CN110940997B - 无人驾驶车辆的激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人驾驶车辆的激光雷达系统，该激光雷达系统包括传感器组件，传感器组件包括单线激光雷达；机箱组件，机箱组件包括电机和齿轮箱，齿轮箱包括第一齿轮和第二齿轮，电机与第一齿轮键连接，第一齿轮与第二齿轮通过啮合传动，第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径；过渡盒，过渡盒位于传感器组件与机箱组件之间，过渡盒包括单线激光雷达支架，单线激光雷达支架用于固定单线激光雷达，其中，电机驱动第一齿轮旋转，第一齿轮带动第二齿轮旋转，第二齿轮进一步带动过渡盒和单线激光雷达旋转。本发明实施例能够实现降低激光雷达系统的成本并扩展激光雷达系统在无人驾驶车辆领域的应用。

Description

无人驾驶车辆的激光雷达系统

技术领域

本发明涉及无人驾驶车辆技术领域，具体涉及一种无人驾驶车辆的激光雷达系统。

背景技术

随着无人驾驶车辆的研发，对环境感知提出了越来越高的要求，其中，激光雷达系统已成为无人驾驶车辆中实现对环境感知不可或缺的一部分。

然而，现有应用在无人驾驶车辆上的激光雷达系统常采用多线激光雷达，但多线激光雷达由于研发成本高、产能低、导致单价较高，限制了多线激光雷达在无人驾驶车辆上的应用以及普及，因而如何降低激光雷达系统的成本是无人驾驶车辆领域对激光雷达的迫切需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种无人驾驶车辆的激光雷达系统，能够实现降低激光雷达系统的成本并扩展激光雷达系统在无人驾驶车辆领域的应用。

本发明实施例提供一种激光雷达系统，包括：传感器组件，传感器组件包括单线激光雷达；机箱组件，机箱组件包括电机和齿轮箱，齿轮箱包括第一齿轮和第二齿轮，电机与第一齿轮键连接，第一齿轮与第二齿轮通过啮合传动，第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径；过渡盒，过渡盒位于传感器组件与机箱组件之间，过渡盒包括单线激光雷达支架，单线激光雷达支架用于固定单线激光雷达，其中，电机驱动第一齿轮旋转，第一齿轮带动第二齿轮旋转，第二齿轮进一步带动过渡盒和单线激光雷达旋转。

在本发明一实施例中，机箱组件还包括第一连接器、滑环和数据处理器，滑环安装在第二齿轮的内孔中，第一连接器包括单线激光雷达数据接口和电源接口，过渡盒还包括第二连接器，其中，第一连接器通过滑环与第二连接器连接，第二连接器接入单线激光雷达的电源线和数据线，单线激光雷达的二维点云数据依次通过第二连接器和滑环传输给第一连接器中的单线激光雷达数据接口，数据处理器与第一连接器连接，单线激光雷达数据接口用于将二维点云数据输出至数据处理器，电源接口外接电源以为单线激光雷达和电机供电。

在本发明一实施例中，机箱组件还包括编码器和编码器同步轴，编码器同步轴与第二齿轮连接并同步旋转，编码器的输出轴与编码器同步轴的一端连接并与编码器同步轴同步旋转，滑环套在编码器的输出轴上。

在本发明一实施例中，第一连接器还包括编码器接口，编码器与编码器接口连接，编码器同步轴用于测量单线激光雷达的旋转角度，编码器用于读取旋转角度，旋转角度通过滑环传输给编码器接口，编码器接口将旋转角度输出至数据处理器，数据处理器根据旋转角度和二维点云数据计算出三维点云数据。

在本发明一实施例中，机箱组件还包括编码器支架和固定支撑板，编码器通过编码器支架安装在固定支撑板上。

在本发明一实施例中，齿轮箱还包括齿轮盖板、齿轮底壳、第一轴承组和第二轴承组，齿轮盖板和齿轮底壳对应第一齿轮和第二齿轮两端的位置上分别设有第一轴承安装孔和第二轴承安装孔，第一轴承组的外圈安装在第一轴承安装孔中，第二轴承组的外圈安装在第二轴承安装孔中，第一齿轮安装在第一轴承组的内孔中，第二齿轮安装在第二轴承组的内孔中。

在本发明一实施例中，机箱组件还包括控制器，控制器与电机连接，控制器用于控制电机的转动。

在本发明一实施例中，过渡盒包括过渡盒盖板、过渡盒底壳和过渡法兰，过渡法兰安装在过渡盒底壳上并与第二齿轮连接，过渡盒盖板与过渡盒底壳通过卡扣方式连接，过渡法兰在第二齿轮的旋转下带动过渡盒底壳和过渡盒盖板旋转。

在本发明一实施例中，传感器组件还包括配重，配重连接在过渡盒盖板的一端，其中，配重用于使传感器组件的整体重量分布均匀。

在本发明一实施例中，单线激光雷达具有自动加热功能，当环境温度低于预定温度时，自动开启加热模式以使得单线激光雷达能够在-30℃下工作。

在本发明一实施例中，机箱组件和过渡盒采用耐-30℃低温的材料制成，以使激光雷达系统能够在-30℃下工作。

根据本发明实施例提供的技术方案，通过设置激光雷达系统中包括传感器组件，传感器组件包括单线激光雷达；机箱组件，机箱组件包括电机、齿轮箱，齿轮箱包括第一齿轮和第二齿轮，电机与第一齿轮通过键连接，第一齿轮与第二齿轮通过啮合传动，第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径；过渡盒，过渡盒位于传感器组件与机箱组件之间，过渡盒包括单线激光雷达支架，单线激光雷达支架用于固定单线激光雷达，从而实现电机驱动第一齿轮旋转，第一齿轮带动第二齿轮旋转，第二齿轮进一步带动过渡盒和单线激光雷达旋转，进而降低激光雷达系统的成本以及扩展激光雷达系统在无人驾驶车辆领域的应用。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的一种无人驾驶车辆的激光雷达系统的结构示意图。

图2所示为本发明另一实施例提供的一种无人驾驶车辆的激光雷达系统的结构示意图。

图3所示为图2实施例提供的一种无人驾驶车辆的激光雷达系统的剖面结构示意图。

图4所示为图2实施例提供的一种无人驾驶车辆的激光雷达系统的分解图。

图5所示为第一连接器的横截面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中所需要使用的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显而易见地，下面描述的附图仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有相关实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中提供了一种无人驾驶车辆的激光雷达系统，以下分别进行详细说明。

图1所示为本发明一实施例提供的一种无人驾驶车辆的激光雷达系统100的结构示意图。如图1所示，该激光雷达系统100包括传感器组件110，传感器组件110包括单线激光雷达111；机箱组件120，机箱组件120包括电机121和齿轮箱(未示出)，齿轮箱包括第一齿轮1221和第二齿轮1222，电机121与第一齿轮1221键连接，第一齿轮1221与第二齿轮1222通过啮合传动，第一齿轮1221的直径小于第二齿轮1222的直径；过渡盒130，过渡盒130位于传感器组件110与机箱组件120之间，过渡盒130包括单线激光雷达支架131，单线激光雷达支架131用于固定单线激光雷达111，其中，电机121驱动第一齿轮1221旋转，第一齿轮1221带动第二齿轮1222旋转，第二齿轮1222进一步带动过渡盒130和单线激光雷达111同步旋转。

应当理解，单线激光雷达111可以采用SICK公司提供的单线激光雷达，也可以采用由HOKUYO公司提供的单线激光雷达，还可以采用其他单线激光雷达，本发明实施例对单选激光雷达111的类型不做具体限定。电机121的功率的范围可以在70W～100W，也可以根据具体的需求选择合适功率的电机，本发明实施例对电机121的功率不做具体限定。第一齿轮1221和第二齿轮1222可以为直齿轮，也可以为斜齿轮，还可以为曲线齿轮等，本发明实施例对第一齿轮1221和第二齿轮1222的结构不做具体限定。第二齿轮1222的直径可以为第一齿轮1221的直径的1.5倍，也可以为第一齿轮1221的直径的2倍、3倍等，第一齿轮1221与第二齿轮1222的直径之间的倍数关系根据具体需求设置，本发明实施例对第一齿轮1221与第二齿轮1222的直径之间的倍数关系不做具体限定。

根据本发明实施例提供的技术方案，通过使用单线激光雷达作为激光雷达系统中激光雷达，由于单线激光雷达结构相对简单，体积、重量和功耗低，且成本低，因而可以有效地降低激光雷达系统的成本。另外，通过设置第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径，以使得第二齿轮的转速低于第一齿轮的转速，进而使得激光雷达系统更有利于应用在无人驾驶车辆的低速行驶过程中。除此之外，通过电机驱动第一齿轮旋转，第一齿轮带动第二齿轮旋转，第二齿轮进一步带动过渡盒和单线激光雷达同步旋转，从而使得激光雷达系统的横向检查范围变宽，实现激光雷达系统对外界环境的精确检测。

在本发明一实施例中，单线激光雷达111具有自动加热功能，当环境温度低于预定温度时，自动开启加热模式以使得单线激光雷达111能够在-30℃下工作。

单线激光雷达111可以为SICK LMS511单线激光雷达，也可以为SICKLMS141单线激光雷达等具有自动加热功能的激光雷达，本发明实施例对单线激光雷达111的类型不做具体限定。预定温度可以是-10℃，也可以是-20℃，还可以是其他温度如-18℃、-25℃等，可以根据实际的需求进行设定，本发明实施例对预定温度的数值不做具体限定。

本发明实施例中，通过设置单线激光雷达具有自动加热功能，当环境温度低于预定温度时，自动开启加热模式以使得单线激光雷达111能够在-30℃下工作，从而使得激光雷达系统中的单线激光雷达适应低温环境。

在本发明一实施例中，机箱组件120和过渡盒130采用耐-30℃低温的材料制成，以使激光雷达系统100能够在-30℃下工作。

机箱组件120和过渡盒130中各部件可以采用相同的材料制成，也可以采用不同的材料制成，本发明实施例对机箱组件120和过渡盒130中各部件所采用的材料是否相同不做具体限定。机箱组件120和过渡盒130所采用的材料可以为任何耐-30℃低温的材料且能够满足机箱组件120和过渡盒130功能的材料，本发明实施例对机箱组件120和过渡盒130所采用的材料不做具体限定。

本发明实施例中，通过进一步设置机箱组件和过渡盒采用耐-30℃低温的材料制成，从而使得激光雷达系统能够在-30℃下工作，激光雷达系统的工作温度能够适应不同场景季节。

图2所示为本发明另一实施例提供的一种无人驾驶车辆的激光雷达系统200的结构示意图。图2所示实施例为图1所示实施例的一变型例。图3所示为图2所示激光雷达系统200的剖面示意图。图4为图2所示激光雷达系统200的分解图。结合图2、图3和图4所示，与图1所示实施例的不同之处在于，机箱组件120还包括第一连接器123、滑环124和数据处理器(未示出)，滑环124安装在第二齿轮1222的内孔中，第一连接器123包括单线激光雷达数据接口1231和电源接口1232，过渡盒130还包括第二连接器132，其中，第一连接器123通过滑环124与第二连接器132连接，第二连接器132接入单线激光雷达111的电源线和数据线，单线激光雷达111的二维点云数据依次通过第二连接器132和滑环124传输给第一连接器123中的单线激光雷达数据接口1231，数据处理器与第一连接器123连接，单线激光雷达数据接口1231用于将二维点云数据输出至数据处理器，电源接口1232外接电源以为单线激光雷达111和电机121供电。其中，第一连接器123的横截面示意图如图5所示。

应当理解，第二连接器132与第一连接器123类似，可同样包括有单线激光雷达数据接口和电源接口，此处不再赘述。单线激光雷达数据接口1231可以位于电源接口1232的上方，也可以位于电源接口1232的上方，还可以位于电源接口1232的左侧或右侧等，本发明实施例对于单线激光雷达数据接口1231和电源接口1232的位置不做具体限定。数据处理器可以位于机箱组件120中的任何位置，只要不影响机箱组件120中其他部件的正常运转且与第一连接器123连接即可，本发明实施例对数据处理器在机箱组件120中的位置不做具体限定。机箱组件120还可以包括驱动器125，驱动器125用于驱动电机121进行运转。

根据本发明实施例提供的技术方案，通过在机箱组件中增加第一连接器、滑环和数据处理器，并在过渡盒中设置第二连接器，从而实现外接电源通过第一连接器和第二连接器给单线激光雷达进行供电并通过第一连接器给电机供电，保证激光雷达系统的正常运转，同时实现单线激光雷达检测到的二维点云数据通过滑环和第一连接器传输给数据处理器，以便数据处理器对二维点云数据进行处理。

在本发明一实施例中，机箱组件120还包括编码器126和编码器同步轴127，编码器同步轴127与第二齿轮1222连接并同步旋转，编码器126的输出轴与编码器同步轴127的一端连接并与编码器同步轴127同步旋转，滑环124套在编码器126的输出轴上。

本发明实施例中，通过在机箱组件中设置编码器和编码器同步轴，并通过编码器同步轴、编码器、第二齿轮之间的连接从而实现编码器同步轴的旋转速度、编码器的输出轴、单线激光雷达的旋转速度和角度一致。

在本发明一实施例中，第一连接器123还包括编码器接口1233，编码器126与编码器接口1233连接，编码器同步轴127用于测量单线激光雷达111的旋转角度，编码器126用于读取旋转角度，旋转角度通过滑环124传输给编码器接口1233，编码器接口1233将旋转角度输出至数据处理器，数据处理器根据旋转角度和二维点云数据计算出三维点云数据。

应当理解，第二连接器132与第一连接器123的结构类似，可同样包括编码器接口，此处不再赘述。

本发明实施例中，通过在第一连接器中设置编码器接口，编码器接口与编码器连接，从而实现将编码器读取到的单线激光雷达的旋转角度通过编码器接口传输给数据处理器，以便数据处理器根据旋转角度和二维点云数据计算出三维点云数据。

在本发明一实施例中，机箱组件120还包括编码器支架128和固定支撑板129，编码器126通过编码器支架128安装在固定支撑板129上。

本发明实施例中，通过在机箱组件中设置编码器支架和固定支撑板，从而实现将编码器支架固定在固定支撑板上，保证了编码器在激光雷达系统中的稳固性。

在本发明一实施例中，齿轮箱还包括齿轮盖板1223、齿轮底壳1224、第一轴承组1225和第二轴承组1226，齿轮盖板1223和齿轮底壳1224对应第一齿轮1221和第二齿轮1222两端的位置上分别设有第一轴承安装孔和第二轴承安装孔，第一轴承组1225的外圈安装在第一轴承安装孔中，第二轴承组1226的外圈安装在第二轴承安装孔中，第一齿轮1221安装在第一轴承组1225的内孔中，第二齿轮1222安装在第二轴承组1226的内孔中。

本发明实施例中，通过在齿轮箱中设置齿轮盖板、齿轮底座、第一轴承组和第二轴承组，并通过在齿轮盖板和齿轮底壳上设置第一轴承安装孔和第二轴承安装孔，从而实现将第一齿轮安装在第一轴承组的内孔中以及将第二齿轮安装在第二轴承组的内孔中，进而保证了第一齿轮和第二齿轮的稳固性以及第一齿轮和第二齿轮的正常运转。

在本发明一实施例中，机箱组件120还包括控制器(未示出)，控制器与电机121连接，控制器用于控制电机121的转动。

应当理解，控制器可以位于机箱组件120中的任何位置，只要不影响机箱组件120中其他部件的正常运转且与电机121连接即可，本发明实施例对控制器在机箱组件120中的位置不做具体限定。

本发明实施例中，通过设置机箱组件还包括控制器，控制器与电机连接，从而实现控制器控制电机进行转动，最终带动单线激光雷达的转动。

在本发明一实施例中，过渡盒130还包括过渡盒盖板133、过渡盒底壳134和过渡法兰135，过渡法兰135安装在过渡盒底壳134上并与第二齿轮1222连接，过渡盒盖板133与过渡盒底壳134通过卡扣方式连接，过渡法兰135在第二齿轮1222的旋转下带动过渡盒底壳134和过渡盒盖板133旋转。

应当理解，机箱组件120还可以包括外壳前板1210和外壳顶盖1220，外壳前板1210位于过渡盒底壳134与齿轮盖板1223之间，外壳顶盖1220位于齿轮底壳1224的上部，用于遮盖机箱组件中其他组件如齿轮底壳1224、第一轴承组1225等的上部。

本发明实施例中，通过在将过渡盒设置为包括过渡盒盖板、过渡底壳和过渡法兰，并设置过渡法兰安装在过渡盒底壳上且与第二齿轮连接，从而实现过渡盒整体在第二齿轮的带动下与第二齿轮同步旋转，以便过渡盒进一步带动单线激光雷达进行旋转。

在本发明一实施例中，传感器组件110还包括配重112，配重112连接在过渡盒盖板133的一端，其中，配重112用于使传感器组件110的整体重量分布均匀。

本发明实施例中，通过在传感器组件中设置配重，从而使得传感器组件整体重量分布均匀，避免单线激光雷达在旋转过程中重心偏移造成的危害，减少了对电机扭矩的需求，同时设置配重连接在过渡盒盖板的一端，保证了配重在激光雷达系统中的稳固性。

需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案所记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无人驾驶车辆的激光雷达系统，其特征在于，包括：

传感器组件，所述传感器组件包括单线激光雷达；

机箱组件，所述机箱组件包括电机和齿轮箱，所述齿轮箱包括第一齿轮和第二齿轮，所述电机与所述第一齿轮键连接，所述第一齿轮与所述第二齿轮通过啮合传动，所述第一齿轮的直径小于所述第二齿轮的直径；

过渡盒，所述过渡盒位于所述传感器组件与所述机箱组件之间，所述过渡盒包括单线激光雷达支架，所述单线激光雷达支架用于固定所述单线激光雷达，其中，所述电机驱动所述第一齿轮旋转，所述第一齿轮带动所述第二齿轮旋转，所述第二齿轮进一步带动所述过渡盒和所述单线激光雷达旋转；

所述机箱组件还包括第一连接器、滑环和数据处理器，所述滑环安装在所述第二齿轮的内孔中，所述第一连接器包括单线激光雷达数据接口和电源接口，所述过渡盒还包括第二连接器，其中，所述第一连接器通过所述滑环与所述第二连接器连接，所述第二连接器接入所述单线激光雷达的电源线和数据线，所述单线激光雷达的二维点云数据依次通过所述第二连接器和所述滑环传输给所述第一连接器中的所述单线激光雷达数据接口，所述数据处理器与所述第一连接器连接，所述单线激光雷达数据接口用于将所述二维点云数据输出至所述数据处理器，所述电源接口外接电源以为所述单线激光雷达和所述电机供电。

2.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述机箱组件还包括编码器和编码器同步轴，所述编码器同步轴与所述第二齿轮连接并同步旋转，所述编码器的输出轴与所述编码器同步轴的一端连接并与所述编码器同步轴同步旋转，所述滑环套在所述编码器的输出轴上。

3.如权利要求2所述的激光雷达系统，其特征在于，所述第一连接器还包括编码器接口，所述编码器与所述编码器接口连接，所述编码器同步轴用于测量所述单线激光雷达的旋转角度，所述编码器用于读取所述旋转角度，所述旋转角度通过所述滑环传输给所述编码器接口，所述编码器接口将所述旋转角度输出至所述数据处理器，所述数据处理器根据所述旋转角度和所述二维点云数据计算出三维点云数据。

4.如权利要求2所述的激光雷达系统，其特征在于，所述机箱组件还包括编码器支架和固定支撑板，所述编码器通过所述编码器支架安装在所述固定支撑板上。

5.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述齿轮箱还包括齿轮盖板、齿轮底壳、第一轴承组和第二轴承组，所述齿轮盖板和齿轮底壳对应所述第一齿轮和所述第二齿轮两端的位置上分别设有第一轴承安装孔和第二轴承安装孔，所述第一轴承组的外圈安装在所述第一轴承安装孔中，所述第二轴承组的外圈安装在所述第二轴承安装孔中，所述第一齿轮安装在所述第一轴承组的内孔中，所述第二齿轮安装在所述第二轴承组的内孔中。

6.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述机箱组件还包括控制器，所述控制器与所述电机连接，所述控制器用于控制所述电机的转动。

7.如权利要求1-6中任一项所述的激光雷达系统，其特征在于，所述过渡盒包括过渡盒盖板、过渡盒底壳和过渡法兰，所述过渡法兰安装在所述过渡盒底壳上并与所述第二齿轮连接，所述过渡盒盖板与所述过渡盒底壳通过卡扣方式连接，所述过渡法兰在所述第二齿轮的旋转下带动所述过渡盒底壳和所述过渡盒盖板旋转。

8.如权利要求7所述的激光雷达系统，其特征在于，所述传感器组件还包括配重，所述配重连接在所述过渡盒盖板的一端，其中，所述配重用于使所述传感器组件的整体重量分布均匀。

9.如权利要求1-6中任一项所述的激光雷达系统，其特征在于，所述单线激光雷达具有自动加热功能，当环境温度低于预定温度时，自动开启加热模式以使得所述单线激光雷达能够在-30℃下工作。

10.如权利要求9所述的激光雷达系统，其特征在于，所述机箱组件和所述过渡盒采用耐-30℃低温的材料制成，以使所述激光雷达系统能够在-30℃下工作。

Images