基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法
阅读说明：本技术 基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法 (Method for calibrating relative position of detection robot antenna and sensor based on total station ) 是由 贺骥 桂仲成 王云飞 肖唐杰 李勇 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法,包括如下步骤：步骤一,以全站仪为原点建立水平的直角坐标系,将道面检测机器人静止放置在直角坐标系中,调整道面检测机器人保持水平；步骤二,通过全站仪测得道面检测机器人上两个GPS天线、第一传感器左右两端以及第二传感器中心的水平投影坐标；步骤三,计算两个GPS天线中心在水平面的投影点的连线中点的坐标；步骤四,计算CA到PC的距离；计算PC到PR的距离；计算CA到PR的距离；步骤五,GPS天线与第二传感器中心和第一传感器中心的相对位置计算。本发明能在出厂时对道面检测机器人上的GPS天线与各种传感器的相对位置进行标定。(The invention discloses a method for calibrating the relative position of a detection robot antenna and a sensor based on a total station, which comprises the following steps: establishing a horizontal rectangular coordinate system by taking a total station as an origin, statically placing a pavement detection robot in the rectangular coordinate system, and adjusting the pavement detection robot to keep horizontal; measuring horizontal projection coordinates of two GPS antennas, the left end and the right end of a first sensor and the center of a second sensor on the pavement detection robot through a total station; calculating coordinates of the middle point of a connecting line of the projection points of the centers of the two GPS antennas on the horizontal plane; step four, calculating the distance from the CA to the PC; calculating the distance from the PC to the PR; calculating the distance from CA to PR; and fifthly, calculating the relative positions of the GPS antenna, the center of the second sensor and the center of the first sensor. The invention can calibrate the relative position of the GPS antenna on the pavement detection robot and various sensors when leaving the factory.)
技术领域
本发明涉及道面检测机器人技术领域，尤其是基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法。
背景技术
道面检测机器人依靠差分GPS定位，机器人上携带2d工业相机、3d相机、探地雷达等多种传感器。道面检测机器人本身的位置和姿态感知通过安装在道面检测机器人上的两个GPS天线计算。根据两个GPS天线的GPS坐标可以计算两根天线连线的朝向。两个GPS天线在道面检测机器人上安装的相对位置已知，根据这个对应关系就可以计算出道面检测机器人中心的坐标和航向角。
同理，根据2d相机、3d相机、探地雷达等机载传感器与两个GPS天线的相对位置，就可以计算出道面检测机器人运行时，2d相机、3d相机、探地雷达等机载传感器的坐标。有了这些信息，就可以在拍照和探测时记录相片和雷达数据对应的实际位置。
然而，实际生产和应用中，由于加工和安装精度难以保证，实际上这些传感器与天线在道面检测机器人上的相对位置和图纸的理想值存在偏差，而且这些偏差对每台道面检测机器人来说都不一样，因此，在出厂时，有必要对道面检测机器人上GPS天线以及各种传感器的相对位置进行标定。
发明内容
针对上述不足之处，本发明提供了基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，能在出厂时对道面检测机器人上的GPS天线与各种传感器的相对位置进行标定。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，包括如下步骤：
步骤一，以全站仪为原点建立水平的直角坐标系，将道面检测机器人静止放置在直角坐标系中，调整道面检测机器人保持水平；
步骤二，通过全站仪测得道面检测机器人上两个GPS天线、第一传感器左右两端以及第二传感器中心的水平投影坐标，分别记为
步骤三，计算两个GPS天线中心在水平面的投影点的连线中点的坐标，记为
步骤四，计算CA到PC的距离，记为L1；计算PC到PR的距离，记为L2；计算CA到PR的距离，记为L3；
步骤五，GPS天线与第二传感器中心和第一传感器中心的相对位置计算，包括：
(a)计算CA距离PC在道面检测机器人本体坐标系的偏移，分别记为△CX和△CY，计算公式为：其中，θC为CA与PC连线和PL与PR连线的夹角；
(b)计算GC到PC的距离，记为L4；计算GC到PR的距离，记为L5；
(c)计算第一传感器左右两端水平投影点GL和GR连线的中点GC在道面检测机器人本体坐标系中距离PC的偏移，分别记为△GX和△GY，计算公式为：
(d)计算第一传感器与GPS天线连线水平方向的夹角，记为αG，计算方法如下：
计算GPS天线连线与全站仪坐标系X轴的夹角，记为α1，计算第一传感器与全站仪坐标系x轴的夹角记为α2，则
至此，GPS天线与第二传感器和第一传感器的相对位置标定完毕。
进一步的，PC(xPC,yPC)的计算公式为：
再进一步的，L2的计算公式为：
更进一步的，L1的计算公式为：
更进一步的，L3的计算公式为：
更进一步的，θC的计算公式为：
更进一步的，
更进一步的，L4的计算公式为：
更进一步的，L5的计算公式为：
更进一步的，θG的计算公式为：
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明能在出厂时对道面检测机器人上的GPS天线与各种传感器的相对位置进行标定，消除加工和安装精度不足带来的传感器实际与天线在道面检测机器人上的相对位置和图纸的理想值的偏差。使得采集的传感器信息获得更为精确地位置标签修正，方便使用时根据传感器信息上反映的道面缺陷，准确定位到缺陷的具***置。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明的实施例以全站仪为原点建立水平的直角坐标系示意图。
图3为本发明的实施例的雷达与GPS天线连线水平方向的夹角αG。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例：
如图1至3所示，本实施例以道面检测机器人的雷达和2d相机的位置标定为例，基于全站仪的检测机器人天线与传感器相对位置标定方法，包括如下步骤：
步骤一，以全站仪为原点建立水平的直角坐标系，将道面检测机器人静止放置在直角坐标系中，调整道面检测机器人保持水平；
步骤二，通过全站仪测得道面检测机器人上两个GPS天线、雷达左右两端以及相机中心的水平投影坐标，分别记为
步骤三，计算两个GPS天线中心在水平面的投影点的连线中点的坐标，记为
步骤四，计算CA到PC的距离，记为L1；计算PC到PR的距离，记为L2；计算CA到PR的距离，记为L3；
步骤五，GPS天线与相机中心和雷达中心的相对位置计算，包括：
(a)计算CA距离PC在道面检测机器人本体坐标系的偏移，分别记为△CX和△CY，计算公式为：
(b)计算GC到PC的距离，记为L4；计算GC到PR的距离，记为L5；
(c)计算雷达左右两端水平投影点GL和GR连线的中点GC在道面检测机器人本体坐标系中距离PC的偏移，分别记为△GX和△GY，计算公式为：
(d)计算雷达与GPS天线连线水平方向的夹角，记为αG，计算方法如下：
计算GPS天线连线与全站仪坐标系X轴的夹角，记为α1，计算雷达与全站仪坐标系x轴的夹角记为α2，则
至此，GPS天线与相机和雷达的相对位置标定完毕。
其中，
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。