【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及激光雷達的標定方法。
技術介紹
1、激光雷達作為機器人領域的重要的傳感器，在定位和導航中有著舉足輕重的作用，激光雷達可以提供豐富的環境信息，輪式里程計可以提供實時連續的機器人的位姿估計，兩者相輔相成。但是，由于激光雷達的安裝位姿與機器人基坐標只有理論模型，由于機器人底盤的加工誤差、機械公差、裝配偏差、減速器精度、減速器空程以及質量、關節柔性、連桿柔性等動力學因素，理論模型和實際模型不可避免地存在一定誤差，主要有，一是激光雷達的實際安裝位姿，無法準確地和理論外參一致，二是機器人的旋轉中心(即機器人的基坐標系)并不一定位于理論模型的相應位置(通常為機器人的幾何中心)，這兩者的準確性直接影響到激光雷達定位感知結果的準確性，因此，需要對兩者的外參進行精確標定，以實現多傳感器的數據融合來提高定位和導航的精度問題。
2、針對該問題現有的解決方法有如中國專利申請號202311409630.x的一種基于點云配準的激光雷達外參標定方法、裝置及存儲介質,該方法通過采集車輛的第一點云和第二點云(分別從左側車輪和右側車輪處采集)，使用密度聚類法獲取靶標中心坐標，并與預設的激光雷達坐標系的靶標中心進行點云配準，得到目標轉換參數，從而得到激光雷達的外參；雖然該方法降低了激光雷達外參標定的場地和環境要求，無需四輪定位系統和測量靶標中心在自車坐標系下的三維坐標，但它仍然需要特定的設備和環境來采集點云數據。還有如中國專利申請號202410519238.9的一種車載激光雷達外參標定系統及方法，該系統包括車輛固定裝置、第一反射板、第二反射板
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種可提高輪式里程計準確性的一種輪式里程計校準方法。本專利技術的另一目的在于提供一種對標定環境要求低，可提高準確性且有效簡化了激光雷達的標定過程的一種激光雷達外參標定方法。
2、為實現上述目的，本專利技術的技術方案是：一種輪式里程計校準方法，通過位置校準方法計算出位置修正比例系數α，通過姿態校準方法計算出姿態修正比例系數β，輪式里程計a通過差速輪式機器人的輪子轉速計算出機器人的運行速度及相對位移的位置得到并通過所述位置修正比例系數α和姿態修正比例系數β進行計算校準修正。
3、對輪式里程計a進行計算校準修正的方法包括有，設差速輪式機器人位姿狀態為x＝[x?y?θ]，其中x、y表示差速輪式機器人的空間坐標，θ表示差速輪式機器人的角度，根據差速輪式機器人的運動模型可知，其離散時間下的位姿遞推方程為，
4、當ωt＝0時，
5、xt+1＝xt+αvtcosθtδt
6、yt+1＝yt+αvt?sinθtδt
7、θt+1＝θt
8、當ωt≠0時
9、
10、
11、θt+1＝θt+βωtδt
12、其中，vt為t時刻機器人的速度，ωt為t時刻機器人的角速度，δt表示t到t+1時刻的時間間隔，α為位置修正比例系數，β為姿態修正比例系數，校準前α＝β＝1.0。
13、所述位置校準方法為測得差速輪式機器人從對齊預設的目標間距s的起點位置運動到的目標間距s終點位置后其實際停留位置與預設終點的距離偏差et以及輪式里程計a距離讀數與目標間距s的偏差εt，計算得到位置修正比例系數α，表達式為
14、所述姿態校準方法為測得差速輪式機器人從其中軸線與標定參考線對齊開始原地旋轉多周后其中軸線與標定參考線的偏差距離，將該偏差差值除以差速輪式機器人旋轉中心到預設置前部標記的距離得到實際姿態偏差er測得里程計姿態讀數和目標姿態偏差為εr，則：
15、一種激光雷達外參標定方法，通過上述的一種輪式里程計校準方法得到校準修正的輪式里程計a；通過差速輪式機器人的激光雷達獲得相鄰兩個時刻的激光點云數據并對該相鄰兩個時刻的激光點云數據進行匹配估計出差速輪式機器人的速度和位置，得到激光里程計b；采集多組輪式里程計a和激光里程計b進行聯合標定，得到最優的旋轉矩陣和最優的平移向量，從而求得所需外參完成聯合標定。
16、所述相鄰兩個時刻的激光點云數據進行匹配方法是針對相鄰兩幀激光點云數據設有對應好的激光點云數據和其中i＝1,2,3,…,n，將激光點云數據和質心去除得到去除質心的相應點云再進行點云配準，
17、其質心去除方法為：記兩幀激光點云的質心分別為和則去除質心的相應激光點云為和
18、其激光點云配準方法為：令將矩陣h進行svd分解，即h＝uσvt，其中，u為左奇異矩陣，σ為奇異值組成的矩陣，v為右奇異矩陣，則旋轉矩陣r＝vu?t，平移矩陣
19、所述聯合標定的方法是，設差速輪式機器人基坐標系到激光雷達坐標系的位姿變換為待求外為x，在t1時刻，差速輪式機器人的輪式里程計讀數為p2(1)，激光里程計讀數為p1(1)，在t2時刻，機器人輪式里程計讀數為p2(2)，激光里程計讀數為p1(2)，兩個時刻的輪式里程計和激光里程計有如下轉換關系，
20、
21、聯立上述兩式，化簡可得ax＝xb，采用兩步法求解：
22、
23、其中rx為待求外參x的旋轉矩陣，ra和rb分別為變換矩陣a和變換矩陣b的旋轉，tx為待求外參x的平移向量，ra＝exp([a]×)，rb＝exp([b]×)，其中a、b分別為ra、rb對應的李代數，變形可得：
24、
25、采集多組輪式里程計a和激光里程計數據b通過最小二乘擬合求解出最優的旋轉矩陣，記為rx*，
26、
27、由可知(ra-i)tx＝rxtb-ta，兩邊同時左乘(ra-i)t，其中i為單位陣，并重新整理可解出最優的平移向量，記為tx*，
28、通過采用上述技術方案，本專利技術的有益效果是：本專利技術上述一種激光雷達外參標定方法不依賴于如標定板等標定物，無需額外部署標定場景等繁瑣過程，對設備和環境的依賴性低，即本專利技術的標定方法對標定環境要求低，通過結合輪式里程計和激光里程計，采用兩步法手眼標定，解決激光雷達在差速輪式機器人基坐標系的外參標定問題，具體是通過編碼器解算出輪式里程計并且其通過上述輪式里程計校準方法校準，通過點云配準計算出激光里程計，并利用兩步法手眼標定來實現激光雷達與機器人基坐標系的外參標定，如此有效的減少了對設備和環境的依賴性，也能夠提高激光雷達在差速輪式機器人基坐標系中的位置和姿態這些參數的準確性，這些參數也直接影響到激光雷達定位感知結果的準確性，對于機器人的定位、導航和避障等功能有著至關重要的作用。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種輪式里程計校準方法，其特征在于，通過位置校準方法計算出位置修正比例系數α，通過姿態校準方法計算出姿態修正比例系數β，輪式里程計A通過差速輪式機器人的輪子轉速計算出機器人的運行速度及相對位移的位置得到并通過所述位置修正比例系數α和姿態修正比例系數β進行計算校準修正。
2.如權利要求1所述的一種輪式里程計校準方法，其特征在于，對輪式里程計A進行計算校準修正的方法包括有，設差速輪式機器人位姿狀態為x＝[x?y?θ]，其中x、y表示差速輪式機器人的空間坐標，θ表示差速輪式機器人的角度，根據差速輪式機器人的運動模型可知，其離散時間下的位姿遞推方程為，
3.如權利要求1或2所述的一種輪式里程計校準方法，其特征在于，所述位置校準方法為測得差速輪式機器人從對齊預設的目標間距s的起點位置運動到的目標間距s終點位置后其實際停留位置與預設終點的距離偏差et以及輪式里程計A距離差值與目標間距s的偏差εt，計算得到位置修正比例系數α，表達式為
4.如權利要求1或2所述的一種輪式里程計校準方法，其特征在于，所述姿態校準方法為測得差速輪式機器人從其中軸線與標定參考線
5.如權利要求3所述的一種輪式里程計校準方法，其特征在于，所述姿態校準方法為測得差速輪式機器人從其中軸線與標定參考線對齊開始原地旋轉多周后其中軸線與標定參考線的偏差距離，將該偏差距離除以差速輪式機器人旋轉中心到前部標記的距離得到實際姿態偏差er，測得里程計姿態讀數和目標姿態偏差為εr，則：
6.一種激光雷達外參標定方法，其特征在于，通過如權利要求1-5任意一項所述的一種輪式里程計校準方法得到校準修正的輪式里程計A；通過差速輪式機器人的激光雷達獲得相鄰兩個時刻的激光點云數據并對該相鄰兩個時刻的激光點云數據進行匹配估計出差速輪式機器人的速度和位置，得到激光里程計B；采集多組輪式里程計A和激光里程計B進行聯合標定，得到最優的旋轉矩陣和最優的平移向量，從而求得所需外參完成聯合標定。
7.如權利要求6所述的一種激光雷達外參標定方法，其特征在于，所述相鄰兩個時刻的激光點云數據進行匹配方法是針對相鄰兩幀激光點云數據設有對應好的激光點云數據和其中i＝1,2,3,…,N，將激光點云數據和質心去除得到去除質心的相應點云再進行點云配準，
8.如權利要求7所述的一種激光雷達外參標定方法，其特征在于，所述聯合標定的方法是，設差速輪式機器人基坐標系到激光雷達坐標系的位姿變換為待求外為X，在t1時刻，差速輪式機器人的輪式里程計讀數為激光里程計讀數為P1(1)，在t2時刻，機器人輪式里程計讀數為激光里程計讀數為P1(2)，兩個時刻的輪式里程計和激光里程計有如下轉換關系，
...【技術特征摘要】
1.一種輪式里程計校準方法，其特征在于，通過位置校準方法計算出位置修正比例系數α，通過姿態校準方法計算出姿態修正比例系數β，輪式里程計a通過差速輪式機器人的輪子轉速計算出機器人的運行速度及相對位移的位置得到并通過所述位置修正比例系數α和姿態修正比例系數β進行計算校準修正。
2.如權利要求1所述的一種輪式里程計校準方法，其特征在于，對輪式里程計a進行計算校準修正的方法包括有，設差速輪式機器人位姿狀態為x＝[x?y?θ]，其中x、y表示差速輪式機器人的空間坐標，θ表示差速輪式機器人的角度，根據差速輪式機器人的運動模型可知，其離散時間下的位姿遞推方程為，
3.如權利要求1或2所述的一種輪式里程計校準方法，其特征在于，所述位置校準方法為測得差速輪式機器人從對齊預設的目標間距s的起點位置運動到的目標間距s終點位置后其實際停留位置與預設終點的距離偏差et以及輪式里程計a距離差值與目標間距s的偏差εt，計算得到位置修正比例系數α，表達式為
4.如權利要求1或2所述的一種輪式里程計校準方法，其特征在于，所述姿態校準方法為測得差速輪式機器人從其中軸線與標定參考線對齊開始原地旋轉多周后其中軸線與標定參考線的偏差距離，將該偏差距離除以差速輪式機器人旋轉中心到預設置前部標記的距離得到實際姿態偏差er，測得里程計姿態讀數
5.如權利要求3所述的一種輪式里程計校準方法，其特征在于，所述姿態...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃小春，李瑞峰，霍光磊，李昊東，蘇昭暉，陳泰山，梁鳳順，梁培棟，
申請(專利權)人：福建泉州先進制造技術研究院，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。