CN111589774B - 一种激光雷达表面清理机构及激光雷达监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光雷达表面清理机构及激光雷达监测装置，包括与转动机构连接的环形件，环形件设置有多个能够将清洗液喷射在激光雷达表面的喷嘴，喷嘴与供液机构连接，还包括用于设置在激光雷达上方且与升降机构连接的清洗布，清洗布能够在升降机构的作用下上下移动，擦拭激光雷达外表面，本发明的清理机构无需工作人员攀爬到高处手动清理，安全性好，省时省力。

Description

一种激光雷达表面清理机构及激光雷达监测装置

技术领域

本发明涉及交通运输工程技术领域，具体涉及一种激光雷达表面清理机构及激光雷达监测装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

交通安全问题一直受到广泛关注，随着电子计算机技术的高速发展，智能交通系统ITS应运而生。系统可通过车载、路侧等方式布设传感器以获取车辆及道路信息，建立人-车-路一体化交通系统，从而提高运行效率和安全性。

近年来多线束旋转激光雷达传感器价格的大幅降低使得沿路侧部署激光雷达以采集道路信息、完善交通运输系统成为可能。而常见的部署方式是将激光雷达置于路杆上离地2-3m的高位置处。作为一种主动型传感器，激光雷达主要通过内置激光器透过表面防护罩向四周发射激光束并接收反射信号生成点云数据以获取信息。在露天的工作环境中，表面防护罩难免被灰尘污染，遮挡住激光束激射轨迹，导致数据出现缺失，影响系统运营。目前，对于路杆上高位置处的激光雷达，通常采用人工攀爬清理的方式去除灰尘，发明人发现，此种清理方式不仅存在危险性而且费时费力。与此同时，因激光雷达的高位置难以通过肉眼判断灰尘污染防护罩的程度，且表面防护罩需清洗的标准是由传感器获取数据的缺失程度确定的，故亟需一种能够测定高位置处激光雷达防护罩表面灰尘污染程度是否达到需清洗标准并且清理过程安全、省时、便捷的清洗装置及方法。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种激光雷达表面清理机构，无需人工攀爬高处清理，清理过程安全、省时、便捷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种激光雷达表面清理机构，包括用于设置在激光雷达外周且与转动机构连接的环形件，环形件设置有多个喷嘴，喷嘴与供液机构连接，转动机构能够带动环形件转动，供液机构能够将清洗液注入喷嘴，喷嘴能够将清洗液喷射在激光雷达防护罩外表面，还包括用于设置在激光雷达上方且与升降机构连接的清洗布，清洗布能够在升降机构的作用下上下移动，擦拭激光雷达防护罩外表面。

第二方面，本发明的实施例提供了一种激光雷达监测装置，包括立柱，所述立柱安装有激光雷达及所述的激光雷达表面清理机构。

本发明的有益效果：

本发明的激光雷达表面清理机构，设置有转动机构、环形件、喷嘴及供液机构，环形件能够通过转动机构带动喷嘴转动，实现自动向激光雷达防护罩外表面均匀喷射清洗液，具有升降结构及清洗布，能够利用升降结构带动清洗布做升降运动，对激光雷达防护罩外表面进行擦拭，整个过程自动化进行，无需工作人员攀爬高处手动清理防护罩，安全性好，省时省力，清理工作方便快捷。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1结构示意图一；

图2为本发明实施例1结构示意图二；

图3为本发明实施例2整体结构示意图一；

图4为本发明实施例2整体结构示意图二；

其中，1.环形件，2.喷嘴，3.空心管，4.轴承，5.连杆，6.支杆，7.矩形铁片，8.第一加压件，9.供气总管，10.连接管，11.供气支管，12.箱体，13.供液总管，14.供液支管，15.第二加压件，16.加压管，17.连接件，18.加液口，19.闸线，20.第一闸片，21.第二闸片，22.弹簧，23.立柱，24.底座，25.螺栓，26.L型架，27.穿线孔，28.实心杆，29.激光雷达，30.U型夹，31.托盘，32.手柄，33.反光条，34.上位计算机，35.环形固定钢箍。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。

正如背景技术所介绍的，目前的激光雷达防护罩清理需要工作人员攀爬高处手动清理，危险性高，且费时费力，针对上述问题，本申请提出了一种激光雷达表面清理机构。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-2所示，一种激光雷达表面清理机构，包括与转动机构连接环形件1，所述环形件设置有多个喷嘴2，本实施例中，所述喷嘴设置八个，可以理解的是，喷嘴也可设置九个或十个或更多个，根据实际需要设置即可，喷嘴与供液机构连接，供液机构能够将清洗液注入喷嘴，并由喷嘴喷射出，喷嘴能够将清洗液喷射至激光雷达的表面，对激光雷达表面进行清洗。

所述转动机构能够带动环形件转动，进而带动多个喷嘴转动，从而实现了将清洗液均匀、不留死角的喷射在激光雷达防护罩表面，保证了清洗效果。

所述环形件采用环形的铁圈，所述铁圈上沿圆周均匀分布有多个安装孔，每个安装孔处设置有喷嘴，多个喷嘴沿圆周均匀分布。

本实施例中，所述环形件用于与激光雷达同轴设置，且设置在激光雷达的正上方，喷嘴的轴线倾斜向下设置，且倾斜方向朝向环形件的圆心方向，喷嘴喷出的清洗液能够到达激光雷达的表面。

采用此种设置方式，能够结合重力作用，使清洗液完全覆盖激光雷达的防护罩表面，适用于激光雷达利用下表面固定的场合。

在其他一些实施例中，环形件也可设置在激光雷达的下方，喷嘴的轴线倾斜向上设置，适用于激光雷达利用上表面进行固定的场合。环形件也可设置在激光雷达的中部位置，喷嘴需要设置轴线倾斜向上和向下两种喷嘴，既适用于激光雷达利用上表面固定的场合也适用于激光雷达利用下表面固定的场合。

本实施例中，所述环形件的设置位置应当保证喷嘴不遮挡激光雷达的探测头。

所述转动机构包括固定件，所述固定件采用轴线竖向设置的空心管3，所述空心管固定设置，且位于环形件的上方，所述空心管的底端与轴承4的内圈固定连接，所述轴承的外圈与驱动件连接，并通过连杆5与环形件连接，轴承外圈能够通过连杆带动环形件转动，所述连杆的数量设置为三个，可以理解的是，连杆的数量也可设置为四个或五个或更多个。

所述驱动件包括支杆6，所述支杆设置三个，支杆为弯曲杆，所述支杆的一端与轴承的外圈固定连接，支杆的另一端与受力件固定连接，本实施例中，所述受力件采用矩形铁片7，矩形铁片能够接收供气机构施加的风荷载，通过支杆带动轴承外圈转动。

可以理解的是，支杆的数量可设置为四个或五个或更多个，所述供气机构包括第一加压件8，所述第一加压件采用现有的手动气体加压装置，例如打气筒等，所述第一加压件与供气总管9的一端连接，供气总管的另一端与通过连接管10与三个供气支管11的一端连通，供气支管的另一端作为风的出口，能够向矩形铁片施加风荷载。

在其他一些实施例中，所述第一加压件也可采用气泵，无需手动加压，自动化程度更高。

本实施例中，所述供气支管、连接管均采用金属管，具有一定的刚性，不会产生下垂等变形现象，其设置在矩形铁片的上方，在提供风荷载的同时，不会妨碍支杆及矩形铁片的运动。

所述喷嘴与供液机构连接，所述供液机构包括箱体12、供液总管13、供液支管14、第二加压件15、加压管16等元件，所述箱体采用封闭的正方体结构，所述箱体用于盛放清洗液，箱体采用透明的有机玻璃材质制成，使得清洗液的加压喷液过程可视化，所述供液总管的一端伸入箱体内部，与箱体内部空间相连通，供液总管伸入至箱体底部，所述供液总管的另一端与多个供液支管的一端连通，供液支管的另一端与喷嘴连通，所述箱体内部空间与加压管的一端连通，加压管位于箱体内的端部位于箱体的上部，使其位于箱体内液面以上，加压管的另一端与第二加压件连接，所述第二加压件与第一加压件结构相同，采用现有的手动气体加压装置，例如打气筒等，工作人员能够通过第二加压件向箱体内注入气体，在气压的作用下，将箱体内的清洗液压入供液总管。

在其他一些实施例中，所述第二加压件可采用气泵，无需手动加压，自动化程度更高，或者箱体通过水泵与供液总管连接，由水泵将清洗液泵入供液总管。

所述加压管包括两个加压管部，两个加压管部通过连接件17可拆卸连接，需要清洗时，将两个加压管部利用连接件进行连接，不需要清洗时，将两个加压管部断开，此时可收起第二加压件。

本实施例中，所述连接件包括设置在其中一个加压管部的螺母，另一个加压管部的端部设置有与所述螺母相匹配的外螺纹结构，两个加压管部能够通过螺母和外螺纹结构进行可拆卸连接。

所述箱体的侧部箱壁上设置有加液口18，工作人员能够通过加液口向箱体内注入清洗液，所述加液口还配套设置有塞子，所述塞子能够对加液口进行封堵或打开，拔下塞子，即可通过加液口向箱体内加入清洗液。

所述激光雷达表面清理机构还包括与升降机构连接的清洗布，所述清洗布用于设置在激光雷达的正上方，升降机构能够带动清洗布做升降运动，进而对激光雷达防护罩表面进行擦拭。

所述升降机构包括闸线19，所述闸线的端部连接有第一闸片20，所述第一闸片采用圆柱型结构，第一闸片与清洗布的中心位置粘结固定。

日常状态下，闸线通过第一闸片带动清洗布升至激光雷达正上方，不妨碍激光雷达的正常工作，当需要擦拭时，闸线通过第一闸片带动清洗布下降，清洗布覆盖到激光雷达外周，清洗布在闸线的作用下做往复升降运动，进一步蹭掉激光雷达防护罩外表面的灰尘，并吸附激光雷达防护罩外表面的清洗液。

本实施例中，所述闸线穿过空心管设置，所述闸线穿过第二闸片21后与第一闸片固定连接，所述第二闸片固定设置，本实施例中，所述第二闸片固定在空心管底端轴承的轴承内圈上，所述第二闸片采用矩形片，第二闸片与第一闸片之间设置有弹性件，本实施例中，所述弹性件采用弹簧22，所述弹簧套在闸线外周，弹簧的一端与第一闸片固定连接，弹簧的另一端与第二闸片固定连接。采用弹簧，能够控制清洗布的上提和下垂程度，并且能够对清洗布进行复位。

本实施例的清理机构，对激光雷达的清理包括以下步骤：

步骤1：检查加压管的连接件是否连接牢固，确认箱体密封、供液总管、供液支管、供气总管、供气支管各部位是否连接正常，将加液口利用塞子封堵牢固。

步骤2：人工操作第二加压件向箱体内打气，箱体内压力增加导致清洗液沿供液总管上升，并通过供液支管流入喷嘴。

步骤3：待喷嘴有清洗液流出后，立刻人工操作第一加压件向供气总管、供气支管打气，供气支管向矩形铁片施加风荷载，通过支杆带动轴承外圈转动，进而带动环形件和喷嘴转动，多个喷嘴可围绕激光雷达转动喷液，在供气支管的牵扯下，环形件可往复转动，使清洗液能够均匀、不留死角的喷洒在激光雷达防护罩表面。

步骤4：观察清洗液喷洒均匀后，闸线驱动第一闸片下降，清洗布覆盖住激光雷达防护罩表面，然后通过闸线驱动第一闸片和清洗布的往复升降运动，完成擦拭工作。

步骤5：待擦拭完成后，通过闸线带动清洗布移动至激光雷达正上方并锁紧，通过连接件断开加压管，激光雷达恢复工作。

实施例2：

本实施例公开了一种激光雷达监测装置，如图3-4所示，包括立柱23，所述立柱底端固定有底座24，所述底座能够通过螺栓25固定在地面基础上。

所述立柱的外周面上固定有L型架26，所述L型架包括水平杆和竖直杆，所述水平杆一端固定在立柱的外周面，另一端与竖直杆底端固定连接，竖直杆的顶端与激光雷达29的底面固定连接，所述激光雷达与控制系统连接，能够将采集的信息传输给控制系统。

所述水平杆的长度应当式激光雷达与立柱之间的距离留出支杆和矩形铁片的转动空间。

所述水平杆离地至少2.7m，所述立柱、水平杆及竖直杆均为中空结构，立柱上设置有穿线孔27，用于布置激光雷达与控制系统之间的连接导线。

所述立柱上还安装有实施例1所述的激光雷达表面清理机构，具体的，所述环形件与激光雷达同轴设置且设置在激光雷达的上方，所述立柱的顶部的外周面设置有水平设置的实心杆28，所述实心杆一端与立柱固定连接，另一端与转动机构的空心管顶端固定连接，实心杆与空心管垂直设置，供气总管和供气支管之间的连接管固定在实心杆上。所述供气总管一端与连接管连接，另一端绕过立柱顶端后与第一加压件连接，所述立柱顶端设置有U型夹30，所述U型夹通过螺栓与立柱顶面固定，对供气总管进行定位固定。

所述立柱的外周面还固定有托盘31，所述托盘采用圆形厚钢板，其焊接固定在立柱外周面靠下的位置，所述箱体固定在所述托盘上，所述供液总管沿立柱轴线方向分布，其顶端利用环形固定钢箍35与立柱固定连接，所述环形固定钢箍包括两个半圆环形的钢制夹板，两个钢制夹板通过两个螺栓固定，将供液总管与立柱进行夹紧固定。

所述闸线一端与第一闸片固定连接，另一端穿过空心管，并绕过立柱顶端后固定有手柄32，所述手柄能够与其他结构支撑件栓紧固定，使清洗布位于激光雷达正上方保持固定，利用自行车闸线原理，可轻松实现来回擦拭动作，且上下幅度可调控，既节省空间又经济耐用。

所述供气总管和闸线利用U型夹进行固定，供液总管利用环形固定钢箍进行固定，避免了管、线来回摆动，使得清理过程能够顺利进行。

本实施例中，所述托盘、L型架、环形固定钢箍、实心杆、U型夹依次从下往上设置在立柱上，其中、托盘、L型架及实心杆位于立柱的同一侧。

所述激光雷达监测装置还包括反光件，所述反光件采用反光条33，所述反光条用于铺设在地面上，反光条能够将激光雷达发射出的激光信号反射回给激光雷达，激光雷达与控制系统连接，能够将反射条反射回的激光信号传送给控制系统，控制系统能够根据反光条反射回的激光信号判断激光雷达防护罩的污染情况。

具体的，所述反光条设置5组，每组包括3条反光条，每条反光条间隔一米左右，环绕激光雷达铺设在地面上。所述控制系统与上位计算机34连接，能够将采集的信息利用上位计算机进行显示。

本实施例的激光雷达监测装置的使用方法为：

根据实际应用需求选择合适的多线束旋转激光雷达型号，并根据激光雷达安装高度确定合理的立柱、托盘、L型架、实心杆等的位置；设计合理的闸线、给供液总管、加压管、供气总管长度；确定反光1尺寸以及铺设位置；选取合适的箱体大小与第一加压件型号。

焊接固定立柱的各部件并将其通过螺栓固定于地面；安装供气机构、箱体、激光雷达、转动机构、供液机构、闸线、第一闸片、第二闸片等各部件；将清洗布中心位置与第一闸片底部粘结固定，拉闸线并将手柄固定于某处保持闸线紧绷使得清洗布抬高至激光雷达上方；使用环型固定钢箍将供液总管固定于高位置，通过U型夹8将供气总管和闸线箍住约束于立柱顶部，并确保闸线有顺利拉拽的空间；将上位计算机、第一加压件、第二加压件以及手柄放置在合适位置。

反光条以3条为一组共5组；如选用32线旋转激光雷达(精度±3cm)，则反光条宽度应为6cm以上，以确保激光束能够打到反光条上；反光条长度为1m以上，条与条之间距离1m以上；5组反光条围绕激光雷达呈环状排布，组与组之间相对激光雷达夹角均匀；反光条距离激光雷达5m以上铺设，5组反光条围绕激光雷达环形排布；以激光雷达探测反光条获取数据的缺失程度来测定表面灰尘污染度。

具体的，先在确保激光雷达表面洁净的情况下探测各组反光条发射的激光信号传输给控制系统，并通过上位计算机记录接收到的点数及强度；设定当点数及强度缺失15％时需清理(缺失度界限可根据具体需求自行设定)；待激光雷达运行一段时间后，若接受点数及强度缺失度达到界限，则控制系统判定达到清理标准并预警提示清洗。

达到清理标准后，采用实施例1中步骤1-步骤5的方法对激光雷达防护罩进行清理，其具体过程再次不进行重复叙述。

采用本实施例的激光雷达监测装置，能够利用反光条、控制系统和上位计算机判断出激光雷达是否需要进行清理，同时工作人员只需要在地面操作第一加压件和第二加压件即可对激光雷达防护罩进行清理，无需攀爬高处手动清理，安全性好，效率高，省时省力。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种激光雷达表面清理机构，其特征在于，包括与转动机构连接的环形件，环形件设置有多个能够将清洗液喷射在激光雷达表面的喷嘴，喷嘴与供液机构连接，还包括用于设置在激光雷达上方且与升降机构连接的清洗布，清洗布能够在升降机构的作用下上下移动，擦拭激光雷达外表面；

所述转动机构包括固定件及供气机构，固定件与轴承内圈固定连接，轴承外圈与环形件及驱动件固定连接，供气机构能够通过驱动件带动轴承外圈转动。

2.如权利要求1所述的一种激光雷达表面清理机构，其特征在于，所述驱动件包括多个支杆，所述支杆的一端与轴承外圈固定连接，支杆的另一端设置有受力件，受力件能够承受供气机构的风荷载，利用支杆带动轴承外圈转动。

3.如权利要求2所述的一种激光雷达表面清理机构，其特征在于，所述供气机构包括第一加压件，第一加压件与供气总管的一端连接，供气总管的另一端与多个供气支管的一端连通，供气支管的另一端用于向受力件施加风载荷。

4.如权利要求1所述的一种激光雷达表面清理机构，其特征在于，所述升降机构包括闸线，闸线一端与第一闸片连接，闸线能够带动第一闸片做升降运动，第一闸片与清洗布固定连接。

5.如权利要求4所述的一种激光雷达表面清理机构，其特征在于，所述闸线穿过固定设置的第二闸片后与第一闸片固定连接，第一闸片与第二闸片之间设置有弹性件。

6.如权利要求1所述的一种激光雷达表面清理机构，其特征在于，所述供液机构包括用于盛放清洗液的箱体，所述箱体与供液总管的一端连通，供液总管的另一端与多个供液支管的一端连通，供液支管的另一端与喷嘴连通，箱体还通过加压管与第二加压件连接。

7.如权利要求6所述的一种激光雷达表面清理机构，其特征在于，所述箱体设置有加液口，所述加液口能够利用塞子封堵或打开。

8.一种激光雷达监测装置，其特征在于，包括立柱，所述立柱安装有激光雷达及权利要求1-7任一项所述的激光雷达表面清理机构。

9.如权利要求8所述的激光雷达监测装置，其特征在于，还包括反光件，所述激光雷达与控制系统连接，激光雷达能够采集反光件发射的激光信号，并传输给控制系统。

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