计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的方法及装置，属于AGV叉车控制技术领域。

背景技术

AGV(Automated Guided Vehicle)，也就是大家常说的"自动导引运输车"，它不仅能够沿规定的导引路径行驶，它是一种具有安全保护以及各种移载功能的运输车。

AGV属于轮式移动机器人(WMR――Wheeled Mobile Robot)的范畴，以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。

为了实现对AGV的控制，当AGV激光器扫描仪与车体运动中心不在同一位置时，需要将激光扫描仪的定位点转移到车体运动中心的定位点，转移的过程中需要精准计算激光扫描仪定位点与车体运动中心之间的位置偏差。但是，目前常规计算方法为利用图纸参数直接计算，由于存在零件加工及装配误差，直接计算会导致最终的定位不准确，进而使AGV的控制出现问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的方法及装置。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供的一种计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的方法，包括以下步骤：

控制AGV叉车按照一曲线路线在待测试区域行走；

实时记录行走过程中AGV叉车的激光扫描仪定位数据和编码器数据；

将所述编码器数据输入AGV运动模型中进行计算，获取激光扫描仪的理论移动轨迹；

将所述理论移动轨迹与定位数据所记录的实际实移动轨迹进行对比，计算激光扫描仪与车体运动中心的偏移量。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述控制AGV叉车按照一曲线路线在待测试区域行走，包括：

确定测试区域，打开AGV叉车的定位程序，使AGV在测试区域能够进行稳定的激光扫描仪定位；

控制AGV叉车在所述测试区域中按照一曲线路线行走。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述将所述理论移动轨迹与定位数据所记录的实际实移动轨迹进行对比，计算激光扫描仪与车体运动中心的偏移量，包括：

将理论移动轨迹与实际实移动轨迹绘制在平面坐标系中；

计算当两个轨迹重合时激光扫描仪与车体运动中心的偏移量。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述AGV运动模型包括：单舵轮式AGV 车的运动模型和差速驱动式AGV车的运动模型。

作为本实施例一种可能的实现方式，当AGV叉车为单舵轮式AGV车时，所述编码器数据为舵轮编码器数据，当AGV叉车为差速驱动式AGV车时，所述编码器数据为差速驱动式AGV车的两个主动轮的编码器数据。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述AGV运动模型的参数包括：

通用校准参数：车轮轴距，激光扫描仪中心与车体运动中心的偏差；

差速车校准参数：车轮半径；

AGV车参数：AGV车在全局坐标系的位置，AGV车移动速度和转向速度；

差速车参数：车轮线速度，车轮速度与AGV车速度的转化矩阵；

单舵轮车参数：舵轮角度、运动半径、舵轮速度；

测量数据：AGV车在时间段k内的移动路径、激光扫描仪在时间段k内的移动路径，根据激光扫描仪数据预测的激光扫描仪移动路径，激光扫描仪的速度。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述单舵轮式AGV车的运动模型为：

假设在两帧激光数据的周期内，车是按照图1的运动圆心做圆周运动，舵轮偏移角度是后一帧数据的舵轮角度；

设AGV车在全局坐标系的坐标q＝(q

其中，运动半径通过舵轮角度和车轮轴距计算得到，计算公式为：

其中，b为车轮轴距，θ为舵轮角度，r为运动半径。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述差速驱动式AGV车的运动模型为：

设AGV车在全局坐标系的坐标q＝(q

转化矩阵可以通过车轮速度的差值计算得到，计算公式为：

其中，b为车轮轴距，r

通过上述公式可以根据编码器数据计算出在时间t

作为本实施例一种可能的实现方式，所述计算激光扫描仪与车体运动中心的偏移量，包括：

AGV车在t

AGV车在时间段[t

根据激光扫描仪与AGV车的相对位置不变的原理，得到激光扫描仪的移动轨迹：

第二方面，本发明实施例提供的一种计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的装置，包括：

待测路径模块，用于控制AGV叉车按照一曲线路线在待测试区域行走；

数据记录模块，用于实时记录行走过程中AGV叉车的激光扫描仪定位数据和编码器数据；

移动轨迹计算模块，用于将所述编码器数据输入AGV运动模型中进行计算，获取激光扫描仪的理论移动轨迹；

偏移量计算模块，用于将所述理论移动轨迹与定位数据所记录的实际实移动轨迹进行对比，计算激光扫描仪与车体运动中心的偏移量。

第三方面，本发明实施例提供的一种计算机设备，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行时执行如上述任意计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供的一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述任意计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的方法的步骤。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

本发明通过在测试区域运行AGV车，搜集激光扫描仪实时定位数据和车体运动中心的编码器数据，利将编码器数据代入运动模型，计算获得车体运动中心运行轨迹，再将激光扫描仪实时轨迹与编码器数据计算所得轨迹进行对比计算，可获得精准的偏差，避免了零件加工及装配误差对于确定激光扫描仪和车体运动中心偏差数据的影响。

附图说明：

图1是根据一示例性实施例示出的一种计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的方法的流程图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种单舵轮式AGV车的运动模型示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种差速驱动式AGV车的运动模型示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的装置的结构图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种AGV车运动示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种计算机设备的结构图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

图1是根据一示例性实施例示出的计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的一种计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的方法，包括以下步骤：

控制AGV叉车按照一曲线路线在待测试区域行走；

实时记录行走过程中AGV叉车的激光扫描仪定位数据和编码器数据；

将所述编码器数据输入AGV运动模型中进行计算，获取激光扫描仪的理论移动轨迹；

将所述理论移动轨迹与定位数据所记录的实际实移动轨迹进行对比，计算激光扫描仪与车体运动中心的偏移量。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述控制AGV叉车按照一曲线路线在待测试区域行走，包括：

确定测试区域，打开AGV叉车的定位程序，使AGV在测试区域能够进行稳定的激光扫描仪定位；

控制AGV叉车在所述测试区域中按照一曲线路线行走。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述将所述理论移动轨迹与定位数据所记录的实际实移动轨迹进行对比，计算激光扫描仪与车体运动中心的偏移量，包括：

将理论移动轨迹与实际实移动轨迹绘制在平面坐标系中；

计算当两个轨迹重合时激光扫描仪与车体运动中心的偏移量。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述AGV运动模型包括：单舵轮式AGV 车的运动模型和差速驱动式AGV车的运动模型。

作为本实施例一种可能的实现方式，如图2和图3所示，当AGV叉车为单舵轮式AGV车时，所述编码器数据为舵轮编码器数据，当AGV叉车为差速驱动式AGV车时，所述编码器数据为差速驱动式AGV车的两个主动轮的编码器数据。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述AGV运动模型的参数包括：

通用校准参数：车轮轴距，激光扫描仪中心与车体运动中心的偏差；

差速车校准参数：车轮半径；

AGV车参数：AGV车在全局坐标系的位置，AGV车移动速度和转向速度；

差速车参数：车轮线速度，车轮速度与AGV车速度的转化矩阵；

单舵轮车参数：舵轮角度、运动半径、舵轮速度；

测量数据：AGV车在时间段k内的移动路径、激光扫描仪在时间段k内的移动路径，根据激光扫描仪数据预测的激光扫描仪移动路径，激光扫描仪的速度。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述单舵轮式AGV车的运动模型为：

假设在两帧激光数据的周期内，车是按照图1的运动圆心做圆周运动，舵轮偏移角度是后一帧数据的舵轮角度；

设AGV车在全局坐标系的坐标q＝(q

其中，运动半径通过舵轮角度和车轮轴距计算得到，计算公式为：

其中，b为车轮轴距，θ为舵轮角度，r为运动半径。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述差速驱动式AGV车的运动模型为：

设AGV车在全局坐标系的坐标q＝(q

转化矩阵可以通过车轮速度的差值计算得到，计算公式为：

其中，b为车轮轴距，r

通过上述公式可以根据编码器数据计算出在时间t

作为本实施例一种可能的实现方式，所述计算激光扫描仪与车体运动中心的偏移量，包括：

AGV车在t

AGV车在时间段[t

根据激光扫描仪与AGV车的相对位置不变的原理，得到激光扫描仪的移动轨迹：

其中，

如图4所示，本发明实施例提供的一种计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的装置，包括：

待测路径模块，用于控制AGV叉车按照一曲线路线在待测试区域行走；

数据记录模块，用于实时记录行走过程中AGV叉车的激光扫描仪定位数据和编码器数据；

移动轨迹计算模块，用于将所述编码器数据输入AGV运动模型中进行计算，获取激光扫描仪的理论移动轨迹；

偏移量计算模块，用于将所述理论移动轨迹与定位数据所记录的实际实移动轨迹进行对比，计算激光扫描仪与车体运动中心的偏移量。

本实施例所述的装置进行计算AGV叉车2D激光扫描仪安装位置偏差的方法可适用于单舵轮式和差速驱动式AGV智能车，具体计算AGV车激光扫描仪安装位置与车体运动中心偏差的步骤如下：

步骤一：确定测试区域，打开AGV车的定位程序，使AGV在测试区域能够进行稳定的激光扫描仪定位；定位使采用定位程序还是激光扫描仪定位数据？

步骤二：开始记录实时的激光扫描仪定位数据和编码器数据；

步骤四：控制车在步骤一中的测试区域中运行一曲线路线，收集激光扫描仪定位数据和编码器数据；

步骤五：结束数据收集，开始进行数据计算。

步骤六：将收集到的编码器数据代入到建立好的AGV运动模型中计算，将其转换为激光扫描仪理论的移动轨迹。代入编码器数据，通过运动模型计算并得出激光扫描仪理论上的移动轨迹，将激光扫描仪定位获得上的现实移动轨迹与计算得出的理论上移动轨迹对比，获得偏差。

步骤七：此时在坐标系中有一个激光扫描仪定位数据形成的实际移动轨迹 (将激光扫描仪实时的定位数据标注在二维坐标系中，即可得到移动轨迹。)，一个编码器数据通过AGV运动模型计算转换得到的激光扫描仪移动轨迹，计算当两个轨迹重合时激光扫描仪与车体运动中心的偏移量。

上述提及的编码器数据在舵轮式AGV车中为舵轮编码器数据，在差速驱动式AGV车中为两个主动轮的编码器数据。

关于步骤六中所述的AGV运动模型：

通用校准参数：

b：车轮轴距

λ：激光扫描仪中心与车体运动中心的偏差

差速车校准参数：

r

AGV车参数：

q：AGV车在全局坐标系的位置

u,w：AGV车移动速度和转向速度

差速车参数：

w

J:车轮速度与AGV车速度的转化矩阵

单舵轮车参数：

θ:舵轮角度

r:运动半径

w:舵轮速度

测量数据：

r

s

v:激光扫描仪的速度

①单舵轮式AGV车的运动模型：

如图2所示，将AGV视为由一个舵轮和两个固定的从动轮的运动模型,车的运动可视为围绕一个圆心的圆周运动，这个圆心是量固定轮所在直线和舵轮方向垂线的交点。根据此运动模型，可以通过主动轮的运动距离和实时的偏转角度，计算AGV车体运动中心的移动轨迹。单舵轮AGV车的控制点一般位于两从动轮中心。

假设在两帧激光数据的周期内，车是按照图1的运动圆心做圆周运动，舵轮偏移角度是后一帧数据的舵轮角度，就可以根据舵轮的运动距离，计算两帧的数据间车的位置和角度变化。

设AGV车在全局坐标系的坐标q＝(q

其中，运动半径可以通过舵轮角度和车轮轴距计算得到，计算公式为：

注意，此处的计算需要区分车的运动模式。例如上方列出的是前进时的计算过程。如果是后退，θ需要乘以-1；如果θ的值特别小，可认为车时直线运行，如果车是原地旋转，那么r＝b。

AGV车在t

如图5所示，AGV车在时间段[t

根据激光扫描仪与AGV车的相对位置不变的原理，我们可以得到：

从而，我们通过公式1，2，3，4，将编码器数据转化计算得到了激光扫描仪的移动轨迹。

②差速驱动式AGV车的运动模型：

如图3所示，差速驱动是一个两轮驱动的系统，而且每个轮子都带有独立的执行机构，AGV车的运动矢量是两个驱动轮运动矢量的和。驱动轮一般位于底盘的两侧，且正对机器人前方，AGV车的控制点位于两轮中心位置，激光扫描仪安装在AGV车上。本发明设计以下参数：

设AGV车在全局坐标系的坐标q＝(q

其中，转化矩阵可以通过车轮速度的差值计算得到，计算公式为：

通过上述公式可以根据编码器数据计算出在时间t

AGV车在t

如图5所示，AGV车在时间段[t

根据激光扫描仪与AGV车的相对位置不变的原理，我们可以得到：

将编码器数据转化计算得到了激光扫描仪的移动轨迹。

(2)激光扫描仪的移动轨迹

AGV车在测试区域中运动，可实时得到激光扫描仪的实时定位数据，将这些定位数据标注在坐标系中即可获得激光扫描仪的移动轨迹。

(3)AGV移动路线

为获得激光扫描仪移动轨迹和编码器数据，AGV车在测试区域中按曲线轨迹移动即可；但为获得较好的偏差计算结果，可控制AGV车按8字形轨迹移动。

(4)偏差计算方法

①单舵轮式AGV车的偏差计算：

单舵轮式AGV车与差速驱动式AGV车的偏差计算方法基本相同，区别为单舵轮式AGV车的较准参数没有r

②差速驱动式AGV车的偏差计算：

我们通过定位算法可以得到激光扫描仪的实时位置，即根据激光扫描仪数据可以得到激光扫描仪的移动轨迹

我们将整个AGV车运动过程分为n段，假设每一段AGV车都在进行匀速运动，计算每一段的偏差，并对所有误差求和得到最终误差。

使用ceres库优化误差方程，使得总误差最小，即得到预测参数的最优解。

图6是根据一示例性实施例示出的一种计算机设备的结构图。如图6所示，本发明实施例提供的一种计算机设备，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行时执行如上述任意计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的方法的步骤。

具体地，上述存储器和处理器能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器运行存储器存储的计算机程序时，能够执行上述计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的方法。

本领域技术人员可以理解，图6中示出的计算机设备的结构并不构成对计算机设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。

在一些实施例中，该计算机设备还可以包括触摸屏可用于显示图形用户界面(例如，应用程序的启动界面)和接收用户针对图形用户界面的操作(例如，针对应用程序的启动操作)。具体的触摸屏可包括显示面板和触控面板。其中显示面板可以采用LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示器)、OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)等形式来配置。触控面板可收集用户在其上或附近的接触或者非接触操作，并生成预先设定的操作指令，例如，用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触控面板上或在触控面板附近的操作。另外，触控面板可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其中，触摸检测装置检测用户的触摸方位、姿势，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器；触摸控制器从触摸检测装置上接收触摸信息，并将它转换成处理器能够处理的信息，再送给处理器，并能接收处理器发来的命令并加以执行。此外，可以采用电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型实现触控面板，也可以采用未来发展的任何技术实现触控面板。进一步的，触控面板可覆盖显示面板，用户可以根据显示面板显示的图形用户界面，在显示面板上覆盖的触控面板上或者附近进行操作，触控面板检测到在其上或附近的操作后，传送给处理器以确定用户输入，随后处理器响应于用户输入在显示面板上提供相应的视觉输出。另外，触控面板与显示面板可以作为两个独立的部件来实现也可以集成而来实现。

对应于上述应用程序的启动方法，本发明实施例还提供了一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述任意计算AGV叉车激光扫描仪安装位置偏差的方法的步骤。

本申请实施例所提供的应用程序的启动装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/ 或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。