单线激光雷达安装校准方法、装置、设备和存储介质与流程

1.本技术涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种单线激光雷达安装校准方法、装置、设备和存储介质。


背景技术：

2.人工智能技术正广泛应用于日常生活中的各个领域，其中室内配送机器人逐渐在餐厅配送、酒店配送、自动售卖等领域发挥着重要作用。一般室内配送机器人都是通过室内配送机器人的自主导航方案来实现餐厅配送、酒店配送、自动售卖等功能，而自主导航方案目前比较主流的是基于单线激光雷达为主深度摄像头为辅的slam算法最为成熟，单线激光雷达在自主导航方案中起着至关重要的作用。正常情况下，单线激光雷达可以扫描到空间中的一个横截面，但是单线激光雷达有一定的探测距离(如20米)、距离精度(如
±
2厘米)、扫描频率(如10hz)、角分辨率(如0.15
°
)、扫描区域(如360
°
)、俯仰角(
±1°
)、波长(如905纳米)等参数。即使在研发样机阶段已经把单线激光雷达参数调到最优并保证了自主导航功能的实现，但是如果室内配送机器人在大规模量产时生产和装配阶段，单线激光雷达的安装位置和角度与研发样机差异太大、一致性不好，量产后的室内配送机器人的自主导航功能也将难以保证。
3.因为单线激光雷达是室内配送机器人自主导航方案中的重要部件，单线激光雷达的安装位置和角度对自主导航功能实现都至关重要。并且，室内配送机器人的单线激光雷达安装位置都较低，单线激光雷达的探测距离比较远，固定单线激光雷达的结构件生产和组装有一定的误差，单线激光雷达本身俯仰角也有一定的误差，如果生产和组装时没法保证单线激光雷达的水平安装，单线激光雷达可能在有效的探测距离就打到地面或打到太高的位置，都无法保证自主导航功能的正常实现。
4.进而，如何实现单线激光雷达的安装位置的检测是个亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，为了解决现有技术存在的问题，本技术提供了一种单线激光雷达安装校准方法、装置、设备和存储介质。
6.第一方面，本技术提供一种单线激光雷达安装校准方法，包括：
7.在单线激光雷达激光探测预设测试位置时，计算激光探测所形成的光斑中心点距离水平面的光斑高度；
8.判断所述光斑高度是否处于预设探测高度区间；
9.若所述光斑高度不处于预设探测高度区间，调整所述单线激光雷达的安装位置。
10.在可选的实施方式中，所述预设探测高度区间的区间边界值为所述单线激光雷达激光探测所述预设测试位置处的最小探测高度和第一最大探测高度。
11.在可选的实施方式中，所述最小探测高度和所述第一最大探测高度的计算过程包括：
12.获取所述单线激光雷达的安装高度、最大有效探测距离以及所述单线激光雷达与所述预设测试位置之间的间隔距离；
13.基于所述安装高度和所述间隔距离，计算所述第一最大探测高度；
14.基于所述安装高度和所述最大有效探测距离，计算所述最小探测高度。
15.在可选的实施方式中，所述基于所述安装高度和所述间隔距离，计算所述第一最大探测高度，包括：
16.获取所述单线激光雷达在探测所述最大有效探测距离对应的位置时的第二最大探测高度；
17.根据所述第二最大探测高度、所述安装高度和所述最大有效探测距离，计算得到所述单线激光雷达的上倾安装角度；
18.根据所述上倾安装角度、所述安装高度和所述间隔距离，计算得到所述第一最大探测高度。
19.在可选的实施方式中，所述基于所述安装高度和所述最大有效探测距离，计算所述最小探测高度，包括：
20.根据所述安装高度和所述最大有效探测距离，计算得到所述单线激光雷达的下倾安装角度；
21.根据所述安装高度、所述最大有效探测距离和所述下倾安装角度，计算得到所述最小探测高度。
22.在可选的实施方式中，在所述在单线激光雷达激光探测预设测试位置时，计算激光探测所形成的光斑中心点距离水平面的光斑高度之前，还包括：
23.将设置有单线激光雷达的机器人放置在测试平面上的预设基准位置处；其中，所述测试平面平行于水平线，所述预设测试位置与所述预设基准位置之间的间隔距离小于所述单线激光雷达的最大有效探测距离。
24.在可选的实施方式中，所述调整所述单线激光雷达的安装位置，包括：
25.通过垫片方式调整所述单线激光雷达的安装高度，直至所述光斑高度处于所述预设探测高度区间内。
26.第二方面，本技术提供一种单线激光雷达安装校准装置，包括：
27.计算模块，用于在单线激光雷达激光探测预设测试位置时，计算激光探测所形成的光斑中心点距离水平面的光斑高度；
28.判断模块，用于判断所述光斑高度是否处于预设探测高度区间；
29.调整模块，用于若所述光斑高度不处于预设探测高度区间，调整所述单线激光雷达的安装位置。
30.第三方面，本技术提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和至少一个处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施前述的单线激光雷达安装校准方法。
31.第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实施根据前述的单线激光雷达安装校准方法。
32.本技术实施例具有如下有益效果：
33.本技术实施例通过在单线激光雷达激光探测预设测试位置时，计算激光探测所形
成的光斑中心点距离水平面的光斑高度；判断光斑高度是否处于预设探测高度区间；若光斑高度不处于预设探测高度区间，调整单线激光雷达的安装位置。本技术实施例通过检测单线激光雷达探测预设位置处的光斑高度是否处于预设探测高度区间，以确定该单线激光雷达的安装位置
34.是否需要调整，实现对单线激光雷达安装位置的检测；进而可以在不额外增5加成本且大大减少对生产和测试场地的依赖情况下，采用简单易操作的方式，来保证单线激光雷达的水平安装，从而实现机器人的自主导航功能，具有较好实用性。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用0的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，
36.因此不应被看作是对本技术保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
37.图1示出了本技术实施例中单线激光雷达安装校准方法的第一个实施方式示意图；
38.图2示出了本技术实施例中单线激光雷达安装校准方法的第二个实施方式示意图；
39.图3示出了室内配送机器人安装位置检测的原理示意图；
40.图4示出了本技术实施例中单线激光雷达安装校准方法的第三个实施方式示意图；
41.图5示出了本技术实施例中单线激光雷达安装校准方法的第四个实施方式示意图；
42.图6示出了本技术实施例中单线激光雷达安装校准装置的结构示意图。
具体实施方式
43.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
44.通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
45.在下文中，可在本技术的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
46.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本
申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本技术的各种实施例中被清楚地限定。
48.因为单线激光雷达是机器人(如室内配送机器人)自主导航方案中的重要部件，单线激光雷达的安装位置和角度对自主导航功能实现都至关重要。例如，室内配送机器人的单线激光雷达安装位置都较低，单线激光雷达的探测距离比较远，固定单线激光雷达的结构件生产和组装有一定的误差，单线激光雷达本身俯仰角也有一定的误差，如果生产和组装时没法保证单线激光雷达的水平安装，单线激光雷达可能在有效的探测距离就打到地面或打到太高的位置，都无法保证自主导航功能的正常实现。
49.另外，单线激光雷达最大有效探测距离的数值都较大(如10米、20米等)，相对于最大有效探测距离，为保障导航功能的正确实现，单线激光雷达探测时的探测高度不能大于最大探测高度，也不能打到地面(即最小探测高度要大于0)。通过最大探测高度和最大有效探测距离可以确认出单线激光雷达的上倾安装角度，可将其定义为θ1；通过单线激光雷达的安装高度和最大有效探测距离可以确认出单线激光雷达的下倾安装角度，将其定义为θ2。
50.若在机器人上安装好单线激光雷达后的上倾安装角度小于等于θ1，下倾安装角度小于等于θ2，则满足单线激光雷达的导航要求；若上倾安装角度大于θ1，下倾安装角度大于θ2，则不能满足单线激光雷达的导航要求，需要将单线激光雷达的安装位置调整到符合导航要求的范围内。
51.基于此，为解决目前机器人的批量生产时单线激光雷达的合理安装问题，本技术实施例提供了一种单线激光雷达安装校准方法，用于对机器人上所安装的单线激光雷达的安装位置进行检测和校准。
52.请参照图1，下面对该单线激光雷达安装校准方法进行详细说明。
53.s10，在单线激光雷达激光探测预设测试位置时，计算激光探测所形成的光斑中心点距离水平面的光斑高度。
54.在对单线激光雷达进行安装校准时，使得单线激光雷达激光探测预设测试位置，获取当前激光探测时所形成的光斑中心点的位置，以计算光斑中心点距离水平面的高度值，并将其记为光斑高度。
55.作为一种可选的实施方式，在对单线激光雷达进行安装校准之前，需要将设置有单线激光雷达的机器人放置在测试平面上的预设基准位置处；其中，测试平面平行于水平线，以避免不平整的测试平面对其校准结果的影响，从而确保后续的单下单线激光雷达的安装校准的准确性和可靠性。
56.其中，预设基准位置可以为测试平面上的任一位置，具体根据实际需求进行设置，在此不做限定，例如，其预设基准位置可以为测试平面的中心位置。
57.可选的，可采用水平仪预先对测试平面进行水平测试，进一步地确保测试平面的相对平整，避免影响单线激光雷达的安装校准结果。
58.在一实施方式中，在确定预设测试位置时，其预设测试位置与预设基准位置之间的间隔距离需小于该单线激光雷达的最大有效探测距离。可以理解，在单线激光雷达的有
效探测距离内获取单线激光雷达的探测数据，进而对其安装角度进行校准，可提高单线激光雷达的安装校准的准确度。
59.s20，判断光斑高度是否处于预设探测高度区间。
60.在计算出光斑高度后，判断光斑高度是否处于预设探测高度区间内，其中，预设探测高度区间的区间边界值为单线激光雷达激光探测预设测试位置处的最小探测高度和第一最大探测高度。
61.需要说明的是，该预设探测高度区间的区间边界值即是该单线激光雷达在满足导航要求时探测预设测试位置处对应的探测高度的最值。
62.可以理解，将光斑高度与满足导航要求时的探测高度的最值进行比对，从而判定当前的单线激光雷达是否满足于导航要求，即确定当前的单线激光雷达的安装角度是否需要调整。
63.s30，若光斑高度不处于预设探测高度区间，调整单线激光雷达的安装位置。
64.若光斑高度不处于预设探测高度区间内，则说明当前的单线激光雷达的安装角度相较于理论值出现偏差，需要进行调整。
65.示范性地，可通过垫片方式逐步调整单线激光雷达的安装高度，直至光斑高度处于预设探测高度区间内。
66.可选的，该垫片的数量、样式、宽度、厚度、长度等具体参数并不做限定。例如，其垫片可以为具备某一倾斜角度的结构；或是该垫片为一平整结构，不具备倾斜角度。
67.作为一种可选的实施方式，在通过垫片方式调整单线激光雷达的安装角度时所采用的垫片的数量和多个垫片对应的组合方式可根据实际需求进行设置，在此不做具体限定。例如，所采用的垫片的数量可以为1或2或3或6；另外，可采用多种样式的垫片组合，或是采用单一样式的至少一个垫片对其单线激光雷达的安装角度进行调整。
68.可选的，其垫片的设置方式可根据实际需求进行设置，在此不做限定。例如，其垫片可以设置在单线激光雷达的某一侧或某一角；或是，将该垫片设置于单线激光雷达的底部。
69.s40，若光斑高度处于预设探测高度区间内，不对单线激光雷达的安装位置进行调整。
70.在光斑高度处于预设探测高度区间内时，说明当前该单线激光雷达的安装角度满足导航要求，则不对其安装角度或安装位置进行调整。
71.在一实施方式中，如图2所示，本实施例上述的步骤s20具体包括如下步骤：
72.s21，获取单线激光雷达的安装高度、最大有效探测距离以及单线激光雷达与预设测试位置之间的间隔距离。
73.计算当前的单线激光雷达的安装高度，并获取该单线激光雷达的最大有效探测距离，以及该单线激光雷达与预设测试位置之间的间隔距离。其中，该单线激光雷达的最大有效探测距离即是满足导航需求的最大有效探测距离(相当于是一个理论值)，该最大有效探测距离即可根据该单线激光雷达的规格预先确定。示例的，该最大有效探测距离的数值均较大，如10m、20m等。
74.因为雷达的最大有效探测距离的数值较大，即有效探测距离距单线激光雷达较远，进而对单线激光雷达的安装和测试长度的要求比较高，可根据相似三角形的原理，设置
距离单线激光雷达某一较近距离的位置作为测试位置，以判定当前单线激光雷达的安装角度是否满足导航要求。
75.而后，获取单线激光雷达与预设测试位置之间的间隔距离，即是计算单线激光雷达的中心点位置与预设测试位置之间的间隔距离。示例的，该间隔距离的数值一般设置为较小数值，如2m、3m。
76.如图3所示，该最大有效探测距离为l1，单线激光雷达与预设测试位置之间的间隔距离为l2，单线激光雷达的安装高度为h1。
77.s22，基于安装高度和间隔距离，计算第一最大探测高度。
78.在本实施例中，可通过如三角函数等基本运算算法，基于安装高度和间隔距离，计算单线激光雷达在满足导航要求下激光照射预设测试位置时的最大探测高度，并将其即为第一最大探测高度。如图3所示，该第一最大探测高度为h3。
79.s23，基于安装高度和最大有效探测距离，计算最小探测高度。
80.在本实施例中，可通过如三角函数等基本运算算法，基于安装高度和最大有效探测距离，计算单线激光雷达在满足导航要求下激光照射预设测试位置时的最小探测高度。如图3所示，该第一最大探测高度为h4。
81.在一实施方式中，如图4所示，本实施例上述的步骤s22具体包括如下步骤：
82.s221，获取单线激光雷达在探测最大有效探测距离对应的位置时的第二最大探测高度。
83.s222，根据第二最大探测高度、安装高度和最大有效探测距离，计算得到单线激光雷达的上倾安装角度。
84.s223，根据上倾安装角度、安装高度和间隔距离，计算得到第一最大探测高度。
85.在单线激光雷达当前探测最大有效探测距离对应的位置时，获取对应的最大探测高度，将其记为第二最大探测高度。如图3所示，该第二最大探测高度为h2。
86.如图3所示，该第二最大探测高度、安装高度和最大有效探测距离之间满足三角函数关系，进而可根据第二最大探测高度、安装高度和最大有效探测距离，以计算得到单线激光雷达的上倾安装角度(θ1)。
87.其中，h2＝h1+l1*tanθ1；h2为第二最大探测高度，h1为安装高度，l1为最大有效探测距离，θ1为上倾安装角度。
88.进而，上倾安装角度、安装高度和间隔距离之间也满足三角函数关系，可根据上倾安装角度、安装高度和间隔距离，计算得到单线激光雷达在满足导航要求下激光照射预设测试位置时的第一最大探测高度(h3)。
89.其中，h3＝h1+l2*tan(θ1)；h3为第一最大探测高度，h1为安装高度，l2为单线激光雷达与预设测试位置之间的间隔距离，θ1为上倾安装角度。
90.在一实施方式中，如图5所示，本实施例上述的步骤s23具体包括如下步骤：
91.s231，根据安装高度和最大有效探测距离，计算得到单线激光雷达的下倾安装角度。
92.s232，根据安装高度、最大有效探测距离和下倾安装角度，计算得到最小探测高度。
93.如图3所示，该安装高度和最大有效探测距离之间满足三角函数关系，可根据该安
装高度和最大有效探测距离计算出单线激光雷达的下倾安装角度(θ2)。
94.其中，h1＝l1*tan(θ2)；h1为安装高度，l1为最大有效探测距离，θ2为下倾安装角度。
95.可以理解，该安装高度、最大有效探测距离和下倾安装角度之间也满足三角函数关系，可根据该安装高度、最大有效探测距离和下倾安装角度计算出单线激光雷达在满足导航要求下激光照射预设测试位置时的最小探测高度(即h4)。
96.其中，h4＝h1-l1*tan(θ2)；h4为最小探测高度，h1为安装高度，l1为最大有效探测距离，θ2为下倾安装角度。
97.本技术实施例通过检测单线激光雷达探测预设位置处的光斑高度是否处于预设探测高度区间，以确定该单线激光雷达的安装位置是否需要调整，实现对单线激光雷达安装位置的检测；进而可以在不额外增加成本且大大减少对生产和测试场地的依赖情况下，采用简单易操作的方式，来保证单线激光雷达的水平安装，从而实现机器人的自主导航功能，提高了检测的灵活度，具有较好实用性。另外，其单线激光雷达在检测时所处的测试平面为一平稳平面，有效提高了检测结果的准确度和可靠性。
98.进一步地，请参照图6，本技术提供了一种单线激光雷达安装校准装置，该装置包括：
99.计算模块61，用于在单线激光雷达激光探测预设测试位置时，计算激光探测所形成的光斑中心点距离水平面的光斑高度；
100.判断模块62，用于判断所述光斑高度是否处于预设探测高度区间；
101.调整模块63，用于若所述光斑高度不处于预设探测高度区间，调整所述单线激光雷达的安装位置。
102.可以理解，上述的单线激光雷达安装校准装置对应于上述实施例的单线激光雷达安装校准方法；上述实施例中的任何可选项也适用于本实施例，这里不再详述。
103.本技术实施例还提供了一种计算机设备，例如，该计算机设备可以但不限于为如台式计算机、笔记本等，其存在形式不作限定，主要取决于其是否需要支持浏览器网页的界面显示功能等。示范性地，该所述计算机设备包括存储器和至少一个处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施上述实施例的单线激光雷达安装校准方法。
104.其中，处理器可以是一种具有信号的处理能力的集成电路芯片。处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，cpu)、图形处理器(graphics processing unit，gpu)及网络处理器(network processor，np)、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件中的至少一种。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。
105.其中，存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(random access memory，ram)，只读存储器(read only memory，rom)，可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)，可擦除只读存储器(erasable programmable read-only memory，eprom)，电可擦除只读存储器(electric erasable programmable read-only memory，eeprom)等。
其中，存储器用于存储计算机程序，处理器在接收到执行指令后，可相应地执行所述计算机程序。
106.进一步地，存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据(比如安装高度等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
107.本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述实施例的单线激光雷达安装校准方法的步骤。
108.所述计算机可读存储介质既可以是非易失性存储介质，也可以是易失性存储介质。例如，该计算机可读存储介质可包括但不限于为：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
109.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也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，附图中的流程图和结构图显示了根据本技术的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
110.另外，在本技术各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
111.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部
112.分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介5质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
113.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易0想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。