CN111044040A - 一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台 - Google Patents

一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台，该平台的移动运载平台上安装有可调节支撑架，可调节支撑架上安装有多传感器集成平台，多传感器集成平台的多线激光传感器、双目视觉传感器、惯性测量单元和全球定位***接收器分别通过传感器引线缆与主控箱连接，激光雷达传感器、双目视觉传感器、惯性测量单元的中心在同一线上，Z方向上距离固定，设置为数据融合的初始值，激光传感器和双目视觉传感器之间进行数据配准，各个数据之间进行时间戳同步，采集数据频率为1HZ‑30HZ。解决了现有数据采集平台通用性差，传感器类型单一以及各传感器之间几何位置不明确的问题，能够提高数据采集平台的通用性以及采集数据的丰富程度。

Description

一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台
技术领域
本发明具体涉及一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台，属于移动机器人和数据采集平台技术领域。
背景技术
随着科学技术的发展，自主导航技术以及无人驾驶技术是未来的发展趋势。现如今深度学***台具有如下的缺陷：
1.现有的自动驾驶数据采集平台包括谷歌、HERE、TomTom、百度、高德等道路地图采集设备均搭载于汽车上，仅能在地形平坦的公路路面进行采集；对于室内机器人的数据采集***，是在有限空间的封闭或半封闭的平坦地面进行作业，这类场景中会有很多不规则运动的行人，因此一般采用小型轮式低速可移动平台，在有限高度安装多个光电传感器。现缺乏一种能够应用于全地形的数据采集平台。
2.现有的数据采集平台，传感器类型单一，室内机器人数据采集***中，使用单线激光雷达和单目相机；在户外机器人的数据采集***中，使用多线激光雷达和双目相机；但是在装配和后期使用中，均未考虑多光电传感器数据融合的需求，不同传感器测量范围不发生重合，或重合部分极少。在有些复杂的情况下，不能满足自动驾驶或自主导航的需求。
3.现有的数据采集平台传感器大多固定，不能进行调节，并且传感器之间的几何位置关系不够明确，不便于操作人员进行设备管理调试以及后续的数据处理。
发明内容
本发明提供一种全地形多传感器数据采集平台，解决现有的数据采集平台通用性差，传感器类型单一以及各传感器之间几何位置不明确的问题，能够提高数据采集平台的通用性以及采集数据的丰富程度。
本发明提出一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台包括移动运载平台、可调节支撑架和多传感器集成平台，所述移动运载平台上安装有可调节支撑架，所述可调节支撑架上安装有多传感器集成平台，所述移动运载平台内设电机，左右两侧分别设有至少两个轮子，所述多传感器集成平台包括激光传感器、双目视觉传感器、惯性测量单元、全球定位***接收器、传感器引线缆、传感器支架和主控箱，所述多线激光传感器、双目视觉传感器、惯性测量单元和全球定位***接收器分别通过传感器引线缆与主控箱连接，所述多线激光传感器安装在传感器支架的顶部，所述双目视觉传感器安装在传感器支架的内部空间内，所述惯性测量单元安装在传感器支架的下部空间内，全球定位***接收器安装安装在移动运载平台内，所述激光雷达传感器、双目视觉传感器、惯性测量单元的中心在同一线上，Z方向上距离固定，设置为数据融合的初始值，所述激光传感器和双目视觉传感器之间进行数据配准，各个数据之间进行时间戳同步，采集数据频率为1HZ-30HZ。
优选地，所述可调节支撑架包括支架底板、四个支架杆、两个支架滑轨、两个固定杆和支架横梁，所述支架底板固定在移动运载平台上，所述固定杆与支架杆一起固定在支架底板上，支架杆起到加固支撑的作用，所述支架滑轨与固定杆配合连接，所述支架横梁固定在两个支架滑轨之间，用于固定多传感器集成平台，所述支架滑轨是可移动支架，对多传感器集成平台进行高度调节。
优选地，所述移动运载平台的前后分别安装有前保险杠和后保险杠。
优选地，所述移动运载平台上安装有天线，其中一根天线用于收发无线网络及蓝牙信号，进而实现平台与外界数据交互，另一根用于接收全球定位***的卫星信号。
优选地，所述可调节支撑架包含位置关系，记录在采集到的数据中，用于传感器之间几何位置的确定。
优选地，所述多线激光传感器为16线、32线、40线、64线或128线的多线激光传感器。
本发明所述的一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台的有益效果为：
1、本发明所述的一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台能够在室内外进行采集，采集平台的通用性好，不受场景的限制。
2、本发明所述的一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台含有多个传感器，包括激光雷达、双目视觉传感器、惯性测量单元、全球定位***接收器，数据种类丰富，能够满足多种需求。所采集到的数据中心中包含融合的初始值，激光雷达传感器、双目视觉传感器、惯性测量单元之间进行时间戳同步。
3、本发明所述的一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台含有可调节支撑架，能够对传感器高度进行调节，支架滑轨与固定杆的孔位间隔为15mm，因此高度的最小调节距离为15mm。多传感器集成平台的最小离地间隙60cm，最大离地间隙130cm。传感器之间几何位置明确，可用于记录在所采集的数据中。
4、本发明所述的一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台，该数据采集平台最大连续使用时间为6h，最大涉水深度248mm，最大移动速度为80km/h，最小移动速度为3.6km/h，工作温度-45～75℃，最大接近角37°，最大离去角28°，最大纵向通过角33°，数据采集频率为1HZ～30HZ。
附图说明
图1是本发明所述的用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台的主视图；
图2是本发明所述的用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台的侧视图；
图3是本发明所述的用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台俯视半剖视图；
图4是本发明所述的用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台的立体图；
图5是本发明所述的传感器支架的立体图；
图6是本发明所述的传感器支架的剖视图；
图7是本发明所述的移动运载平台的立体图；
图中：1-移动运载平台；2-可调节支撑架；3-多传感器集成平台；4-多线激光传感器；5-双目视觉传感器；6-惯性测量单元；7-全球定位***接收器；8-支架底板；9-支架杆；10-支架滑轨；11-固定杆；12-支架横梁；13-传感器引线缆；14-传感器支架；15-主控箱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-7说明本实施方式。本实施方式所述的一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台，包括移动运载平台1、可调节支撑架2和多传感器集成平台3，所述移动运载平台1上安装有可调节支撑架2，所述可调节支撑架2上安装有多传感器集成平台3，所述移动运载平台1内设电机，左右两侧分别设有至少两个轮子，所述多传感器集成平台3包括多线激光传感器4、双目视觉传感器5、惯性测量单元6、全球定位***接收器7、传感器引线缆13、传感器支架14和主控箱15，所述多线激光传感器4、双目视觉传感器5、惯性测量单元6和全球定位***接收器7分别通过传感器引线缆13与主控箱15连接，所述多线激光传感器4安装在传感器支架14的顶部，所述双目视觉传感器5安装在传感器支架14的内部空间内，所述惯性测量单元6安装在传感器支架14的下部空间内，全球定位***接收器安装7安装在移动运载平台1内，所述多线激光传感器4、双目视觉传感器5、惯性测量单元6的中心在同一线上，Z方向上距离固定，设置为数据融合的初始值，所述多线激光传感器4和双目视觉传感器5之间进行数据配准，各个数据之间进行时间戳同步，采集数据频率为1HZ-30HZ。
所述移动运载平台1内设电机，左右两侧分别设有至少两个轮子，移动运载平台1能够带动可调节支撑架2以及多传感器集成平台3在室内和室外场景中进行流畅的作业，在移动过程中，多传感器集成平台3及全球定位***接收器7可以采集所处环境中的多光电传感器数据并存储到主控箱15中。
所述移动运载平台1具有两种控制方式：手动模式和自动模式。手动模式下，可以使用遥控手柄或串口对移动平台进行控制；自动模式下，可以由平台自带的高性能数据采集及处理平台根据周围环境信息进行自主移动和控制。
所述多线激光传感器4可以扫描到采集平台周围环境的3D模型点云数据，以及周围物体距离平台的精确距离数据。
所述双目视觉传感器5可以获得采集平台周围环境的彩色图像数据，在双目***中同时可以获得一定范围内物体的三维信息和深度信息实现精准测距。
所述惯性测量单元6是可以获得采集平台的三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。在工作环境中，无论室内和室外，惯性测量单元6可以实时获得物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出采集平台的姿态。
所述全球定位***接收器7或GPS全球定位***接收器可以在室外实时精准的获得采集平台的地理坐标以及三维运动状态，进而获得真实的运动速度与行驶轨迹。
所述可调节支撑架2包括支架底板8、四个支架杆9、两个支架滑轨10、两个固定杆11和支架横梁12，所述支架底板8固定在移动运载平台1上，支架底板8用于连接移动运载平台1与可调节高度支架杆，所述固定杆11与支架杆9一起固定在支架底板8上，支架杆9起到加固支撑的作用，所述支架滑轨10与固定杆11配合连接，所述支架横梁12固定在两个支架滑轨10之间，用于固定多传感器集成平台3，所述支架滑轨10是可移动支架，对多传感器集成平台3进行高度调节。
所述可调节支撑架2用于连接移动运载平台1以及多传感器集成平台3，可调节支撑架2可以进行上下移动，用于调节多传感器集成平台3到地面的距离，可调节支撑架2包含位置关系，可以记录在采集到的数据中，用于传感器之间几何位置的确定。
所述移动运载平台1的前后分别安装有前保险杠和后保险杠。
所述移动运载平台1上安装有两根天线，其中一根天线用于收发无线网络及蓝牙信号，进而实现平台与外界数据交互。另一根用于接收全球定位***的卫星信号。
所述可调节支撑架2包含位置关系，记录在采集到的数据中，用于传感器之间几何位置的确定。
所述多线激光传感器4为16线、32线、40线、64线或128线的多线激光传感器。
所述主控箱15的作用：1.控制电机使得移动平台可以进行前进、后退、转弯和原地旋转，可以使用远程遥控方式，对主控箱的控制单元发送命令，进行远程控制。
2.实时处理和存储所采集到的传感器数据，并进行时间戳同步，
3.可视化传感器数据，更改传感器采样频率，以适用不同的工作环境。
本发明所述的用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台的具体操作过程和工作原理：
在室内工作场景中，通过调节支架滑轨10、固定杆11和支架横梁12用于确定多传感器集成平台3的高度。在室内场景中，多传感器集成平台3离地距离不宜过高，最大离地高度为100cm。调节至适当的高度后，开启平台开关，将外部控制器(手柄)与车辆进行连接，进入手动模式，上位机通过无线网络与主控箱15进行进行数据交换，利用多线激光传感器4、双目视觉传感器5与惯性测量单元6之间的位置关系，初始化整个传感器融合***，对各个传感器进行标定，调整各个传感器的采样频率使其保持一致，从而实现时间戳同步。室内环境中，由于人类移动较为频繁，使用上位机将移动速度限制在18km/h之内。
完成以上步骤后，操作者使用手柄操控整个采集平台，在室内空间移动。在移动过程中，双目视觉传感器5、多线激光传感器4、惯性测量单元6所采集的测量数据将自动存储在主控箱15的存储单元中。在自动模式下，无操作者使用外部控制器(手柄)进行远程控制，操作者只需要利用上位机设定好移动路线，采集平台即可以进行自主导航，并采集传感器数据，存储于主控箱15的存储单元中。
在室外工作场景中，通过调节支架滑轨10、固定杆11和支架横梁12确定多传感器集成平台3的高度。在室外场景中，多传感器集成平台3离地距离需高于80cm以获得良好的传感器数据采集范围。调节至适当的高度后，开启平台开关，将外部控制器(手柄)与车辆进行连接，进入手动模式，上位机通过无线网络与主控箱进行数据交互。利用双目视觉传感器5、多线激光传感器4、惯性测量单元6之间的位置关系，初始化整个传感器融合***，对各个传感器进行标定，上位机需监视全球定位***接收器是否能获得卫星信号。在获得卫星信号后，调整各个传感器的采样频率与全球定位***接收器的采样频率一致，从而实现时间戳同步。在室外场景中，在车辆及行人较多的市区内，使用上位机将速度限制在30km/h以内，在开阔的室外场地中，使用上位机将速度限制在60km/h以内。
完成以上步骤后，操作者使用手柄操控整个采集平台，在室外空间移动。在移动过程中，双目视觉传感器5、多线激光传感器4、惯性测量单元6、全球定位***接收器7所采集的测量数据将自动存储在主控箱15的存储单元中。在自动模式下，无操作者使用外部控制器(手柄)进行远程控制，操作者只需要利用上位机设定好移动路线，采集平台即可以进行自主导航，并将采集传感器数据存储于主控箱15的存储单元中。
室外地形较为复杂，移动平台使用了独立悬挂***可以克服较为崎岖的地形，如沙漠、丛林、草原、山洞、砂石等非人工铺设的路面。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台，其特征在于，包括移动运载平台(1)、可调节支撑架(2)和多传感器集成平台(3)，所述移动运载平台(1)上安装有可调节支撑架(2)，所述可调节支撑架(2)上安装有多传感器集成平台(3)，所述移动运载平台(1)内设电机，左右两侧分别设有至少两个轮子，
所述多传感器集成平台(3)包括多线激光传感器(4)、双目视觉传感器(5)、惯性测量单元(6)、全球定位***接收器(7)、传感器引线缆(13)、传感器支架(14)和主控箱(15)，所述多线激光传感器(4)、双目视觉传感器(5)、惯性测量单元(6)和全球定位***接收器(7)分别通过传感器引线缆(13)与主控箱(15)连接，所述16线激光雷达传感器安装在传感器支架(14)的顶部，所述双目视觉传感器(5)安装在传感器支架(14)的内部空间内，所述惯性测量单元(6)安装在传感器支架(14)的下部空间内，全球定位***接收器(7)安装在移动运载平台(1)内，所述多线激光传感器(4)、双目视觉传感器(5)、惯性测量单元(6)的中心在同一线上，Z方向上距离固定，设置为数据融合的初始值，所述多线激光传感器(4)和双目视觉传感器(5)之间进行数据配准，各个数据之间进行时间戳同步，采集数据频率为1HZ-30HZ。
2.根据权利要求1所述的用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台，其特征在于，所述可调节支撑架(2)包括支架底板(8)、四个支架杆(9)、两个支架滑轨(10)、两个固定杆(11)和支架横梁(12)，所述支架底板(8)固定在移动运载平台(1)上，所述固定杆(11)与支架杆(9)一起固定在支架底板(8)上，支架杆(9)起到加固支撑的作用，所述支架滑轨(10)与固定杆(11)配合连接，所述支架横梁(12)固定在两个支架滑轨(10)之间，用于固定多传感器集成平台(3)，所述支架滑轨(10)是可移动支架，对多传感器集成平台(3)进行高度调节。
3.根据权利要求1所述的用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台，其特征在于，所述移动运载平台(1)的前后分别安装有前保险杠和后保险杠。
4.根据权利要求1所述的用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台，其特征在于，所述移动运载平台(1)上安装有两根天线，其中一根天线用于收发无线网络及蓝牙信号，进而实现平台与外界数据交互，另一根用于接收全球定位***的卫星信号。
5.根据权利要求1所述的用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台，其特征在于，所述可调节支撑架(2)包含位置关系，记录在采集到的数据中，用于传感器之间几何位置的确定。
6.根据权利要求1所述的用于无人驾驶设备的全地形多传感器数据采集平台，其特征在于，所述多线激光传感器(4)为16线、32线、40线、64线或128线的多线激光传感器。
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