一种用于无人驾驶的四自由度三维激光雷达传感装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于无人驾驶的四自由度三维激光雷达传感装置，包括车架模块、四自由度三维激光雷达模块、电源模块和控制模块。所述车架模块用于执行智能驾驶指令；所述电源模块用于为控制模块供电；所述控制模块用于接收信号并发出控制指令；所述四自由度三维激光雷达模块采用滚珠丝杆螺母传动，使得传感装置可横向和纵向自由移动，实现了对车身四周复杂环境的实时检测，并采用前后差动升降臂，使得三维激光雷达收发器可根据道路坡度实时调整俯仰角度，为无人车及时避障提供关键信息。同时利用过度空间坐标法将四自由度三维激光雷达与车体进行动态联合标定，显著提高了信息标定效率。本实用新型专利技术的传感装置可以对复杂环境进行精准地、实时地检测，大大提高了无人驾驶汽车的安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无人驾驶的四自由度三维激光雷达传感装置
本技术涉及一种无人驾驶汽车装用的雷达传感装置，尤其是一种四自由度的三维激光雷达传感装置，属于智能传感

技术介绍
环境感知是实现无人驾驶的核心技术之一，用于基于自身行驶性能和共识规则，能够实时、可靠、准确地识别并规划出可保证车辆规范、安全、迅速到达目的地的行驶路径。其中，三维激光雷达是基于激光雷达获取车辆周边环境二维或三维距离信息，通过距离分析识别技术对行驶环境进行感知。其对障碍物检测的精准性和实时性直接影响到无人驾驶系统能否及时地制定正确的车辆路径规划，使无人驾驶汽车达到安全可靠。三维激光雷达的安装位置及其俯仰角等外部因素都会使三维激光雷达的精度受到一定程度的干扰，从而影响无人驾驶汽车的安全性。中国专利授权公告号CN104636763B公开了“一种基于无人驾驶车的道路与障碍物检测方法”，该方法采用四线激光雷达作为距离传感器，根据路面上各个数据点在其不同检测层上的位置关系，在安全行驶的区域中计算路面的坡度信息，但其后期数据处理的算法过于复杂，且其采用的传统三维激光雷达传感器与车体之间是固定连接的，传感器在车身上的位姿是不变的，无法完成对车身周围环境的实时检测。中国专利公开号CN105699985A公开了“一种单线激光雷达装置”，该装置包括雷达安装装置、单线激光雷达和载体架，共设有七条单线激光雷达，均布于无人车车身四周。但恰恰由于其设置的激光雷达传感器数量过多，致使多传感器之间的信息融合就显得十分繁杂。为了在不显著增加多传感器信息融合和数据处理算法的复杂性的前提下，能够进一步提高三维激光雷达在车辆行驶过程中对障碍物检测的精度和实时性，实现无人驾驶汽车在复杂的交通环境下的安全行驶，本技术将传统的三维激光雷达进行机械结构优化设计，提出了一种用于无人驾驶的四自由度三维激光雷达传感装置，大大提高了无人驾驶汽车的安全性和可靠性。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种在复杂交通环境下能安全行驶的无人驾驶车辆障碍物检测装置，具备对障碍物检测精度高、实时性强的优点，解决了无人驾驶汽车在进行左右拐弯，或左拐返回，或攀爬山路上下坡，以及行驶在非结构化的越野道路上等复杂的交通环境下时，如果对车辆前方或两侧的障碍物的检测不准确、不及时，将会导致无人驾驶系统做出错误的路径规划，从而引发意外的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种用于无人驾驶的四自由度三维激光雷达传感装置。本技术可分为四大模块，分别是车架模块、四自由度三维激光雷达模块、电源模块和控制模块。所述车架模块包括车身、前导向轮和后驱动轮组成。所述车身底部安装有四个车轮，两个驱动轮安装在后部，用于驱动无人车行驶，两个导向轮安装在前面，用于无人车的转向。该方案具备较好的稳定性、动力性和制动性。对于无人驾驶汽车而言，能够行驶平稳，制动性能好，凸显驾驶安全性是非常重要的一项性能指标。所述四自由度三维激光雷达模块包括轴承座、纵向滚珠丝杆、纵移桩、横移电机、滚动轴承、三维激光雷达传感装置、横向滚珠丝杆、纵移电机。所述纵移电机分左右两个，分别与左右两根纵向滚珠丝杆相连接，带动左右两根纵向滚珠丝杆同步转动，实现三维激光雷达传感装置的平稳纵向移动。所述三维激光雷达传感装置安装在横向滚珠丝杆上，包括三维激光雷达收发器、前升降臂、前臂槽、前升降电机、旋转电机、底座、后升降臂、后臂槽、后升降电机、旋转盘、圆筒螺母、移动三角架。所述三维激光雷达收发器固定在前、后升降臂上，用于发射和接收激光雷达信号，通过旋转扫描的方式来获取数据，感知无人车周围的环境；所述前、后升降臂的底部分别于前、后臂槽旋转连接；所述前、后臂槽都固定在旋转盘上；所述前、后升降电机通过联轴器分别与前、后升降臂连接，并固定在旋转盘上。所述前升降电机和后升降电机采用差动启动与制动，当三维激光雷达收发器的仰角需要增大时，可通过只启动前升降电机，带动前升降臂逆时针旋转，使得三维激光雷达收发器的前端抬起，仰角增大；当三维激光雷达收发器的俯角需要增大时，可通过只启动后升降电机，带动后升降臂逆时针旋转，使得三维激光雷达收发器的后端抬起，俯角增大，可以根据道路实际复杂性，调整三维激光雷达收发器在竖直方向的扫描范围。所述底座内装有丝杆圆筒螺母，与横向滚珠丝杆配合传动，实现三维激光雷达传感装置的横向移动；所述旋转电机固定在底座上，旋转电机驱动，齿轮传动，通过键连接带动旋转盘转动，从而实现三维激光雷达收发器的360°旋转扫描；所述移动三角架支撑起整个三维激光雷达传感装置的重量，用于快速、灵活地移动传感装置；所述横向滚珠丝杆的两端通过套有滚动轴承与左右两纵向同步移动纵移桩相连；所述纵向同步移动纵移桩安装在左右两根纵向滚珠丝杆上，左右两根纵向滚珠丝杆同步转动带动纵移桩纵向同步移动；所述左右两根纵向滚珠丝杆两端通过套有滚动轴承安装在轴承座上；所述轴承座共四个均固定于车身顶部。所述电源模块用于对控制模块进行供电，使控制模块能够有效地对四自由度三维激光雷达模块和无人车的行驶状态进行智能控制。所述控制模块由四部分组成，分别是信号接收装置、控制三维激光雷达传感装置中各电机启停的驱动装置、控制无人车的行驶状态的命令输出装置、中央处理器。所述信号接收装置用于接收无人车上所用的各种传感器传来的电信号，并将此电信号进行放大和转换后传输给中央处理器；控制三维激光雷达传感装置中各电机启停的驱动装置用于接收来自中央处理器的控制信号，拨动弹簧触点，接通驱动电路，实现对不同电机的启动和制动控制；所述控制无人车的行驶状态的命令输出装置在接收到来自中央处理器的控制信号后，将此信号进行转换并放大，然后传输给前、后车轮装置，达到控制后轮的加速和减速以及前轮变向的要求；所述中央处理器负责接收来自信号接收装置输入的电信号，根据内置算法程序，输出对各部分的控制电信号，并将信号进行记录和存储。本技术的有益效果：采用了滚珠丝杆螺母传动，实现了三维激光雷达装置的横向和纵向两个方向的移动，使得三维激光雷达可以对车身四周的复杂环境进行实时的检测；采用前后差动升降臂，可以调整三维激光雷达收发器俯仰角度，实现三维激光雷达收发器根据道路坡度调整收发激光雷达，实时准确地检测环境；采用过度空间坐标法将四自由度三维激光雷达与车体进行动态联合标定，使传感装置在不同位置和不同状态下检测到的障碍信息能够转换到以车身中心为原点的空间坐标系中，从而实现三维激光雷达数据与无人车系统的统一。整个四自由度三维激光雷达传感装置对复杂环境的精准地、实时地检测可以大大提高了无人驾驶汽车的安全性和可靠性。附图说明图1为装有四自由度三维激光雷达传感装置的无人车整体结构示意图图2为四自由度三维激光雷达传感装置结构示意图图3为无人车控制模块框图图4为无人车准备左拐调头时避障场景图图5为无人车在上下坡时避障场景图图6为无人车在未知环境下的行驶状态控制算法流程框图图中，1-车身；2-轴承座；3-纵向滚珠丝杆；4-纵移桩；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无人驾驶的四自由度三维激光雷达传感装置，包括四大模块，分别是车架模块、电源模块、控制模块和四自由度三维激光雷达模块，/n其特征在于：/n所述电源模块用于为控制模块运行供电；/n所述控制模块同时控制车架模块和四自由度三维激光雷达模块；/n所述四自由度三维激光雷达模块中的前升降电机(17)和后升降电机(22)采用差动启动与制动，当三维激光雷达收发器(14)的仰角需要增大时，控制模块可通过控制只启动前升降电机(17)，带动前升降臂(15)逆时针旋转，使得三维激光雷达收发器(14)的前端抬起，仰角增大；当三维激光雷达收发器(14)的俯角需要增大时，控制模块可通过控制只启动后升降电机(22)，带动后升降臂(20)逆时针旋转，使得三维激光雷达收发器(14)的后端抬起，俯角增大，可以根据道路实际复杂性，调整三维激光雷达收发器(14)在竖直方向的扫描范围；/n所述四自由度三维激光雷达模块中的纵移电机(11)分别通过联轴器-减速器-联轴器与左右两根纵向滚珠丝杆(3)相连接，要求左右两个纵移电机(11)能够同步启动与制动，且转速一致，从而实现三维激光雷达传感装置(7)的平稳纵向移动；/n所述四自由度三维激光雷达模块中的横移电机(5)固定在右侧的纵移桩(4)上，通过联轴器-减速器-联轴器与横向滚珠丝杆(8)相连，横移电机(5)正反转带动横向滚珠丝杆(8)顺逆时针转动，四自由度三维激光雷达模块中的底座(19)内固定的丝杆圆筒螺母(24)与横向滚珠丝杆(8)配合传动，实现三维激光雷达传感装置(7)的左右横向移动。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于无人驾驶的四自由度三维激光雷达传感装置，包括四大模块，分别是车架模块、电源模块、控制模块和四自由度三维激光雷达模块，
其特征在于：
所述电源模块用于为控制模块运行供电；
所述控制模块同时控制车架模块和四自由度三维激光雷达模块；
所述四自由度三维激光雷达模块中的前升降电机(17)和后升降电机(22)采用差动启动与制动，当三维激光雷达收发器(14)的仰角需要增大时，控制模块可通过控制只启动前升降电机(17)，带动前升降臂(15)逆时针旋转，使得三维激光雷达收发器(14)的前端抬起，仰角增大；当三维激光雷达收发器(14)的俯角需要增大时，控制模块可通过控制只启动后升降电机(22)，带动后升降臂(20)逆时针旋转，使得三维激光雷达收发器(14)的后端抬起，俯角增大，可以根据道路实际复杂性，调整三维激光雷达收发器(14)在竖直方向的扫描范围；
所述四自由度三维激光雷达模块中的纵移电机(11)分别通过联轴器-减速器-联轴器与左右两根纵向滚珠丝杆(3)相连接，要求左右两个纵移电机(11)能够同步启动与制动，且转速一致，从而实现三维激光雷达传感装置(7)的平稳纵向移动；
所述四自由度三维激光雷达模块中的横移电机(5)固定在右侧的纵移桩(4)上，通过联轴器-减速器-联轴器与横向滚珠丝杆(8)相连，横移电机(5)正反转带动横向滚珠丝杆(8)顺逆时针转动，四自由度三维激光雷达模块中的底座(19)内固定的丝杆圆筒螺母(24)与横向滚珠丝杆(8)配合传动，实现三维激光雷达传感装置(7)的左右横向移动。


2.根据权利要求1所述的一种用于无人驾驶的四自由度三维激光雷达传感装置，其特征在于，所述车架模块包括车身(1)、前导向轮(13)和后驱动轮(12)组成，用于执行由控制模块发出的智能驾驶指令...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈齐平，谢银飞，邵昊，陈立伟，万锐，刘权，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：新型
国别省市：江西;36