CN109084738B

CN109084738B - 一种可调节高度的标定***及标定方法

Info

Publication number: CN109084738B
Application number: CN201810737562.2A
Authority: CN
Inventors: 代津; 蒋祖武
Original assignee: Shanghai Bintong Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Bintong Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2021-09-17
Anticipated expiration: 2038-07-06
Also published as: CN109084738A

Abstract

本发明公开了一种可调节高度的标定***及标定方法，所述***包括：标定件、场地、设于所述场地上的二维码矩阵以及自动导引装置，所述标定件上设有四个二维码，所述自动导引装置的前端设有雷达，所述自动导引装置的侧面或中心设有底视相机，当自动导引装置移动至二维码矩阵上预设位置时，通过所述底视相机拍摄二维码矩阵，根据二维码矩阵的多个二维码在底视相机中的成像结果来计算相机与自动导引装置之间的相对位置关系；通过辅助相机拍摄所述标定件上贴有的四个二维码及二维码矩阵，计算得到所述标定件和二维码矩阵之间的关系；通过雷达平面扫描标定件来确定雷达与标定件的位置，根据标定件、自动导引装置分别与二维码矩阵的位置关系得到雷达和自动导引装置的相对位置。本发明提高了AGV标定定位精度，且维护方便、成本较低、兼容性能高。

Description

一种可调节高度的标定***及标定方法

技术领域

本发明涉及智能物流标定技术领域，尤其是涉及到一种可调节高度的标定***及标定方法。

背景技术

无人搬运车(Automated Guided Vehicle，简称AGV)，指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道来设立其行进路线，电磁轨道黏贴於地板上，无人搬运车则依循电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。

AGV以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流***中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。

传统的AGV车体、相机、雷达之间的相对位置都是通过他们各自的在AGV的安装位置来确定，属于机械定位。定位的精度主要通过机械加工精度和装配容差等来确定。加工水平和装配工艺直接影响到AGV车体、相机、雷达之间的相对位置精度。

上述这种机械定位方式存在很多的不足：

1、要求机械加工精度高，装配误差小，制造成本高；

2、传感器的感知坐标系和安装孔位置不一致，增加定位误差；

3、一旦AGV发生碰撞或者疲劳使用导致变形，小车与相机、雷达之间的相对位置就会发生变化，从而导致AGV定位不准确，维护成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可调节高度的标定***及标定方法，主要目的在于解决目前AGV车体、相机、雷达之间的相对位置通过机械加工精度和装配容差等来确定，定位误差较大，从而导致AGV定位不准确，维护成本高的问题。

根据本发明的一个方面，提供了包括：可调节高度的标定件、场地、设于所述场地上的二维码矩阵、以及自动导引装置，所述标定件上设有至少一个二维码，所述自动导引装置的前端设有雷达，所述自动导引装置的侧面或中心设有底视相机；

将所述自动导引装置移动至二维码矩阵上预设位置，通过所述底视相机拍摄所述二维码矩阵，根据所述二维码矩阵中的多个二维码在所述底视相机中的成像结果来计算所述底视相机与所述自动导引装置之间的相对位置关系；

通过辅助相机拍摄所述标定件上贴有的四个二维码及二维码矩阵，计算得到所述标定件和所述二维码矩阵之间的位置关系；

通过所述雷达平面扫描所述标定件，来确定所述雷达与所述标定件的位置，根据所述标定件、自动导引装置分别与二维码矩阵的位置关系得到雷达和自动导引装置的相对位置。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述AGV标定***的标定方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：将所述自动导引装置移动至二维码矩阵上预设位置，通过所述底视相机拍摄所述二维码矩阵，根据所述二维码矩阵中的多个二维码在所述底视相机中的成像结果来计算所述底视相机与所述自动导引装置之间的相对位置关系；

步骤S2：通过辅助相机拍摄所述标定件上贴有的四个二维码及二维码矩阵，计算得到所述标定件和所述二维码矩阵之间的位置关系；

步骤S3：通过所述雷达平面扫描所述标定件，来确定所述雷达与所述标定件的位置，根据所述标定件、自动导引装置分别与二维码矩阵的位置关系得到雷达和自动导引装置的相对位置。

本发明可调节高度的AGV标定***及标定方法提高了AGV标定定位精度，且维护方便、成本较低、兼容性能高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种可调节高度的标定***的结构示意图；

图2示出了本发明实施例中相机与自动导引装置的位置标定的示意图；

图3示出了本发明实施例中标定件与二维码矩阵的位置标定的示意图；

图4示出了本发明实施例中雷达与自动导引装置的位置标定的示意图；；

图5示出了本发明实施例中的标定件的结构示意图；

图6示出了本发明实施例提供的上述可调节高度的AGV标定***的标定方法的流程示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实施例中提供了一种可调节高度的标定***，包括：可调节高度的标定件1、场地7、设于所述场地7地上的二维码矩阵2以及自动导引装置4，所述标定件1上设有四个二维码3，所述自动导引装置4的前端设有雷达5，所述自动导引装置的侧面或中心设有底视相机6，通过所述底视相机6拍摄二维码矩阵2，根据二维码矩阵2的多个二维码在底视相机6中的成像结果来计算底视相机6与所述自动导引装置4之间的相对位置关系；通过辅助相机8拍摄所述标定件1上贴有的四个二维码3及二维码矩阵2，计算得到标定件1和二维码矩阵2之间的关系；通过雷达5平面扫描标定件1来确定雷达5与标定件1的位置，根据所述标定件1、自动导引装置4分别与二维码矩阵2的位置关系得到雷达5和自动导引装置4的相对位置。

其中，请参阅图5，所述标定件1包括四个支座11及设于所述支座11之间斜梁12，每个支座11上设有4排螺纹孔13，通过斜梁12的两端装配于不同螺纹孔来调节标定件1的高度，以满足不同高度雷达的AGV标定。即根据每组螺纹孔间距可以随意分配，从而可以自由的切换斜梁的高度，最终满足不同高度雷达的AGV标定。

其中，所述自动导引装置4为AGV小车或移动机器人。

所述标定件1可拆卸，易运输，即标定件1的梁与支座之间通过可拆紧固件连接，方便拆卸成单个零件，从而方便运输。

所述标定件1颜色为白色，表面满足漫反射要求。即白色漫翻身表面增加激光反射率，使得观测到的点云更密，噪声更小。

本发明可调节高度的AGV标定***的主要作用就是确定相机、雷达与AGV之间的相对位置，其实现过程如下：

首先，将所述自动导引装置移动至二维码矩阵上预设位置(易测量的多个固定位置)，自动导引装置上安装的底视相机拍摄二维码矩阵，通过多个二维码在底视相机中的成像结果来计算相机和自动导引装置之间的相对位置关系，从而完成底视相机和自动导引装置的标定；

其次，通过辅助相机拍摄贴有四个二维码的标定件和二维码矩阵，计算出四个二维码和二维码矩阵之间的关系，从而确定标定件与二维码矩阵之间的相对位置；

最后，装有相机和雷达的自动导引装置通过雷达与标定件之间的位置关系、标定件和二维码矩阵之间的位置关系、相机和二维码矩阵确定AGV的位置关系，从而可以计算出雷达与自动导引装置之间的相对位置关系。通过二维码矩阵和相机即可得知自动导引装置的位置；

通过雷达与标定件即可得知雷达相对于标定件的具***置，以标定件为参照物；标定件和二维码矩阵之间的关系。

请参阅图2至6，本发明还提供一上述AGV标定***的标定方法，包括以下步骤：

步骤S1：将所述自动导引装置4移动至二维码矩阵2上预设位置，通过所述底视相机6拍摄所述二维码矩阵2，根据所述二维码矩阵2中的多个二维码在所述底视相机6中的成像结果来计算所述底视相机6与所述自动导引装置4之间的相对位置关系；

具体实现时，请参阅图2，先将自动导引装置4放置在易测量的多个固定位置，通过自动导引装置4上安装的底视相机6拍摄二维码矩阵2，通过拍摄的二维码矩阵2中多个二维码在底视相机6中的成像结果来计算底视相机6和自动导引装置4之间的相对位置关系，从而完成底视相机6和自动导引装置4的标定；

所述步骤S1具体包括：

将自动导引装置4移动到二维码矩阵2上；

通过二维码编号计算得到自动导引装置4的4个轮子的坐标：左前轮X_L1(x₁，y₁)、左后轮X_L2(x₂，y₂)、右前轮X_R3(x₃，y₃)、右后轮X_R4(x₄，y₄)，考虑在一个平面上，所述自动导引装置4在二维码矩阵2上的位置T_V为:

其中，所述二维码矩阵2由打印机按准确比列打印，所以每张二维码的尺寸和其在二维码矩阵中的位置已知。

通过所述底视相机6拍摄到的二维码在成像平面的位置，由Perspective-n-Point算法，可以计算出二维码与底视相机6的相对位置T_c。

根据自动导引装置4在二维码矩阵2上的位置T_V以及二维码与底视相机6的相对位置T_c计算得到相机与自动导引装置4之间的相对位置T_vc：

T_vc＝T_v-1·T_c。

步骤S2：通过辅助相机8拍摄标定件1上方贴有的四个二维码3及二维码矩阵2，计算确定标定件1与二维码矩阵2的相对位置；

具体实现时，请参阅图3，辅助相机8拍摄标定件1上方贴的四个二维码3及二维码矩阵2，计算确定标定件1与二维码矩阵2的相对位置，从而完成标定件1与二维码矩阵2的位置标定。

所述步骤S2具体包括：

通过辅助相机8拍摄标定件1上方贴的四个二维码3和二维码矩阵2，得到辅助相机8与四个二维码3之间的相对位置{T_cm1，T_cm2，T_cm3，T_cm4}；以及辅助相机8与二维码矩阵2之间的相对位置

每一个二维码与二维码矩阵的相对位置为：

其中，所述四个二维码3的对称中心在地面上的投影，即为标定件1的坐标原点，从而得到标定件1与二维码矩阵2的相对位置T_wg：

步骤S3：通过所述雷达5扫描标定件1计算得到雷达5与标定件1的位置关系；根据所述标定件1、自动导引装置4分别与二维码矩阵2的位置关系得到雷达5和自动导引装置4的相对位置。

具体实现时，请参阅图4，首先，通过雷达5平面扫描标定件1来确定雷达5与标定件1的位置，再根据之前得到的底视相机6与自动导引装置4的位置，以二维码矩阵为参照物，以及标定件1与二维码矩阵2的位置关系，最终得到雷达5和自动导引装置4的相对位置，从而完成雷达与自动导引装置之间相对位置标定。

由于底视相机6与自动导引装置4的相对位置T_vc已知，底视相机6与二维码矩阵2的相对位置T_c已知，因此可以确定自动导引装置4在二维码矩阵2中的位置T_wv：

所述标定件1由精加工制成，其三维模型已知，可以生成模型的点云文件。机器人上安装的激光雷达实时扫描的点云与模型点云进行匹配，运用Iterative Closest Point算法，可以算出激光雷达与标定件的相对位置T_gl。根据标定件与二维码矩阵的位置关系T_wg，最终得到雷达和AGV的相对位置T_vl：

T_vl＝T_wv ^-1·T_wg·T_gl。

即所述步骤S3具体包括：

根据底视相机6与自动导引装置4的相对位置T_vc以及底视相机6与二维码矩阵2的相对位置T_c，计算得到自动导引装置4在二维码矩阵2中的相对位置T_wv：

通过所述雷达5扫描标定件1，运用Iterative Closest Point算法，计算得到雷达5与标定件1的相对位置T_gl；

根据自动导引装置4在二维码矩阵2中的位置T_wv、标定件1与二维码矩阵2的相对位置T_wg以及雷达5与标定件1的相对位置T_gl，计算得到雷达5与自动导引装置4的相对位置T_vl：

T_vl＝T_wv ^-1·T_wg·T_gl。

本发明可调节高度的AGV标定***及标定方法通过相机和二维码矩阵确定相机与自动导引装置之间的相对位置；通过标定件、四个二维码和二维码矩阵确定标定件在空间中的位置；以及通过相机、雷达、标定件和二维码矩阵确定雷达与自动导引装置之间的相对位置。

以上相机和雷达个数、安装位置为示意图，本专利不局限于图示位置。任何多个相机或雷达或其他测量设备的组合，只要标定方法类似，都在本专利的覆盖之下。

相比于现有技术，本发明可调节高度的AGV标定***及标定方法通过相机成像，雷达探测等功能来判定相机、雷达与自动导引装置之间的相对位置，具有如下的有益效果：

1、定位精度相对较高且对AGV加工精度和装配容差没有要求。

2、维护方便，兼容性能高。不管AGV是否出现变形等情况，只要重新标定一次，就可确认相机、雷达和自动导引装置之间的相对位置关系。

综上，本发明可调节高度的AGV标定***及标定方法提高了AGV标定定位精度，且维护方便、成本较低、兼容性能高。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种可调节高度的标定***，其特征在于，包括：可调节高度的标定件、场地、设于所述场地上的二维码矩阵、以及自动导引装置，所述标定件上设有至少一个二维码，所述自动导引装置的前端设有雷达，所述自动导引装置的侧面或中心设有底视相机；

通过所述雷达平面扫描所述标定件，以标定件为参照物，来确定雷达与标定件的相对位置，根据自动导引装置在二维码矩阵中的位置、标定件与二维码矩阵的相对位置以及雷达与标定件的相对位置，得到雷达与自动导引装置的相对位置；

所述标定件包括四个支座及设于所述支座之间斜梁，每个支座上设有螺纹孔，通过斜梁的两端装配于不同螺纹孔来调节标定件的高度。

2.根据权利要求1所述的标定***，其特征在于，所述标定件的梁与支座之间通过可拆紧固件连接。

3.根据权利要求1所述的标定***，其特征在于，所述自动导引装置为AGV小车或移动机器人。

4.根据权利要求1所述的标定***，其特征在于，所述标定件的外表面设有漫反射层，所述漫反射层为白色。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的标定***的标定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S3：通过所述雷达平面扫描所述标定件，以标定件为参照物，来确定雷达与标定件的相对位置，根据自动导引装置在二维码矩阵中的位置、标定件与二维码矩阵的相对位置以及雷达与标定件的相对位置，得到雷达与自动导引装置的相对位置；

所述步骤S1具体包括：

将所述自动导引装置移动到二维码矩阵上；

通过二维码编号计算得到自动导引装置的四个轮子的坐标：左前轮X_L1(x₁，y₁)、左后轮X_L2(x₂，y₂)、右前轮X_R3(x₃，y₃)、右后轮X_R4(x₄，y₄)，所述自动导引装置在二维码矩阵上的位置T_V为：

通过所述底视相机拍摄到的二维码在成像平面的位置，根据自动导引装置在二维码矩阵上的位置T_V以及二维码与底视相机的相对位置T_c计算得到底视相机与自动导引装置之间的相对位置T_vc：

T_vc＝T_v ^-1·T_c。

6.根据权利要求5所述的标定方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

通过辅助相机拍摄标定件上方贴有的四个二维码和二维码矩阵，得到辅助相机与四个二维码之间的相对位置{T_cm1，T_cm2，T_cm3，T_cm4}；以及辅助相机与二维码矩阵之间的相对位置

每一个二维码与二维码矩阵的相对位置为：

其中，所述标定件与二维码矩阵的相对位置T_wg：

7.根据权利要求5所述的标定方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

根据底视相机与自动导引装置的相对位置T_vc以及底视相机与二维码矩阵的相对位置T_c，计算得到自动导引装置在二维码矩阵中的相对位置T_wv：

通过所述雷达扫描标定件，计算得到雷达与标定件的相对位置T_gl；

根据自动导引装置在二维码矩阵中的位置T_wv、标定件与二维码矩阵的相对位置T_wg以及雷达与标定件的相对位置T_gl，计算得到雷达与自动导引装置的相对位置T_vl：

T_vl＝T_wv ^-1·T_wg·T_gl。