[发明专利]基于激光跟踪全站仪的地面机器人航向角实时获取方法

说明书

本发明公开了一种基于激光跟踪全站仪的地面机器人航向角实时获取方法，包括以下步骤：建立全站仪的笛卡尔坐标，将全站仪并对准棱镜，跟踪所述棱镜旋转；测量全站仪发射的激光与X轴的夹角α；利用工业相机拍摄激光发射器发射的激光的图像，并将所述图像传输给控制器；利用所述控制器分析图像中的激光发光点的偏移量，经PID计算获得转台角速度w并传输给转台驱动器，予以调整电动转台的角度β；以获得机器人的实时的航向角θ。通过上述方案，本发明具有测量准确、计算工作量少等优点，在机场道面检测技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

技术领域

本发明涉及机场道面检测技术领域，尤其是基于激光跟踪全站仪的地面机器人航向角实时获取方法。

背景技术

目前，传统的地面机器人进行自主移动的基础在于存储有地图，并且知道该地面机器人在地图中的位置和姿态(即航向角)。对于平移的机器人来说，其位置即为平面坐标系中的坐标。传统的地面机器人获取位姿的方法主要包括激光雷达和GPS定位；具体来说，对于室内机器人，其采用激光雷达探测，并结合Slam技术获取其实时的位姿。而对于室外空旷地带的地面机器人来说，激光雷达射程短，已无法满足实际要求。因此，室外地面机器人常采用GPS定位获取其位姿。一般情况下，安装了GPS模块的机器人能够获知其GPS天线的坐标，如果在机器人不同位置安装两根GPS天线，那么根据每根天线的坐标可以计算它们连线的指向，因而获得机器人的航向角。但是，GPS信号容易受多种因素干扰，如市区高楼大厦、钢筋架设的大桥、密集的树木等，这些地方GPS的信号很差，无法获得天线的位置，也就不能计算机器人的位姿。目前，已经有方法可以在没有GPS的室外环境对机器人精确定位(如带目标跟踪的全站仪)，但是对于航向角的获取没有很好的办法，加装磁罗盘可以获得地球磁场的方向，但是磁感应受外部环境干扰更大，基本没法实际运用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于激光跟踪全站仪的地面机器人航向角实时获取方法，本发明采用的技术方案如下：

基于激光跟踪全站仪的地面机器人航向角实时获取方法，包括型号为DS101AC的全站仪，设置在全站仪的顶部、并随所述全站仪以相同角度速度旋转的激光发射器，设置在地面机器人顶部的电动转台，设置在电动转台的顶部、与电动转台以相同角速度旋转、且用于反射全站仪发射的激光的棱镜，固定在棱镜顶部、用于拍摄所述激光发射器发射的激光的图像的工业相机，与工业相机连接、用于获取工业相机拍摄的图像、并下发转台角速度w的控制器，以及连接在控制器与电动转台之间、用于接收控制器下发的转台角速度w并驱动所述电动转台的转台驱动器；所述全站仪跟踪棱镜旋转；所述电动转台的电机上安装有与转台驱动器连接的绝对位置编码器。

所述地面机器人航向角实时获取方法，包括以下步骤：

步骤S01，建立全站仪的笛卡尔坐标，将全站仪对准棱镜，跟踪所述棱镜旋转；测量全站仪发射的激光与X轴的夹角。

步骤S02，安装在全站仪上的激光发射器发射激光，所述激光的光束与全站仪和棱镜的连线平行，利用工业相机拍摄激光发射器发射的激光的图像，并将所述图像传输给控制器。

步骤S03，利用所述控制器分析图像中的激光发光点的偏移量，经PID计算获得转台角速度w并传输给转台驱动器，并对所述转台角速度w进行时间的积分，予以调整电动转台的角度β；所述机器人的航向角θ的表达式为：

θ＝360-β-(180-α)＝180+α-β

所述α为全站仪发射的激光与X轴的夹角。

步骤S04，重复步骤S02至步骤S03，以获得机器人的实时的航向角θ。

进一步地，所述步骤S03中，控制器分析图像中的激光发光点的偏移量，包括以下步骤：

步骤S31，预设工业相机拍摄激光发射器发射的激光的图像的相片像素宽度为x_d；所述相片的中心横坐标为x_d/2。