板上的各激光扫描点在载体装置坐标系下坐标到载体装置中心所在平面的距离相同。进一步地，所述激光扫描点在载体装置坐标系下坐标通过将激光测距单元坐标系下激光扫描点的坐标转换为载体装置坐标系下坐标获得，激光测距单元坐标系下的坐标为PL＝(xL，yL，zL)T，载体装置坐标系下的坐标为PV＝(xV，yV，zV)T，激光测距单元坐标系下的坐标和载体装置坐标系下的坐标之间的转换关系为PV＝RL-＞VPL+TL-＞V，其中，TL-＞V为激光测距单元相对载体装置坐标原点的偏移，RL-＞V为旋转矩阵。进一步地，确定俯仰角为0后，所述 R L - > V = c o s ψ - s i n ψ 0 sin ψ c o s ψ 0 0 0 1 , ]]>通过求解最优化函数获得偏转角，其中ψ为激光测距单元绕激光测距单元坐标系下z轴旋转的偏转角，参数dy为激光测距单元相对载体装置坐标原点y轴上的偏移，Vy为载体装置坐标系下竖直平面到载体装置坐标系原点的距离，xi、yi为激光测距单元坐标系下激光扫描点的坐标。进一步地，所述俯仰角的测量与校正方法包括如下步骤：步骤S1，安装俯仰角测量与校正系统，在权利要求1所述的标定板前d0位置平行设置俯仰角标定板，标定板与俯仰角标定板距离工作平面的高度不同；步骤S2，获取至少一次激光测距单元与标定板、俯仰角标定板的距离；步骤S3，对比标准距离，判断俯仰角偏差是否符合标准；步骤S4，调整激光测距单元校正俯仰角。进一步地，所述步骤S2中，所述距离通过拟合激光测距单元与标定板、俯仰角标定板之间激光扫描点形成的直线获取，所述拟合采用标准最小二乘算法。进一步地，通过残差与阈值比较，判断所述直线是否存在，所述残差大小为Eth为设定阈值，参数xi、yi为激光测距单元坐标系下激光扫描点的坐标，m为激光扫描点个数。本专利技术的有益效果是：本专利技术系统的外部组件仅仅包括一标定板，而载体装置、激光测距单元、数据处理单元、控制单元是产品本身固有的装置，因此本系统的制作和操作都十分简单，应用本系统测量激光测距仪偏转角是否符合要求可在确定俯仰角为0后进行，简化了偏转角的计算，更是简单方便益于掌握，多次测量结果准确性高，具有成本低、操作简单、精度满足实用要求等优点。附图说明图1为本专利技术激光测距仪偏转角测量与校正系统结构框图；图2为本专利技术激光测距仪偏转角测量与校正方法原理图；图3(a)为两个标定板正视图，(b)为两个标定板侧视图；图4为俯仰角测量与校正方法原理图；图中，位置固定标件1、标定板2、数据处理单元3、激光测距单元4、载体装置5、控制单元6、俯仰角标定板21。具体实施方式激光测距仪偏转角测量与校正系统用以校正安装有激光传感器的任何智能运动系统中激光传感器的位置是否与预期一致，图1根据本专利技术的原理构造的系统示意图，包括载体装置5、数据处理单元3、控制单元6、激光测距单元4、标定板2和位置固定标件1。所述载体装置5作为安装激光测距单元4、控制单元6、数据处理单元4等的载体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光测距仪偏转角测量与校正系统，其特征在于，包括载体装置、数据处理单元、控制单元、激光测距单元、标定板和位置固定标件；所述载体装置作为安装激光测距单元、控制单元、数据处理单元的载体；所述数据处理单元用于处理并计算激光测距单元传回的激光扫描点数据；所述控制单元用于控制激光测距单元的激光的发射与接收，并将激光测距单元传出的数据传递给数据处理单元进行数据的计算；所述激光测距单元用于发射并接收反射的激光，产生各激光扫描点的数据；所述标定板用于反射激光，使激光束在标定板形成反射；所述位置固定标件用于固定载体装置，使载体装置上安装的激光测距单元正对标定板。

【技术特征摘要】
1.一种激光测距仪偏转角测量与校正系统，其特征在于，包括载体装置、数据处理单
元、控制单元、激光测距单元、标定板和位置固定标件；
所述载体装置作为安装激光测距单元、控制单元、数据处理单元的载体；
所述数据处理单元用于处理并计算激光测距单元传回的激光扫描点数据；
所述控制单元用于控制激光测距单元的激光的发射与接收，并将激光测距单元传出的
数据传递给数据处理单元进行数据的计算；
所述激光测距单元用于发射并接收反射的激光，产生各激光扫描点的数据；
所述标定板用于反射激光，使激光束在标定板形成反射；
所述位置固定标件用于固定载体装置，使载体装置上安装的激光测距单元正对标定
板。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述标定板高度可调，用于适应激光测距单
元的高度。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述位置固定标件为一平行标定板设置的卡
槽，载体装置安装在卡槽上。
4.一种激光测距仪偏转角测量与校正方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的
测量系统，根据同一竖直平面内激光扫描点在载体装置坐标系下坐标的几何关系，获取偏
转角。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述竖直平面为标定板所在平面，所述几何
关系为标定板上的各激光扫描点在载体装置坐标系下坐标到载体装置中心所在平面的距
离相同。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述激光扫描点在载体装置坐标系下坐
标通过将激光测距单元坐标系下激光扫描点的坐标转换为载体装置坐标系下坐标获得，激
光测距单元坐标系下的坐标为PL＝(xL，yL，zL)T，载体装置坐标系下的坐标为PV＝(xV，yV，zV)T，激光测距单元坐标系下的坐标和载体装置坐标系下的坐标之间的转换关系为PV＝RL-＞VPL+TL-＞V，其中，TL-＞V为激光测距单元相对载体装置坐标原点的偏移，RL-＞V为旋转矩阵。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，确定俯仰角为0后，所述 R L - > V = c o s ψ - s i n ψ 0 s i n ψ c o s ψ 0 0 0 1 , ]]>通过求解最优化函数 min ψ , Y Σ i = 1 m ( x i sin ψ + y i cos ψ + Y ) 2 ]]>获得偏转角，其中ψ为激光测距单元绕激光
测距单元坐标系下z轴旋转的偏转角，参数dy为激光测距单元相对载体装置
坐标原点y轴上的偏移，Vy为载体装置坐标系下竖直平面到载体装置坐标系原点的距离，xi、
yi为激光测距单元坐标系下激光扫描点的坐标。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述俯仰角的测量与校正方法包括如下步
骤：
步骤S1，安装俯仰角测量与校正系统，在权利要求1所述的标定板前d0位置平行设置俯
仰角标定板，标定板与俯仰角标定板距离工作平面的高度不同；
步骤S2，获取至少一次激光测距单元与标定板、俯仰角标定板的距离；
步骤S3，对比标准距离，判断俯仰角偏差是否符合标准；
步骤S4，调整激光测距单元校正俯仰角。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述距离通过拟合激光测距
单元与标定板、俯仰角标定板之间激光扫描点形成的直线获取，所述拟合采用标准最小二
乘算法。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过残差与阈值比较，判断所述直线是否存
在，所述残差大小为 1 m Σ i = 1 m ( y i - k ^ x i - b ^ ) 2 , 1 m Σ i = 1 m ( ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭弟，熊蓉，毛曙源，
申请(专利权)人：杭州南江机器人股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33