一种叉车式AGV激光雷达的标定方法及计算机可读存储介质与流程

一种叉车式agv激光雷达的标定方法及计算机可读存储介质
技术领域
1.本发明涉及测量技术领域，具体为一种叉车式agv激光雷达的标定方法。


背景技术：

2.激光雷达传感器和叉车式agv作为智能移动机器人自主导航系统，在工业物流仓储中有着广泛的应用。智能移动机器人通过激光雷达传感器和叉车式agv底盘的里程计，进行环境建图，场景定位以及任务导航和避障，达到对作业环境的感知理解和自身状态的认知。
3.其中，激光雷达的外参和叉车式agv底盘里程计的内参，对智能移动机器人空间定位控制和障碍物识别的精准性是至关重要的，直接影响移动机器人自主导航系统的整体性能。
4.对于叉车式agv出厂装配和实际长期使用过程中，传感器和底盘硬件内外参数，安装和使用过程中磨损造成的误差是难以避免的，通过人工标定，往往效率低下，精度也较低，因此急需一种能提高效率、具有一定通用性、且确保高精度的内外参数自动标定方法。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供了一种叉车式agv激光雷达的标定方法，其标定精度达到毫米和毫弧度级别，且其标定不限定标定环境和场景，方便普通操作人员和用户，且提高标定效率以及适用性。
6.一种叉车式agv激光雷达的标定方法，其特征在于，其包括如下步骤：
7.a确认标定场景空间大小，确认自动标定或手动标定模式，自动标定模式下确认是否需要反光棒和/或二维码的辅助定位；
8.b叉车式agv底盘开始绕八字轨迹采集数据；
9.c获取单线或多线类型激光雷达数据并计算求解激光雷达帧间的第一变换矩阵，即：
10.其中，表示通过激光点云配准，计算得到的时间点从tk到t
k+1
的激光雷达的空间变换矩阵，记为第一变换矩阵；
11.d获取叉车式agv里程计的标定参数，并同步激光雷达和里程计数据，求得同步后的agv里程计标定参数；
12.e计算求解同步后叉车agv里程计帧间的第二变换矩阵，即：rk13.其中，rk表示计算得到的时间点从tk到t
k+1
的叉车agv里程计的空间变换矩阵，记为第二变换矩阵；
14.f基于第一变换矩阵、第二变换矩阵以及预设初始标定参数，建立优化问题并求解最优函数，以完成激光雷达的外参标定，即：
15.16.其中，m表示激光和里程计数据同步后的总个数，l表示预设初始激光雷达标定外参，函数表示欧式距离。
17.其进一步特征在于：
18.预设初始标定参数包括激光雷达在agv车体坐标系下的(x,y,theta)三个坐标值以及舵轮在车体坐标系下的(x y)两个坐标值。
19.其更进一步特征在于：
20.其通过前端终端和后端终端组合进行标定处理，前端终端为叉车agv的终端，后端终端为人机交互客户终端，前端的叉车agv的终端和后端的人机交互客户终端均包含处理器单元和存储器单元，通过网络接口进行通讯和数据交换；
21.前端的叉车agv的终端和后端的人机交互客户终端均包括处理器单元、网络接口、用户接口、通信总线和存储器单元；
22.所述用户接口包括显示屏、鼠标，用户接口包括有线接口或/和无线接口，网络接口为有线接口或/和无线接口，存储器单元为磁盘存储器、高速ram存储器或独立于处理单元的存储装置；
23.前端的叉车agv的终端的存储器单元包括操作系统、网络通讯模块、数据采集模块、人机交互模块以及标定程序模块；
24.后端的人机交互客户终端包括操作系统、网络通讯模块、标定人机交互模块；
25.人机交互客户终端上的存储器单元中的标定人机交互模块、叉车agv的终端的存储器单元中的数据采集模块被开启，进行标定程序模块，该标定程序模块执行标定步骤a-f，当标定结果完成，反馈到人机交互客户终端的存储器单元上的标定人机交互模块。
26.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行一种叉车式agv激光雷达的标定方法。
27.采用上述技术方案后，其将参数标定作为一个优化问题，建立基于时域和空域坐标转换关系的残差损失函数，以表明当前标定的精度误差，通过实施，其标定精度达到毫米和毫弧度级别；其可以脱离固定靶标的限制，不限定标定环境和场景，方便普通操作人员和用户，整个标定时间仅需数分钟，彻底解决底盘在出厂和使用阶段的标定校正需求，提高标定效率以及适用性。
附图说明
28.图1为本发明方法的步骤示意图；
29.图2为本发明的数据同步流程示意图；
30.图3为本发明的方法所对应的硬件结构框图。
具体实施方式
31.一种叉车式agv激光雷达的标定方法，见图1，其包括如下步骤：
32.a确认标定场景空间大小，确认自动标定或手动标定模式，自动标定模式下确认是否需要反光棒和/或二维码的辅助定位；
33.b叉车式agv底盘开始绕八字轨迹采集数据；
34.c获取单线或多线类型激光雷达数据并计算求解激光雷达帧间的第一变换矩阵，即：
35.其中，表示通过激光点云配准，计算得到的时间点从tk到t
k+1
的激光雷达的空间变换矩阵，记为第一变换矩阵；
36.d获取叉车式agv里程计的标定参数，并同步激光雷达和里程计数据，求得同步后的agv里程计标定参数；
37.e计算求解同步后叉车agv里程计帧间的第二变换矩阵，即：rk38.其中，rk表示计算得到的时间点从tk到t
k+1
的叉车agv里程计的空间变换矩阵，记为第二变换矩阵；
39.f基于第一变换矩阵、第二变换矩阵以及预设初始标定参数，建立优化问题并求解最优函数，以完成激光雷达的外参标定，即：
[0040][0041]
其中，m表示激光和里程计数据同步后的总个数，l表示预设初始激光雷达标定外参，函数表示欧式距离。
[0042]
具体实施时，预设初始标定参数包括激光雷达在agv车体坐标系下的(x,y,theta)三个坐标值以及舵轮在车体坐标系下的(x y)两个坐标值。
[0043]
其硬件结构见图2，其通过前端终端和后端终端组合进行标定处理，前端终端为叉车agv的终端，后端终端为人机交互客户终端，前端的叉车agv的终端和后端的人机交互客户终端均包含处理器单元和存储器单元，通过网络接口进行通讯和数据交换；
[0044]
前端的叉车agv的终端和后端的人机交互客户终端均包括处理器单元、网络接口、用户接口、通信总线和存储器单元；
[0045]
具体实施时用户接口包括显示屏、鼠标，用户接口包括有线接口或/和无线接口，网络接口为有线接口或/和无线接口，存储器单元为磁盘存储器、高速ram存储器或独立于处理单元的存储装置；
[0046]
前端的叉车agv的终端的存储器单元包括操作系统、网络通讯模块、数据采集模块、人机交互模块以及标定程序模块；
[0047]
后端的人机交互客户终端包括操作系统、网络通讯模块、标定人机交互模块；
[0048]
前端的叉车agv的终端和后端的人机交互客户终端均还包括激光雷达、音频电路、wifi模块；
[0049]
人机交互客户终端上的存储器单元中的标定人机交互模块、叉车agv的终端的存储器单元中的数据采集模块被开启，进行标定程序模块，该标定程序模块执行标定步骤a-f，当标定结果完成，反馈到人机交互客户终端的存储器单元上的标定人机交互模块。
[0050]
一种计算机可读存储介质：计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序被处理器运行时控制存储介质所在设备执行一种叉车式agv激光雷达的标定方法。
[0051]
计算机程序包括有标定场景适配选择模块、数据采集模块、激光配准模块、数据同步模块、标定优化模块；
[0052]
标定场景适配选择模块：确认标定场景空间大小，确认自动标定或手动标定模式，
自动标定模式下确认是否需要反光棒和/或二维码的辅助定位的选项；
[0053]
数据采集模块为叉车式agv底盘开始绕八字轨迹采集传感器数据；
[0054]
激光配准模块：获取单线或多线类型激光雷达数据并计算求解激光雷达帧间的第一变换矩阵，即：
[0055]
其中，表示通过激光点云配准，计算得到的时间点从tk到t
k+1
的激光雷达的空间变换矩阵，记为第一变换矩阵；
[0056]
数据同步模块：获取叉车式agv里程计的标定参数，并同步激光雷达和里程计数据，求得同步后的agv里程计标定参数(见图2)，然后计算叉车agv里程计帧间的第二变换矩阵，即：rk[0057]
其中，rk表示计算得到的时间点从tk到t
k+1
的叉车agv里程计的空间变换矩阵，记为第二变换矩阵；
[0058]
标定优化模块：基于第一变换矩阵，第二变换矩阵以及预设初始标定参数，建立优化问题并求解最优函数，以完成激光雷达的外参标定，即：
[0059][0060]
其中，m表示激光和里程计数据同步后的总个数，l表示预设初始激光雷达标定外参，函数表示欧式距离；
[0061]
具体实施时，激光雷达外参(x,y,theta)和舵轮内参(x,y)，这5个参数即为本标定算法的标定对象。
[0062]
其将参数标定作为一个优化问题，建立基于时域和空域坐标转换关系的残差损失函数，以表明当前标定的精度误差，通过实施，其标定精度达到毫米和毫弧度级别；其可以脱离固定靶标的限制，不限定标定环境和场景，方便普通操作人员和用户，整个标定时间仅需数分钟，彻底解决底盘在出厂和使用阶段的标定校正需求，提高标定效率以及适用性。
[0063]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0064]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种叉车式agv激光雷达的标定方法，其特征在于，其包括如下步骤：a确认标定场景空间大小，确认自动标定或手动标定模式，自动标定模式下确认是否需要反光棒和/或二维码的辅助定位；b叉车式agv底盘开始绕八字轨迹采集数据；c获取单线或多线类型激光雷达数据并计算求解激光雷达帧间的第一变换矩阵，即：其中，表示通过激光点云配准，计算得到的时间点从t
k
到t
k+1
的激光雷达的空间变换矩阵，记为第一变换矩阵；d获取叉车式agv里程计的标定参数，并同步激光雷达和里程计数据，求得同步后的agv里程计标定参数；e计算求解同步后叉车agv里程计帧间的第二变换矩阵，即：r
k
其中，r
k
表示计算得到的时间点从t
k
到t
k+1
的叉车agv里程计的空间变换矩阵，记为第二变换矩阵；f基于第一变换矩阵、第二变换矩阵以及预设初始标定参数，建立优化问题并求解最优函数，以完成激光雷达的外参标定，即：其中，m表示激光和里程计数据同步后的总个数，l表示预设初始激光雷达标定外参，函数表示欧式距离。2.如权利要求1所述的一种叉车式agv激光雷达的标定方法，其特征在于：预设初始标定参数包括激光雷达在agv车体坐标系下的(x,y,theta)三个坐标值以及舵轮在车体坐标系下的(x y)两个坐标值。3.如权利要求1所述的一种叉车式agv激光雷达的标定方法，其特征在于：其通过前端终端和后端终端组合进行标定处理，前端终端为叉车agv的终端，后端终端为人机交互客户终端，前端的叉车agv的终端和后端的人机交互客户终端均包含处理器单元和存储器单元，通过网络接口进行通讯和数据交换。4.如权利要求3所述的一种叉车式agv激光雷达的标定方法，其特征在于：前端的叉车agv的终端和后端的人机交互客户终端均包括处理器单元、网络接口、用户接口、通信总线和存储器单元。5.如权利要求4所述的一种叉车式agv激光雷达的标定方法，其特征在于：所述用户接口包括显示屏、鼠标，用户接口包括有线接口或/和无线接口，网络接口为有线接口或/和无线接口，存储器单元为磁盘存储器、高速ram存储器或独立于处理单元的存储装置。6.如权利要求4所述的一种叉车式agv激光雷达的标定方法，其特征在于：前端的叉车agv的终端的存储器单元包括操作系统、网络通讯模块、数据采集模块、人机交互模块以及标定程序模块。7.如权利要求6所述的一种叉车式agv激光雷达的标定方法，其特征在于：后端的人机交互客户终端包括操作系统、网络通讯模块、标定人机交互模块。8.如权利要求7所述的一种叉车式agv激光雷达的标定方法，其特征在于：人机交互客户终端上的存储器单元中的标定人机交互模块、叉车agv的终端的存储器单元中的数据采集模块被开启，进行标定程序模块，该标定程序模块执行标定步骤a-f，当标定结果完成，反
馈到人机交互客户终端的存储器单元上的标定人机交互模块。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如权利要求1-8中任一权利要求所述的一种叉车式agv激光雷达的标定方法。

技术总结
本发明提供了一种叉车式AGV激光雷达的标定方法，其提高标定效率以及适用性。其包括如下步骤：a确认标定场景空间大小，确认自动标定或手动标定模式，自动标定模式下确认是否需要反光棒和/或二维码的辅助定位；b叉车式AGV底盘开始绕八字轨迹采集数据；c获取单线或多线类型激光雷达数据并计算求解激光雷达帧间的第一变换矩阵，即：d获取叉车式AGV里程计的标定参数，并同步激光雷达和里程计数据，求得同步后的AGV里程计标定参数；e计算求解同步后叉车AGV里程计帧间的第二变换矩阵，即：r


技术研发人员：李建明 朱成 吴刘成 孙金良 李俊杰 周可可 张宇航 于隆煌
受保护的技术使用者：无锡江南智造科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/8/16