一种基于激光雷达的编程控制系统

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，特别是一种基于激光雷达的编程控制系统。

背景技术

在工厂内机器人控制领域，通常需要行动机构，即机器人在生产线上完成各种辅助工作，随着需求变化，生产线可能会有所变化，现有技术中，各个机器人的相应程序也需要发生变化，而且整个系统的工作变的非常复杂。如何提高生产线的柔性，即能够跟随业务需求灵活设置和修改生产线一直是现有技术中难以克服的技术困难。机器人的轨迹控制通常采用激光雷达，激光雷达根据识别标识定位轨迹精度位置。通常行动机构，即机器人还需要视觉识别辅助开展工作，例如CN214443766U一种用于铁路货车车体检修的AGV小车切割机器人，这是两套独立的软硬件系统，增加了机器人的成本。在某些动作不太复杂，但是有一定精度要求的场合，例如精确上料和下料的场合，在这些场合希望能够完全的取消视觉识别系统。而视觉识别的另一个重要工作是识别一些标识，并由这些标识下达相应的指令，尤其是当这些标识与激光雷达之间的距离较远，这存在一定的技术难题。以激光点云方式进行识别，实现成本较高，冗余信息较多，会干扰识别的准确率。激光雷达经常会采集到杂光，从而需要设置专门的识别反射激光脉冲信号的算法，例如CN110058254A_脉冲激光测距回波时刻解算方法、系统及终端中记载的解算方法，采用了人工智能对反射激光脉冲信号进行识别，这降低了激光雷达的工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于激光雷达的编程控制系统，能够根据立体标识辅助精确定位和执行与设备相关的指令，从而能够方便的根据业务需求调整生产线，更换生产线中的相应设备，大幅提高生产线的定制化特性。优选的方案中，能够大幅提高激光雷达识别编码结构的准确性。

为解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种基于激光雷达的编程控制系统，包括设置在行动设备上的激光雷达，行动设备上设有执行机构，行动设备上还设有主控装置，还包括设置在地面或固定设备上的立体标识，立体标识构成传递信息的编码结构；

激光雷达扫描并识别立体标识，以更新立体标识中包含的数据，或者编辑问询指令与服务器交互，根据服务器发送的指令更新数据或执行指令。

优选的方案中，激光雷达扫描并识别立体标识，读取立体标识的独立ID码，读取并识别立体标识的类型码，根据类型码判断为定位码，执行下一步判断属于直接定位码，根据直接定位码的坐标，以及激光雷达与直接定位码之间的距离，更新激光雷达的坐标；

激光雷达的坐标设为行动设备的基准坐标。

优选的方案中，激光雷达扫描并识别立体标识，读取立体标识的独立ID码，读取并识别立体标识的类型码，根据类型码判断为定位码，执行下一步判断属于间接定位码，行动设备的主控装置，将行动设备的ID码和立体标识的ID码编辑成问询指令发送至服务器端，服务器端发送当前立体标识的坐标和与当前立体标识关联的设备轮廓数据，行动设备的主控装置更新相应坐标和轮廓数据。

优选的方案中，激光雷达扫描并识别立体标识，读取立体标识的独立ID码，读取并识别立体标识的类型码，根据类型码判断为指令码，行动设备的主控装置查询自有预设指令，若有则执行相关预设指令；

若没有预设指令，则主控装置将行动设备的ID码和立体标识的ID码编辑成问询指令发送至服务器端，服务器端生成指令后，发送至主控装置，主控装置根据指令进行执行。

优选的方案中，在执行前，主控装置查询当前设备轮廓数据，进行干涉校验，并将校验结果存储；

相应指令被存入预设指令，所述的各个预设指令具有独立的序列码；

若下一次执行指令时，查询结果反馈具有预设指令，且设备轮廓数据无更新，则不再进行干涉校验。

优选的方案中，在激光雷达扫描并识别立体标识后，还设有相关性检测模块，即检测当前立体标识的独立ID码与当前行动设备是否构成关联；若构成则执行下一步，若不构成，则程序中止。

优选的方案中，所述的立体标识设有编码层，编码层由多个编码单元组成；

编码单元为凸起或凹下的结构，在编码单元的边沿设有反射棱，用于使反射的激光脉冲信号的亮度高于预设阈值。

优选的方案中，反射棱的倾角使反射棱与激光雷达的光束方向大致垂直。

优选的方案中，所述的反射棱为波纹反射棱，即在反射棱的表面具有起伏的波纹，波纹沿着一个方向线性延展构成波纹反射棱，波纹反射棱用于使反射光束具有一定角度范围内的反射；

在编码单元的表面覆盖有高反射覆盖层，高反射覆盖层采用铝合金、铜合金、银合金或上述合金表面镀金的材料中的一种。

优选的方案中，在激光雷达的采集模块中设有仅采集亮度高于预设阈值的反射激光脉冲信号的结构，以使激光雷达采集的激光点云中仅有需要的点云数据。

本发明提供的一种基于激光雷达的编程控制系统，通过采用立体标识控制行动设备，能够方便的根据业务需求调整生产的控制系统，即能够将设备和控制系统与立体标识进行绑定，当需要调整生产线时，在生产线中更换相应的设备及立体标识，并修改与该设备相应的控制程序，即可方便的调整生产线和更换设备。由于采用由行动设备向服务器进行问询的方案，相比全局远程控制方式，控制程序的结构更加简单，修改更加方便。某些需要精确上料和下料的应用场景，能够在行动设备中省略视觉识别系统，简化行动设备的计算量，节省成本。优选的方案中，采用具有较高亮度的反射激光脉冲信号的方案，能够方便的将立体标识的数据信息与其他干扰区分开来，大幅增加立体标识的识别准确率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的激光雷达对设备进行识别后的示意图。

图2为本发明的激光雷达扫描立体标识时的示意图。

图3为本发明的立体标识的结构示意图。

图4为本发明的编码单元的局部放大示意图。

图5为本发明的控制流程图。

图中：基板层1，粘接层2，编码层3，反射棱4，行动设备5，激光雷达6，高反射覆盖层7，编码单元8，固定设备9，机械臂10，工件11，立体标识100，定位标识101，指令标识102。

具体实施方式

实施例1：

如图1、5中，一种基于激光雷达的编程控制系统，包括设置在行动设备5上的激光雷达6，行动设备5上设有执行机构，行动设备5上还设有主控装置，还包括设置在地面或固定设备9上的立体标识100，立体标识100构成传递信息的编码结构；

激光雷达6扫描并识别立体标识100，以更新立体标识100中包含的数据，或者编辑问询指令与服务器交互，根据服务器发送的指令更新数据或执行指令。由此结构，通过更换设备和立体标识100，编制少量对应程序，即可方便的调整整个生产线。由此方案，不需要服务器从全局对相应的行动设备5进行控制，大幅减少了服务器的运算量，降低了现场的跟踪和控制设备的相关成本。

实施例2：

在实施例1的基础上，优选的方案如图5中，激光雷达6扫描并识别立体标识100，读取立体标识100的独立ID码，独立ID码的长度与现场的设备数量相关，数量越多独立ID码的长度越长。读取并识别立体标识100的类型码，根据类型码判断为定位码，执行下一步判断属于直接定位码，根据直接定位码的坐标，以及激光雷达6与直接定位码之间的距离，修正更新激光雷达6的坐标；

激光雷达6的坐标设为行动设备5的基准坐标，如图1中所示，激光雷达6设置在机械臂10的第一轴关节位置，激光雷达6仅能够竖直的旋转，因此能够很好的定位自身位置。

本例中的立体标识100通常贴在地上用于导航，或者用于在导航过程中消除累积误差。

实施例3：

在实施例1的基础上，优选的方案如图5中，激光雷达6扫描并识别立体标识100，读取立体标识100的独立ID码，读取并识别立体标识100的类型码，根据类型码判断为定位码，执行下一步判断属于间接定位码，行动设备5的主控装置，将行动设备5的ID码和立体标识100的ID码编辑成问询指令发送至服务器端，服务器端发送当前立体标识100的坐标和与当前立体标识100关联的设备轮廓数据，行动设备5的主控装置更新相应坐标和轮廓数据，由此结构，即便更换了相应设备也能够很快方便地随之调整对行动设备5的控制，避免损坏行动设备5和固定设备。本例中的立体标识100通常贴在设备上，尤其是设备上需要精确定位的位置附近，以辅助提高定位精度，避免造成干涉碰撞而损坏固定设备或行动设备5。间接定位码通常用于固定在固定的设备上。

实施例4：

优选的方案如图5中，激光雷达6扫描并识别立体标识100，读取立体标识100的独立ID码，读取并识别立体标识100的类型码，根据类型码判断为指令码，行动设备5的主控装置查询自有预设指令，若有则执行相关预设指令；

若没有预设指令，则主控装置将行动设备5的ID码和立体标识100的ID码编辑成问询指令发送至服务器端，服务器端生成指令后，发送至主控装置，主控装置根据指令进行执行。由此结构，当需要调整生产线时，仅需更换设备并更换相应的指令标识102，在服务器上编制相对独立的控制程序，由于该独立的控制程序无需嵌入到全局控制系统中，大幅提高了容错性，大幅提高调整生产线的效率和成功率。

优选的方案中，在执行前，行动设备5的主控装置查询当前设备轮廓数据，进行干涉校验，并将校验结果存储；

相应指令被存入预设指令，所述的各个预设指令具有独立的序列码；若需再次调整，服务器仅需给出相应的序列码即可控制行动设备5的工作。

优选的，若下一次执行指令时，查询结果反馈具有预设指令，且在预设指令建立后设备轮廓数据无更新，则不再进行干涉校验。由此方案，大幅节省了多次干涉校验的时间。

实施例5：

优选的方案中，在激光雷达6扫描并识别立体标识100后，还设有相关性检测模块，即检测当前立体标识100的独立ID码与当前行动设备5是否构成关联；若构成则执行下一步，若不构成，则程序中止。由此结构，进一步提高工作效率。

实施例6：

优选的方案如图2~3中，所述的立体标识100依次设有粘接层2、基板层1和编码层3，编码层3由多个编码单元8组成；

编码单元8为凸起或凹下的结构，在编码单元8的边沿设有反射棱4，用于使反射的激光脉冲信号的亮度高于预设阈值。由此结构，大幅提高立体标识100的识别成功率。本发明使激光雷达6采集的激光点云中仅有需要的点云数据。大幅减少杂光对点云数据的干扰，减少了激光雷达的运算时间，提高识别效率，尤其适合在不照明工厂内进行工作。

优选的方案如图2中，反射棱4的倾角使反射棱4与激光雷达的光束方向大致垂直。

优选的方案中，所述的反射棱4为波纹反射棱7，即在反射棱4的表面具有起伏的波纹，波纹沿着一个方向线性延展构成波纹反射棱7，波纹反射棱7用于使反射光束具有一定角度范围内的反射；

在编码单元8的表面覆盖有高反射覆盖层12，高反射覆盖层12采用铝合金、铜合金、银合金或上述合金表面镀金的材料中的一种。由此结构，大幅提高反射效果。优选的方案如图4中，编码单元8的反射棱4以3D打印加工成阶台结构，编码单元8的顶部面积较小，靠近底部的位置面积较大，当高反射覆盖层12以负压粘贴的方式粘接在阶台结构上，由于高反射覆盖层12具有一定的弹性，因此在阶台结构上形成波纹反射棱7。

优选的方案中，在激光雷达6的采集模块中设有仅采集亮度高于预设阈值的反射激光脉冲信号的结构，以使激光雷达6采集的激光点云中仅有需要的点云数据。由此方案，在确保精确度的基础上，进一步提高工作效率，尤其大量干扰信号对工作效率的影响。该方案，大幅减少了激光雷达的运算时间，提高识别效率，尤其适合在不照明工厂内进行工作。

可选的方案如图1中，在激光雷达6的采集模块之前设有半透透镜，以使亮度高于预设阈值的反射激光脉冲信号通过，而亮度低于预设阈值的光束被阻拦。半透透镜13为半透明的透镜，能够阻挡亮度较低的光束通过。

或者另一可选的方案中，在采集模块的光电转化电路中设置检测电阻，仅有高于预设阈值的反射激光脉冲信号产生的电流才能克服检测电阻的阻抗输出模拟电脉冲信号。可替代的方案是，光电转化电路采用高阻抗或相对现有技术低敏感的型号，从而大幅降低成本，提高可靠性。

或者另一可选的方案中，在采集模块的ADC数据采集电路中设有亮度值检测模块，只有高于预设阈值的数字脉冲信号才会输出，亮度值检测模块采用软件模块。可替代的方案中，采用低放大倍数的电路，以使低亮度的光束信号不被识别。

本例中立体标识100形成条形码或如图3中所示的二维码。条形码以各个编码单元8之间的距离构成16进制信息，通常仅用来记载独立ID、类型码和坐标。本例中的二维码基于二维码网格矩阵码SJ/T 11349-2006标准。需要说明的，由于在激光雷达中识别出的是反射棱4，在实际图像中，需要进行编码补全操作，及将二维码的各个编码单元8默认为正方形，根据立体标识100与激光雷达6之间的方向作为补全方向的反方向，以反射棱4的长度或宽度作为正方形的边长，通过将采集的反射棱4激光点云数据向反方向延展，从而获得完整的立体标识100，并能够准确识别立体标识100所记载的二维码信息。

如图5中所示，采用本发明的系统，以极少的数字点云识别，即可完成较为复杂的工作。大幅提高识别效率和工作效率。尤其是能够大幅降低误操作的概率。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。