本發(fā)明涉及激光定位導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及激光定位傳感器在AGV小車中位置標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

激光導(dǎo)航AGV小車如今被廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System，簡(jiǎn)稱FMS)，可以用于現(xiàn)代化工廠或倉(cāng)庫(kù)中的柔性搬運(yùn)，是現(xiàn)代物流系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備。用AGV小車代替人實(shí)現(xiàn)工裝，夾具，裝卸等工作的自動(dòng)周轉(zhuǎn)，是當(dāng)前很多企業(yè)升級(jí)換代的趨勢(shì)，使用AGV小車可以大幅提高企業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低勞動(dòng)成本，尤其是在當(dāng)前工業(yè)4.0潮流的推動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)智能制造是每個(gè)制造業(yè)企業(yè)的必然選擇。

在AGV小車的工作過(guò)程中，系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)獲得小車在環(huán)境中的位置和姿態(tài)信息，以便進(jìn)行路徑規(guī)劃和路徑修正。常用的絕對(duì)定位傳感器主要有基于視覺(jué)的定位傳感器、基于超聲波定位的傳感器、基于激光雷達(dá)定位的傳感器，這些定位傳感器都能實(shí)時(shí)地得到定位傳感器自身在世界坐標(biāo)系下的絕對(duì)位置和姿態(tài)。但是為了精確地得到小車在世界坐標(biāo)系下的位置姿態(tài)信息，需要找到定位傳感器與車的相對(duì)位置關(guān)系，即找到小車控制點(diǎn)與定位傳感器中心點(diǎn)的位置關(guān)系。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索分析，發(fā)現(xiàn)慣用的方法是：安裝時(shí)候默認(rèn)為將定位傳感器安裝在小車控制點(diǎn)上方，或者利用設(shè)計(jì)圖紙中標(biāo)注的裝配尺寸計(jì)算出定位傳感器在車上的位置，或者手動(dòng)測(cè)量定位傳感器與小車控制點(diǎn)的位置。但是由于裝配過(guò)程會(huì)存在誤差，使用過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生變形等因素，導(dǎo)致激光導(dǎo)航傳感器的實(shí)際位置與設(shè)計(jì)中標(biāo)注的位置有較大偏差；定位傳感器一般安裝在AGV小車的頂部，而小車的控制點(diǎn)是一個(gè)虛擬的點(diǎn)在車上沒(méi)有實(shí)際的標(biāo)識(shí)，手動(dòng)測(cè)量小車控制點(diǎn)與激光雷達(dá)傳傳感器的位置關(guān)系會(huì)有較大誤差。

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種激光定位傳感器在AGV小車中位置標(biāo)定方法，可有快速、精準(zhǔn)地測(cè)量出定位傳感器在小車中的位置，提高小車位置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種激光定位傳感器在AGV小車中位置標(biāo)定方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的激光定位傳感器在AGV小車中位置標(biāo)定方法，包括如下步驟：

步驟1：在平坦的地面，控制AGV小車直行，標(biāo)定激光定位傳感器在小車坐標(biāo)系中的姿態(tài)；

步驟2：在平坦的地面，控制AGV小車原地旋轉(zhuǎn)，標(biāo)定激光定位傳感器在小車坐標(biāo)系中的位置；

步驟3：將激光定位傳感器輸出的位置、姿態(tài)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為AGV小車控制點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的絕對(duì)位置和姿態(tài)。

優(yōu)選地，所述步驟1中控制AGV小車直行時(shí)，激光定位傳感器輸出的定位數(shù)據(jù)記為(x,y,β)，其中：x表示激光定位傳感器中心點(diǎn)o₂相對(duì)世界坐標(biāo)系X軸的坐標(biāo)，y表示激光定位傳感器中心點(diǎn)o₂相對(duì)世界坐標(biāo)系Y軸的坐標(biāo)，β表示直行時(shí)激光定位傳感器的方向矢量Ys與世界坐標(biāo)系X軸的夾角，且β值保持不變，或者只在某一范圍內(nèi)變化。

優(yōu)選地，所述步驟1包括：

步驟1.1：AGV小車直行過(guò)程中，記錄激光定位傳感器輸出的定位數(shù)據(jù)(x,y,β)，直行2米后停止記錄數(shù)據(jù)，停止小車移動(dòng)；

步驟1.2：繪制激光定位傳感器記錄到的N組定位數(shù)據(jù)，用最小二乘法擬合這N組數(shù)據(jù)點(diǎn)為直線，計(jì)算出擬合直線的斜率角以及計(jì)算出激光定位傳感器的方向矢量Ys與世界坐標(biāo)系X軸的夾角的平均值，記為β_m，其中β_i表示第i組定位數(shù)據(jù)；

步驟1.3：計(jì)算激光定位傳感器在AGV小車坐標(biāo)系中的姿態(tài)δ，計(jì)算公式如下：

優(yōu)選地，所述步驟2中控制AGV小車原地旋轉(zhuǎn)時(shí)，AGV小車控制點(diǎn)位置不變，車體圍繞小車控制點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述步驟2包括：

步驟2.1：AGV小車在原地旋轉(zhuǎn)時(shí)，記錄激光定位傳感器輸出的定位數(shù)據(jù)，待小車轉(zhuǎn)動(dòng)大約1.25圈后停止記錄數(shù)據(jù)，停止小車轉(zhuǎn)動(dòng)；

步驟2.2：繪制激光定位傳感器記錄到的M組定位數(shù)據(jù)，用最小二乘法擬合這M組數(shù)據(jù)為圓的解析方程(x-A)²+(y-B)²＝R²；其中A表示圓心對(duì)應(yīng)X軸的坐標(biāo)值，B表示圓心對(duì)應(yīng)Y軸的坐標(biāo)值，x表示圓上一點(diǎn)對(duì)應(yīng)X軸的坐標(biāo)值，y表示圓上該點(diǎn)對(duì)應(yīng)Y軸的坐標(biāo)值，R表示圓的半徑；

步驟2.3：找到記錄的M組數(shù)據(jù)中x值最大的那組定位數(shù)據(jù)記為(x_l,y_l,β_l)，，計(jì)算角度θ，其中δ為激光定位傳感器在AGV小車坐標(biāo)系中的姿態(tài)，θ表示激光定位傳感器在AGV小車坐標(biāo)系中的方位角；

步驟2.4：計(jì)算激光定位傳感器在AGV小車坐標(biāo)系中的位置，即(x₀,y₀)，其中

式中：x₀表示AGV小車坐標(biāo)系中的X軸坐標(biāo)值，y₀表示AGV小車坐標(biāo)系中的Y軸坐標(biāo)值，R表示最小二乘法擬合出圓的半徑，θ表示激光定位傳感器在AGV小車坐標(biāo)系中的方位角。

優(yōu)選地，所述步驟3中將AGV小車在世界坐標(biāo)系下的絕對(duì)位置和姿態(tài)記為：(x_r,y_r,β_r)，相應(yīng)的計(jì)算公式如下：

式中：x_r表示AGV小車控制點(diǎn)o₁在世界坐標(biāo)系下關(guān)于X軸的坐標(biāo)值，y_r表示AGV小車控制點(diǎn)o₁在世界坐標(biāo)系下關(guān)于Y軸的坐標(biāo)值，β_r表示換算后激光定位傳感器的方向矢量Ys與世界坐標(biāo)系X軸的夾角；δ表示激光定位傳感器在AGV小車坐標(biāo)系中的姿態(tài)，即激光定位傳感器的方向矢量Ys與AGV小車的方向矢量Yr的夾角。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明通過(guò)小車直行、原定旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，標(biāo)定出激光雷達(dá)定位傳感器在小車坐標(biāo)系中的位置、姿態(tài)，操作簡(jiǎn)單，不需要繁瑣的手動(dòng)測(cè)量；標(biāo)定得到的位置、姿態(tài)比手動(dòng)測(cè)量更為精確，比小車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙中標(biāo)注值更可靠。將小車定位傳感器輸出數(shù)據(jù)(x,y,β)精確轉(zhuǎn)換為小車控制點(diǎn)o₁在世界坐標(biāo)系下位置、姿態(tài)，使得AGV小車在軌跡規(guī)劃時(shí)更穩(wěn)定可靠，在運(yùn)動(dòng)控制中偏差計(jì)算更準(zhǔn)確，從而提高小車的控制精度。本發(fā)明方法簡(jiǎn)便易行，效率高，標(biāo)定精確，在自主導(dǎo)航AGV小車等領(lǐng)域具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為AGV小車模型及坐標(biāo)系定義示意圖；

圖2為AGV小車直行運(yùn)動(dòng)模型示意圖；

圖3為AGV小車轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)模型示意圖；

圖4為AGV小車原地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型示意圖；

圖中：

1-AGV小車左側(cè)后輪；

2-AGV小車右側(cè)后輪；

3-AGV小車前輪

4-激光雷達(dá)定位傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

根據(jù)本發(fā)明提供的激光定位傳感器在AGV小車中位置標(biāo)定方法，包括如下步驟：

步驟S1：在平坦的地面，控制AGV小車直行，記錄激光雷達(dá)定位傳感器輸出的位置數(shù)據(jù)，用最小二乘法將這些點(diǎn)擬合成直線，計(jì)算出傳感器在小車坐標(biāo)系下的姿態(tài)；

步驟S2：在平坦的地面，控制AGV小車原地旋轉(zhuǎn)，記錄激光雷達(dá)定位傳感器輸出的位置數(shù)據(jù)，用最小二乘法將這些點(diǎn)擬合成圓方程，計(jì)算出傳感器在小車坐標(biāo)系下的位置；

步驟S3：根據(jù)傳感器在小車坐標(biāo)系下的位置、姿態(tài)標(biāo)定值，將傳感器輸出的定位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為小車控制點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的位置和姿態(tài)。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案做更加詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例

本發(fā)明在激光導(dǎo)航AGV三輪叉車中應(yīng)用，小車模型如圖1所示，前輪驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向，后輪是從動(dòng)輪。設(shè)定AGV小車控制點(diǎn)為小車坐標(biāo)系原點(diǎn)即圖1中o₁，AGV小車方向取兩后輪的垂直平分線、指向前輪方向即圖1中的Yr方向；傳感器坐標(biāo)系中心點(diǎn)為o₂，傳感器方向取傳感器y軸即Ys方向，如圖1所示。設(shè)定AGV小車方向與傳感器方向矢量之間的夾角記為δ、AGV坐標(biāo)中心點(diǎn)o₁與傳感器坐標(biāo)中心點(diǎn)o₂間的距離記為R，兩者的夾角記為θ。如圖1、圖2所示，在世界坐標(biāo)系中：向量的長(zhǎng)度為R，向量的方向?yàn)榧茨敲聪蛄靠梢员硎緸椋浩渲笑帘硎続GV坐標(biāo)中心點(diǎn)o₁與AGV小車方向所在單位向量與X軸的夾角。

AGV小車定位傳感器輸出數(shù)據(jù)(x,y,β)表示傳感器中心點(diǎn)o₂在世界坐標(biāo)系下的位置和姿態(tài)，即(x,y)表示傳感器坐標(biāo)原點(diǎn)o₂在世界坐標(biāo)系下的位置，β為傳感器的方向矢量Ys與世界坐標(biāo)系x軸的夾角。此時(shí)AGV在世界坐標(biāo)系下的方向?yàn)椋害粒溅?β，由向量關(guān)系：推導(dǎo)得到AGV在世界坐標(biāo)系下的位置為：坐標(biāo)表示為：即

激光導(dǎo)航AGV小車的傳感器位置標(biāo)定就是要求解出R,θ,δ，得到激光雷達(dá)定位傳感器在小車坐標(biāo)系下的位置和姿態(tài)，從而將傳感器輸出的定位數(shù)據(jù)(x,y,β)轉(zhuǎn)換到小車在世界坐標(biāo)系下的絕對(duì)位置和姿態(tài)(x_r,y_r,β_r)。激光導(dǎo)航AGV小車傳感器位置標(biāo)定步驟如下:

第一步、讓小車在平坦位置直行約2米，記錄傳感器輸出的定位數(shù)據(jù)(x,y,β)。此時(shí)傳感器與小車的運(yùn)動(dòng)軌跡平行，如圖2所示，傳感器定位數(shù)據(jù)(x,y)擬合直線的方向與小車運(yùn)動(dòng)軌跡的方向相同，計(jì)算出擬合直線的角度斜率角計(jì)算傳感器定位數(shù)據(jù)β的平均值得到激光雷達(dá)定位傳感器在小車坐標(biāo)系中的姿態(tài)

第二步、讓小車在平坦位置原地旋轉(zhuǎn)大約1.25周，記錄傳感器輸出的定位數(shù)據(jù)(x,y,β)。此時(shí)小車控制點(diǎn)o₁在世界坐標(biāo)系下坐標(biāo)值(x_r,y_r)保持不變，傳感器跟著小車整體做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖4所示，此時(shí)傳感器的坐標(biāo)值為：

根據(jù)傳感器的坐標(biāo)值形式，可以推導(dǎo)出此時(shí)傳感器作圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R，起始相位角為利用傳感器輸出的定位數(shù)據(jù)(x,y)用最小二乘法擬合出圓的解析方程(x-A)²+(y-B)²＝R²，得到的R就是AGV坐標(biāo)中心點(diǎn)o₁與傳感器坐標(biāo)中心點(diǎn)o₂間的距離。

找到記錄的M組數(shù)據(jù)點(diǎn)中x值最大的那一組，這組數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)的β值記為β_l。此時(shí)有所以有

推導(dǎo)出激光雷達(dá)定位傳感器在小車坐標(biāo)系中的位置(x₀,y₀)，

第三步、標(biāo)定完激光雷達(dá)定位傳感器在小車坐標(biāo)系中的姿態(tài)δ值、激光雷達(dá)定位傳感器在小車坐標(biāo)系中的位置(x₀,y₀)值后，將小車上定位傳感器輸出數(shù)據(jù)(x,y,β)轉(zhuǎn)化為小車控制點(diǎn)o₁在世界坐標(biāo)系下位置、姿態(tài)值(x_r,y_r,β_r)：

本發(fā)明通過(guò)小車直行、原定旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，標(biāo)定出激光雷達(dá)定位傳感器在小車坐標(biāo)系中的位置、姿態(tài)，操作簡(jiǎn)單，不需要繁瑣的手動(dòng)測(cè)量；標(biāo)定得到的位置、姿態(tài)比手動(dòng)測(cè)量更為精確，比小車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙中標(biāo)注值更可靠。將小車定位傳感器輸出數(shù)據(jù)(x,y,β)精確轉(zhuǎn)換為小車控制點(diǎn)o₁在世界坐標(biāo)系下位置、姿態(tài)，使得AGV小車在軌跡規(guī)劃時(shí)更穩(wěn)定可靠，在運(yùn)動(dòng)控制中偏差計(jì)算更準(zhǔn)確，從而提高小車的控制精度。本發(fā)明方法簡(jiǎn)便易行，效率高，標(biāo)定精確，在自主導(dǎo)航AGV小車等領(lǐng)域具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。