[发明专利]一种一体式无人运动平台环境理解系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环境理解系统，特别涉及一种一体式无人运动平台环境理解系统及其工作方法，属于无人运动平台自主导航领域。

背景技术

无人运动平台在民用、军事、科研等各领域的应用前景日益广阔，环境理解技术是地面无人运动平台实现环境感知、平台定位、路径规划等平台自主导航控制最基本的前提。目前，无人运动平台的研究通常采用多种传感器进行环境感知，以克服传感器的数据可靠性低、有效探测范围小等局限性，根据各个传感器信息在时间或空间的冗余或互补特性进行容错处理，实时正确获取行驶区域目标的形状位置等环境信息。为了获得不同方向的环境信息，需安装多个摄像机检测周围障碍物；同时安装用于水平扫描和垂直扫描两个激光雷达，其中水平扫描激光雷达用于确定凸型障碍物，垂直扫描激光雷达用于估计前方地形高度、凹坑和陡坡等危险地形。由于无人运动平台安装的传感器数量多，环境感知成本高昂，而且分散式的安装使用不方便，布线连接复杂,降低了系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有问题中的上述问题，提出一种集成二维激光雷达、双目视觉、全球定位系统(GPS)接收机的一体式无人运动平台环境理解系统及其工作方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种一体式无人运动平台环境理解系统，包括嵌入式控制系统，其特征在于，还包括传感器扫描驱动装置和环境感知传感器，其中环境感知传感器固定于传感器扫描驱动装置，嵌入式控制系统通过控制线与传感器扫描驱动装置相连，通过数据线与环境感知传感器相连；所述环境感知传感器用于获取一体式无人运动平台周围的环境信息，所述传感器扫描驱动装置用于调整环境感知传感器在水平和俯仰方向的角度，所述嵌入式控制系统用于接收所述环境感知传感器通过数据线传送的环境信息，并对环境信息进行处理后结合路径规划向所述传感器扫描驱动装置发出进一步的运动指令，控制所述传感器扫描驱动装置动作。

作为优选，所述传感器扫描驱动装置包括底座、支架a、支架b、支架c、电机a、电机b、电机c、电机d和电机e，所述环境感知传感器包括二维激光雷达、两个摄像机和GPS接收机；

所述电机a、电机b、电机c、电机d和电机e分别与所述嵌入式控制系统通过控制线相连，在所述嵌入式控制系统的控制下运动；

所述二维激光雷达、两个摄像机和GPS接收机分别与所述嵌入式控制系统通过数据线相连，将获取的环境与位置信息经由数据线传送给所述嵌入式控制系统；

所述二维激光雷达通过所述支架a和所述支架b与所述底座相连，所述电机a安装在所述底座上并与所述支架a相连，所述电机b安装在支架a上并与支架b相连，所述二维激光雷达随同所述电机a和所述电机b的运动相对于所述底座具有水平方向和俯仰方向的自由度；

所述两个摄像机通过所述支架c与所述支架b相连，构成双目视觉，所述支架c与所述电机c相连；所述两个摄像机分别与所述电机d和所述电机e相连，随同所述电机c、所述电机d和所述电机e的运动相对于激光雷达具有水平方向和俯仰方向的自由度；

所述GPS接收机固定于底座上，能够为路径规划提供当前位置信息和目的位置信息。

作为优选，所述底座为封闭壳体结构，顶部加工有连接轴孔，用来与所述支架a通过旋转轴连接；所述底座内腔固定安装GPS和电机a，所述电机a与所述旋转轴相连；

所述支架a为开口向上的U型结构，底部及两侧加工有连接轴孔，底部轴孔用来与所述底座连接、两侧轴孔用来与所述支架b连接，所述支架a通过与所述底座连接的所述旋转轴由所述电机a驱动以所述旋转轴为轴沿水平向旋转；

所述支架b为C型结构，背侧固定有旋转轴、顶部两侧加工有耳轴支座，背侧的旋转轴与所述电机b相连，并通过所述支架a两侧的轴孔与所述支架a连接、顶部的耳轴支座用于与所述支架c连接，所述支架b内截参数与所述二维激光雷达参数相对应，用于将所述二维激光雷达固定安装于所述支架b内，并由所述电机b驱动以旋转轴为轴在支架a中沿俯仰向旋转；

所述支架c为平板结构，在平板上加工有一对对称的连接轴孔，用来与所述两个摄像机通过旋转轴连接，平板底面两侧各固定有一个L形连杆，用于通过所述支架b的耳轴支座与支架b相连，并将两个L形连杆的外端部与所述电机c相连，由所述电机c驱动沿俯仰向旋转；

所述两个摄像机分别通过支架c上的2个连接轴孔与旋转轴的一端相连，旋转轴的另一端分别连接所述电机d和所述电机e，由所述电机d和电机e驱动以各自的旋转轴为轴沿水平向旋转。

作为优选，所述底座为圆台状封闭壳体结构。