CN110040074A - 无人驾驶车辆导航设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人驾驶车辆导航设备，涉及无人驾驶/自动驾驶技术领域，包括雷达组件、摄像组件、定位导航组件和车顶承载装置，所述雷达组件用于检测车辆外侧的障碍物，所述摄像组件用于采集车辆外侧的图像信息，所述定位导航组件用于检测车辆的位置、姿态和速度；所述雷达组件、所述摄像组件、定位导航组件均安装在所述车顶承载装置上，所述车顶承载装置用于可拆卸地安装在无人驾驶车辆的车顶。

Description

无人驾驶车辆导航设备

技术领域

本发明涉及无人驾驶/自动驾驶技术领域，尤其是涉及一种无人驾驶车辆导航设备。

背景技术

近年来，随着我国经济的迅速发展，汽车已经逐步进入中国普通百姓家庭。汽车的普及和汽车保有量的不断的提高更加凸显了日益恶化的交通拥堵和环境污染等问题，且交通安全事故所造成的人们生命财产安全损失居高不下。而随着计算机、人工智能等技术的不断发展，无人智能汽车技术和系统也逐渐成熟。无人自动驾驶技术的迅速发展将给汽车工业带来新的变革和机会。

无人智能驾驶，是指通过给车辆装备智能软件和多种感应设备，包括雷达、惯性测量单元、全球导航卫星系统天线、全球导航卫星系统接收机以及摄像头等，实现车辆的无人驾驶，安全高效地到达目的地并达到完全消除交通事故。

现有技术传感器固定方案对车体改动及破坏大、安装维护麻烦、对不同车型不具有通用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人驾驶车辆导航设备，以缓解了现有的无人驾驶车辆导航设备对不同车型不具有通用性的技术问题。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供的一种无人驾驶车辆导航设备，包括雷达组件、摄像组件、定位导航组件和车顶承载装置，所述雷达组件用于检测车辆外侧的障碍物，所述摄像组件用于采集车辆外侧的图像信息，所述定位导航组件用于检测车辆的位置、姿态和速度；所述雷达组件、所述摄像组件、定位导航组件均安装在所述车顶承载装置上，所述车顶承载装置用于可拆卸地安装在无人驾驶车辆的车顶。

进一步的，所述雷达组件包括第一雷达，所述第一雷达固定在所述车顶承载装置的顶部居中位置，用于检测车辆四周的障碍物。

进一步的，所述雷达组件包括第二雷达和第三雷达；

所述第二雷达和第三雷达分别固定在车顶承载装置上，且所述第二雷达和第三雷达分别位于所述第一雷达的相对两侧，所述第二雷达和第三雷达的检测方向均与水平面夹角并朝竖直向下方向倾斜，第二雷达用于检测车辆左侧和左前方的障碍物，所述第三雷达用于检测车辆右侧以及右前方的障碍物。

进一步的，所述第一雷达为32线的激光雷达，所述第二雷达和第三雷达为16线激光雷达。

进一步的，所述第二雷达和第三雷达的检测方向均与水平面呈45°夹角。

进一步的，所述摄像组件包括第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头，所述第一摄像头的焦距比所述第二摄像头的焦距长；所述第一摄像头用于观测车辆前方预设距离以外的红绿灯；所述第二摄像头用于观测预设距离以内的红绿灯；所述第三摄像头用于观测车辆前方的环境。

进一步的，所述定位导航组件包括全球导航卫星系统天线、全球导航卫星系统接收机和惯性测量单元；

所述全球导航卫星系统天线固定在所述承载装置的上，用于搜寻和接收全球导航卫星发出的信号；所述全球导航卫星系统接收机与所述全球导航卫星系统天线电连接，用于对所述全球导航卫星系统天线接收的卫星信号进行处理，解算出所述全球导航卫星系统天线的位置和速度信息；所述惯性测量单元用于实时的测量车辆的姿态参数。

进一步的，所述全球导航卫星系统接收机和惯性测量单元集成安装在同一个防水盒内。

进一步的，所述车顶承载装置包括横梁，所述横梁的两端均铰接有钩挂机构，所述钩挂机构包括能够伸缩的钩板，两个所述钩板用于夹持在车顶板的相对两侧边沿。

进一步的，所述钩挂机构包括支撑架，所述钩板安装在所述支撑架上，所述支撑架与所述横梁铰接；

所述车顶承载装置包括与所述支撑架连接的旋转驱动机构，所述旋转驱动机构用于驱动所述钩挂机构转动，以使所述钩板的朝向改变。

进一步的，所述旋转驱动机构包括第一丝杆滑块组件，所述第一丝杆滑块组件包括第一丝杆和第一滑块，所述第一滑块与所述第一丝杆螺纹连接，所述第一丝杆用于驱动所述第一滑块沿所述第一丝杆长度方向运动；

所述第一滑块与所述支撑架的一端抵接，所述第一滑块用于推动所述支撑架旋转。

进一步的，所述支撑架与横梁通过铰接轴连接，所述铰接轴上套接有扭转弹簧，所述扭转弹簧的一端与所述横梁连接，另一端与所述支撑架远离第一滑块的一端连接，所述扭转弹簧用于带动所述支撑架旋转，以使所述支撑架与所述第一滑块抵接。

进一步的，所述钩挂机构包括伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构与所述支撑架固定，所述伸缩驱动机构的活动端与所述钩板连接，用于带动所述钩板进行伸缩运动，以使所述钩板钩紧所述车顶板的侧边沿。

进一步的，所述伸缩驱动机构包括第二丝杆滑块组件，所述第二丝杆滑块组件包括第二丝杆和第二滑块，所述第二滑块与所述第二丝杆螺纹连接，所述第二丝杆用于驱动所述第二滑块沿所述第二丝杆长度方向运动；

所述第二滑块与所述钩板连接，所述第二滑块用于带动所述钩板运动。

进一步的，所述横梁的两端均铰接有弹性垫块，所述弹性垫块用于与车顶面抵接。

进一步的，沿所述横梁的宽度方向，所述横梁的每一端的钩挂机构的数量为多个。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的无人驾驶车辆导航设备，包括雷达组件、摄像组件、定位导航组件和车顶承载装置，所述雷达组件用于检测车辆外侧的障碍物，减少车辆撞击的几率，所述摄像组件用于采集车辆外侧的图像信息，可以采集到红绿灯等信息，实现安全驾驶，所述定位导航组件用于检测车辆的位置、姿态和速度，起到精准导航的作用；所述雷达组件、摄像组件、定位导航组件均安装在所述车顶承载装置上，所述车顶承载装置用于可拆卸地安装在无人驾驶车辆的车顶。使用时，将车顶承载装置安装在车辆的车顶上，不用再一一安装雷达组件、摄像组件、定位导航组件，对车辆改动及破坏小、安装维护方便、对不同车型具有通用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的无人驾驶车辆导航设备的示意图；

图2为本发明实施例提供的无人驾驶车辆导航设备的车顶承载装置的示意图；

图3为图2中A位置的局部放大图；

图4为本发明实施例提供的无人驾驶车辆导航设备的车顶承载装置的俯视图；

图5为图4中B－B方向的剖视图；

图6为图5中D位置的局部放大图；

图7为图4中C－C方向的剖视图；

图8为图7中E位置的局部放大图。

图标：110－主梁；120－连接部；200－钩挂机构；210－支撑架；220－钩板；310－第一丝杆；320－第一滑块；400－扭转弹簧；510－第二丝杆；520－第二滑块；600－弹性垫块；710－第一雷达；720－第二雷达；730－第三雷达；800－摄像组件；900－全球导航卫星系统天线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供的无人驾驶车辆导航设备，包括雷达组件、摄像组件800、定位导航组件和车顶承载装置，雷达组件用于检测车辆外侧的障碍物，减少车辆撞击的几率，摄像组件800用于采集车辆外侧的图像信息，可以采集到红绿灯等信息，实现安全驾驶，定位导航组件用于检测车辆的位置、姿态和速度，起到精准导航的作用；雷达组件、摄像组件800、定位导航组件均安装在车顶承载装置上，车顶承载装置用于可拆卸地安装在无人驾驶车辆的车顶。使用时，将车顶承载装置安装在车辆的车顶上，不用再一一安装雷达组件、摄像组件800、定位导航组件，对车辆改动及破坏小、安装维护方便、对不同车型具有通用性。

雷达组件包括第一雷达710，第一雷达710可以为32线的激光雷达，第一雷达710可以通过定位销和螺栓固定安装在车顶承载装置的顶部居中位置，用于检测车辆四周的障碍物。

雷达组件包括第二雷达720和第三雷达730，用于补偿第一雷达710的检测盲区；第二雷达720和第三雷达730分别固定在车顶承载装置上，且第二雷达720和第三雷达730分别位于第一雷达710的相对两侧，优选为对称地设置在第一雷达710的左右两侧(申请文件中的“左”“右”方向均以车辆作为参照物，指的是车辆的左侧和右侧方向)，第二雷达720和第三雷达730的检测方向均与水平面夹角并朝竖直向下方向倾斜，第二雷达720用于检测车辆左侧和左前方的障碍物，第三雷达730用于检测车辆右侧以及右前方的障碍物，从而弥补第一雷达710的盲区。

第二雷达720和第三雷达730可以为16线激光雷达，通过定位销和螺纹连接分别固定在车顶承载装置的左侧和右侧。第二雷达720和第三雷达730的检测方向均与水平面呈45°夹角。

摄像组件800包括第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头，第一摄像头的焦距比第二摄像头的焦距长；第一摄像头用于观测车辆前方预设距离以外的红绿灯；第二摄像头用于观测预设距离以内的红绿灯；第三摄像头用于观测车辆前方的环境。具体的，第一摄像头为长焦摄像头，可以用于观测例如50米以外的红绿灯，第二摄像头为短焦摄像头，可以用于观测例如50米以内的红绿灯，而第三摄像头可以为广角摄像头，用于用于观测车辆前方的环境。

摄像组件800采集的图像能够与所述雷达组件采集的信息通过信息处理主板进行传感器信息融合。

定位导航组件包括全球导航卫星系统天线900、全球导航卫星系统接收机和惯性测量单元；全球导航卫星系统天线900固定在承载装置的上，用于搜寻和接收全球导航卫星发出的信号；全球导航卫星系统接收机与全球导航卫星系统天线900电连接，用于对全球导航卫星系统天线900接收的卫星信号进行处理，解算出全球导航卫星系统天线900的位置和速度信息；惯性测量单元用于实时的测量车辆的姿态参数。

为了增加对全球导航卫星系统接收机和惯性测量单元的保护，全球导航卫星系统接收机和惯性测量单元集成安装在同一个防水盒内。防水盒位于所述摄像组件的正下方。

如图2－图4所示，所述车顶承载装置包括横梁，横梁的两端均铰接有钩挂机构200，钩挂机构200包括能够伸缩的钩板220，两个钩板220用于夹持在车顶板的相对两侧边沿。装配过程如下：转动钩挂机构200至合适的角度，与待安装的车顶边沿弯曲程度对应；调整钩板220伸出足够的长度，相对两侧的钩板220之间的而距离大于待安装车顶的宽度，将车顶承载装置架设在车顶上；然后调节钩板220，减小横梁上相对两个钩挂机构200上钩板220的距离，使相对两个钩板220夹紧在车顶板的相对两侧边沿，从而完成承载装置的固定。与现有技术相比，钩挂机构200相对于横梁的端部是可以转动，从可以使本发明实施例提供的车顶承载装置适应多种边沿不同弯曲弧度的车顶，进一步，钩挂机构200的钩板220是能够进行伸缩的，从而可以使车顶承载装置适应多种不同宽度的车顶，从而增加了车顶承载装置的通用性。

横梁包括横向设置的主梁110，以及对称设置在主梁110两端的连接部120，连接部120与主梁110的夹角为钝角，钩挂机构200铰接在连接部120上。

连接部120与主梁110采用螺栓连接，以实现二者的可拆卸。

连接部120上设置有朝向外侧的凹槽，钩挂机构200包括支撑架210，钩板220安装在支撑架210上，支撑架210铰接在上述的凹槽内，支撑架210能够相对于连接部120转动。车顶承载装置包括与支撑架210连接的旋转驱动机构，旋转驱动机构用于驱动钩挂机构200转动，以使钩板220的朝向改变。

如图5和图6所示，本实施例中，旋转驱动机构包括第一丝杆310滑块组件，丝杆滑块组件为现有技术，通过丝杆的转动能够驱动滑块进行直线运动。第一丝杆310滑块组件包括第一丝杆310和第一滑块320，第一滑块320与第一丝杆310螺纹连接，第一丝杆310用于驱动第一滑块320沿第一丝杆310长度方向运动；第一滑块320与支撑架210的一端抵接，第一滑块320用于推动支撑架210旋转。如图5所示，例如，顺时针转动第一丝杆310能够使第一滑块320向上运动，第一滑块320将会推动支撑架210转动，此时，钩板220的朝向能够发生改变。

第一丝杆310与连接部120转动连接，并且在第一杆的端面上可以设置有内六角孔，支撑架210上设置有用于卡接第一滑块320的卡槽，卡槽用于阻止第一滑块320与第一丝杆310一起转动。可以通过人工的方式，利用六角扳手转动第一丝杆310，从而带动第一滑块320上下运动，以推动支撑架210转动。

支撑架210与横梁通过铰接轴连接，铰接轴上套接有扭转弹簧400，扭转弹簧400的一端与横梁连接，另一端与支撑架远离第一滑块320的一端连接，扭转弹簧400用于带动支撑架210旋转，以使支撑架210与第一滑块320抵接。

除了采用扭转弹簧400的复位方式，还可以采用压缩弹簧对支撑架210进行复位。压缩弹簧的一端与连接部120连接，另一端与支撑架210连接，同样能够带动支撑架210转动，以使支撑架210压在第一滑块320上。

钩挂机构200包括伸缩驱动机构，伸缩驱动机构与支撑架210固定，伸缩驱动机构的活动端与钩板220连接，用于带动钩板220进行伸缩运动，两端的钩板220同时伸出后，可以将该装置架设在车顶上，缩短两端的钩板220能够使钩板220夹紧车顶板的侧边沿。

如图7和图8所示，伸缩驱动机构包括第二丝杆510滑块组件，第二丝杆510滑块组件包括第二丝杆510和第二滑块520，第二滑块520与第二丝杆510螺纹连接，第二丝杆510用于驱动第二滑块520沿第二丝杆510长度方向运动；第二滑块520与钩板220连接，第二滑块520用于带动钩板220运动。

第二丝杆510与支撑架210转动连接，第二丝杆510朝向车体外侧方的一端面上设置有内六角孔，且支撑架210上设置有与上述内六角孔对齐的通孔，以使六角扳手能够通过该通孔伸入到支撑架210内部，对第二丝杆510进行扭转。

横梁的两端均铰接有弹性垫块600，弹性垫块600用于与车顶面抵接。弹性垫块600的材质可以为橡胶等较软的材料，避免车顶承载装置划伤车顶。弹性垫块600相对于横梁能够转动，进而弹性垫块600的底面朝向也可以改变，以适应不同车顶的弯曲弧度，使弹性垫块600的下表面最大程度的与车顶贴合，以提高装置的安装稳定性。

沿横梁的宽度方向，横梁每一端的钩挂机构200的数量为多个。本实施例中，横梁的每一端的钩挂机构200的数量为两个，两个钩挂机构200可以提供稳定的夹持作用，减少装置晃动。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，包括雷达组件、摄像组件、定位导航组件和车顶承载装置，所述雷达组件用于检测车辆外侧的障碍物，所述摄像组件用于采集车辆外侧的图像信息，所述定位导航组件用于检测车辆的位置、姿态和速度；所述雷达组件、所述摄像组件、定位导航组件均安装在所述车顶承载装置上，所述车顶承载装置用于可拆卸地安装在无人驾驶车辆的车顶。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述雷达组件包括第一雷达，所述第一雷达固定在所述车顶承载装置的顶部居中位置，用于检测车辆四周的障碍物。

3.根据权利要求2所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述雷达组件包括第二雷达和第三雷达；

所述第二雷达和第三雷达分别固定在车顶承载装置上，且所述第二雷达和第三雷达分别位于所述第一雷达的相对两侧，所述第二雷达和第三雷达的检测方向均与水平面夹角并朝竖直向下方向倾斜，第二雷达用于检测车辆左侧和左前方的障碍物，所述第三雷达用于检测车辆右侧以及右前方的障碍物。

4.根据权利要求3所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述第一雷达为32线的激光雷达，所述第二雷达和第三雷达为16线激光雷达。

5.根据权利要求3所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述第二雷达和第三雷达的检测方向均与水平面呈45°夹角。

6.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述摄像组件包括第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头，所述第一摄像头的焦距比所述第二摄像头的焦距长；所述第一摄像头用于观测车辆前方预设距离以外的红绿灯；所述第二摄像头用于观测预设距离以内的红绿灯；所述第三摄像头用于观测车辆前方的环境。

7.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述定位导航组件包括全球导航卫星系统天线、全球导航卫星系统接收机和惯性测量单元；

所述全球导航卫星系统天线固定在所述承载装置的上，用于搜寻和接收全球导航卫星发出的信号；所述全球导航卫星系统接收机与所述全球导航卫星系统天线电连接，用于对所述全球导航卫星系统天线接收的卫星信号进行处理，解算出所述全球导航卫星系统天线的位置和速度信息；所述惯性测量单元用于实时的测量车辆的姿态参数。

8.根据权利要求7所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述全球导航卫星系统接收机和惯性测量单元集成安装在同一个防水盒内。

9.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述车顶承载装置包括横梁，所述横梁的两端均铰接有钩挂机构，所述钩挂机构包括能够伸缩的钩板，两个所述钩板用于夹持在车顶板的相对两侧边沿。

10.根据权利要求9所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述钩挂机构包括支撑架，所述钩板安装在所述支撑架上，所述支撑架与所述横梁铰接；

所述车顶承载装置包括与所述支撑架连接的旋转驱动机构，所述旋转驱动机构用于驱动所述钩挂机构转动，以使所述钩板的朝向改变。

11.根据权利要求10所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述旋转驱动机构包括第一丝杆滑块组件，所述第一丝杆滑块组件包括第一丝杆和第一滑块，所述第一滑块与所述第一丝杆螺纹连接，所述第一丝杆用于驱动所述第一滑块沿所述第一丝杆长度方向运动；

所述第一滑块与所述支撑架的一端抵接，所述第一滑块用于推动所述支撑架旋转。

12.根据权利要求11所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述支撑架与横梁通过铰接轴连接，所述铰接轴上套接有扭转弹簧，所述扭转弹簧的一端与所述横梁连接，另一端与所述支撑架远离第一滑块的一端连接，所述扭转弹簧用于带动所述支撑架旋转，以使所述支撑架与所述第一滑块抵接。

13.根据权利要求10－12任意一项所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述钩挂机构包括伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构与所述支撑架固定，所述伸缩驱动机构的活动端与所述钩板连接，用于带动所述钩板进行伸缩运动，以使所述钩板钩紧所述车顶板的侧边沿。

14.根据权利要求13所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述伸缩驱动机构包括第二丝杆滑块组件，所述第二丝杆滑块组件包括第二丝杆和第二滑块，所述第二滑块与所述第二丝杆螺纹连接，所述第二丝杆用于驱动所述第二滑块沿所述第二丝杆长度方向运动；

所述第二滑块与所述钩板连接，所述第二滑块用于带动所述钩板运动。

15.根据权利要求9所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，所述横梁的两端均铰接有弹性垫块，所述弹性垫块用于与车顶面抵接。

16.根据权利要求9所述的无人驾驶车辆导航设备，其特征在于，沿所述横梁的宽度方向，所述横梁的每一端的钩挂机构的数量为多个。