CN209215580U - 标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置及测量*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置和测量***。测量装置包括：支撑杆，垂直于地面设置，其一端固定于地面；伸缩杆，其一端与支撑杆的另一端固定连接并且沿水平面延伸；第一电机，耦接至支撑杆，其驱动支撑杆以预定角度旋转以使得伸缩杆以预定角度定向；伸缩组件，设置于伸缩杆上，其使能伸缩杆伸缩以调整伸缩杆的长度；以及目标物，其作为超声波传感器在标定探测包络时所测量的标定对象，通过刚性悬挂装置悬吊于伸缩杆的另一端。本实用新型还提供相应的包含超声波传感器的主测量装置，与辅助测量装置配合实现该超声波传感器的探测包络标定，大幅提高了标定多个超声波传感器的效率，降低了标定时间。

Description

标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置及测量***

技术领域

本实用新型总体上涉及数据处理领域，具体涉及标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置及测量***。

背景技术

超声波传感器在各领域中得到广泛应用。例如在自动驾驶中，超声波传感器起着非常重要的作用，自动驾驶车辆基于超声波传感器的测量来感知周围的环境。探测包络是超声波传感器的一个重要参数，其表征超声波传感器的可信探测范围。

各种场景下超声波传感器的应用需要准确的探测包络参数，但目前对于测量超声波传感器的探测包络通常是人工在需要测量的位置放置测试杆，通过观察超声波传感器的信号来判断在该位置是否检测到测试杆，进而最终得到超声波传感器的探测包络。

现有的方法不仅费时费力，而且存在人为误差，也无法满足测试精度的要求。期望的是，提供一种能够智能高效地标定超声波传感器探测包络的技术方案。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的实施例提供标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置及测量***，实现更为高效、精准，鲁棒性更强的超声波传感器包络标定。

在本实用新型的第一方面，提供一种标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置。该辅助测量装置包括：支撑杆，垂直于地面设置，其一端固定于地面；伸缩杆，其一端与支撑杆的另一端固定连接并且沿水平面延伸；第一电机，耦接至支撑杆，其驱动支撑杆以预定角度旋转以使得伸缩杆以预定角度定向；伸缩组件，设置于伸缩杆上，其使能伸缩杆伸缩以调整伸缩杆的长度；以及目标物，其作为超声波传感器在标定探测包络时所测量的标定对象，通过刚性悬挂装置悬吊于伸缩杆的另一端。

在某些实施例中，辅助测量装置还包括第二电机，第二电机驱动伸缩组件以预定长度伸缩伸缩杆。

在某些实施例中，辅助测量装置还包括控制器，控制器与第一电机和第二电机连接，其基于计算得到的伸缩杆的转向参数控制第一电机的操作，并且基于计算得到的伸缩杆的伸缩参数控制第二电机的操作。

在某些实施例中，伸缩杆为套接管，伸缩组件包括齿轮和制动器，制动器通过齿轮与第二电机耦接，以通过第二电机的正反转驱动套接管伸缩。

在某些实施例中，辅助测量装置还包括第一通讯模块，与控制器连接，其接收来自主测量装置的配置信息，主测量装置包括超声波传感器，并且控制器解析配置信息以得到转向参数和伸缩参数。

在某些实施例中，刚性悬挂装置包括夹持目标物的夹持部件，或者包括卡扣目标物的卡扣部件；目标物被刚性悬挂装置与地面垂直地悬吊。

在本实用新型的第二方面，提供一种标定超声波传感器探测包络的测量***，包括如本实用新型第一方面所描述的辅助测量装置以及主测量装置，主测量装置包括：待标定探测包络的至少一个超声波传感器；激光雷达，设置于与至少一个超声波传感器等高位置，充当固定于地面上的定位尺来辅助标定；以及测量处理装置，耦合至至少一个超声波传感器和激光雷达，其基于辅助测量装置的自主行进而对至少一个超声波传感器进行探测包络标定。

在某些实施例中，主测量装置还包括第二通讯模块，其向辅助测量装置传输配置信息。

本实用新型的实施例提出的标定超声波传感器探测包络的方案，可以同时标定多个超声波传感器，大幅提高了效率，降低标定时间。同时，利用合理地设置***工作参数，例如目标物的移动速度、停留时间、探测信号的各种阈值等，提升了检测结果准确性，减少了误差。此外，使用激光雷达测量实际位置，使得标定更为精确。

附图说明

图1示出根据本实用新型的一个实施例的标定超声波传感器探测包络的***的示意性俯视框图；

图2示出根据本实用新型的一个实施例的辅助测量装置的控制部分的示意性框图；

图3示出根据本实用新型的一个实施例的辅助测量装置的控制部分的测量参数关系的示意图；以及

图4示出根据本实用新型的一个实施例的标定超声波传感器探测包络的方法的流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本实用新型并不局限于附图和以下实施例。

如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。

如前所述，目前对于测量超声波传感器探测包络通常采用人工定点，一般检测单个超声波传感器就已经很耗时，而在多个超声波传感器的应用场景中则需要更久。例如，在自动驾驶车辆中通常会设置多个超声波传感器，不仅需要直接测量每个超声波传感器的探测包络，还需要确定超声波传感器之间间接测量的探测包络。尤其在产业应用中，批量车辆同样需要准确标定每个超声波传感器的探测包络。

本实用新型的实施例提供的技术方案可有效解决现有技术中的问题，高效准确快速地标定超声波传感器的探测包络。下面结合附图对本实用新型实施例作进一步描述。

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的标定超声波传感器探测包络的测量***100 的示意性俯视框图。如图所示，测量***100包括待标定超声波传感器探测包络的装置110 (称之为主测量装置)以及用来辅助标定的装置120(称之为辅助测量装置)。在一个具体应用中，例如，装置110可以是具有自动驾驶功能的车辆，其包括多个超声波传感器(例如111 和112)、激光雷达113以及测量处理装置114等等。

根据本实用新型的实施例，在装置110中安装有激光雷达113，相较于超声波传感器，其具有高精度、高分辨率的优势，能够精确定位和探测目标物的位置、运动状态等。采用激光雷达113可以作为标准定位装置来辅助标定，其可以充当固定于地面上的定位尺或是坐标轴。激光雷达113可以设置在与超声波传感器相同高度处。测量处理装置114用于获取超声波传感器111和112以及激光雷达113的信号并进行处理，确定超声波传感器111和112的探测包络。

装置110中还可以包括通讯部件115，实现与装置120的无线通信功能。例如，蓝牙模块或其他近距离通信(NFC)模块。通讯部件115可以与装置120中相应的通讯部件建立通讯链路，传输配置信息、控制指令等。

装置120包括悬吊装置，其固定悬吊有用来标定超声波传感器探测包络的目标物121。目标物121是超声波传感器111和112能够感测的障碍物，通常可以采用标准测试杆，例如φ75mm的PVC管。悬吊装置可以稳定地挂载目标物121到达路径122的预定位置(例如图中的交叉点)，以便实现由超声波传感器111和112完成的探测包络标定。装置120的具体结构将在下文描述。在标定开始前，装置110需要设定所需标定的超声波传感器。在一个实施例中，例如在车辆前方测量，则需要设置开启车辆前方的例如四个超声波传感器(分别记为FOR、 FCR、FCL、FOL)自身测量以及FOR-FCR、FCR-FCL、FOL-FCL三个间接测量的信息。装置110 (或测量处理装置114)和装置120可以配合地设置悬吊装置移动的距离和停留时间等参数。

如图1所示，目标物121随悬吊装置在超声波传感器111和112前方的拟包络范围内沿路径122运动，其按照设置参数每隔一段距离停止一定时间。装置110处理此时超声波传感器111和112以及激光雷达113的数据。之后悬吊装置继续前进，重复此过程，直到完成规划的路径。

可以理解，***100仅是示意，为了便于描述本公开的实施例，未具体示出和描述装置 110的其他部件，以免不必要地模糊本实用新型实施例的方面。此外，测量处理装置114在***100中被示出为在装置110内，但其在物理上可以被独立布置。

下面结合图1进一步描述根据本实用新型的一个实施例的测量装置120的具体结构。在本实施例中，悬吊装置包括垂直于地面设置的支撑杆123，其一端可以通过基座124或其他合适的方式固定于地面。伸缩杆125的一端通过连接部件126与支撑杆123的另一端固定连接，并且沿水平方向延伸。

支撑杆123耦接至第一电机127，被第一电机127驱动以预定角度旋转，进而以使得伸缩杆125以预定角度定向。伸缩杆125上还设置有伸缩组件128，其使能伸缩杆125伸缩以调整伸缩杆125的长度。

在一个实施例中，伸缩杆125可以实现为伸缩套管，伸缩组件128包括齿轮、制动器等部件，制动器通过齿轮与第二电机129耦接，以通过第二电机129的正反转驱动套接管伸缩，从而调整伸缩杆125的长度。以此方式，伸缩杆125能够挂载目标物121到达路径122的各个位置。

作为超声波传感器在标定探测包络时所测量的标定对象的目标物121通过刚性悬挂装置 130悬吊于伸缩杆125的另一端，使得目标物121在随伸缩装置移动过程中保持稳定并且垂直于地面。刚性悬挂装置130可以包括夹持部件，例如由连接杆和卡钳组成。刚性悬挂装置 130也可以采用卡扣部件，将目标物121牢固地向下悬挂在伸缩杆125一端。夹持部件或卡扣部件的尺寸配合目标物121的外径设置。

为了使超声波传感器111和112有效测量，伸缩杆125离地面需要足够距离，较佳地，高于2米。根据实际情况设置刚性悬挂装置130的长度，使得刚性悬挂装置130和伸缩杆125 不影响超声波传感器111和112对目标物121的测量，以有利于装置110的超声波传感器111 和112能够在不引起检测误判的情况下探测目标物121。

装置120还包括通讯模块(图中未示出)，其可以是近距离通信(NFC)模块，例如蓝牙模块等，也可以提供有线通信功能和外接接口。通讯模块可以与装置110通信，也可以与其他设备进行通信，接收配置信息、指令，回传数据等。通讯模块可以布置在装置120的任何合适位置。

此外，测量装置120还可以包括对准装置(未示出)，其可以辅助测量装置120判断目标物121是否位于路径122所示的交叉点处。在一个实施例中，路径122被明显显示在待测区域，目标物121底部可以设置有图像采集装置，其采集目标物121下方的路径图像，并传递给测量装置120的控制部分，以便进一步准确配合测量装置110的测量过程。

可以理解，图1中所示的装置120仅是示意，为了便于描述本公开的实施例，未具体示出和描述装置120的其他部件，以免不必要地模糊本实用新型实施例的方面。

图2示出了测量装置120的控制部分200的示意性框图。如图所示，控制部分200包括控制器210，其分别耦接至第一电机127、第二电机129和通讯模块220。控制部分200还可以包括存储器(未示出)，其存储各种控制参数。

控制器210可以是微处理器等器件，其可以从通讯模块220接收来自装置110或者其他装置的配置参数并进行解析。配置参数包括悬吊装置的行进路线图、操作间隔时长T1、停留时长T2等，其中行进路线图可以如图1中路径122所示，悬吊装置将以预定操作间隔时长 T1操作目标物到达各个交叉点位，并在每个交叉点位停留预定时间T2。

控制器210根据配置参数控制第一电机127的操作，使得第一电机127驱动支撑杆123 转动，由此伸缩杆125随着支撑杆123的转动而定向到特定方向。控制器210还根据配置参数控制第二电机129的操作，使得第二电机129驱动伸缩部件128，以调整伸缩杆125的长度。以此方式，目标物121随着悬吊装置沿路径122移动到特定位置并停留，以配合装置110的测量过程。

图3示出了根据本实用新型的一个实施例的测量装置120的测量参数关系300的示意图。预先设置的测量路径122可以装载到测量装置110和测量装置120中，测量装置120的控制器210根据路径122确定各个测量点位处第一电机127和第二电机129的控制参数。如图所示，控制器210计算出各个点位处伸缩杆125与坐标轴y轴之间的夹角a，并基于夹角a计算出在各个点位处支撑杆123的转动量。控制器210还计算各个点位处伸缩杆125的长度d，并基于距离d计算出在各个点位处伸缩组件128的伸缩量。

在控制目标物121移动的过程中，控制器210以第一转动量控制第一电机127驱动支撑杆123转动，伸缩杆125以角度a定向到第一点位。控制器210以第一伸缩量控制第二电机 129驱动伸缩组件128，伸缩杆125以距离d伸缩，从而到达第一点位处。该到达第一点位处的过程在预定的操作间隔时长T1内完成，然后在第一点位处停留T2时长。然后，控制器210 控制悬吊装置在操作间隔时长T1内达到下一点位，并在下一点位处停留T2时长。以此方式，完成各个测量点位处的测量配合过程。

下面以***100为例描述标定超声波传感器111和112的探测包络的过程。

图4示出根据本实用新型的一个实施例的标定超声波传感器探测包络的方法400的流程图，方法400可以在装置110处(例如测量处理装置114)实现。

在410，当辅助测量装置处的目标物沿预定路径到达第一预定位置时，从主测量装置处的第一超声波传感器获取有关目标物的检测信息。在一个实施例中，在***100中，预定路径122上设置有多个预定位置，在这些预定位置处，装置120处的目标物121会停止一段时间。

在一个实施例中，装置120预先通过装置110或者其他设备被配置，控制器210按照设置的路径、速度等控制目标物121运动并在预定位置处停留。

当目标物121随着移动的伸缩杆125沿着预定路径122到达某一预定位置时，装置110 获取超声波传感器111的检测信息。装置110已知装置120的设置信息，其基于目标物将处于多个预定位置的时间信息，可以确定目标物是否到达第一预定位置。进一步地，由于超声波传感器111发出超声波信号，该信号将经过障碍物即目标物121的反射。此时，装置110获取超声波传感器111检测接收到自身的回波信号的信息。

在420，基于检测信息，确定第一超声波传感器是否检测到目标物。在一个实施例中，可以根据超声波传感器111所检测到的回波信号的强度和/或持续时间来判断其是否检测到目标物121。

在430，如果第一超声波传感器检测到目标物，则获取主测量装置处的激光雷达所获取的目标物的位置信息。此时，装置110记录保存激光雷达113所得到的目标物121的实际位置。

在440，基于目标物的位置信息，确定第一超声波传感器的探测包络。在一个实施例中，装置110将目标物121的位置信息转换为超声波传感器111视角的预定位置的坐标，以便标记超声波传感器111的探测包络。当确定超声波传感器111探测到预定位置处的目标物121 时，装置110将对应的坐标标记为超声波传感器111的探测包络的一部分。可以理解，对目标物121的实际位置到超声波传感器111视角的坐标位置的转换也可以在目标物121完成所有路径之后，在绘制包络图的过程中转化为超声波传感器111的坐标。

目标物121随着伸缩杆125的移动达到下一预定位置，装置110按照方法400可以确定是否记录保存目标物121处于该预定位置处的位置信息。移动装置121继续完成预定路径，装置110重复上述过程，进而绘制得到超声波传感器111的探测包络。

在上述过程中，装置110中的各个超声波传感器绘制包络线是相互独立的。例如，以车辆前方标定为例，所有预定点位测试完毕之后，可以得到各个超声波传感器的探测包络。与此同时，根据本实用新型的实施例，装置110还可以确定多个超声波传感器间接测量的包络。

在一个实施例中，超声波传感器111还检测针对超声波传感器112的回波信号，以确定间接测量探测包络。具体而言，这种间接测量是当第一超声波传感器111发出信号遇到目标物121之后返回并由超声波传感器112接收回波信号。同样地，装置110基于针对该回波信号的检测信息，可以确定目标物是否被检测到；并且在确定目标物被检测到时，可以基于目标物的位置信息来确定超声波传感器111与超声波传感器112的间接探测包络。可以理解，当间接测量发生在由超声波传感器112检测针对超声波传感器111的回波信号时，所得到的间接测量探测包络与如上由超声波传感器111检测针对超声波传感器112的回波信号所得包络相同。

在装置110为自动驾驶车辆的应用场景中，当完成车辆前方标定，得到了各个超声波传感器的直接测量和间接测量包络图。车辆前方所有需要标定的超声波传感器就全部完成，然后依次是后方和侧方，即可完成对整辆汽车超声波传感器包络的标定。

本实用新型实施例提出的标定超声波传感器探测包络的方案，可以同时标定多个超声波传感器，大幅提高了效率，降低标定时间。同时，利用合理地设置***工作参数，例如目标物的移动速度、停留时间、探测信号的各种阈值等，提升了检测结果准确性，减少了误差。此外，使用激光雷达测量实际位置，使得标定更为精确。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“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实用新型的至少一个实施例或示例中。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。

以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置，其特征在于，包括：

支撑杆(123)，垂直于地面设置，其一端固定于地面；

伸缩杆(125)，其一端与所述支撑杆(123)的另一端固定连接并且沿水平面延伸；

第一电机(127)，耦接至所述支撑杆(123)，其驱动所述支撑杆(123)以预定角度旋转以使得所述伸缩杆(125)以所述预定角度定向；

伸缩组件(128)，设置于所述伸缩杆(125)上，其使能所述伸缩杆(125)伸缩以调整所述伸缩杆(125)的长度；以及

目标物(121)，其作为超声波传感器(111)在标定探测包络时所测量的标定对象，通过刚性悬挂装置(130)悬吊于所述伸缩杆(125)的另一端。

2.根据权利要求1所述的辅助测量装置，其特征在于，还包括第二电机(129)，所述第二电机(129)驱动所述伸缩组件(128)以预定长度伸缩所述伸缩杆(125)。

3.根据权利要求2所述的辅助测量装置，其特征在于，还包括控制器(210)，所述控制器(210)与所述第一电机(127)和所述第二电机(129)连接，其基于计算得到的所述伸缩杆(125)的转向参数控制所述第一电机(127)的操作，并且基于计算得到的所述伸缩杆(125)的伸缩参数控制所述第二电机(129)的操作。

4.根据权利要求2所述的辅助测量装置，其特征在于，所述伸缩杆(125)为套接管，所述伸缩组件(128)包括齿轮和制动器，所述制动器通过所述齿轮与所述第二电机(129)耦接，以通过所述第二电机(129)的正反转驱动所述套接管伸缩。

5.根据权利要求3所述的辅助测量装置，其特征在于，还包括第一通讯模块(220)，与所述控制器(210)连接，其接收来自主测量装置(110)的配置信息，所述主测量装置(110)包括所述超声波传感器(111)，并且所述控制器(210)解析所述配置信息以得到所述转向参数和所述伸缩参数。

6.根据权利要求1所述的辅助测量装置，其特征在于，所述刚性悬挂装置(130)包括夹持所述目标物的夹持部件，或者包括卡扣所述目标物的卡扣部件；所述目标物被所述刚性悬挂装置(130)与地面垂直地悬吊。

7.一种标定超声波传感器探测包络的测量***，包括如权利要求1-6中任一项所述的辅助测量装置以及主测量装置，其特征在于，所述主测量装置包括：

待标定探测包络的至少一个超声波传感器(111)；

激光雷达(113)，设置于与所述至少一个超声波传感器(111)等高位置，充当固定于地面上的定位尺来辅助标定；以及

测量处理装置(114)，耦合至所述至少一个超声波传感器(111)和所述激光雷达(113)，其基于所述辅助测量装置的自主行进而对所述至少一个超声波传感器(111)进行探测包络标定。

8.根据权利要求7所述的测量***，其特征在于，所述主测量装置还包括第二通讯模块(115)，其向所述辅助测量装置传输所述配置信息。