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方案

本发明专利技术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。

A redundant calibration method for laser reflective plate coordinate system and laser navigation system

The invention provides a redundant calibration method for laser reflector plate coordinate system, including: the reflection plate is set with four unequidistant reflection points, in which two points are distributed in a circle in diameter at the line segment of the most distant two points; the laser scanning sensor scanned the reflection point at random and scanned three reflection points at a time. Then, the coordinate system A and the fixed coordinate system B are established, and then the coordinates system A or B contains the coordinates of the two reflection points which have the farthest distance from the four reflection points. If the coordinate system A and the coordinate system B contain the most distant two points, one is selected randomly. By setting four reflection points and making redundant processing after two scans, the accuracy and accuracy of the laser radar sensor in the calibration coordinate system are increased, and the success rate of the robot positioning is ensured and the accuracy of the robot's navigation is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种激光式反射板坐标系冗余标定方法及激光导航系统
本专利技术涉及机器人导航
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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。通过本专利技术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。本专利技术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为本专利技术所述激光式反射板的坐标系冗余标定方法的流程图；图2为本专利技术所述激光导航系统的结构图；图3为本专利技术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为本专利技术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专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术的实施例，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专利技术保护的范围。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专利技术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，本专利技术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：为激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩勇，张腾飞，
申请(专利权)人：合肥中导机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34