CN110109147A - 一种激光定位装置及应用其的激光定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光定位装置及应用其的激光定位方法，其属于激光雷达领域，装置设有多个激光发射单元，每个激光发射单元依次向前发射二维平面激光网，激光碰到障碍物后产生漫反射，漫反射激光投射到激光接收单元，然后依次对进行图像处理，依次得到障碍物的多个二维平面坐标信息，换算出障碍物的三维坐标信息，就得到空间障碍物的多维坐标信息可以有效防范碰撞事件，可以应用在扫地机器人、智能机器人和AGV小车等机器人避障；而且该装置结构简单，易于装配，器件成本低，降低了定位成本。
Description
技术领域
本发明涉及机器人定位领域，特别是涉及一种激光定位装置及应用其的激光定位方法。
背景技术
随着AI的高速发展，越来越多的扫地机器人、AGV小车和智能机器人应用在工厂、商场和家庭代替人的工作；这些机器人在行进的过程中需要对其前方障碍物进行识别定位，目前的定位方法主要依靠红外感应器、超声波感应器和激光距离测距仪等等进行；它们都只能对单个维度方向障碍物进行定位，不能对机器人前方障碍物进行多维坐标定位，这样障碍物形状比较复杂时或者有多个障碍物在前方时机器人很容易碰到障碍物，虽然目前的二维激光雷达能够对一个二维平面内的障碍物进行定位，但还不能根据需要对前方障碍物多个维度坐标进行定位， 如果要实现的话需要安装三维激光雷达或者多个二维激光雷达分别进行定位，定位成本高，对软件硬件处理要求也高，生产装配复杂。
发明内容
为解决上述的问题，本发明提供了一种激光定位装置及应用其的激光定位方法，可以根据需要对形状复杂的障碍物进行多维坐标定位。
本发明所采取的技术方案是：一种激光定位装置，包括激光发射单元、激光接收单元和图像处理器，激光发射单元和激光接收单元都与图像处理器电性连接，以对相关数据进行定位处理；激光发射单元具有多个，多个激光发射单元发射出的激光形成三维激光网。
在上述技术方案中，激光接收单元的接收面和激光发射单元形成的激光网同一面向，以保证能够准确接收漫射回来的激光。
在上述技术方案中，激光接收单元的接收面设有限光孔，以限制激光接收单元接收漫射激光只是正面进入激光。
在上述技术方案中，限光孔设有滤光镜片组，将多余光线过滤掉，以免影响定位效果。
在上述技术方案中，滤光镜片组包括光学透镜和滤光镜片，保证了能够收集漫射激光和过滤掉多余光线。
在上述技术方案中，激光接收单元为光电感应器或摄像头，以准确获取。
本发明还采取了一种激光定位方法，其步骤包括：
A、先由其中一个激光发射单元发射一个二维平面激光网；
B、激光遇到障碍物，漫射到激光接收单元；
C、激光接收单元的数据由图像处理器计算得出障碍物的一个二维平面坐标信息；
D、其他激光发射单元依次发射出二维平面激光网，并重复步骤B和步骤C，获得障碍物的多个二维平面坐标信息，以换算出障碍物的三维坐标信息。
在上述方法中，步骤B中，激光接收单元只接收正向的漫射激光。
在上述方法中，图像处理器计算障碍物坐标信息的方式为空间直线与二维平面相交法。
在上述方法中，步骤B中，当激光接收单元为光电感应器时，激光接收单元将光信号转换成电信号，输出给图像处理器进行计算；当激光接收单元为摄像头时，激光接收单元将漫射激光拍摄成图像，输出给图像处理器进行计算。
本发明的有益效果是：一种激光定位装置及应用其的激光定位方法，装置设有多个激光发射单元，可测量前方内所有障碍物的多个二维平面坐标信息，最终换算出障碍物的三维坐标信息，可以有效防范碰撞事件，可以应用在扫地机器人、智能机器人和AGV小车等机器人避障；而且该装置结构简单，易于装配，器件成本低，降低了定位成本。
附图说明
图1是本发明的激光定位装置整体示意图；
图2是本发明的激光路线示意图；
图3是本发明的激光发射单元示意图；
图4是本发明的激光接收单元示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施列一：
图1至图4示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的一种激光定位装置及应用其的激光定位方法。
一种激光定位装置，包括四个激光发射单元1、一个激光接收单元2、一个图像处理器（图中未视出）和壳体4。
激光发射单元1，包括激光管11、凸透镜12和透镜组13，激光管11、凸透镜12和透镜组13依次径向分布固定在壳体4上。透镜组13为柱状透镜组，因此，激光管11、凸透镜12和透镜组13固定的空间为柱状空间；激光发射单元1形成的激光网为垂直于水平面且顶夹角为45°的三角形二维平面激光网5，形成方式为：激光管11发射激光，通过凸透镜12聚焦，然后射到透镜组13上，且透镜组13平行于水平面，形成垂直于水平面且顶夹角为45°的三角形二维平面激光网5。
四个激光发射单元等距离、等高度和等平面地固定在壳体4的固定板41上，固定板41为条形铝板。
激光接收单元2为光电感应器，激光接收单元2的接收面和激光发射单元1形成的平面激光网5同一面向，以保证能够准确接收漫射回来的激光；激光发射单元2发射的激光光碰到障碍物后会产生的漫反射，激光接收单元2可以接受这些漫反射激光，将光信号转换成电信号，输出定位数据，定位数据包括坐标、亮度和光谱等等。
激光接收单元2的接收面设有限光孔21，激光接收单元2的中心线与限光孔21的中心线都在同一的中心线上，以限制激光接收单元2接收漫射激光只是正面进入激光。限光孔21设有滤光镜片组22，滤光镜片组包括光学透镜23和滤光镜片24，保证了能够收集漫射激光和过滤掉多余光线。
图像处理器，电性连接激光接收单元2，实现对激光接收单元2获取的数据进行计算出障碍物的二维坐标，再组合成三维坐标坐标，得到障碍物的坐标，实现三维激光定位。
一种激光定位方法，应用了该种激光定位装置，其步骤包括：
A、先由其中一个激光发射单元1发射一个二维平面激光网5，二维平面激光网5为垂直于水平面且顶夹角为45°的三角形二维平面激光网5；
B、激光遇到障碍物，漫射到激光接收单元2，激光接收单元2只接收正向的漫射激光；激光接收单元2将光信号转换成电信号，输出给图像处理器进行计算；
C、激光接收单元2的数据由图像处理器2计算得出障碍物的一个二维平面坐标信息；
D、其他激光发射单元1依次发射出二维平面激光网5，并重复步骤B和步骤C，获得障碍物的多个二维平面坐标信息，以换算出障碍物的三维坐标信息。
上述的，图像处理器计算障碍物坐标信息的方式为空间直线与二维平面相交法，计算方式如下：
设置一个空间直角坐标系，以激光接收单元2的中心为坐标原点，激光接收单元2感光平面为XY平面，水平方向为X轴,垂直方向为Y轴，垂直于激光接收单元2感光平面为Z轴方向，设定激光接收单元2轴心线与Z轴重合，激光接收单元2接收面指向Z轴正方向，激光接收单元2中心坐标为M（0,0，k）
设定某一个激光发射单元1为A，发射是平面激光方程为x=f，激光碰到其平面内障碍物P产生漫反射，一部分漫反射激光到激光接收单元2，激光接收单元2将光信号转换成电信号，传给图像处理器，电信号经过图像处理器进行计算处理可以得到一个障碍物在激光接收单元坐标位置W（c,d,0），激光接收单元2中心坐标位置为W(0,0,s)，M与W形成一条空间直线MW, 把MW延长与激光平面A相交，即得到障碍物在二维平面A的坐标位置。
把其他激光发射单1元依次发射激光，依次按照上叙方式工作，就可以得到不同障碍物在其他二维平面坐标位置。
实施列二：
图1至图4示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的另一种激光定位装置及应用其的激光定位方法。
一种激光定位装置，包括四个激光发射单元1、一个激光接收单元2、一个图像处理器（图中未视出）和壳体4。
激光发射单元1，包括激光管11、凸透镜12和透镜组13，激光管11、凸透镜12和透镜组13依次径向分布固定在壳体4上。透镜组13为柱状透镜组，因此，激光管11、凸透镜12和透镜组13固定的空间为柱状空间；激光发射单元1形成的激光网为垂直于水平面且顶夹角为45°的三角形二维平面激光网5，形成方式为：激光管11发射激光，通过凸透镜12聚焦，然后射到透镜组13上，且透镜组13平行于水平面，形成垂直于水平面且顶夹角为45°的三角形二维平面激光网5。
四个激光发射单元等距离、等高度和等平面地固定在壳体4的固定板41上，固定板41为条形铝板。
激光接收单元2为摄像头，激光接收单元2的接收面和激光发射单元1形成的平面激光网5同一面向，以保证能够准确接收漫射回来的激光；激光发射单元2发射的激光光碰到障碍物后会产生的漫反射，激光接收单元2可以接受这些漫反射激光，激光接收单元2对其拍照，把图片信号传给图像处理器。
激光接收单元2的接收面设有限光孔21，激光接收单元2的中心线与限光孔21的中心线都在同一的中心线上，以限制激光接收单元2接收漫射激光只是正面进入激光。限光孔21设有滤光镜片组22，滤光镜片组包括光学透镜23和滤光镜片24，保证了能够收集漫射激光和过滤掉多余光线。
图像处理器，电性连接激光接收单元2，实现对激光接收单元2获取的数据进行计算出障碍物的二维坐标，再组合成三维坐标坐标，得到障碍物的坐标，实现三维激光定位。
一种激光定位方法，应用了该种激光定位装置，其步骤包括：
A、先由其中一个激光发射单元1发射一个二维平面激光网5，二维平面激光网5为垂直于水平面且顶夹角为45°的三角形二维平面激光网5；
B、激光遇到障碍物，漫射到激光接收单元2，激光接收单元2只接收正向的漫射激光；激光接收单元2将光信号转换成电信号，输出给图像处理器进行计算；
C、激光接收单元2的数据由图像处理器2计算得出障碍物的一个二维平面坐标信息；
D、其他激光发射单元1依次发射出二维平面激光网5，并重复步骤B和步骤C，获得障碍物的多个二维平面坐标信息，以换算出障碍物的三维坐标信息。
上述的，图像处理器计算障碍物坐标信息的方式为空间直线与二维平面相交法，计算方式如下：
设置一个空间直角坐标系，以激光接收单元2的中心为坐标原点，激光接收单元2感光平面为XY平面，水平方向为X轴,垂直方向为Y轴，垂直于激光接收单元2感光平面为Z轴方向，设定激光接收单元2轴心线与Z轴重合，激光接收单元2接收面指向Z轴正方向，激光接收单元2中心坐标为M（0,0，k）
设定某一个激光发射单元1为A，发射是平面激光方程为x=f，激光碰到其平面内障碍物P产生漫反射，一部分漫反射激光到激光接收单元2，激光接收单元2对漫反射激光拍摄，传给图像处理器，图片信号经过图像处理器进行计算处理可以得到一个障碍物在激光接收单元坐标位置W（c,d,0），激光接收单元2中心坐标位置为W(0,0,s)，M与W形成一条空间直线MW, 把MW延长与激光平面A相交，即得到障碍物在二维平面A的坐标位置。
把其他激光发射单1元依次发射激光，依次按照上述方式工作，就可以得到不同障碍物在其他二维平面坐标位置。
以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，上述方案可以使用一个发射单元，也可以使用多个发射单元，发射单元和接收单元安装角度也可以变化，这些不同也在本专利保护之内，故凡依本发明专利申请范围所述的方法所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (10)
1.一种激光定位装置，其特征在于，包括激光发射单元、激光接收单元和图像处理器，激光发射单元和激光接收单元都与图像处理器电性连接，以对相关数据进行定位处理；激光发射单元具有多个，多个激光发射单元发射出的激光形成三维激光网。
2.根据权利要求1所述的一种激光定位装置，其特征在于：激光接收单元的接收面和激光发射单元形成的激光网同一面向。
3.根据权利要求1或2所述的一种激光定位装置，其特征在于：光接收单元的接收面设有限光孔。
4.根据权利要求3所述的一种激光定位装置，其特征在于：限光孔设有滤光镜片组。
5.根据权利要求4所述的一种激光定位装置，其特征在于：滤光镜片组包括光学透镜和滤光镜片。
6.根据权利要求1所述的一种激光定位装置，其特征在于：激光接收单元为光电感应器或摄像头。
7.一种激光定位方法，其步骤包括：
A、先由其中一个激光发射单元发射一个二维平面激光网；
B、激光遇到障碍物，漫射到激光接收单元；
C、激光接收单元的数据由图像处理器计算得出障碍物的一个二维平面坐标信息；
D、其他激光发射单元依次发射出二维平面激光网，并重复步骤B和步骤C，获得障碍物的多个二维平面坐标信息，以换算出障碍物的三维坐标信息。
8.根据权利要求7所述的一种激光定位方法，其特征在于：激光接收单元只接收正向的漫射激光。
9.根据权利要求7所述的一种激光定位方法，其特征在于：步骤B中，当激光接收单元为光电感应器时，激光接收单元将光信号转换成电信号，输出给图像处理器进行计算；当激光接收单元为摄像头时，激光接收单元将漫射激光拍摄成图像，输出给图像处理器进行计算。
10.根据权利要求7或9所述的一种激光定位方法，其特征在于：图像处理器计算障碍物坐标信息的方式为空间直线与二维平面相交法。
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