一种单线激光结合点激光精确定位方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术提供的单线激光结合点激光精确定位方法，在机械臂轨迹规划前，通过单线激光雷达和舵机扫描目标物体轮廓，并生成点云数据，处理点云可以得到目标物体角点或者边缘三维坐标信息，机械臂带着点激光到达指定的小范围区域内进行精确定位，根据精确定位的三维坐标来进行机械臂运动轨迹规划，精度可以达到毫米级别。需要的装置设备只需要采用现有的低成本硬件即可，控制舵机旋转并读取单线激光雷达和点激光数据，过程简单，易于实现大范围内找到目标物体三维坐标，精确规划机械臂运动的目的。的。的。

【技术实现步骤摘要】
一种单线激光结合点激光精确定位方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及大范围内机械臂精确定位方法


技术介绍

[0002]目前机械臂在大范围运动路径规划的过程中，需要已知远处目标点的三维坐标。通过多目相机可以获取三维坐标，但相机受外界环境光影响较大，且距离较远时获得的三维坐标点误差较大。可以通过线结构光或面结构光传感器扫描目标，获得三维坐标，但单线激光视野范围较小，且在距离较远时精度较差。也可以通过多线激光雷达扫描目标，获得三维坐标，但多线激光雷达成本较高。通过点激光可以得到单点的深度信息，但难以得到目标点三维坐标，且视野范围较小。
[0003]因此，机械臂在大范围运动路径规划的过程中，还缺少一种低成本精确定位目标点三维坐标的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的就是提供一种单线激光雷达结合点激光精确定位方法、系统及存储介质，以至少解决现有技术中的一个或多个问题。
[0005]本专利技术的技术方案构思：单线激光雷达扫描范围广，精度较高，但只能扫描一条线上的位置，无法扫描整个物体轮廓。采用舵机配合单线激光雷达则可进行大范围内扫描目标物体，然后点激光进行小范围内精确定位。舵机可以360
°
旋转，将激光雷达安装在舵机上，通过舵机旋转，可以改变激光雷达扫描位置和扫描角度，从而获得整个目标物体轮廓。最后将目标物体轮廓信息传输给机械臂，机械臂带着点激光到指定位置进行精确定位，进而引导机械臂运动。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供的单线激光结合点激光精确定位方法，包括：
[0007]S1，对单线激光雷达与旋转舵机的位置关系进行标定；
[0008]S2，对单线激光雷达和舵机系统与机械臂的位置关系进行标定；
[0009]S3，对点激光与机械臂的位置关系进行标定；
[0010]S4，旋转舵机带着单线激光雷达扫描目标物体，得到目标物体每个角点在机械臂坐标系下的坐标P
i
；
[0011]S5，基于坐标P
i
，机械臂带着点激光移动到目标物体的某一平面上；
[0012]S6，点激光测量该平面上不共线的三个以上的点，并转换到机械臂坐标系下为P
b1
～P
bn
，对P
b1
～P
bn
进行平面拟合，得到平面方程:Ax+By+Cz+D＝0；
[0013]S7，重复S6，直至得到目标物体上所有平面的平面方程；
[0014]S8，计算各个平面之间的交点，得到目标物体各个角点的精确三维坐标；
[0015]S9，机械臂根据目标物体各个角点的精确三维坐标，得到目标物体在机械臂坐标系下的位置，规划需要完成的行走路径。
[0016]本专利技术实施例提供的第一方面另一种可实施的方案之一，所述的单线激光雷达与
旋转舵机位置关系标定，包括如下步骤：
[0017]S101，将平面标定板固定在单线激光雷达和旋转舵机系统前方；
[0018]S102，设置旋转舵机的旋转角度为θ1，记录该角度单线激光雷达打在平面标定板上的点云；
[0019]S103，改变旋转舵机的旋转角度为θ
i
，记录θ
i
角度时单线激光雷达打在平面标定板上的点云；
[0020]S104，重复步骤S103，直至采集6
‑
10组不同旋转角度对应的点云数据；
[0021]S105，在旋转舵机的坐标系下，根据单线激光雷达的所有点云数据在同一个平面上，进行非线性优化，得到单线激光雷达坐标系到旋转舵机坐标系下的旋转偏移关系。
[0022]本专利技术实施例提供的第一方面另一种可实施的方案之二，所述的单线激光雷达和舵机系统与机械臂位置关系标定，包括如下步骤：
[0023]S201，将平面标定板固定在单线激光雷达和旋转舵机系统前方；
[0024]S202，移动机械臂，使机械臂末端接触到平面标定板，记录下该位置机械臂末端在机械臂坐标系下的坐标P
C1
；
[0025]S203，重复步骤S202 N次，记录机械臂末端在平面标定板不同点位上的坐标点P
C2
、P
C3
、到P
CN
；
[0026]S204，通过P
C1
‑
P
CN
，使用最小二乘法拟合平面标定板在机械臂坐标系下的方程：Ax+By+Cz+D＝0；
[0027]S205，使用旋转舵机和单线激光雷达系统扫描平面标定板，记录下所有打在平面标定板上的点云数据；
[0028]S206，根据点云数据和平面方程：Ax+By+Cz+D＝0，计算出单线激光雷达和旋转舵机系统坐标系与机械臂坐标系之间的旋转偏移位置关系。
[0029]本专利技术实施例提供的第一方面另一种可实施的方案之三，所述的点激光与机械臂的位置关系标定，包括如下步骤：
[0030]S301，移动机械臂，使机械臂末端接触到平面标定板；
[0031]S302，记录下该位置机械臂末端在机械臂坐标系下的位置P
d1
；
[0032]S303，调整机械臂姿态，重复步骤S302，直至记录了5个以上点的位置P
d2
、P
d3
、P
d4
、P
d5
；
[0033]S304，根据步骤S302和S303记录的所有点的位置，拟合平面标定板在机械臂坐标系下方程：Ax+By+Cz+D＝0；
[0034]S305，机械臂移动带着点激光打在平面标定板上；
[0035]S306，记录下该位置点激光的三维坐标点P
ilaser
[0036]S307，调整机械臂姿态，重复步骤S305和S306，直至记录了10个以上三维坐标点P
1laser
～P
10laser
；
[0037]S308，根据步骤S307记录的所有三维坐标点P
ilaser
和平面方程Ax+By+Cz+D＝0，计算点激光与机械臂坐标系之间的位置关系。
[0038]本专利技术实施例提供的第一方面另一种可实施的方案之四，目标物体每个角点在机械臂坐标系下的坐标P
i
，是通过旋转舵机带着单线激光雷达扫描目标物体，得到目标物体的轮廓点云，处理目标物体的轮廓点云，得到目标物体每个角点在机械臂坐标系下的坐标
P
i
。
[0039]本专利技术实施例提供的第一方面另一种可实施的方案之五，
[0040]S6，点激光测量该平面上不共线的三个以上的点，通过刚体变换转换到机械臂坐标系下为P
b1
～P
bn
，使用最小二乘法对P
b1
～P
bn
进行平面拟合，得到平面方程:Ax+By+Cz+D＝0；S7,依本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单线激光结合点激光精确定位方法，包括：S1，对单线激光雷达与旋转舵机的位置关系进行标定；S2，对单线激光雷达和舵机系统与机械臂的位置关系进行标定；S3，对点激光与机械臂的位置关系进行标定；S4，旋转舵机带着单线激光雷达扫描目标物体，得到目标物体每个角点在机械臂坐标系下的坐标P
i
；S5，基于坐标P
i
，机械臂带着点激光移动到目标物体的某一平面上；S6，点激光测量该平面上不共线的三个以上的点，并转换到机械臂坐标系下为P
b1
～P
bn
，对P
b1
～P
bn
进行平面拟合，得到平面方程:Ax+By+Cz+D＝0；S7，重复S6，直至得到目标物体上所有平面的平面方程；S8，计算各个平面之间的交点，得到目标物体各个角点的精确三维坐标；S9，机械臂根据目标物体各个角点的精确三维坐标，得到目标物体在机械臂坐标系下的位置，规划需要完成的行走路径。2.如权利要求1所述的单线激光结合点激光精确定位方法，其特征在于：所述的单线激光雷达与旋转舵机位置关系标定，包括如下步骤：S101，将平面标定板固定在单线激光雷达和旋转舵机系统前方；S102，设置旋转舵机的旋转角度为θ1，记录该角度单线激光雷达打在平面标定板上的点云；S103，改变旋转舵机的旋转角度为θ
i
，记录θ
i
角度时单线激光雷达打在平面标定板上的点云；S104，重复步骤S103，直至采集6
‑
10组不同旋转角度对应的点云数据；S105，在旋转舵机的坐标系下，根据单线激光雷达的所有点云数据在同一个平面上，进行非线性优化，得到单线激光雷达坐标系到旋转舵机坐标系下的旋转偏移关系。3.如权利要求1所述的单线激光结合点激光精确定位方法，其特征在于：所述的单线激光雷达和舵机系统与机械臂位置关系标定，包括如下步骤：S201，将平面标定板固定在单线激光雷达和旋转舵机系统前方；S202，移动机械臂，使机械臂末端接触到平面标定板，记录下该位置机械臂末端在机械臂坐标系下的坐标P
C1
；S203，重复步骤S202 N次，记录机械臂末端在平面标定板不同点位上的坐标点P
C2
、P
C3
、到P
CN
；S204，通过P
C1
‑
P
CN
，使用最小二乘法拟合平面标定板在机械臂坐标系下的方程：Ax+By+Cz+D＝0；S205，使用旋转舵机和单线激光雷达系统扫描平面标定板，记录下所有打在平面标定板上的点云数据；S206，根据点云数据和平面方程：Ax+By+Cz+D＝0，计算出单线激光雷达和旋转舵机系统坐标系与机械臂坐标系之间的旋转偏移位置关系。4.如权利要求1所述的单线激光结合点激光精确定位方法，其特征在于：所述的点激光与机械臂的位置关系标定，包括如下步骤：S301，移动机械臂，使机械臂末端接触到平面标定板；
S302，记录下该位置机械臂末端在机械臂坐标系下的位置P
d1
；S303，调整机械臂姿态，重复步骤S302，直至记录了5个以上点的位置P
d2
、P
d3
、P
d4
、P
d5
；S304，根据步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟浩，张建，左其友，胡雨辰，
申请(专利权)人：上海大界机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：