CN108705980A - 车辆前轮与摄像头同步转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆前轮与摄像头同步转向系统，通过设置多自由度云台以及安装于该多自由度云台上的摄像头，在车辆转向过程中，车载工控机同步驱动车架转向电机以及摄像头转向电机的转动，实现了二者的初级同步跟随移动；而后，车载工控机通过惯性导航模块实时监测车架姿态，计算在转向过程中相对理想转动角度之间的偏移量，通过多自由度云台实现对该偏移量的实时补偿，以适应恶劣凹凸或湿滑道路，避免了转向过程中摄像头视觉盲区。

Description

车辆前轮与摄像头同步转向系统
技术领域
本发明属于车辆设备技术领域，具体的涉及一种车辆摄像头能跟随转向系统实时调整、同步转向的的车辆前轮与摄像头同步转向系统。
背景技术
由于无人车辆能够代替驾驶员执行“枯燥的、恶劣的、危险的、纵深的”任务，具有机动性强、适应能力和生存能力高、降低人员伤亡风险等诸多优点，因此在军事、民用等方面均拥有广阔的应用前景。例如，可用在火场抢险救灾、战场查勘等。
目前，市面上远程控制无人车辆的导引前进摄像头基本是固定的，在前轮需要转向时，在控制室无法实时探明周围的道路情况，视线容易受到影响，此时便会出现事故的可能。
因此，急需一种控制无人车辆前轮与导引前进的摄像头实时调整同步转向的控制吸入，以能够使得道路周围的路况清楚识别，避免视线盲区。
发明内容
本发明旨在提供一种车辆前轮与摄像头同步转向系统，以解决现有引导前进的摄像头无法跟随车辆前轮转动的问题。
具体方案如下：车辆前轮与摄像头同步转向系统，包括车体子系统：
该车体子系统包括车架，该车架上设有车载工控机以及与该车载工控机连接的惯性导航模块、多自由度云台、车架转向电机以及摄像头模块；
该摄像头模块包括摄像头转向电机以及与该摄像头转向电机传动连接的摄像头，该摄像头设于该多自由度云台上；该车架具有转向组件，该车架转向电机与该转向组件传动连接。
进一步的，该车载工控机用于：控制该摄像头转向电机以及该车架转向电机，以使该摄像头跟随该转向组件移动；通过该惯性导航模块获取车架的姿态偏移数据，后通过该多自由度云台进行实时补偿，使摄像头与转向组件维持同一转向平面。
进一步的，该惯性导航模块包括三轴陀螺仪以及加速度计；该多自由度云台为三自由度云台，其具有航向、俯仰和横滚方向功能补偿自由度，以匹配该三轴陀螺仪的姿态变化角。
进一步的，该多自由度云台安装于该车架上，该摄像头转向电机设于该多自由度云台上，该摄像头设于该摄像头转向电机的输出轴。
进一步的，该车架转向电机以及该摄像头转向电机均为伺服电机，该车载工控机通过两伺服驱动器分别与两该伺服电机相连接，以实现连接该车架转向电机和摄像头模块。
本发明的进一步技术方案为，还包括控制子系统，该控制子系统包括控制工控机，以及包括与该控制工控机连接的显示器、远程踏板以及远程方向盘；
该车载工控机以及该控制工控机均连接有一无线传输模块，并通过两该无线传输模块通讯连接。
其中，该车架上设有路由器，该控制工控机连接有无线网卡，该路由器以及该无线网卡构成了两该无线传输模块，二者通过局域网路或网际网路通讯连接。
有益效果：本发明的车辆前轮与摄像头同步转向系统，通过设置多自由度云台以及安装于该多自由度云台上的摄像头，在车辆转向过程中，车载工控机同步驱动车架转向电机以及摄像头转向电机的转动，实现了二者的初级同步跟随移动；而后，车载工控机通过惯性导航模块实时监测车架姿态，计算在转向过程中相对理想转动角度之间的偏移量，通过多自由度云台实现对该偏移量的实时补偿，以适应恶劣凹凸或湿滑道路，避免了转向过程中摄像头视觉盲区。
附图说明
图1示出了本发明车辆前轮与摄像头同步转向系统结构原理图；
图2示出了本发明实施例车体子系统结构示意图；
图3示出了图2局部放大图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
结合图1所示，该实施例提供了一种车辆前轮与摄像头同步转向系统，其包括车体子系统10以及控制子系统20，该车体子系统10接入网际网络，该控制子系统20也接入网际网络，而后，该控制子系统20与该车体子系统10实现通讯连接，即实现了对整车系统的控制。
再结合图2和图3所示，该车体子系统10包括有一车架11，在该实施例中，该车架11为轮式驱动结构，其前端设有作为转向组件的前轮悬挂模块12，该车架11上还设有一车架转向电机13，该车架转向电机13的输出轴与该前轮悬挂模块12传动连接，进而驱动该前轮悬挂模块12的转向。
该车体子系统10的车架11上设有车载工控机14，该车架11上还以及与该车载工控机14电连接的惯性导航模块15、多自由度云台16以及摄像头模块17，该车架转向电机13也与该车载工控机14相连接。
其中，该多自由度云台16是安装于该车架11的前端，优选的，设于该前轮悬挂模块12的中间位置；该摄像头模块17包括一摄像头转向电机171以及设于该摄像头转向电机171的输出轴上且与其传动连接的摄像头172。
在该实施例中，该摄像头模块17的安装方式为：该摄像头转向电机171设于该多自由度云台16上，进而实现了摄像头172通过该摄像头转向电机171安装于该多自由度云台16上；且复位状态下该摄像头转向电机171的输出轴是竖直于车架11设置的，进而在常规状态下，使摄像头172镜头朝向车架11的前进方向设置，且在该车架11相平行的面上转动，以调整检测方向。
在该实施例中，该车架转向电机13以及该摄像头转向电机171均为伺服电机，该车架11上设有两伺服驱动器，该车载工控机14连接至两该伺服驱动器，进而实现了通过两伺服驱动器分别与两该伺服电机相连接，以实现连接该车架转向电机13和摄像头模块17。
该惯性导航模块15包括一三轴陀螺仪以及一加速度计，以用于检测车架11的姿态数据，该加速度计用于检测车架11的加速度；该多自由度云台为三自由度云台，其具有航向、俯仰和横滚三个方向功能补偿的自由度，以用于匹配该三轴陀螺仪的姿态变化角。
在该实施例中，该车载工控机14的作用为：首先，根据外部的控制指令，控制该摄像头转向电机171以及该车架转向电机13同步适配转动，以使该摄像头172跟随该转向组件，即前轮悬挂模块12，转向移动，确保摄像头172实时捕捉前进方向场景；同时，通过该惯性导航模块15，获取车架11的姿态数据，结合车架转向电机13的转角，得出车架11姿态偏移数据，而后通过该多自由度云台16进行实时补偿，使摄像头172与转向组件，即前轮悬挂模块12维持同一转向平面。
再结合图1所示，该实施例的控制子系统20，其包括设置在远程控制室内的控制工控机，以及包括与该控制工控机电连接的显示器、远程踏板以及远程方向盘。
为实现与车体子系统10的通讯连接，该车架11上设有一具有无线信号收发功能的路由器，该车载工控机14与该路由器通讯连接；同时，该控制工控机还连接有无线网卡，以作为各自的无线传输模块，两者通过TCP/IP协议进行通讯，当然，优选的，二者可通过局域网路或网际网路通讯连接。
该实施例的工作原理为：
车架11的车载工控机14为下位机，其具有PCI卡槽插，有运动控制卡与数据采集卡，分别用于控制前轮转向和后轮驱动的电机，以及采集传各个感器上的信息，在该实施例中，是用于采集惯性导航模块的数据；上位机，即控制工控机，置于远程控制室，两者通过TCP/IP协议进行通讯；
车架11上的摄像头172与惯性导航模块将采集到的数据传回控制工控机，并将图像传回显示屏，控制者转动远程方向盘，前轮悬挂模块12的前轮随之转向起来，而摄像头172根据前轮的转向速度也在转动，优选的，等角速度、同方向转动；
惯性导航模块15包括三自由度陀螺仪和加速度计，陀螺仪获取当前车辆的姿态偏移数据，加速度计获取当前车辆行驶的加速度；而摄像头172安装在三自由度云台上，三自由度云台具有航向、俯仰和横滚方向功能补偿运动，能够匹配陀螺仪的姿态变化角；摄像头172与前轮在路况较差同步转动时，车架11一般不能完全根据前轮的偏转角度移动，其具有相对预定转角的偏移量；三自由度云台需要根据偏移量进行实时补偿，使摄像头172始终与前轮维持在一个稳定的转动平面上，以使控制者便能在控制室看到前轮周围的路况，避免出现视线盲区。
该实施例的技术方案，远程控制无人车由伺服电机代替机械转向，同时在摄像头上加上三自由度云台控制，两者通过一定的速度关系，在控制室转动远程方向盘时实现同步转向，并且惯性导航模块会根据路况实时调整摄像头位置，让摄像头处于一个最适采集图像点的位置，有效的避免视线盲区。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.车辆前轮与摄像头同步转向系统，其特征在于，包括车体子系统：
该车体子系统包括车架，该车架上设有车载工控机以及与该车载工控机连接的惯性导航模块、多自由度云台、车架转向电机以及摄像头模块；
该摄像头模块包括摄像头转向电机以及与该摄像头转向电机传动连接的摄像头，该摄像头设于该多自由度云台上；该车架具有转向组件，该车架转向电机与该转向组件传动连接。
2.根据权利要求1所述的车辆前轮与摄像头同步转向系统，其特征在于，该车载工控机用于：控制该摄像头转向电机以及该车架转向电机，以使该摄像头跟随该转向组件移动；通过该惯性导航模块获取车架的姿态偏移数据，后通过该多自由度云台进行实时补偿，使摄像头与转向组件维持同一转向平面。
3.根据权利要求1所述的车辆前轮与摄像头同步转向系统，其特征在于：该惯性导航模块包括三轴陀螺仪以及加速度计；该多自由度云台为三自由度云台，其具有航向、俯仰和横滚方向功能补偿自由度，以匹配该三轴陀螺仪的姿态变化角。
4.根据权利要求1所述的车辆前轮与摄像头同步转向系统，其特征在于：该多自由度云台安装于该车架上，该摄像头转向电机设于该多自由度云台上，该摄像头设于该摄像头转向电机的输出轴。
5.根据权利要求1所述的车辆前轮与摄像头同步转向系统，其特征在于：该车架转向电机以及该摄像头转向电机均为伺服电机，该车载工控机通过两伺服驱动器分别与两该伺服电机相连接，以实现连接该车架转向电机和摄像头模块。
6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的车辆前轮与摄像头同步转向系统，其特征在于：还包括控制子系统，该控制子系统包括控制工控机，以及包括与该控制工控机连接的显示器、远程踏板以及远程方向盘；
该车载工控机以及该控制工控机均连接有一无线传输模块，并通过两该无线传输模块通讯连接。
7.根据权利要求6所述的车辆前轮与摄像头同步转向系统，其特征在于：该车架上设有路由器，该控制工控机连接有无线网卡，该路由器以及该无线网卡构成了两该无线传输模块，二者通过局域网路或网际网路通讯连接。
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