一种可移动平台的控制方法、控制装置及可移动平台与流程
本发明涉及物流搬运技术领域，尤其涉及可移动平台的控制方法、控制装置及可移动平台。
背景技术：
目前，可移动平台的主要导航方式有电磁导航、视觉导航、磁导航、激光导航、路标导航、基于传感器数据的导航、惯性导航以及gps导航等。其中，二维码导航通常在导航区域内的地面铺设标识阵列，标识存储其所在位置的地面坐标和/或其他信息。
可移动平台在收到工作指令后，由导航系统指引至货物装载处，装载完毕后，按照预设指令，其分析起点-终点路径后，规划出最佳移动路径，移动至指定位置。该过程中不断利用导航系统识别周围特征标志信息，以实时利用可移动平台子系统计算分析其所处位置，之后利用无线通信方式发送至处理器，以管理和规划工业现场的总体物流运行精度，避免互相干涉，提高运输效率。
然而，目前二维码导航的缺陷在于：一方面，从底部读取标识，由于标识阵列被铺设在地面，定位时地面的标识容易沾染粉尘、污渍从而被遮挡，或者磨损造成缺失，从而无法读取信息。目前的二维码导航对环境要求较高。另一方面：现有技术采用的是平面式计算方法，以粘贴在固定平面的固定距离的二维码为基础，进行坐标的定位与控制；如果二维码存在倾斜或者与采集装置的距离与预设距离存在偏差，会影响最终定位的精度，所以对二维码粘贴平面的布置精度要求非常高。
技术实现要素：
本发明针对上述现有产品存在的问题，提供一种对环境布置要求低的可移动平台的控制方法、控制装置及可移动平台。
本发明提供了一种可移动平台的控制方法、控制装置及可移动平台，用于可移动平台和布置于空间中的若干标识，所述的可移动平台设有采集装置，所述的采集装置可用于获取所述的标识的信息；
获取基于可移动平台建立的三维的第一坐标系与基于标识建立的三维的第二坐标系之间的转换关系，记为第一坐标转换关系；
获取目标位姿在第二坐标系下的三维坐标数据；
根据当前的采集数据和所述的第一坐标转换关系，得到可移动平台的当前位姿在第二坐标系下的三维坐标数据；其中，所述的采集数据包括可移动平台在与标识相对移动过程中处于当前所在位置时获取的标识的信息；
基于目标位姿和当前位姿三维坐标数据得到相对位姿关系；
基于所述的相对位姿关系计算所述的可移动平台的运动参数。
作为优选，其中，获取基于可移动平台建立的第一坐标系与基于标识建立的第二坐标系之间的转换关系包括：
获取基于采集装置建立的第三坐标系与基于可移动平台建立的第一坐标系之间的三维转换关系，记为第二坐标转换关系；
获取基于采集装置建立的第三坐标系与基于所述标识建立的第二坐标系之间的三维转换关系，记为第三坐标转换关系；
计算第二坐标转换关系与第三坐标转换关系，得到第一坐标转换关系。
作为优选，所述的第一坐标系、第二坐标系、第三坐标系均采用笛卡尔坐标系表示。
作为优选，所述的第一坐标转换关系、第二坐标转换关系、第三坐标转换关系通过旋转矩阵和平移向量表示。
作为优选，所述的三维坐标数据包括在第一坐标系或第二坐标系或第三坐标系中的x轴分量x、y轴分量y、z轴分量z，以及分别围绕x轴、y轴、z轴旋转的横滚角γ、俯仰角θ和航向角φ。
作为优选，所述的运动参数包括速度参数和角速度参数。
作为优选，所述的速度参数的计算公式为
vi＝kl·△xi；
式中，△xi为第i时刻在x轴方向上的相对位姿关系，kl表示预设系数，vi为第i时刻计算得到的速度参数，i为正整数。
作为优选，约定速度参数最大值vmax，当vi的计算结果大于等于vmax时，所述的可移动平台以速度vmax移动。
作为优选，所述的角速度参数的计算公式为
式中，△xi第i时刻在x轴方向上的相对位姿关系，△xi-1为第i时刻的上一时刻i-1时刻在x轴方向上的相对位姿关系，ka和kb表示预设系数，ai为第i时刻与第i-1时刻的航向角的夹角，
本发明还涉及一种控制装置，包括：存储器和处理器；所述存储器，用于存储程序代码；所述处理器，调用所述程序代码，当所述程序代码被执行时，用于执行以下操作：获取基于可移动平台建立的三维的第一坐标系与基于标识建立的三维的第二坐标系之间的转换关系，记为第一坐标转换关系；获取目标位姿在第二坐标系下的三维坐标数据；根据当前的采集数据和所述的第一坐标转换关系，得到当前位姿在第二坐标系下的三维坐标数据；其中，所述的采集数据包括可移动平台在与标识相对移动过程中处于当前所在位置时获取的标识的信息；基于目标位姿和当前位姿三维坐标数据得到相对位姿关系；基于所述的相对位姿关系计算所述的可移动平台的运动参数。
作为优选，所述处理器具体用于：
获取基于采集装置建立的第三坐标系与基于可移动平台建立的第一坐标系之间的三维转换关系，记为第二坐标转换关系；
获取基于采集装置建立的第三坐标系与基于所述标识建立的第二坐标系之间的三维转换关系，记为第三坐标转换关系；
计算第二坐标转换关系与第三坐标转换关系，得到第一坐标转换关系。
作为优选，所述的第一坐标系、第二坐标系、第三坐标系均采用笛卡尔坐标系表示。
作为优选，所述的第一坐标转换关系、第二坐标转换关系、第三坐标转换关系通过旋转矩阵和平移向量表示。
作为优选，所述的三维坐标数据包括在第一坐标系或第二坐标系或第三坐标系中的位置和姿态；位置至少包括如下至少一种：x轴分量x、y轴分量y、z轴分量z；姿态分别包括如下至少一种：横滚角γ、俯仰角θ和航向角
作为优选，所述的运动参数包括速度参数和角速度参数。
作为优选，所述处理器具体用于速度参数的计算：所述的速度参数的计算公式为
vi＝kl·△xi；
式中，△xi为第i时刻在x轴方向上的相对位姿关系，kl表示预设系数，vi为第i时刻计算得到的速度参数，i为正整数。
作为优选，约定速度参数最大值vmax，当vi的计算结果大于等于vmax时，所述的可移动平台以速度vmax移动。
作为优选，所述的角速度参数的计算公式为
式中，△xi第i时刻在x轴方向上的相对位姿关系，△xi-1为第i时刻的上一时刻i-1时刻在x轴方向上的相对位姿关系，ka和kb表示预设系数，ai为第i时刻与第i-1时刻的航向角的夹角，
一种可移动平台，用于可移动平台和布置于空间中的若干标识，所述的可移动平台设有采集装置，所述的采集装置可用于获取所述的标识的信息；还包括所述的控制装置。
采用以上结构后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明采用建立三维坐标系并进行换算的方式计算位姿，不同于现有技术中采用二维计算的方法。本发明可以从多方向实现标识的读取，标识可以粘贴在侧面，或者斜面，或者顶面上，不限制标识的粘贴方向，对环境要求低。本发明不限制于将标识粘贴在地面一种方式，可以实现不同场景中的粘贴需求。标识不粘贴在底部时，其不容易沾染粉尘、污渍从而被遮挡，或者磨损造成缺失。本发明采用三维算法计算位姿，更加精确。对粘贴标识精度要求低，部署更灵活。
附图说明
图1是本发明的控制方法流程图。
图2是本发明的应用场景图。
图3是本发明所述的标识的一种类型。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
图1是根据本申请实施例的方法流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
用于可移动平台和布置于空间中的若干标识，所述的可移动平台设有采集装置，所述的采集装置可用于获取所述的标识的信息；
需要说明的是，所述的标识用以定位，可以是一个或多个具有具体形状的特征、图案、二维码，其可以被识别并从中提取坐标点。二维码可以是apriltag或其他形式。标识存储有所在位置的地面坐标信息。标识可以粘贴在地面，或者侧面，或者斜面，或者顶面上等可被采集装置采集到的位置，不限制标识的粘贴位置和方向。
所述的采集装置可以为工业相机，也可以为其他可以对标识进行采集的装置。
当所述的标识布置于所述的可移动平台的侧面时，将所述的工业相机安装于所述的可移动平台侧面，以便于采集。布置于侧面的标识不容易沾染粉尘、污渍从而被遮挡，或者磨损造成缺失。
获取基于可移动平台建立的三维的第一坐标系与基于标识建立的三维的第二坐标系之间的转换关系，记为第一坐标转换关系；
更具体地，其中，获取基于可移动平台建立的第一坐标系与基于标识建立的第二坐标系之间的转换关系包括：
获取基于采集装置建立的第三坐标系与基于可移动平台建立的第一坐标系之间的三维转换关系，记为第二坐标转换关系；
第二坐标转换关系，可以理解为采集装置在可移动平台上的外参标定，采集装置的外参标定可以通过多种方式实现，本发明不限制采集装置标定的方法。
获取基于采集装置建立的第三坐标系与基于所述标识建立的第二坐标系之间的三维转换关系，记为第三坐标转换关系；
第三坐标转换关系，具体可以为，对所述标识信息进行处理，建立图像坐标系，得到所述标识在所述图像坐标系和所述标识坐标系上的坐标，并结合采集装置内参和畸变系数，通过位姿估计方法计算所述标识坐标系与所述采集装置坐标系之间的转换关系。
第一坐标转换关系，用于将基于标识的建立第二坐标系转换为基于可移动平台的第一坐标系。需要说明的是，标识建立的标识坐标系，相对于世界坐标系来说是固定的。可以基于多个标识建立同一个第二坐标系；也可以将多个标识分别建立不同的对应的第二坐标系，在布置时已知每个第二坐标系之间的三维转换关系。
获取目标位姿在第二坐标系下的三维坐标数据；
更具体地，所述的目标位姿可以通过输入三维坐标数据的方式实现，也可以通过示教的方式先控制可移动平台到目标位姿读取相应的标识，从而得到第二坐标系下的三维坐标数据。
根据当前的采集数据和所述的第一坐标转换关系，得到可移动平台的当前位姿在第二坐标系下的三维坐标数据；其中，所述的采集数据包括可移动平台在与标识相对移动过程中处于当前所在位置时获取的标识的信息；
可移动平台在向目标位姿移动过程中，与所述的标识存在相对移动。所述的可移动平台在移动过程中进行若干时刻的数据采集，通过采集到的标识的信息，得到当前位姿。在具体实施过程中，采集数据的频率为每秒钟数十次，以保证即时性和精确性。
基于目标位姿和当前位姿三维坐标数据得到相对位姿关系；
基于所述的相对位姿关系计算所述的可移动平台的运动参数。
用以通过计算得到的运动参数，对可移动平台进行控制，实现巡线导航。
更具体地，所述的第一坐标系、第二坐标系、第三坐标系均采用笛卡尔坐标系表示。
下面对本发明实施例涉及的相关概念进行介绍。
1)第一坐标系ob-xbybzb
基于可移动平台建立的坐标系，为三维坐标系，是固连在可移动平台上的坐标系。第一坐标系的原点在可移动平台的中心处。第一坐标系的x轴沿机体纵轴指向前，或者说指向可移动平台的前进方向。y轴沿可移动平台横轴指向右。z轴的方向根据x轴和y轴由右手法则确定。
2)第二坐标系oq-xqyqzq
基于标识建立的坐标系，为三维坐标系，以标识的平面上的确定x轴和y轴。以二维码坐标系为例，以二维码上相互垂直的两条边缘分别作为x轴和y轴。z轴的方向根据x轴和y轴由右手法则确定。所述的第二坐标系与世界坐标系相对固定。
3)第三坐标系oc-xcyczc
基于采集装置建立的坐标系，为三维坐标系。相机坐标系的原点为相机(透镜)的光心，相机坐标系的x轴(也称为u轴)与y轴(也称为v轴)分别与图像坐标系的x轴(u轴)与y轴(v轴)平行，z轴为相机的光轴。
更具体地，所述的第一坐标转换关系、第二坐标转换关系、第三坐标转换关系包括旋转矩阵和平移向量。
在以下的实施例中，将进一步介绍第一坐标转换关系、第二坐标转换关系、第三坐标转换关系的计算方法。
更具体地，所述的三维坐标数据包括在第一坐标系或第二坐标系或第三坐标系中的x轴分量x、y轴分量y、z轴分量z，以及分别围绕x轴、y轴、z轴旋转的横滚角γ、俯仰角θ和航向角
作为一个具体的实施方式，所述的标识布置于所述的可移动平台的前面或侧面，且第二坐标系与的x轴与z轴所在平面与第一坐标系的x轴和y轴所在平面平行时，得到当前位姿在第二坐标系下的三维坐标数据方法包括：得到当前位姿在所述的第二坐标系下的x轴和z轴的坐标分量，以及俯仰角。
下面将本发明进行展开说明。
步骤一，对采集装置的外参进行标定，得到所述基于所述的采集装置建立的第三坐标系oc-xcyczc与基于所述的可移动平台建立的第一坐标系ob-xbybzb之间的转换关系，记为第二坐标转换关系
步骤二，采集装置采集标识，得到所述第三坐标系oc-xcyczc与所述第二坐标系oq-xqyqzq之间的转换关系，记为第三坐标转换关系
步骤二，通过第三坐标转换关系
通过上述计算方式，得到第一坐标系ob-xbybzb与所述的第二坐标系oq-xqyqzq之间的转换关系。
通过示教或录入参数的方式获取目标位姿，得到目标位姿的在第二坐标系下的三维坐标数据，包括三维位置和三维姿态，记为
可移动平台沿规划路径向目标位姿移动，相对于标识移动过程中高频率地采集数据。根据当前的采集数据和所述的第一坐标转换关系，得到当前位姿在第二坐标系下的三维坐标数据；其中，所述的采集数据包括可移动平台在与标识相对移动过程中处于当前所在位置时获取的标识的信息；将第i时刻的三维坐标数据记为
在本实施例中，当前位姿和目标位姿的标识在同一个第二坐标系中。如果当前位姿和目标位姿的标识分别建立了不同的第二坐标系，可通过已知的两个第二标识之间的转换关系进行转换。
基于目标位姿和当前位姿三维坐标数据得到相对位姿关系；
计算公式为
基于所述的相对位姿关系计算所述的可移动平台的运动参数，更具体地，所述的运动参数包括速度参数和角速度参数。通过运动参数对每一时刻的可移动平台进行的速度和角速度进行控制。
作为优选，所述的速度参数的计算公式为
vi＝kl·δxi；
式中，δxi为第i时刻在x轴方向上的相对位姿关系，kl表示预设系数，vi为第i时刻计算得到的速度参数，i为正整数。kl可以人为调试到最佳值。
作为优选，约定速度参数最大值vmax，当vi的计算结果大于等于vmax时，所述的可移动平台以速度vmax移动。同时，可以约定最大加速度amax，当vi和vi-1的计算的加速度ai结果大于等于amax时，所述的可移动平台的速度被限制在加速度计算结果不大于amax之内。
作为优选，所述的角速度参数的计算公式为
式中，δxi第i时刻在x轴方向上的相对位姿关系，δxi-1为第i时刻的上一时刻i-1时刻在x轴方向上的相对位姿关系，ka和kb表示预设系数，αi为第i时刻与第i-1时刻的航向角的夹角，
本发明还涉及一种控制装置，包括：存储器和处理器；所述存储器，用于存储程序代码；所述处理器，调用所述程序代码，当所述程序代码被执行时，用于执行以下操作：获取基于可移动平台建立的三维的第一坐标系与基于标识建立的三维的第二坐标系之间的转换关系，记为第一坐标转换关系；获取目标位姿在第二坐标系下的三维坐标数据；根据当前的采集数据和所述的第一坐标转换关系，得到当前位姿在第二坐标系下的三维坐标数据；其中，所述的采集数据包括可移动平台在与标识相对移动过程中处于当前所在位置时获取的标识的信息；基于目标位姿和当前位姿三维坐标数据得到相对位姿关系；基于所述的相对位姿关系计算所述的可移动平台的运动参数。
作为优选，所述处理器具体用于：
获取基于采集装置建立的第三坐标系与基于可移动平台建立的第一坐标系之间的三维转换关系，记为第二坐标转换关系；
获取基于采集装置建立的第三坐标系与基于所述标识建立的第二坐标系之间的三维转换关系，记为第三坐标转换关系；
计算第二坐标转换关系与第三坐标转换关系，得到第一坐标转换关系。
作为优选，所述的第一坐标系、第二坐标系、第三坐标系均采用笛卡尔坐标系表示。
作为优选，所述的第一坐标转换关系、第二坐标转换关系、第三坐标转换关系包括旋转矩阵和平移向量。
作为优选，所述的三维转换关系包括在第一坐标系或第二坐标系或第三坐标系中的位置和姿态；位置至少包括如下至少一种：x轴分量x、y轴分量y、z轴分量z；姿态分别包括如下至少一种：横滚角γ、俯仰角θ和航向角
作为优选，所述的标识布置于所述的可移动平台的前面或侧面，且得到可移动平台的当前位姿与标识的三维转换关系：得到当前位姿在所述的第二坐标系下的x轴和z轴的坐标分量，以及俯仰角。
作为优选，所述的运动参数包括速度参数和角速度参数。
作为优选，所述处理器具体用于速度参数的计算：所述的速度参数的计算公式为
vi＝kl·δxi；
式中，δxi为第i时刻在x轴方向上的相对位姿关系，kl表示预设系数，vi为第i时刻计算得到的速度参数，i为正整数。
作为优选，约定速度参数最大值vmax，当vi的计算结果大于等于vmax时，所述的可移动平台以速度vmax移动。
作为优选，所述的角速度参数的计算公式为
式中，δxi-1第i时刻在x轴方向上的相对位姿关系，δxi-1为第i时刻的上一时刻i-1时刻在x轴方向上的相对位姿关系，ka和kb表示预设系数，αi为第i时刻与第i-1时刻的航向角的夹角，
一种可移动平台，用于可移动平台和布置于空间中的若干标识，所述的可移动平台设有采集装置，所述的采集装置可用于获取所述的标识的信息；还包括所述的控制装置。
在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一种实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
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