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V1 Pro视觉建图部署说明

概述

本文主要介绍V1 Pro 相机视觉定位模块功能，包含定位模块基本特性、使用方式、应用场景等内容，描述基本的建图、定位过程及注意事项，提供使用上位机操作和SDK结合使用的简单示例教程，同时支持UDP通讯方式。

主要特性

  • 顶视视觉定位，到点重复定位精度±1cm
  • 针对不同顶高，根据焦距分为6米版和12米版
  • 内置算力，无需外接工控机
  • 定位模式输入机器人里程计数据，直接输出机器人位姿
  • 默认带配套激光雷达用于辅助建图，也可自行通过SDK传入激光数据

相机坐标系

相机坐标系基于笛卡尔坐标系（右手），如图所示：

使用方式

  • Windows上位机。通过相机上位机软件，可视化显示、操作相机建图及定位等过程。
  • SDK。实际部署时，可以通过调用相机SDK进行开发，实现各项功能。

应用场景

  • 顶视导航，需水平安装
  • 根据实际顶高确定使用6米版或者12米版相机，实现最佳定位效果
  • 适用于具有丰富视觉特征的顶视场景，大面积区域视觉特征较少或纯色不能使用，可通过贴反光贴的形式改善
  • 相机安装可靠，无视野遮挡，运行时保证较为平稳的环境、无明显灰尘
  • 建图时低速平稳运行，速度不超过0.2m/s；定位时速度不超过1m/s，返回定位结果帧率约10Hz

建图过程

建图过程如图所示，有以下主要几点请注意：

  1. 建图、定位时里程计是必需的，里程计数据为绝对坐标；
  2. 建图时需要单线激光数据进行辅助定位，部分较好场景可不依靠激光数据辅助建图，此时可输入虚拟激光数据，具体请联系相关技术支持人员；
  3. 若需要激光地图和视觉地图坐标系统一（视觉地图和激光地图定位结果不能完全重合，一般会有几厘米的偏差），建图时需传入机器人激光位姿，此时可输入虚拟激光数据；
  4. 可使用建图工具进行离线建图，部分场景无法实现建图或出现问题，请联系相关技术支持人员；
  5. 虚拟数据表示有实时数据传入，但是可以不要求数据是实际场景的真实数据，例如range全是0的虚拟激光数据；
  6. 如无实际激光实际输入，不提供激光栅格图，在上位机显示界面中不显示激光栅格地图；
  7. 启动建图使能后，机器人移动才会开始录制数据，静止时不会；
  8. 导出数据时，请提前关闭建图使能，并耐心等待数据导出；
  9. 提前规划大致录图路径，尽量保持低速（<0.2m/s）匀速、直行、直角转弯，避免重复路径、随机抖动，同一方向路径保持有约1/3共视区域，一般情况平行距离保持2米左右，最大限度覆盖建图区域或机器人行进路径，理想情况如下图所示：

定位过程

定位过程如图所示，有以下主要几点请注意：

  1. 定位前请先导入建好的视觉地图，定位时切换到对应地图；
  2. 初次定位需发送重定位请求，重定位成功后才能收到正确的定位结果；
  3. 发送重定位需设置建图使能
  4. 定位模块会记录正常定位状态下的位姿，若相机关闭后再重启，会根据最后记录的位姿自动进行重定位；
  5. 重定位时需知道机器人在视觉地图中大概的坐标(x, y, yaw)，可在建图录制数据的起点(0, 0, 0)进行重定位。一般地，x、y偏差在小于30cm，yaw角偏差小于20°；
  6. 正常定位状态下，记录固定工位处机器人坐标，可在该固定工位通过记录的机器人坐标进行重定位；
  7. 若重定位失败，请细微移动机器人实际位置或微调重定位坐标，或者移动至视觉特征丰富区域，再次重定位；若依旧重定位失败，请检查SDK程序、数据通讯、以及相机出图等是否正常工作；
  8. 正常定位过程中，需在相机建图的范围内运行，在未建图的区域运行会输出错误的位姿信息；
  9. 部分区域视觉特征不理想、顶视高度和相机焦距匹配度低等因素会影响定位精度

准备工作

  • 检查相机是否正常连接，且出图、通讯正常
  • 若使用配套激光雷达，请连接至对应的网口
  • 相机水平安装，根据安装位置和方向确定相对于机器人中心的外参[x, y, z, yaw, pitch, roll]
  • 单线激光雷达水平安装，并提供激光雷达相对于机器人中心的外参[x, y, yaw]
  • 若同时使用Windows端上位机和工控机端SDK，可通过交换机的形式连接相机、工控机和Windows电脑进行通讯

注：相机同时支持最多两个访问权限，例如，可通过单上位机和单SDK同时访问，也可通过两个上位机同时访问

使用示例

此部分需配合SDK示例程序进行，示例程序采用ROS话题通讯方式，往SDK传入数据并接收算法模块返回结果。用户可通过linux工控机端SDK示例程序传入数据，在Windows端上位机上进行视化操作；后期部署现场使用，可单独使用SDK进行开发，完成建图和定位需求。

除了上述SDK方式，也可以通过UDP通信方式，不过功能受限，需使用上位机软件完成建图，然后部署地图进行定位，推荐使用SDK方式进行建图、定位。

建图

准备工作

确认相机正常、通讯正常。可通过虚拟数据测试通讯，详情请参照SDK提供的ROS示例文档进行配置。通过交换机连接相机，打开上位机软件连接相机，操作如下图所示：

  1. 打开上位机程序
  2. 连接相机
  3. 选择应用算法栏
  4. 应用算法中选择视觉定位
  5. 此时可以通过视觉定位视图查看各传感器数据状态是否正常，如果存在异常请检查通讯配置
  6. 此处显示为算法返回的状态，处于"正常定位"状态时返回机器人位姿可以用于定位

用户输入数据

按照上一步操作，此时外部传入数据与相机内部定位模块已建立通讯，可按照SDK示例程序将真实传感器数据传入相机用于建图，数据包括：

  • 机器人绝对坐标系的里程计数据，>30Hz
  • 激光雷达数据（若使用配备激光雷达，则可输入虚拟数据），>=10Hz
  • 机器人激光地图下的位姿（若不要求与激光地图统一坐标系，可不输入），>=10Hz

录制数据

  • 配置参数
    • 地图名。（若无则使用默认"example_map1"）
    • 相机相对于机器人的外参。单位为米，度数
    • 激光雷达相对于机器人的外参。单位为米，度数
  • 录图路径规划
  • 根据实际建图场景提前规划录图行进路线，按照要求
  • 启动录图
  • 设置建图使能，即开启建图模式，机器人移动即开始录图
  • 导出数据
  • 录制数据完成，点击导出数据即可（若使用SDK，需先关闭建图使能），导出数据保存在params\f13141140000\vision_map.zip，将其发回相关技术支持人员即可。注意，f13141140000为相机ID编号，不同相机ID不同，可在上位机上确认。

离线建图

此部分可通过部署离线建图工具完成生成地图包文件，或由迈相关技术支持人员完成，并提供地图打包文件。

导入视觉地图

按下图所示导入地图文件，如下名为".zip"格式的地图压缩包文件。在地图名下拉列表中能看到新导入的地图即表示导入成功。

定位

准备工作

  • 确认相机正常、通讯正常
  • 所在区域地图已导入相机中

用户输入数据

  • 在录图、建图、导入地图操作的成功完成后，可按照SDK示例程序将真实传感器数据传入相机用于定位，数据包括：
    • 机器人绝对坐标系的里程计数据，>30Hz

启动定位

  • 配置参数
    • 地图名。（使用对应区域的已经建好的地图）
    • 相机相对于机器人的外参。单位为米，度数
    • 激光雷达相对于机器人的外参。单位为米，度数
  • 启动定位
  • 设置定位使能，即开启定位模式

重定位请求

将机器人移动至重定位点位，即机器人在地图中的坐标位置，注意角度也应该大概一致，可以通过激光辅助确定大致位置（如无实际激光数据，无法提供栅格地图）。通过上位机、ROS或SDK可以发送重定位请求：鼠标左键拖动机器人移动至重定位点，旋转机器人方向，点击发送重定位请求即可。

若重定位失败，则需推动机器人微调重定位位置，重新发送重定位请求。

正常定位

在上位机上发送重定位请求并且成功后，可以看到处于正常定位状态，可以正常运行定位

UDP通讯

一般地，使用相机SDK可完成视觉建图（采图）和定位整个流程，同时，该相机也支持UDP方式进行通讯。使用UDP通讯方式，建立相机和机器人之间的通信，机器人端传出机器人里程计、机器人重定位位姿、机器人位姿（非必须）等信息至相机视觉定位模块，相机视觉定位模块传出机器人位姿、重定位结果等信息至机器人端，具体详见udp通讯协议文档。

视觉模块->机器人

  • 定位值
  • 重定位结果

机器人->视觉模块

  • 里程计
  • 重定位请求
  • 机器人位姿（若需视觉地图和激光地图坐标系统一则需传入，否则可不输入）

参数配置

视觉定位模块配置参数文件默认位于相机内部，其路径为/home/user/visloc_config/visloc_user.json，登录用户名为user，默认登录密码也为user，配置参数说明如下（注：json文件暂不支持以下注释文字，以下仅做说明）：

{
    "enable_loc":false,                        // 默认是否开启定位模式
    "odom_type":0,                             // 机器人输入至视觉定位模块的里程计类型,int类型。位移单位为米，角度单位为弧度
                                               // 0-一般类型。输入(x, y, yaw)
                                               // 1-使用舵轮（v_x, v_y, 0）
    "odom":{                                   // 轮式里相关参数，若里程计类型为0，则此项不生效
        "gain": 1.0,                           // 轮间距（单舵轮时为舵轮至主动轮轴的距离），单位米
        "wheel_dis": 2.1,                      // 轮间距（单舵轮时为舵轮至主动轮轴的距离），单位米
        "wheel_radius": 0.2                    // 轮子直径，单位米
        },
    "comm":{                                   // 通讯模式
        "type":"none",                         // 默认为"none",改为"comm_udp"后切换为udp通讯
        "comm_udp":{                           // udp通讯参数
            "target_ip":"192.168.100.20",      // 视觉定位模块发送数据至机器人，机器人IP
            "target_port":7071,                // 视觉定位模块发送数据至机器人，机器人端口
            "local_port":7070                  // 视觉定位模块自身端口
        },
        "comm_tcp":{
        },
        "comm_serial":{
        }
    }
}

参考

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