CN208297964U - 数据同步的传感装置及移动机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种数据同步的传感装置。一种数据同步的传感装置，包括识别传感数据携带的时间标记，并组合传感数据的处理器、根据预设的驱动频率输出驱动信息的时钟模块和输出携带时间标记的传感数据的传感器模组，传感器模组包括至少两个传感器模块，处理器与传感器模组中的各传感器模块相连接，时钟模块与传感器模组中的各传感器模块相连接。采用统一的时钟模块去驱动各传感器模块工作，确保各传感器模块工作的时间同步，输出的携带时间标记的传感数据也在时间上同步，处理器只需要识别传感数据所携带的时间标记就能准确组合同一时刻的各传感器模块的传感数据，降低了时间校准的难度，减少了时间校准的误差，提高了校准精度。

Description

数据同步的传感装置及移动机器人

技术领域

本实用新型涉及移动机器人领域，特别是涉及一种数据同步的传感装置。

背景技术

移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合***。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。

传统的移动机器人的感知方式为首先通过多个传感器收集传感对象的数据，再对收集到的数据进行时间校准和组合。由于传感器收集的数据复杂且多样，进行时间校准的工作量大且校准精度低。

实用新型内容

基于此，有必要针对传感器收集的数据复杂且多样，进行时间校准的工作量大且校准精度低的问题，提供一种数据同步的传感装置。

一种数据同步的传感装置，包括根据预设的驱动频率输出驱动信息的时钟模块、输出携带时间标记的传感数据的传感器模组和识别传感数据携带的时间标记、并组合传感数据的处理器，传感器模组包括至少两个传感器模块；

处理器与传感器模组中的各传感器模块相连接，时钟模块与传感器模组中的各传感器模块相连接。

在其中一个实施例中，传感器模组包括激光雷达模块、摄像头模块和IMU(Inertial measurement unit，惯性测量单元)模块。

在其中一个实施例中，传感器模块的驱动频率不同。

在其中一个实施例中，时间标记的精度等于或小于毫秒级。

在其中一个实施例中，传感数据包括激光雷达传感数据、摄像头传感数据和IMU传感数据。

在其中一个实施例中，携带时间标记的同步传感数据包括携带时间标记的传感数据，以及携带时间标记的组合传感数据，携带时间标记的组合传感数据由携带时间标记的传感数据组合得到。

在其中一个实施例中，时钟模块为GPS(Global Positioning System，全球定位***)时钟模块。

一种移动机器人，包括移动机器人本体以及数据同步的传感装置；

数据同步的传感装置设置于移动机器人本体。

在其中一个实施例中，移动机器人包括处理模块，处理模块与处理器相连接。

在其中一个实施例中，处理模块包括位姿计算模块、物体检测模块、场景分割模块和场景重建模块；

位姿计算模块与处理器相连接、物体检测模块与处理器相连接、场景分割模块与处理器相连接和场景重建模块与处理器相连接。

上述数据同步的传感装置，首先由时钟模块根据预设的驱动频率分别输出驱动信息至各传感器模块，然后各传感器模块根据驱动信息分别收集传感对象的传感数据，并输出携带时间标记的传感数据至处理器，最后处理器接收携带时间标记的传感数据，识别传感数据携带的时间标记，组合携带相同时间标记的各传感器模块的传感数据，生成携带时间标记的同步传感数据。采用统一的时钟模块去驱动各传感器模块工作，使各传感器模块的时间都与时钟模块的时间相对应，确保各传感器模块工作的时间同步，输出的携带时间标记的传感数据也在时间上同步，处理器只需要识别传感数据所携带的时间标记就能准确组合同一时刻的各传感器模块的传感数据，不需要进行复杂的时间校准和组合，降低了时间校准的难度，减少了时间校准的误差，提高了校准精度。

附图说明

图1为本申请数据同步的传感装置的其中一个实施例的结构示意图；

图2为本申请数据同步的传感装置的其中一个实施例的结构示意图；

图3为本申请数据同步的传感装置的其中一个实施例的说明图；

图4为本申请移动机器人的其中一个实施例的结构示意图；

图5为本申请移动机器人的其中一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种数据同步的传感装置，如图1所示，包括根据预设的驱动频率输出驱动信息的时钟模块200、输出携带时间标记的传感数据的传感器模组300和识别传感数据携带的时间标记、并组合传感数据的处理器100，传感器模组300包括至少两个传感器模块302；

处理器100与传感器模组300中的各传感器模块302相连接，时钟模块200 与传感器模组300中的各传感器模块302相连接。

具体的，首先时钟模块200根据预设的驱动频率分别输出驱动信息至各传感器模块302，然后各传感器模块302根据驱动信息分别收集传感对象的传感数据，并输出携带时间标记的传感数据至处理器100，最后处理器100接收携带时间标记的传感数据，识别传感数据携带的时间标记，组合携带相同时间标记的各传感器模块302的传感数据，生成携带时间标记的同步传感数据。

组合携带相同时间标记的各传感器模块302的传感数据的过程为简单的数据组合的过程。举例说明，各传感器模块输出的携带时间标记的传感数据包括 3D(Dimensions，维度)点云数据和彩色图像数据，处理器在接收并识别携带时间标记的传感数据后，对3D点云数据和彩色图像数据进行组合，即可得到携带相同时间标记的3D点云数据、彩色图像数据以及RGBD(red green blue depth，红绿蓝-深度)点云数据，此处得到的RGBD点云数据是3D点云数据和彩色图像数据的简单叠加。

驱动频率指的是用于控制时钟模块200定期向传感器模组300中的各传感器模块302输出驱动信息的频率，在初始化时钟模块200时设置，各传感器模块302的驱动频率各不相同。驱动信息指的是用于触发传感器模组300中的各传感器模块302工作的信息，各传感器模块302接收到驱动信息时，开始收集传感对象的传感数据的工作，驱动信息可以为一个高电平或低电平。

采用统一的时钟模块200去驱动各传感器模块302工作，以时钟模块200 的时间为基准，即各传感器模块302的时间都与时钟模块200的时间相对应，能确保各传感器模块302工作的时间同步，输出的携带时间标记的传感数据也在时间上同步，后期采用处理器100对传感数据进行处理时，只需要识别传感数据所携带的时间标记就能准确组合同一时刻的各传感器模块302的传感数据，不需要进行复杂的时间校准和组合，降低了时间校准的难度，减少了时间校准的误差，提高了校准精度。

上述数据同步的传感装置，采用统一的时钟模块去驱动各传感器模块工作，使各传感器模块的时间都与时钟模块的时间相对应，确保各传感器模块工作的时间同步，输出的携带时间标记的传感数据也在时间上同步，处理器只需要识别传感数据所携带的时间标记就能准确组合同一时刻的各传感器模块的传感数据，不需要进行复杂的时间校准和组合，降低了时间校准的难度，减少了时间校准的误差，提高了校准精度。

在其中一个实施例中，如图2所示，传感器模组300包括激光雷达模块304、摄像头模块306和IMU模块308。

具体的，激光雷达模块304包括激光雷达传感器，激光雷达传感器指的是利用激光技术进行测量的传感器。激光雷达的工作原理与雷达非常相近，以激光作为信号源，由激光器发射出的脉冲激光，打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，一部分光波会反射到激光雷达的接收器上，根据激光测距原理计算，就得到从激光雷达到目标点的距离，脉冲激光不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像。它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

摄像头模块306包括摄像头传感器，摄像头传感器即图像传感器，是一种将光学图像转换成电子信号的设备，被广泛地应用在数码相机和其他电子光学设备中。摄像头模块306可以为单目摄像头或多目摄像头，单目摄像头指的是单个彩色或者灰度相机，多目摄像头指的是两个或者两个以上的彩色或者灰度相机组成的摄像头***。单目摄像头处理信息的速度快，多目摄像头可以从不同角度进行拍摄，从而获取更多的信息。

IMU模块308是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般的，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标***独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。

在其中一个实施例中，传感器模块的驱动频率不同。

具体的，传感器模组包括激光雷达模块、摄像头模块和IMU模块，三个传感器模块的驱动频率的关系为：

f1＝m*f2；

f2＝n*f3；

其中，f2是摄像头模块的驱动频率，f3是激光雷达模块的驱动频率，f1是 IMU模块的驱动频率，m和n取大于等于1的整数。根据驱动频率触发三个传感器模块工作的触发信号的关系如图3所示，以时钟模块提供全局时间轴，此处时钟模块为GPS时钟模块。

在其中一个实施例中，时间标记的精度等于或小于毫秒级。

在其中一个实施例中，传感数据包括激光雷达传感数据、摄像头传感数据和IMU传感数据。

具体的，传感数据包括携带时间标记的各传感器模块的数据。激光雷达传感数据包括携带时间标记的传感对象的3D点云数据，摄像头传感数据包括携带时间标记的传感对象的黑白图像和彩色图像，IMU传感数据包括携带时间标记的传感对象的角速度和加速度值。

在其中一个实施例中，携带时间标记的同步传感数据包括携带时间标记的传感数据，以及携带时间标记的组合传感数据，携带时间标记的组合传感数据由携带时间标记的传感数据组合得到。

具体的，同步传感数据上携带的时间标记与传感数据上携带的时间标记相同，组合传感数据上携带的时间标记也与传感数据上携带的时间标记相同。组合传感数据可以由各传感器模块中的任意两个传感器模块的传感数据组合而成，也可以由各传感器模块中的任意三个传感器模块的传感数据组合而成。常用的组合传感数据包括RGB-D点云数据和当前位姿数据等，同步传感数据应用领域包括但不限于：智能驾驶，智能家居，三维重建，数字地球，城市规划，防灾减灾，海洋测绘等等。

举例说明，处理器接收到携带10:00的时间标记激光雷达模块输出的32线 3D点云阵列数据和摄像头模块输出的彩色图像数据，以及携带10:01的时间标记激光雷达模块输出的32线3D点云阵列数据和摄像头模块输出的彩色图像数据，处理器根据传感数据上的时间标记，将携带10:00时间标记的32线3D点云阵列数据和彩色图像数据组合在一起，将携带10:01时间标记的32线3D点云阵列数据和彩色图像数据组合在一起，并在输出原始传感数据的同时，组合两类传感器模块的传感数据，生成RGBD点云数据并输出。

在其中一个实施例中，时钟模块为GPS时钟模块。

具体的，GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航***，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了数字经济的发展。如图3所示，当时钟模块为GPS时钟模块时，以GPS的时间作为时间轴，三个传感器的触发信号在时间上对齐，即某个时间点对三个传感器同时驱动，然后按照固定驱动频率对三个传感器进行分别驱动，即每隔一段时间，就会再次出现两个或三个传感器同时被驱动的情况，此时间间隔由m和n控制，用户可根据需要自行调节。

一种移动机器人，包括移动机器人本体400以及数据同步的传感装置；

数据同步的传感装置设置于移动机器人本体400。

具体的，移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合***。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。

在其中一个实施例中，如图4所示，移动机器人还包括处理模块500，处理模块500与处理器100相连接。

具体的，处理模块500指的是对处理器100生成的携带时间标记的同步传感数据进行处理的模块，携带时间标记的同步传感数据经过不同的处理模块 500，能快速、高效、方便地解决姿态估计、关键物体检测、场景分割，3D稠密重建等关键问题。

在其中一个实施例中，如图5所示，处理模块500包括位姿计算模块502、物体检测模块504、场景分割模块506和场景重建模块508；

位姿计算模块502与处理器100相连接、物体检测模块504与处理器100 相连接、场景分割模块506与处理器100相连接和场景重建模块508与处理器 100相连接。

具体的，位姿计算模块502指的是可输出传感对象的实时位姿的模块，物体检测模块504指的是可输出场景中的关键物体信息的模块，场景分割模块506 指的是可输出场景分割相关信息的模块，场景重建模块508指的是可输出3D场景的模块。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种数据同步的传感装置，其特征在于，包括根据预设的驱动频率输出驱动信息的时钟模块、输出携带时间标记的传感数据的传感器模组和识别传感数据携带的时间标记、并组合传感数据的处理器，所述传感器模组包括至少两个传感器模块；

所述处理器与所述传感器模组中的各传感器模块相连接，所述时钟模块与所述传感器模组中的各传感器模块相连接。

2.根据权利要求1所述的数据同步的传感装置，其特征在于，所述传感器模组包括激光雷达模块、摄像头模块和IMU模块。

3.根据权利要求2所述的数据同步的传感装置，其特征在于，各所述传感器模块的驱动频率不同。

4.根据权利要求1所述的数据同步的传感装置，其特征在于，所述时间标记的精度等于或小于毫秒级。

5.根据权利要求1所述的数据同步的传感装置，其特征在于，所述传感数据包括激光雷达传感数据、摄像头传感数据和IMU传感数据。

6.根据权利要求1所述的数据同步的传感装置，其特征在于，所述携带时间标记的同步传感数据包括所述携带时间标记的传感数据，以及携带时间标记的组合传感数据，所述携带时间标记的组合传感数据由所述携带时间标记的传感数据组合得到。

7.根据权利要求1所述的数据同步的传感装置，其特征在于，所述时钟模块为GPS时钟模块。

8.一种移动机器人，其特征在于，包括移动机器人本体以及如权利要求1-7任一项所述的数据同步的传感装置；

所述数据同步的传感装置设置于所述移动机器人本体。

9.根据权利要求8所述的移动机器人，其特征在于，还包括处理模块，所述处理模块与所述处理器相连接。

10.根据权利要求9所述的移动机器人，其特征在于，所述处理模块包括位姿计算模块、物体检测模块、场景分割模块和场景重建模块；

所述位姿计算模块与所述处理器相连接、所述物体检测模块与所述处理器相连接、所述场景分割模块与所述处理器相连接和所述场景重建模块与所述处理器相连接。