一种多线激光雷达的标定装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于智能车环境感知技术领域，具体的说是一种多线激光雷达的标定装置和方法。该装置包括标定板、标定杆、转盘、弹簧锁止机构、端盖、轴承、滚珠以及底座；其中标定板卡在标定杆的上端；标定杆的下端与转盘螺纹连接；转盘卡在底座的环形凹槽内并且与底座通过弹簧锁止机构固定；轴承设置在底座和转盘的轴承孔之间并且与转盘过盈配合；端盖设置在转盘上，并且通过螺栓固定在底座的中心轴上；螺栓与端盖之间设置有垫片。本发明专利技术是一种针对旋转式64线激光雷达的方便高效的标定装置及方法，能对扫描点的三维坐标同时进行精确标定；解决了现有激光雷达难以确定激光扫描点实际位置坐标、扫描轨迹形状离散复杂以及标定过程繁琐的问题。

A calibration device and method for multi line laser radar

The invention belongs to the field of intelligent vehicle environment perception technology, in particular, a calibration device and method for multi line laser radar. The device comprises a calibration plate, the calibration bar, turntable, spring locking mechanism, an end cover, a bearing, a ball and a base; the calibration board at the upper end of the calibration bar; calibration rod is connected with the turntable turntable card thread; in the annular groove and the base and the base through a spring locking mechanism is arranged on the fixed bearing; between the base and the bearing hole and the turntable turntable and interference fit; end cover is arranged on the turntable, and the bolt is fixed on the base of the center shaft; the bolt and gasket is arranged between the end cover. The invention is a device and a method for calibrating rotary 64 line laser radar is convenient and efficient, can scan the 3D coordinates of the point at the same time accurately calibration; solve the existing laser radar is difficult to determine the actual position, laser scanning point scanning trajectories of discrete complex and tedious calibration process problems.

【技术实现步骤摘要】
一种多线激光雷达的标定装置和方法
本专利技术属于智能车环境感知
，具体的说是一种针对旋转式64线的多线激光雷达的标定装置和方法。
技术介绍
作为智能车环境感知硬件系统的重要一环，激光雷达在自动驾驶中承担了路沿检测、障碍物识别以及实时定位与绘图(SLAM)等重要任务。由于具有测量速度快、精度高和测距远等优点，激光雷达在智能车上得到了广泛应用。在实际应用中，对激光雷达的标定是否准确，将会对智能车的感知、定位以至上层决策规划产生重大影响。因此有必要设计合理的方案来对三维激光雷达进行准确、可靠的标定。通常激光雷达采用的是波长在905nm左右的近红外激光，扫描线不可见，因此无法像普通标定方案那样用肉眼直接确定扫描点的具体方位；同时，基于旋转扫描式的激光雷达某一线束在任意平面内扫描出的轨迹形状都为离散的圆锥曲线，如水平面上扫描出的轨迹是离散圆，竖直面上扫描出的轨迹是离散抛物线，因此难以通过确定轨迹精确表达式的方式来推测扫描点和雷达硬件在雷达坐标系中的位置坐标以进行标定。因而目前对于旋转式64线激光雷达的标定工作大都是将三维空间坐标分开进行的，过程费时并且结果较为粗略。
技术实现思路
本专利技术是一种针对旋转式64线激光雷达的方便高效的标定装置及方法，能对扫描点的三维坐标同时进行精确标定；解决了现有激光雷达难以确定激光扫描点实际位置坐标、扫描轨迹形状离散复杂以及标定过程繁琐的问题。本专利技术技术方案结合附图说明如下：一种多线激光雷达的标定装置，该装置包括标定板5-1、标定杆5-2、转盘5-3、弹簧锁止机构、螺栓5-7、垫片5-8、端盖5-9、轴承5-10、滚珠5-11以及底座5-12；其中所述的标定板5-1卡在标定杆5-2的上端；所述的标定杆5-2的下端与转盘5-3螺纹连接；所述的转盘5-3卡在底座5-12的环形凹槽内并且与底座5-12通过弹簧锁止机构固定；所述的轴承5-10设置在底座5-12和转盘5-3的轴承孔5-3-5之间并且与转盘5-3过盈配合；所述的端盖5-9设置在转盘5-3上，并且通过螺栓5-7固定在底座5-12的中心轴上；所述的螺栓5-7与端盖5-9之间设置有垫片5-8；所述的滚珠5-11设置在转盘5-3和底座5-12之间。所述的标定板5-1为正三角形，三个角的下端设置有圆形凸台；所述的标定杆5-2的上端开有沉陷孔，该沉陷孔与标定板5-1的圆形凸台相配合；所述的标定杆5-2的下端有内螺纹孔；所述的转盘5-3为圆形，其外缘均匀分布张角为60°、深度在2mm左右的齿槽5-3-1；所述的转盘5-3的下部外侧区域加工有截面为等半径劣弧的沟道5-3-2，所述的滚珠5-11的上端设置在沟道5-3-2内；所述的转盘5-3的下部的内侧加工有环形凹槽5-3-3；所述的转盘5-3的上表面外缘处设置有呈正三角形分布的三个外螺纹短杆5-3-4，所述的外螺纹短杆5-3-4与标定杆5-2的内螺纹孔螺纹连接；所述的转盘5-3的中心为轴承孔5-3-5。所述的弹簧锁止机构包括锁止杆5-4、弹簧5-5和锁止手柄5-6；所述的锁止杆5-4的一端带有外螺纹，并且与锁止手柄5-6连接；所述的锁止杆5-4的另一端为60°角的锥面，该锥面在弹簧5-5的作用力下卡在转盘5-3的齿槽5-3-1中。所述的端盖5-9中央设置有三个通孔，所述的底座5-12的底面形状为正方形，其外部一侧设有安装弹簧锁止机构的安装孔，其下部有四个圆柱形支撑脚，上表面加工出环形凹槽；所述的环形凹槽底部有六个等大小的半球坑，这些半球坑等间隔地分布在同一个圆上，并与转盘5-3底部环形沟道5-3-2的位置、大小相对应；所述的滚珠5-11的下端设置在半球坑内；所述的底座5-12的中间设有凹槽，凹槽的中间设有中心轴，中心轴的高度高于底座5-12外围1mm，所述的中心轴的顶部设置有三个与端盖5-9螺纹连接的螺纹孔。一种多线激光雷达的标定方法，该方法包括以下步骤：步骤一、确定标定装置的中心位置，并将标定板5-1调整至水平位置；步骤二、调整转盘5-3角度，获取合适的雷达点云数据；步骤三、分别拟合雷达坐标系下标定板5-1所在平面和标定杆5-2所在直线的表达式，求实际标定板5-1和标定杆5-2的交点在雷达坐标系下的坐标；步骤四、测量得出上述线-面交点在车辆坐标系下的坐标；步骤五、重复步骤二—步骤四，获得多组数据，并构建方程组求解标定矩阵。所述的步骤一的具体方法为：设激光雷达坐标系为OXlYlZl，车辆坐标系为OXvYvZv，在标定工作开始前，首先将多线激光雷达的标定装置置于水平地面上，并测量得到底座5-2中心在车辆坐标系下的实际坐标xv,yv,0，同时为了能方便地确定落在标定板5-1上的激光点在车辆坐标系下的竖坐标zv，也即标定板5-1离地面的实际高度，需要先将标定板5-1调整至完全水平的位置，由于标定杆5-2和转盘5-3之间采用螺纹连接，因此可以通过旋转三根标定杆5-2来分别调整上面标定板5-1三个角的高度，再结合水平仪进行判断，使其上部的标定板5-1达到水平；所述的步骤二的具体方法为：转动转盘，同时在PC端对雷达输出结果进行观察，当在雷达输出结果中能够观察到一组同时落在同一根标定杆(5-2)上的点时，利用弹簧锁止机构锁定当前角位置。这样一组点通常包含两至三个，通过雷达反馈回的信息可以知道这一组点在雷达坐标系下的坐标，分别记为xl1a,yl1a,zl1a、xl1b,yl1b,zl1b乃至xl1c,yl1c,zl1c，同时，通过计数转盘在转动过程中转过的齿数，将其乘以齿槽的固定间隔角度，或者采用事先在底座5-12上标出角度刻度的方法，计算得到此时转盘5-3转过的角度θ1；所述的步骤三的具体方法为：在标定过程中，激光雷达1分别获取了一组落在标定板5-1的扫描点坐标信息(xl1i,yl1i,zl1i)(i＝j,k,l…)，和一组落在标定杆5-2上的扫描点坐标信息(xl1a,yl1a,zl1a)、(xl1b,yl1b,zl1b)乃至(xl1c,yl1c,zl1c)，利用最小二乘法对这两组信息分别进行拟合，可以得到雷达坐标系OXlYlZl下标定杆5-2所在空间直线的方程式中，x,y,z为雷达坐标系下的空间坐标变量，x1,y1,z1,和m1,n1,p1为空间直线的拟合参数。x,y,z,x1,y1,z1的单位为m，参数m1,n1,p没有单位。以及标定板5-1所在空间平面的方程a1x+b1y+c1z+d1＝0式中，x,y,z为雷达坐标系下的空间坐标变量，单位m，而a1,b1,c1,d1为空间平面的拟合参数，没有单位。将这组“线-面”方程联立求解，就计算得到了该线-面交点在雷达坐标系中的三维坐标(xl1,yl1,zl1)；所述的步骤四的具体方法为：在步骤三中我们通过计算的方式得到了一个线-面交点在雷达坐标系下的坐标，与此同时，该交点在车辆坐标系OXvYvZv下的坐标是可以根据转盘5-3转动角度θ1以及标定装置的几何尺寸直接计算得到的：在步骤一中，装置中心在车辆坐标系下的位置坐标(xv,yv,0)已知，标定杆5-2位于以装置中心为圆心，半径r已知的圆上，标定板高度h同样已知，因此，上述“线-面”交点在车辆坐标系下的坐标(xv1,yv1,zv1)＝(xv+rsinθ1,yv+rcosθ1,h)；所述的步骤五的具体方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多线激光雷达的标定装置，其特征在于，该装置包括标定板(5‑1)、标定杆(5‑2)、转盘(5‑3)、弹簧锁止机构、螺栓(5‑7)、垫片(5‑8)、端盖(5‑9)、轴承(5‑10)、滚珠(5‑11)以及底座(5‑12)；其中所述的标定板(5‑1)卡在标定杆(5‑2)的上端；所述的标定杆(5‑2)的下端与转盘(5‑3)螺纹连接；所述的转盘(5‑3)卡在底座(5‑12)的环形凹槽内并且与底座(5‑12)通过弹簧锁止机构固定；所述的轴承(5‑10)设置在底座(5‑12)和转盘(5‑3)的轴承孔(5‑3‑5)之间并且与转盘(5‑3)过盈配合；所述的端盖(5‑9)设置在转盘(5‑3)上，并且通过螺栓(5‑7)固定在底座(5‑12)的中心轴上；所述的螺栓(5‑7)与端盖(5‑9)之间设置有垫片(5‑8)；所述的滚珠(5‑11)设置在转盘(5‑3)和底座(5‑12)之间。

【技术特征摘要】
1.一种多线激光雷达的标定装置，其特征在于，该装置包括标定板(5-1)、标定杆(5-2)、转盘(5-3)、弹簧锁止机构、螺栓(5-7)、垫片(5-8)、端盖(5-9)、轴承(5-10)、滚珠(5-11)以及底座(5-12)；其中所述的标定板(5-1)卡在标定杆(5-2)的上端；所述的标定杆(5-2)的下端与转盘(5-3)螺纹连接；所述的转盘(5-3)卡在底座(5-12)的环形凹槽内并且与底座(5-12)通过弹簧锁止机构固定；所述的轴承(5-10)设置在底座(5-12)和转盘(5-3)的轴承孔(5-3-5)之间并且与转盘(5-3)过盈配合；所述的端盖(5-9)设置在转盘(5-3)上，并且通过螺栓(5-7)固定在底座(5-12)的中心轴上；所述的螺栓(5-7)与端盖(5-9)之间设置有垫片(5-8)；所述的滚珠(5-11)设置在转盘(5-3)和底座(5-12)之间。2.根据权利要求1所述的一种多线激光雷达的标定装置，其特征在于，所述的标定板(5-1)为正三角形，三个角的下端设置有圆形凸台；所述的标定杆(5-2)的上端开有沉陷孔，该沉陷孔与标定板(5-1)的圆形凸台相配合；所述的标定杆(5-2)的下端有内螺纹孔；所述的转盘(5-3)为圆形，其外缘均匀分布张角为60°、深度在2mm左右的齿槽(5-3-1)；所述的转盘(5-3)的下部外侧区域加工有截面为等半径劣弧的沟道(5-3-2)，所述的滚珠(5-11)的上端设置在沟道(5-3-2)内；所述的转盘(5-3)的下部的内侧加工有环形凹槽(5-3-3)；所述的转盘(5-3)的上表面外缘处设置有呈正三角形分布的三个外螺纹短杆(5-3-4)，所述的外螺纹短杆(5-3-4)与标定杆(5-2)的内螺纹孔螺纹连接；所述的转盘(5-3)的中心为轴承孔(5-3-5)。3.根据权利要求2所述的一种多线激光雷达的标定装置，其特征在于，所述的弹簧锁止机构包括锁止杆(5-4)、弹簧(5-5)和锁止手柄(5-6)；所述的锁止杆(5-4)的一端带有外螺纹，并且与锁止手柄(5-6)连接；所述的锁止杆(5-4)的另一端为60°角的锥面，该锥面在弹簧(5-5)的作用力下卡在转盘(5-3)的齿槽(5-3-1)中。4.根据权利要求2所述的一种多线激光雷达的标定装置，其特征在于，所述的端盖(5-9)中央设置有三个通孔。5.根据权利要求4所述的一种多线激光雷达的标定装置，其特征在于，所述的底座(5-12)的底面形状为正方形，其外部一侧设有安装弹簧锁止机构的安装孔，其下部有四个圆柱形支撑脚，上表面加工出环形凹槽；所述的环形凹槽底部有六个等大小的半球坑，这些半球坑等间隔地分布在同一个圆上，并与转盘(5-3)底部环形沟道沟道(5-3-2)的位置、大小相对应；所述的滚珠(5-11)的下端设置在半球坑内；所述的底座(5-12)的中间设有凹槽，凹槽的中间设有中心轴，中心轴的高度高于底座(5-12)外围1mm，所述的中心轴的顶部设置有三个与端盖(5-9)螺纹连接的螺纹孔。6.根据权利要求1所述的一种多线激光雷达的标定装置的标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、确定标定装置的中心位置，并将标定板(5-1)调整至水平位置；步骤二、调整转盘(5-3)角度，获取合适的雷达点云数据；步骤三、分别拟合雷达坐标系下标定板(5-1)所在平面和标定杆(5-2)所在直线的表达式，求实际标定板(5-1)和标定杆(5-2)的交点在雷达坐标系下的坐标；步骤四、测量得出上述线-面交点在车辆坐标系下的坐标；步骤五、重复步骤二—步骤四，获得多组数据，并构建方程组求解标定矩阵。7.根据权利要求1所述的一种多线激光雷达的标定装置的标定方法，其特征在于，所述的步骤一的具体方法为：设激光雷达坐标系为OXlYlZl，车辆坐标系为OXvYvZv，在标定工作开始前，首先将多线激光雷达的标定装置置于水平地面上，并测量得到底座(5-2)中心在车辆坐标系下的实际坐标xv,yv,0，同时为了能方便地...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱冰，刘帅，赵健，韩嘉懿，武维祥，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22