用于机器人车辆自动驾驶的复合视觉激光导航系统及其控制方法与流程

本发明属于机器人车辆自动驾驶导航系统领域，尤其是一种能够有效实现基于多传感信息对三维环境感知的融合功能、从而提高控制精度的用于机器人车辆自动驾驶的复合视觉激光导航系统及其控制方法。

背景技术：

目前，机器人自动驾驶导航系统，没有融合计算机视觉、超声雷达的机器人自动驾驶激光导航雷达系统，因此无法有效实现基于多传感信息对三维环境感知的融合功能，存在的问题是控制精度低，故障率高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够有效实现基于多传感信息对三维环境感知的融合功能、从而提高控制精度的用于机器人车辆自动驾驶的复合视觉激光导航系统及其控制方法。

本发明的技术方案是：用于机器人车辆自动驾驶的复合视觉激光导航系统，包括机壳(2)，其特征是在所述机壳(2)的上端设置有激光雷达转子(1)，所述激光雷达转子(1)上设置有激光发射器(7)和激光发射时延接收器(8)，在机壳(2)的外侧板上设置有USB高清摄像头(5)和超声测距仪(6)；在机壳(2)的内部设置有激光雷达导航系统嵌入式控制单元和步进电机(4)，所述激光雷达转子(1)的连接轴(3)与通过步进电机(4)与激光雷达导航系统嵌入式控制单元连接，所述USB高清摄像头(5)和超声测距仪(6)分别与激光雷达导航系统嵌入式控制单元连接；

所述激光雷达导航系统嵌入式控制单元由第一嵌入式RISC微处理机(9)和第二嵌入式RISC微处理机(10)组成，其中，第一嵌入式RISC微处理机(9)用于激光雷达转子旋转控制驱动，第二嵌入式RISC微处理机(10)用于实时数据信号处理、图像处理及与下位机的数字通讯，所述第一嵌入式RISC微处理机(9)和第二嵌入式RISC微处理机(10)通过连接插件连接。

所述第一嵌入式RISC微处理机(9)由CPU模块(11)、步进电机控制模块(13)、第一连接插件(14)和第二连接插件(15)组成，所述CPU模块(11)和步进电机控制模块(13)相连，所述和步进电机控制模块(13)通过第一连接插件(14)与步进电机(4)连接；

所述第二嵌入式RISC微处理机(10)由嵌入式RISC微处理机CPU模块(18)、第三连接插件(19)、第四连接插件(20)、第五连接插件(23)、第六连接插件(24)组成，所述嵌入式RISC微处理机CPU模块(18)分别与第三连接插件(19)、第四连接插件(20)、第五连接插件(23)、第六连接插件(24)连接；所述CPU模块(18)含有并行图形图像处理器GPU，第四连接插件(20)用与USB高清摄像头连接，第五连接插件(23)用于连接超声测距仪，第六连接插件(24)用于与下位机数据图像通讯；

所述第一嵌入式RISC微处理机(5)和所述第二嵌入式RISC微处理机(6)通过第二连接插件(15)和第三连接插件(19)连接。

在机壳(2)的侧板上设置有圆形通风散热窗(29)。

在机壳(2)的侧板上设置有电源插口和485数据传输线(33)。

用于机器人车辆自动驾驶的复合视觉激光导航系统的控制方法，其特征是包括下列步骤：

(1)系统上电，启动系统；

(2)同时开启激光导航雷达、计算机视觉、超声测距仪，嵌入式系统读取数据和视频图像；

(3)激光导航雷达测距数据采集并与嵌入式系统内的存储数据表对标；

(4)对标结果与嵌入式系统1通讯，进行数据对比分析，根据分析结果由嵌入式系统1调整控制算法，优化旋转电机角速度；

(5)与下位机进行通讯，确认测距数据质量；

(6)确认数据和图像质量是否达标，如果不达标，进入步骤4；如果达标进入步骤7，否则进入步骤3；

(7)判断是否继续采集数据、图像，如果继续采集，则进入步骤3，否则停止运行，完成运行工作。

本发明的效果是：用于机器人车辆自动驾驶的复合视觉激光导航系统，在机壳(2)的上端设置有激光雷达转子(1)，所述激光雷达转子(1)上设置有激光发射器(7)和激光发射时延接收器(8)，在机壳(2)的外侧板上设置有USB高清摄像头(5)和超声测距仪(6)；在机壳(2)的内部设置有激光雷达导航系统嵌入式控制单元和步进电机(4)，所述激光雷达转子(1)的连接轴(3)与通过步进电机(4)与激光雷达导航系统嵌入式控制单元连接，所述USB高清摄像头(5)和超声测距仪(6)分别与激光雷达导航系统嵌入式控制单元连接。

本发明采用激光雷达与高清摄像头和超声波测距仪集成，其主要功能是实现计算机视觉激光雷达和超声三维环境感知融合功能。同时集合相关的软件算法，能够实现对于动态三维环境感知重建，适于自动驾驶机器人定位运行需要。复合视觉激光导航雷达数据经过定标，特别适于在自动化工厂等环境下使用。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的侧面图；

图3为图本发明USB高清摄像头和超声测距仪安装面板图；

图4为本发明机壳内部结构示意图；

图5为本发明控制单元电路框图；

图6本发明控制流程图。

具体实施方式

图1中，用于机器人车辆自动驾驶的复合视觉激光导航系统，包括机壳2，在机壳2的上端设置有激光雷达转子1，所述激光雷达转子1上设置有激光发射器7和激光发射时延接收器8，在机壳2的外侧板上设置有USB高清摄像头5和超声测距仪6(参见图2、图3)。在机壳2的侧板上设置有圆形通风散热窗29，在机壳2的侧板上设置有电源插口和485数据传输线33。

图2中，25为安装USB高清摄像头和超声测距仪的仪器面板，在安装激光雷达转子部分的USB高清摄像头和超声测距仪的仪器面板上安装USB高清摄像头5和超声测距仪6(参见图3)。USB高清摄像头和超声测距仪与激光雷达导航单元形成了复合视觉激光雷达导航系统功能。

图4中，在机壳2的内部设置有激光雷达导航系统嵌入式控制单元和步进电机4，激光雷达转子1的连接轴3与通过步进电机4与激光雷达导航系统嵌入式控制单元连接，所述USB高清摄像头5和超声测距仪6分别与激光雷达导航系统嵌入式控制单元连接。

激光雷达导航系统嵌入式控制单元由第一嵌入式RISC微处理机9和第二嵌入式RISC微处理机10组成，其中，第一嵌入式RISC微处理机9用于激光雷达转子旋转控制驱动，第二嵌入式RISC微处理机10用于实时数据信号处理、图像处理及与下位机的数字通讯，所述第一嵌入式RISC微处理机9和第二嵌入式RISC微处理机10通过连接插件连接。

图5中，所述第一嵌入式RISC微处理机9由CPU模块11、步进电机控制模块13、第一连接插件14和第二连接插件15组成，所述CPU模块11和步进电机控制模块13相连，所述和步进电机控制模块13通过第一连接插件14与步进电机4连接。CPU 1的输出为3个端点，即output pin 1:GPP output pin,控制电机旋转的方向，pin 2:PWM output输出PWM调制波，其频率和调制占空比(duty cycle)控制电机速度，pin 3:GPP output pin for reset,对于电机控制模块进行重置，3为步进电机控制模块，其输入如前所述来自CPU的3个管脚端点，4为接插件一用于连接控制电机，其输出为4线，即，A+,A-,B+,B-。

所述第二嵌入式RISC微处理机10由嵌入式RISC微处理机CPU模块18、第三连接插件19、第四连接插件20、第五连接插件23、第六连接插件24组成，所述嵌入式RISC微处理机CPU模块18分别与第三连接插件19、第四连接插件20、第五连接插件23、第六连接插件24连接；所述CPU模块18含有并行图形图像处理器GPU，第四连接插件20用与USB高清摄像头连接，第五连接插件23用于连接超声测距仪，第六连接插件24用于与下位机数据图像通讯。

所述第一嵌入式RISC微处理机5和所述第二嵌入式RISC微处理机6通过第二连接插件15和第三连接插件19连接。

图6中，用于机器人车辆自动驾驶的复合视觉激光导航系统的控制方法，包括下列步骤：

(1)系统上电，启动系统；

(2)同时开启激光导航雷达、计算机视觉、超声测距仪，嵌入式系统读取数据和视频图像；

(3)激光导航雷达测距数据采集并与嵌入式系统内的存储数据表对标；

(4)对标结果与嵌入式系统1通讯，进行数据对比分析，根据分析结果由嵌入式系统1调整控制算法，优化旋转电机角速度；

(5)与下位机进行通讯，确认测距数据质量；

(6)确认数据和图像质量是否达标，如果不达标，进入步骤4；如果达标进入步骤7，否则进入步骤3；

(7)判断是否继续采集数据、图像，如果继续采集，则进入步骤3，否则停止运行，完成运行工作。

自动驾驶机器人复合视觉激光导航雷达外观如图一所示。图中1该系统的激光雷达转子部分，含有激光发射器和激光反射时延接收器，2为自行走机器人复合视觉激光雷达导航系统的嵌入式系统单元，3为电源插口和485数据传输线，4为通风散热圆形窗，5为位于自行走机器人复合视觉激光雷达导航系统的嵌入式系统单元上的USB高清摄像头，6为位于自行走机器人复合视觉激光雷达导航系统的嵌入式系统单元上的超声测距仪，7为位于激光雷达转子部分的激光发射器和激光反射时延接收器。