激光雷达标定方法、装置及作业机械制造方法及图纸

本发明专利技术涉及工程机械领域，提供一种激光雷达标定方法、装置及作业机械，该方法包括：分别获取预设标定板在下车体坐标系中的第一数据组以及在各激光雷达坐标系中的第二数据组；其中，第一数据组包括预设标定板中的各特征点在下车体坐标系中的第一坐标值，第二数据组包括各特征点在相应的激光雷达坐标系中的第二坐标值；基于第一坐标值和第二坐标值，获取各激光雷达坐标系与下车体坐标系的第一位姿关系；确定第二坐标值获取过程中作业机械的上车体坐标系与下车体坐标系的第二位姿关系，基于第一位姿关系和第二位姿关系确定各激光雷达坐标系与上车体坐标系之间的第三位姿关系。本发明专利技术能够使各激光雷达坐标系与作业机械的上车体坐标系保持一致。体坐标系保持一致。体坐标系保持一致。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达标定方法、装置及作业机械


[0001]本专利技术涉及工程机械
，尤其涉及一种激光雷达标定方法、装置及作业机械。

技术介绍

[0002]随着新型基础设施建设的持续推进，工程机械不断向数字化、智能化发展，在建设施工、资源开采、抢险救灾和考古挖掘等领域应用广泛。由于工程机械通常处于位置偏远、条件恶劣的工作环境，熟练操作工程机械对驾驶员能力要求高、培训周期长。工程机械的无人化是解决上述问题的首选方案，无人化工程机械可替代工人在恶劣工况下工作，能够极大减少作业期间的安全事故，且可以长时间执行繁琐和重复的工作，从而提高总体作业效率。
[0003]无人化工程机械主要包括感知、规划和控制三部分，感知模块主要负责感知周围环境，将感知信息传递给规划层，规划层基于感知信息做出规划，将信息传递给控制层，控制层将控制命令传递给执行机构，进行相应的执行。感知层作为无人化工程机械的必要输入，在无人化工程机械上占有重要的地位。
[0004]激光雷达可以实时反馈周围环境的深度信息，因此激光雷达是无人化工程机械上的必备传感器。激光雷达主要包括机械式和固态式激光雷达，机械式激光雷达采用传统的光电模块，线束越多，体积越大；固态式激光雷达主要包括转镜式激光雷达和振镜式激光雷达，与传统的机械式激光雷达原理不相同，固态激光雷达可以以较小的体积做到较高的线束，扫描效果更好，但是固态激光雷达自身缺点在于其水平视场角较小，观察范围有限。
[0005]由于单个激光雷达自身的视野范围有限，通常需要在工程机械上部署多个激光雷达来实现感兴趣区域的覆盖，因此多激光雷达的标定工作尤为必要。现有多激光雷达的标定主要针对激光雷达之间的坐标系关系进行标定，难以根据各激光雷达的感知信息对工程机械进行有效控制。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种激光雷达标定方法、装置及作业机械。
[0007]本专利技术提供一种激光雷达标定方法，包括：
[0008]分别获取预设标定板在作业机械的下车体坐标系中的第一数据组，以及所述预设标定板在各激光雷达坐标系中的第二数据组；其中，所述第一数据组包括所述预设标定板中的各特征点在所述下车体坐标系中的第一坐标值，所述第二数据组包括所述预设标定板中的各特征点在相应的所述激光雷达坐标系中的第二坐标值；
[0009]基于所述第一坐标值和所述第二坐标值，获取各所述激光雷达坐标系与所述下车体坐标系之间的第一位姿关系；
[0010]确定所述第二坐标值获取过程中所述作业机械的上车体坐标系与所述下车体坐标系之间的第二位姿关系，基于所述第一位姿关系和所述第二位姿关系确定各所述激光雷
达坐标系与所述上车体坐标系之间的第三位姿关系，并根据所述第三位姿关系对各所述激光雷达进行标定。
[0011]根据本专利技术提供的激光雷达标定方法，所述预设标定板中的各特征点处均设有凸起，所述作业机械的工作装置处设有标定探头；
[0012]所述获取预设标定板在作业机械的下车体坐标系中的第一数据组，包括：
[0013]控制所述标定探头进行移动，以使得所述标定探头分别触碰各所述凸起；
[0014]根据与所述凸起发生触碰时所述标定探头的位置，确定相应的所述特征点的第一坐标值。
[0015]根据本专利技术提供的激光雷达标定方法，所述基于所述第一坐标值和所述第二坐标值，获取各所述激光雷达坐标系与所述下车体坐标系之间的第一位姿关系，包括：
[0016]确定所述激光雷达坐标系与所述下车体坐标系之间的齐次变换矩阵，以使得所述第一坐标值与坐标变换后的所述第二坐标值的误差最小；其中，坐标变换后的所述第二坐标值是根据所述齐次变换矩阵进行坐标变换得到的；
[0017]将所述齐次变换矩阵作为所述激光雷达坐标系与所述下车体坐标系之间的第一位姿关系。
[0018]根据本专利技术提供的激光雷达标定方法，所述确定所述激光雷达坐标系与所述下车体坐标系之间的齐次变换矩阵，以使得所述第一坐标值与坐标变换后的所述第二坐标值的误差最小，包括：
[0019]基于各所述特征点的第一坐标值确定各所述特征点在所述下车体坐标系中的第一质心，并基于各所述特征点的第二坐标值，确定各所述特征点在所述激光雷达坐标系中的第二质心；
[0020]确定各所述第一坐标值与所述第一质心的第一差值，以及各所述第二坐标值与所述第二质心的第二差值；
[0021]基于各所述第一差值和各所述第二差值，构建差值矩阵；
[0022]采用奇异值分解SVD方法对所述差值矩阵进行分解；
[0023]基于分解结果确定所述齐次变换矩阵。
[0024]根据本专利技术提供的激光雷达标定方法，所述齐次变换矩阵包括旋转矩阵和平移矩阵；
[0025]所述基于分解结果确定所述齐次变换矩阵，包括：
[0026]确定所述分解结果满足预设条件的情况下，基于所述分解结果确定所述旋转矩阵；
[0027]基于所述旋转矩阵，以所述第一质心和所述第二质心重合为目标确定所述平移矩阵。
[0028]根据本专利技术提供的激光雷达标定方法，所述基于所述第一位姿关系和所述第二位姿关系确定各所述激光雷达坐标系与所述上车体坐标系之间的第三位姿关系，包括：
[0029]将所述第一位姿关系对应的坐标变换矩阵与所述第二位姿关系对应的坐标变换矩阵进行相乘运算，以得到所述激光雷达坐标系与所述上车体坐标系之间的第三位姿关系。
[0030]本专利技术还提供一种激光雷达标定装置，包括：
[0031]数据获取模块，用于分别获取预设标定板在作业机械的下车体坐标系中的第一数据组，以及所述预设标定板在各激光雷达坐标系中的第二数据组；其中，所述第一数据组包括所述预设标定板中的各特征点在所述下车体坐标系中的第一坐标值，所述第二数据组包括所述预设标定板中的各特征点在相应的所述激光雷达坐标系中的第二坐标值；
[0032]第一计算模块，用于基于所述第一坐标值和所述第二坐标值，获取各所述激光雷达坐标系与所述下车体坐标系之间的第一位姿关系；
[0033]第二计算模块，用于确定所述第二坐标值获取过程中所述作业机械的上车体坐标系与所述下车体坐标系之间的第二位姿关系，基于所述第一位姿关系和所述第二位姿关系确定各所述激光雷达坐标系与所述上车体坐标系之间的第三位姿关系，并根据所述第三位姿关系对各所述激光雷达进行标定。
[0034]本专利技术还提供一种作业机械，包括控制装置，所述控制装置用于执行如上述任一种所述激光雷达标定方法。
[0035]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述激光雷达标定方法。
[0036]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述激光雷达标定方法。
[0037]本专利技术提供的激光雷达标定方法、装置及作业机械，通过预设标定板中的各特征点在作业本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达标定方法，其特征在于，包括：分别获取预设标定板在作业机械的下车体坐标系中的第一数据组，以及所述预设标定板在各激光雷达坐标系中的第二数据组；其中，所述第一数据组包括所述预设标定板中的各特征点在所述下车体坐标系中的第一坐标值，所述第二数据组包括所述预设标定板中的各特征点在相应的所述激光雷达坐标系中的第二坐标值；基于所述第一坐标值和所述第二坐标值，获取各所述激光雷达坐标系与所述下车体坐标系之间的第一位姿关系；确定所述第二坐标值获取过程中所述作业机械的上车体坐标系与所述下车体坐标系之间的第二位姿关系，基于所述第一位姿关系和所述第二位姿关系确定各所述激光雷达坐标系与所述上车体坐标系之间的第三位姿关系，并根据所述第三位姿关系对各所述激光雷达进行标定。2.根据权利要求1所述的激光雷达标定方法，其特征在于，所述预设标定板中的各特征点处均设有凸起，所述作业机械的工作装置处设有标定探头；所述获取预设标定板在作业机械的下车体坐标系中的第一数据组，包括：控制所述标定探头进行移动，以使得所述标定探头分别触碰各所述凸起；根据与所述凸起发生触碰时所述标定探头的位置，确定相应的所述特征点的第一坐标值。3.根据权利要求1所述的激光雷达标定方法，其特征在于，所述基于所述第一坐标值和所述第二坐标值，获取各所述激光雷达坐标系与所述下车体坐标系之间的第一位姿关系，包括：确定所述激光雷达坐标系与所述下车体坐标系之间的齐次变换矩阵，以使得所述第一坐标值与坐标变换后的所述第二坐标值的误差最小；其中，坐标变换后的所述第二坐标值是根据所述齐次变换矩阵进行坐标变换得到的；将所述齐次变换矩阵作为所述激光雷达坐标系与所述下车体坐标系之间的第一位姿关系。4.根据权利要求3所述的激光雷达标定方法，其特征在于，所述确定所述激光雷达坐标系与所述下车体坐标系之间的齐次变换矩阵，以使得所述第一坐标值与坐标变换后的所述第二坐标值的误差最小，包括：基于各所述特征点的第一坐标值确定各所述特征点在所述下车体坐标系中的第一质心，并基于各所述特征点的第二坐标值，确定各所述特征点在所述激光雷达坐标系中的第二质心；确定各所述第一坐标值与所述第一质心的第一差值，以及各所述第二坐标值与所述第二质心的第二差值；基于各所述第一差...

【专利技术属性】
技术研发人员：董富，许朗，吴广运，
申请(专利权)人：三一重机有限公司，
类型：发明
国别省市：