[发明专利]用于移动机器人的激光雷达传感器六维外参标定方法

说明书

本发明公开了一种用于移动机器人的激光雷达传感器六维外参标定方法，包括：在移动机器人设置两个激光雷达和二维码定位模块；利用两个激光雷达扫描当前环境中固定的两个平面，操作在二维码定位模块附近的激光雷达扫描两个平面，记录每一帧的基座相对地图坐标系的位姿，以及激光雷达扫描得到的点云；采用基于随机采样一致方法的直线提取方法处理位姿和点云，求解每一帧交线的交点相对于激光雷达的坐标；求解实际每个交点在世界坐标系中的坐标与两个平面的距离和理论距离的偏差函数，根据偏差函数构建待优化问题模型；采用高斯‑牛顿法求解待优化问题模型，得到最优相对位姿，完成对激光雷达六维外参标定。该标定方法前期准备时间短，且标定误差小。

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，特别涉及一种用于移动机器人的激光雷达传感器六维外参标定方法。

背景技术

激光测距雷达传感器具有实时性好、测距稳定性高和抗光照能力强等特点，支撑机器人环境感知、避障和导航等技术发展。激光测距传感器具有高性价比优势，在移动机器人平台上，部署多台套激光测距传感器，由于安装支架、激光测距传感器安装位置和姿态存在误差，使机器人获取数据产生大偏差，甚至造成感知错误现象，所以激光测距雷达外部参数至关重要，通过参数标定与校准，有效提升激光雷达传感器数据一致性，促进机器人环境建模、定位和导航技术发展。但传统激光标定方法均存在准备时间长和标定误差大等缺点。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于移动机器人的激光雷达传感器六维外参标定方法，该方法前期准备时间短，且标定误差小。

为达到上述目的，本发明实施例提出了用于移动机器人的激光雷达传感器六维外参标定方法，包括以下步骤：步骤S1，在移动机器人设置第一激光雷达、第二激光雷达、中心位置安装二维码定位模块；步骤S2，利用两个激光雷达扫描当前环境中固定的两个竖直平面，生成固定交线，操作在所述二维码定位模块附近的第二激光雷达扫描所述两个竖直平面，记录每一帧的移动机器人的基座相对地图坐标系的位姿以及激光雷达扫描得到的点云步骤S3，采用基于随机采样一致方法的直线提取方法处理所述位姿和点云求解每一帧交线的交点相对于所述第二激光雷达的坐标步骤S4，根据所述位姿所述点云和所述每一帧交线的交点相对于所述第二激光雷达的坐标求解实际每个交点在世界坐标系中的坐标与两个竖直平面的距离d_ik和理论距离的偏差函数，根据所述偏差函数构建待优化问题模型；步骤S5，采用高斯-牛顿法求解所述待优化问题模型，得到最优相对位姿，完成对激光雷达六维外参标定。

本发明实施例的用于移动机器人的激光雷达传感器六维外参标定方法，通过室内移动机器人在家居、展览馆和车站等场景广泛应用，机器人定位和建图是基础技术之一，为此机器人配置多台激光传感器，解决感知盲区、避障或建图等需求，激光传感器安装位置、姿态需要参数标定，使激光传感器数据统一，实现机器人检测数据高一致性，同时针对激光雷达的场景采用二维码模块与环境平面检测结合方式，实现激光六维外参数标定，该方法具有较强适性，水平、倾斜安装在机器人的激光雷达均适用。

另外，根据本发明上述实施例的用于移动机器人的激光雷达传感器六维外参标定方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一激光雷达和所述第二激光雷达的安装姿态为水平、倾斜、俯仰中任意组合方式。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S4进一步包括：步骤S401，定义激光雷达坐标系相对机器人坐标系的齐次变换矩阵，即六维外参为：

式中，R_lr为三自由度，[x_lr，y_lr，z_lr]三自由度；