[发明专利]一种激光雷达和惯导联合标定的装置及标定方法

说明书

本发明公开了一种激光雷达和惯导联合标定的装置及标定方法，所述激光雷达和惯导联合标定的装置，其包括托盘、液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ；所述的托盘下端的四个角各垂直连接一个液压缸Ⅰ；所述的托盘下端中部通过万向头连接液压缸Ⅱ。所述激光雷达和惯导联合标定的标定方法通过上述装置使车辆在各个维度上都能有较大变化，并记录惯导位姿数据，然后通过激光雷达点云匹配算法获得获得激光雷达的帧间位姿，最后通过非线性优化求解标定结果，获得精确的激光雷达和惯导的外参，进而提高激光雷达和惯性导航的联合标定的标定精度。

技术领域

本发明属于监控技术领域，具体涉及一种激光雷达和惯导联合标定的装置及标定方法。

背景技术

多传感器标定是自动驾驶以及机器人领域的一项重要技术，激光雷达和惯性导航的联合标定一直是一个重点，激光雷达的运动补偿，高精度地图的创建都需要准确的二者之间的标定参数。传统的标定方法通常通过驾驶车辆绕八字行驶，并同时记录惯导及激光雷达数据，并利用激光雷达里程计技术获得帧间位姿，对比相同时刻间的惯导的位姿变化，通过手眼标定法可获得二者之间的相对位姿，即外参。

但是通常的绕8字行驶使得车辆并不会在roll、pitch角度上有较大变化，而不论是惯导测量的位姿还是激光雷达点云匹配得到的位姿都会存在一定噪声，如果roll、pitch角变化不大的话，噪声的影响将会过大使标定失效，不能标定二者之间的roll、pitch角。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种能使车辆在各个维度上都有较大变化的激光雷达和惯导联合标定的装置，同时提出一种激光雷达和惯导联合标定的标定方法，该标定方法可以精确标定激光雷达和惯导的外参，提高标定精度。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种激光雷达和惯导联合标定的装置，其包括托盘、液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ；所述的托盘下端的四个角各垂直连接一个液压缸Ⅰ；所述的托盘下端中部通过万向头连接液压缸Ⅱ。

进一步的，所述液压缸Ⅰ和托盘通过弹簧或橡胶垫连接。液压缸Ⅰ和托盘之间连接的弹簧或橡胶垫可以保证升降过程中托盘不受剧烈震动。

进一步的，所述激光雷达和惯导联合标定的装置还包括控制系统，所述控制系统包括依次连接的输入模块、中央处理器、输出模块，所述输出模块分别与液压缸Ⅰ和液压缸Ⅱ连接；所述输入模块用于设定托盘的目标姿态，所述中央处理器用于计算液压缸Ⅰ和液压缸Ⅱ的升降量和升降速度，所述输出模块用于控制液压缸Ⅰ和液压缸Ⅱ的升降。

一种激光雷达和惯导联合标定的标定方法，其包括以下步骤：

1）托盘姿态调节：将上述激光雷达和惯导联合标定的装置的液压缸Ⅰ和液压缸Ⅱ水平固定在地面上，然后将车辆固定在托盘上，接着根据设定的托盘目标姿态，计算出液压缸Ⅰ和液压缸Ⅱ的升降量和升降速度，然后调节液压缸Ⅰ和液压缸Ⅱ升降至设定的位置，使托盘到达指定姿态；

2）采集数据：当托盘到达指定姿态稳定后，分别记录惯导位姿数据以及原始激光点云数据；

3）重复步骤：按顺序重复上述步骤至少10次，每次设定不同的托盘目标姿态，并且获得相对应的惯导位姿数据和原始激光点云数据；

4）位姿解算：完成数据采集后，通过惯导直接输出姿态角，再根据姿态角得到每个托盘目标姿态的旋转矩阵，然后通过不同的旋转矩阵获得不同托盘目标姿态的惯导位姿数据之间的相对位姿δR_I；不同托盘目标姿态的原始激光点云数据之间的相对位姿δR_L采用点云匹配算法获得，所述点云匹配算法为点到线、点到面、GICP中任意一种点云匹配算法；

5）求解标定结果：得到δR_I和δR_L之后，利用手眼标定算法计算得到相机和惯导的相对位姿X。