[发明专利]一种基于激光雷达栅格地图耦合的视觉靶点布置方法

说明书

一种基于激光雷达栅格地图耦合的视觉靶点布置方法，其特征在于，首先，引入激光跟踪仪测量设备，实现激光雷达构建的栅格地图坐标系与激光跟踪仪坐标系耦合；其次，基于坐标耦合不确定度、测量不确定度与运动不确定度，确定视觉靶点的布置。本发明提高了坐标系耦合与靶点布置的精度；坐标系耦合测量次数少，耦合解算精度高，视觉靶点结合实际航空制造场景灵活铺设，发明灵活鲁棒，可广泛应用于航空制造领域，视觉靶点融于栅格地图后，可有效提高AGV导航定位精度。

技术领域

本发明涉及一种航空制造技术，尤其是一种应用于航空制造领域中的激光雷达栅格 地图耦合与视觉靶点布置方法，具体地说是一种基于激光雷达栅格地图耦合的视觉靶点 布置方法。

背景技术

目前航空制造领域中AGV使用的栅格地图借助激光雷达SLAM技术构建，因传感器与 算法限制，栅格地图精度较低。此外，缺少将栅格概率地图与实际场景精确耦合的方法，现有单纯利用AMCL概率方法耦合地图的耦合精度低，无法满足高精度导航定位的需要。

在工业4.0背景下，航空制造领域迎来了飞速的发展。随着原位制造技术的进步，装 配制造现场对原位制造技术转站载体的精度要求越来越高。AGV是转站运动的载体，其转站定位精度依托于环境地图的精确构建。激光雷达构建地图计算量小且地图构建速度快，在工业现场广泛应用，而现有的激光雷达构建地图方法，栅格地图构建精度低且缺 少栅格地图与实际场景耦合的方法，无法实现AGV高精度的自定位。而现有视觉靶点作 为一种固定标志物，使得AGV能实现高精度自定位功能。现有的视觉靶点拘囿于二维 码，且缺乏对视觉靶点的系统利用，使得AGV无法在栅格地图中达到高精度自定位效 果。

为此，引入激光跟踪仪等高精度测量设备，设计一种融合视觉靶点的激光雷达栅格 地图构建方法，能有效提高导航定位的精度。

发明内容

本发明针对激光雷达构建的栅格地图与实际场景中缺少高精度耦合方法的痛点，发 明一种基于激光雷达栅格地图耦合的视觉靶点布置方法，它引入工业测量设备激光跟踪 仪与T-Probe，通过已知匹配点云序列的ICP方法，耦合激光跟踪仪坐标系与栅格地图坐标系，能有效提高导航定位的精度。

本发明的技术方案是：

一种基于激光雷达栅格地图耦合的视觉靶点布置方法，其特征在于，首先，引入激光跟踪仪测量设备，实现激光雷达构建的栅格地图坐标系与激光跟踪仪坐标系耦合；其次，基于坐标耦合不确定度、测量不确定度与运动不确定度，确定视觉靶点的布置。

AGV领域中栅格地图坐标系与激光跟踪仪坐标系的耦合方法是：在运行场景中，激光跟踪仪布设在场景中靠近中心且遮挡较少的区域；以激光跟踪仪为原点，建立右手笛 卡尔坐标系，称之为激光跟踪仪坐标系，亦为实际场景坐标系；在AGV上放置数个激光 跟踪仪的靶球座，用以放置靶球；激光跟踪仪不断测量靶球座上所载靶球，需保证靶球 座几何中心与AGV运动中心重合；激光跟踪仪测量AGV在各个站位上的若干个靶球， 得到靶球在激光跟踪仪下坐标；在场景中，布置若干分散站位，记测量站位i处AGV位 姿p_i，靶球数目为N_bq，则测量得到的第i次测量得到的AGV位姿为：

式中，表示第i次测量AGV位姿中第k个靶球坐标的测量值；

全部测量完成后，得到激光跟踪仪测量的AGV的位姿为其中，p_i表示AGV在激光跟踪仪坐标系下位姿，P为激光跟踪仪测量坐标集合，N_p表示匹配 测量点的数量；

经AMCL概率方法，获得AGV在栅格地图坐标系下的位姿其 中，x_i表示AGV在栅格地图坐标系下的坐标、X为AGV在栅格坐标系下坐标集合；

两坐标系耦合，即求解旋转矩阵为R、平移向量为t，使得两坐标系耦合误差函数 E(R,t)最小：