CN111717124B - 一种可调节激光雷达角度的角度调节装置 - Google Patents

一种可调节激光雷达角度的角度调节装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开一种可调节激光雷达角度的角度调节装置。该装置中，由于底架旋转电机可以驱动旋转底架旋转，俯仰电机可以驱动下俯仰杆转动，托盘旋转电机可以驱动安装托盘旋转，因此，在控制器基于车辆的车身倾斜前后的四个角点位置的高度信号以及位置坐标确定每个电机的转动角度和转动方向后，按照预设顺序控制各个电机向对应的转动方向转动对应的转动角度，使安装托盘在车辆的车身倾斜后平行于地面，安装托盘转动带动安装于安装托盘上端的激光雷达转动，改变激光雷达的扫描方向为车辆的正前方，本发明实施例提供的角度调节装置能够在车辆倾斜后调节激光雷达的角度，保证激光雷达的扫描区域和扫描方向不会发生很大变化，提高车辆行驶的安全性。

Description

一种可调节激光雷达角度的角度调节装置
技术领域
本发明涉及角度调节技术领域，具体而言，涉及一种可调节激光雷达角度的角度调节装置。
背景技术
目前，激光雷达固定安装于车辆的车顶，通过激光雷达进行测距。
当车辆的车身倾斜时，例如：车辆的一个或多个轮胎欠压或爆胎时，车身会发生倾斜，由于激光雷达是固定连接于车辆的车顶，因此，激光雷达也随着车身倾斜。
倾斜后的激光雷达的扫描区域会发生变化，导致测距失败，进一步影响车辆行驶，使得车辆行驶存在较高的安全风险。
发明内容
本发明提供了一种可调节激光雷达角度的角度调节装置，以提高车辆行驶的安全性。具体的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种可调节激光雷达角度的角度调节装置，包括：安装底板、旋转底架、第一传动机构、底架旋转电机、第二传动机构、俯仰杆、俯仰电机、中间支架、安装托盘、托盘旋转电机、第三传动机构和四个车身高度传感器，所述安装底板安装于车辆的车顶或车头，所述四个车身高度传感器分别安装于所述车辆的悬架的四个角点位置，所述四个车身高度传感器以及每个电机均与所述车辆的控制器连接；
所述安装托盘和所述安装底板平行，所述安装托盘的上端安装有激光雷达，所述旋转底架通过轴承垂直连接于所述安装底板的中心位置，所述底架旋转电机安装于所述安装底板，所述底架旋转电机的输出端与所述第一传动机构连接，所述第一传动机构与所述旋转底架传动连接；
所述俯仰杆包括上俯仰杆和下俯仰杆，所述上俯仰杆的一端垂直连接于所述安装托盘的中心位置，另一端固定连接于所述中间支架的上表面的中心位置，所述下俯仰杆的一端固定连接于所述中间支架的下表面的中心位置，另一端转动连接于所述旋转底架，所述俯仰电机安装于所述中间支架的下表面，所述俯仰电机的输出端与第二传动机构连接，所述第二传动机构与所述下俯仰杆的另一端传动连接；
所述托盘旋转电机安装于所述中间支架的上表面，所述托盘旋转电机的输出端与所述第三传动机构连接，所述第三传动机构与所述安装托盘传动连接；
所述四个车身高度传感器检测所述悬架的四个角点位置的高度信号，并将检测得到的高度信号发送至所述控制器；
所述控制器基于所述车辆的车身倾斜前后的所述四个角点位置的高度信号以及位置坐标确定每个电机的转动角度和转动方向，按照预设顺序控制各个电机向对应的转动方向转动对应的转动角度，使得所述安装托盘在所述车辆的车身倾斜后平行于地面，且所述激光雷达的扫描方向为所述车辆的正前方。
可选的，还包括底架电机支架、托盘电机支架和俯仰齿轮销轴；
所述第一传动机构包括第一底架旋转齿轮和第二底架旋转齿轮，所述第二传动机构包括第一俯仰齿轮和第二俯仰齿轮，所述第三传动机构包括第一托盘旋转齿轮和第二托盘旋转齿轮，其中，所述第一底架旋转齿轮的分度圆直径大于所述第二底架旋转齿轮的分度圆直径，所述第一俯仰齿轮的分度圆直径大于所述第二俯仰齿轮的分度圆直径，所述第一托盘旋转齿轮的分度圆直径大于所述第二托盘旋转齿轮的分度圆直径；
所述第一底架旋转齿轮套设于所述旋转底架的外周，所述底架电机支架安装于所述安装底板，所述底架旋转电机安装于所述底架电机支架，所述底架旋转电机的输出端与所述第二底架旋转齿轮连接，所述第二底架旋转齿轮与所述第一底架旋转齿轮啮合；
所述第一俯仰齿轮与所述俯仰齿轮销轴固定连接，所述下俯仰杆的另一端通过所述俯仰齿轮销轴转动连接于所述旋转底架，所述俯仰电机的输出端与所述第二俯仰齿轮连接，所述第二俯仰齿轮与所述第一俯仰齿轮啮合；
所述上俯仰杆的一端通过轴承连接于所述第一托盘旋转齿轮，所述第一托盘旋转齿轮垂直固定安装于所述安装托盘的中心位置，所述托盘电机支架安装于所述中间支架的上表面，所述托盘旋转电机安装于所述托盘电机支架，所述托盘旋转电机的输出端与所述第二托盘旋转齿轮连接，所述第二托盘旋转齿轮与所述第一托盘旋转齿轮啮合。
可选的，所述控制器基于四个第一位置坐标以及接收到的四个第一高度信号确定车身平面方程，根据所述车身平面方程以及车身平面与所述安装底板之间的距离确定所述安装底板所在第一平面的第一方程，其中，所述四个第一位置坐标和所述四个第一高度信号分别为在所述车辆的车身未倾斜时所述悬架的四个角点位置的位置坐标以及所述四个车身高度传感器检测得到的所述悬架的四个角点位置的高度信号；
所述控制器基于四个第二位置坐标以及接收到的四个第二高度信号确定倾斜后的车身平面方程，其中，所述四个第二位置坐标和所述四个第二高度信号分别为在所述车辆的车身倾斜时所述悬架的四个角点位置的位置坐标以及所述四个车身高度传感器检测得到的所述悬架的四个角点位置的高度信号，根据所述倾斜后的车身平面方程以及车身平面与所述安装底板之间的距离确定倾斜后的所述安装底板所在第二平面的第二方程；
所述控制器确定所述车辆的车辆坐标系的XZ平面在所述车辆的车身未倾斜时的第一法向量，根据所述第一方程和所述第二方程确定与交线垂直的平面的第二法向量，其中，所述交线为所述第一平面与所述第二平面之间的交线，根据所述第一法向量和所述第二法向量，计算出所述旋转底架所需转动的第一角度，根据所述第一角度和所述第一传动机构的属性参数，确定所述底架旋转电机的第一转动角度，根据所述第二方程确定所述底架旋转电机的第一转动方向，控制所述底架旋转电机向所述第一转动方向转动所述第一转动角度；根据所述第一方程和所述第二方程计算所述第一平面与所述第二平面之间的夹角，根据所述夹角和所述第二传动机构的属性参数，确定所述俯仰电机的第二转动角度，根据所述第二方程确定所述俯仰电机的第二转动方向，控制所述俯仰电机向所述第二转动方向转动所述第二转动角度；根据所述第一角度和所述第三传动机构的属性参数，计算出所述托盘旋转电机的第三转动角度，控制所述托盘旋转电机向所述第一转动方向的反方向转动所述第三转动角度。
可选的，还包括销子；
所述第一俯仰齿轮与所述俯仰齿轮销轴的一端固定连接，所述俯仰齿轮销轴的另一端依次穿过所述旋转底架上的第一通孔和第二通孔并伸出所述第二通孔，所述俯仰齿轮销轴位于所述第一通孔和所述第二通孔之间的部分与所述下俯仰杆的另一端固定连接，所述俯仰齿轮销轴伸出所述第二通孔的部分设置有销孔，所述销子卡入所述销孔。
可选的，根据所述第一方程确定所述第一平面的法向量，根据所述第二方程确定所述第二平面的法向量，计算所述第一平面的法向量和所述第二平面的法向量的向量积，将所述向量积作为所述第二法向量。
可选的，计算所述第一法向量和所述第二法向量之间的夹角，将所计算出的夹角作为所述第一角度；
计算所述第一底架旋转齿轮的齿数与所述第二底架旋转齿轮的齿数的第一商，计算所述第一商与所述第一角度的第一乘积，将所述第一乘积作为所述第一转动角度。
可选的，根据所述第二方程确定所述第二平面的法向量，判断所述第二平面的法向量的前两个元素之积是否大于0，如果是，确定所述底架旋转电机的第一转动方向为逆时针转动，如果否，确定所述底架旋转电机的第一转动方向为顺时针转动。
可选的，计算所述第一平面的法向量与所述第二平面的法向量之间的夹角，将计算出的夹角作为所述第一平面与所述第二平面之间的夹角；
计算所述第一俯仰齿轮的齿数与所述第二俯仰齿轮的齿数的第二商，计算所述第二商与所述夹角的第二乘积，将所述第二乘积作为所述第二转动角度。
可选的，根据所述第二方程确定所述第二平面的法向量，判断所述第二平面的法向量的第一个元素是否大于0，如果是，确定所述俯仰电机的第二转动方向为逆时针转动，如果否，确定所述俯仰电机的第二转动方向为顺时针转动。
可选的，计算所述第一托盘旋转齿轮的齿数与所述第二托盘旋转齿轮的齿数的第三商，计算所述第三商与所述第一角度的第三乘积，将所述第三乘积作为所述第三转动角度。
由上述内容可知，本实施例中，由于底架旋转电机可以驱动旋转底架旋转，俯仰电机可以驱动下俯仰杆转动，托盘旋转电机可以驱动安装托盘旋转，因此，在控制器基于车辆的车身倾斜前后的四个角点位置的高度信号以及位置坐标确定每个电机的转动角度和转动方向后，就可以按照预设顺序控制各个电机向对应的转动方向转动对应的转动角度，使得安装托盘在车辆的车身倾斜后平行于地面，又由于激光雷达安装于安装托盘的上端，因此，安装托盘转动带动激光雷达转动，从而改变激光雷达的扫描方向为车辆的正前方，本发明实施例提供的角度调节装置能够在车辆倾斜后调节激光雷达的角度，保证激光雷达的扫描区域和扫描方向不会发生很大变化，提高车辆行驶的安全性。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
本发明实施例的创新点包括：
1、由于底架旋转电机可以驱动旋转底架旋转，俯仰电机可以驱动下俯仰杆转动，托盘旋转电机可以驱动安装托盘旋转，因此，在控制器基于车辆的车身倾斜前后的四个角点位置的高度信号以及位置坐标确定每个电机的转动角度和转动方向后，就可以按照预设顺序控制各个电机向对应的转动方向转动对应的转动角度，使得安装托盘在车辆的车身倾斜后平行于地面，又由于激光雷达安装于安装托盘的上端，因此，安装托盘转动带动激光雷达转动，从而改变激光雷达的扫描方向为车辆的正前方，本发明实施例提供的角度调节装置能够在车辆倾斜后调节激光雷达的角度，保证激光雷达的扫描区域和扫描方向不会发生很大变化，提高车辆行驶的安全性。
2、通过控制底架旋转电机向第一转动方向转动第一转动角度以驱动旋转底架转动，使得垂直于俯仰齿轮销轴的平面与交线垂直以便调整俯仰杆，然后控制俯仰电机向第二转动方向转动第二转动角度以驱动俯仰杆转动，使得安装托盘平行于地面，保证了安装托盘上的激光雷达的扫描区域未发生较大变化，最后控制托盘旋转电机向第一转动方向的反方向转动第三转动角度以驱动安装托盘转动，使得激光雷达的扫描方向为车辆的正前方，通过三步调整，能够在车辆倾斜后调节激光雷达的角度，保证激光雷达的扫描区域和扫描方向不会发生很大变化，提高车辆行驶的安全性，且本发明实施例提供的角度调节装置结构简单易实现。
3、通过设置销子的方式，防止了俯仰齿轮销轴脱离旋转底架，保证了角度调节装置的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。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可调节激光雷达角度的角度调节装置的一种结构示意图；
图2为在车辆的车身未倾斜时的角度调节装置的示意图；
图3为在车辆的车身倾斜时的角度调节装置的示意图；
图4为在车辆的车身倾斜时调节旋转底架后的角度调节装置的示意图；
图5为调节俯仰杆后的角度调节装置的示意图；
图6为调节安装托盘后的角度调节装置的示意图。
图1-图6中，1安装底板、2旋转底架、3第一传动机构、31第一底架旋转齿轮、32第二底架旋转齿轮、4底架旋转电机、5第二传动机构、51第一俯仰齿轮、52第二俯仰齿轮、6俯仰杆、61上俯仰杆、62下俯仰杆、7俯仰电机、8中间支架、9安装托盘、10托盘旋转电机、11第三传动机构、111第一托盘旋转齿轮、112第二托盘旋转齿轮、12底架电机支架、13托盘电机支架、14俯仰齿轮销轴。
具体实施方式
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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。
需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本发明实施例公开了一种可调节激光雷达角度的角度调节装置，能够在车辆倾斜后调节激光雷达的角度，保证激光雷达的扫描区域和扫描方向不会发生很大变化，提高车辆行驶的安全性。下面对本发明实施例进行详细说明。
图1为本发明实施例提供的可调节激光雷达角度的角度调节装置的一种结构示意图。
参见图1，本发明实施例提供的可调节激光雷达角度的角度调节装置可以包括安装底板1、旋转底架2、第一传动机构3、底架旋转电机4、第二传动机构5、俯仰杆6、俯仰电机7、中间支架8、安装托盘9、托盘旋转电机10、第三传动机构11和四个车身高度传感器。
安装底板1安装于车辆的车顶或车头，四个车身高度传感器分别安装于车辆的悬架的四个角点位置，四个车身高度传感器以及每个电机均与车辆的控制器连接。
继续参见图1，安装托盘9和安装底板1平行，安装托盘9的上端安装有激光雷达，旋转底架2通过轴承垂直连接于安装底板1的中心位置，底架旋转电机4安装于安装底板1，底架旋转电机4的输出端与第一传动机构3连接，第一传动机构3与旋转底架2传动连接。底架旋转电机4可以通过第一传动机构3驱动旋转底架2旋转，旋转底架2转动使得与旋转底架2连接的相应部件也随着旋转底架2旋转。
继续参见图1，俯仰杆6包括上俯仰杆61和下俯仰杆62，上俯仰杆61的一端垂直连接于安装托盘9的中心位置，另一端固定连接于中间支架8的上表面的中心位置，下俯仰杆62的一端固定连接于中间支架8的下表面的中心位置，另一端转动连接于旋转底架2，也就是说，安装托盘9与中间支架8之间为上俯仰杆61，中间支架8与安装底板1之间为下俯仰杆62和旋转底架2。
俯仰电机7安装于中间支架8的下表面，俯仰电机7的输出端与第二传动机构5连接，第二传动机构5与下俯仰杆62的另一端传动连接。俯仰电机7可以通过第二传动机构5驱动下俯仰杆62转动，下俯仰杆62转动使得与下俯仰杆62连接的部件一同转动。
继续参见图1，托盘旋转电机10安装于中间支架8的上表面，托盘旋转电机10的输出端与第三传动机构11连接，第三传动机构11与安装托盘9传动连接。托盘旋转电机10可以通过第三传动机构11驱动安装托盘9旋转。
四个车身高度传感器检测悬架的四个角点位置的高度信号，并将检测得到的高度信号发送至控制器。
控制器基于车辆的车身倾斜前后的四个角点位置的高度信号以及位置坐标确定每个电机的转动角度和转动方向，按照预设顺序控制各个电机向对应的转动方向转动对应的转动角度，使得安装托盘9在车辆的车身倾斜后平行于地面，且激光雷达的扫描方向为车辆的正前方。
本发明实施例中，由于底架旋转电机4可以驱动旋转底架2旋转，俯仰电机7可以驱动下俯仰杆62转动，托盘旋转电机10可以驱动安装托盘9旋转，因此，在控制器基于车辆的车身倾斜前后的四个角点位置的高度信号以及位置坐标确定每个电机的转动角度和转动方向后，就可以按照预设顺序控制各个电机向对应的转动方向转动对应的转动角度，使得安装托盘9在车辆的车身倾斜后平行于地面，又由于激光雷达安装于安装托盘9的上端，因此，安装托盘1转动带动激光雷达转动，从而改变激光雷达的扫描方向为车辆的正前方，本发明实施例提供的角度调节装置能够在车辆倾斜后调节激光雷达的角度，保证激光雷达的扫描区域和扫描方向不会发生很大变化，提高车辆行驶的安全性。
继续参见图1，本发明实施例提供的可调节激光雷达角度的角度调节装置还可以包括底架电机支架12、托盘电机支架13和俯仰齿轮销轴14。
第一传动机构3包括第一底架旋转齿轮31和第二底架旋转齿轮32，第二传动机构5包括第一俯仰齿轮51和第二俯仰齿轮52，第三传动机构11包括第一托盘旋转齿轮111和第二托盘旋转齿轮112，其中，第一底架旋转齿轮31的分度圆直径大于第二底架旋转齿轮32的分度圆直径，第一俯仰齿轮51的分度圆直径大于第二俯仰齿轮52的分度圆直径，第一托盘旋转齿轮111的分度圆直径大于第二托盘旋转齿轮112的分度圆直径。
第一底架旋转齿轮31套设于旋转底架2的外周，底架电机支架12安装于安装底板1，底架旋转电机4安装于底架电机支架12，底架旋转电机4的输出端与第二底架旋转齿轮32连接，第二底架旋转齿轮32与第一底架旋转齿轮31啮合。示例性的，第一底架旋转齿轮31可以通过键连接于或者焊接于旋转底架2，使得第一底架旋转齿轮31与旋转底架2可以作为一个整体。
底架旋转电机4驱动第二底架旋转齿轮32转动，第二底架旋转齿轮32带动第一底架旋转齿轮31转动，由于第一底架旋转齿轮31套设于旋转底架2的外周，也就是第一底架旋转齿轮31与旋转底架2为一体，因此，第一底架旋转齿轮31转动也就是旋转底架2转动，旋转底架2转动带动着除安装板1外的部件转动。
第一俯仰齿轮51与俯仰齿轮销轴14固定连接，下俯仰杆62的另一端通过俯仰齿轮销轴14转动连接于旋转底架2，俯仰电机7的输出端与第二俯仰齿轮52连接，第二俯仰齿轮52与第一俯仰齿轮51啮合。示例性的，第一俯仰齿轮51可以通过键连接于或者焊接于俯仰齿轮销轴14，使得第一俯仰齿轮51与俯仰齿轮销轴14可以作为一个整体，下俯仰杆62的另一端可以通过键连接于俯仰齿轮销轴14，使得下俯仰杆62的另一端与俯仰齿轮销轴14可以作为一个整体。
俯仰电机7驱动第二俯仰齿轮52转动，第二俯仰齿轮52带动第一俯仰齿轮51转动，由于第一俯仰齿轮51与俯仰齿轮销轴14固定连接，因此，第一俯仰齿轮51转动也就是俯仰齿轮销轴14转动，又由于下俯仰杆62的另一端通过俯仰齿轮销轴14转动连接于旋转底架2，因此，俯仰齿轮销轴14转动带动下俯仰杆62转动，下俯仰杆62转动带动着与下俯仰杆62连接的部件一同转动。
上俯仰杆61的一端通过轴承连接于第一托盘旋转齿轮111，第一托盘旋转齿轮111垂直固定安装于安装托盘9的中心位置，托盘电机支架13安装于中间支架8的上表面，托盘旋转电机10安装于托盘电机支架13，托盘旋转电机10的输出端与第二托盘旋转齿轮112连接，第二托盘旋转齿轮112与第一托盘旋转齿轮111啮合。示例性的，第一托盘旋转齿轮111可以通过键连接于或者焊接于或者螺栓连接于安装托盘9，使得第一托盘旋转齿轮111与安装托盘9可以作为一个整体。
托盘旋转电机10驱动第二托盘旋转齿轮112转动，第二托盘旋转齿轮112带动第一托盘旋转齿轮111转动，由于第一托盘旋转齿轮111垂直固定安装于安装托盘9的中心位置，因此，第一托盘旋转齿轮111转动也就是安装托盘9转动，安装托盘9绕着上俯仰杆61转动。
由此，底架旋转电机4安装于底架电机支架12，托盘旋转电机10安装于托盘电机支架13，下俯仰杆62的另一端通过俯仰齿轮销轴14转动连接于旋转底架2，使得俯仰齿轮销轴14转动时带动下俯仰杆62转动，下俯仰杆62转动带动着与下俯仰杆62连接的部件一同转动。
继续参见图1，在本发明实施例提供的可调节激光雷达角度的角度调节装置包括底架电机支架12、托盘电机支架13和俯仰齿轮销轴14的情况下，为了避免俯仰齿轮销轴14脱落，本发明实施例提供的可调节激光雷达角度的角度调节装置还可以包括销子。
第一俯仰齿轮51与俯仰齿轮销轴14的一端固定连接，俯仰齿轮销轴14的另一端依次穿过旋转底架2上的第一通孔和第二通孔并伸出第二通孔，俯仰齿轮销轴14位于第一通孔和第二通孔之间的部分与下俯仰杆62的另一端固定连接，俯仰齿轮销轴14伸出第二通孔的部分设置有销孔，销子卡入销孔。
由此，通过设置销子的方式，防止了俯仰齿轮销轴14脱离旋转底架2，保证了角度调节装置的稳定性。
参见图2，图2为在车辆的车身未倾斜时的角度调节装置的示意图，在车辆的车身未倾斜时，四个车身高度传感器检测得到悬架的四个角点位置的第一高度信号，即四个第一高度信号为四个车身高度传感器在车辆的车身未倾斜时检测得到的悬架的四个角点位置的高度信号。四个车身高度传感器将检测得到的第一高度信号发送至控制器，控制器接收四个第一高度信号。
控制器可以获取在车辆的车身未倾斜时悬架的四个角点位置的第一位置坐标，即四个第一位置坐标为在车辆的车身未倾斜时悬架的四个角点位置的位置坐标。控制器以车辆后桥中心为原点，基于四个第一位置坐标以及四个第一高度信号确定车身平面方程。
其中，基于四个第一位置坐标以及四个第一高度信号确定车身平面方程可以为：基于四个第一位置坐标以及四个第一高度信号确定车身平面上的四个点的坐标(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，(x4，y4，z4)，根据车身平面上的四个点中的三个点的坐标确定车身平面方程：
A1x+B1y+C1z+d＝0
式中，A1＝(y2-y1)×(z3-z1)-(y3-y1)×(z2-z1)
B1＝(z2-z1)×(x3-x1)-(z3-z1)×(x2-x1)
C1＝(x2-x1)×(y3-y1)-(x3-x1)×(y2-y1)
d＝-A1×x1-B1×y1-C1×z1
其中，A1为x的系数，B1为y的系数，C1为z的系数，d为车身平面方程的常数项，x1为车身平面上的第一个点的横坐标，y1为车身平面上的第一个点的纵坐标，z1为车身平面上的第一个点的高度坐标，x2为车身平面上的第二个点的横坐标，y2为车身平面上的第二个点的纵坐标，z2为车身平面上的第二个点的高度坐标，x3为车身平面上的第三个点的横坐标，y3为车身平面上的第三个点的纵坐标，z3为车身平面上的第三个点的高度坐标。
在确定车身平面方程后，由于车身平面和安装底板1之间的距离是固定的，因此，可以根据车身平面方程以及车身平面与安装底板1之间的距离确定安装底板1所在第一平面的第一方程：
A1x+B1y+C1z+D2＝0
式中，D2＝d+d1，D2为第一方程的常数项，d1为车身平面与安装底板1之间的距离。
为了在车辆的车身倾斜后可以调节激光雷达的角度，保证激光雷达的扫描区域和扫描方向不会发生很大变化，本发明实施例中进行三次调整，三次调整分别为：
第一次调整：转动旋转底架2，使得垂直于俯仰齿轮销轴14的平面与交线垂直，其中，交线为第一平面与第二平面之间的交线；
第二次调整：转动俯仰杆6，使得安装托盘9平行于地面；
第三次调整：转动安装托盘9，使得激光雷达的扫描方向为车辆的正前方。
下面对上述三次调整进行详细说明：
第一次调整：
为了转动旋转底架2，需要确定旋转电机4的第一转动方向和第一转动角度，下面分别计算第一转动方向和第一转动角度。
参见图3，图3为在车辆的车身倾斜时的角度调节装置的示意图，在车辆的车身倾斜时，四个车身高度传感器检测得到悬架的四个角点位置的第二高度信号，即四个第二高度信号为在车辆的车身倾斜时四个车身高度传感器检测得到的悬架的四个角点位置的高度信号。四个车身高度传感器将检测得到的第二高度信号发送至控制器，控制器接收四个第二高度信号。
控制器可以获取在车辆的车身倾斜时悬架的四个角点位置的第二位置坐标，即四个第二位置坐标为在车辆的车身倾斜时悬架的四个角点位置的位置坐标。控制器基于四个第二位置坐标以及四个第二高度信号确定倾斜后的车身平面方程。
其中，基于四个第二位置坐标以及四个第二高度信号确定倾斜后的车身平面方程可以为：基于四个第二位置坐标以及四个第二高度信号确定倾斜后的车身平面上的四个点的坐标(x11，y11，z11)，(x12，y12，z12)，(x13，y13，z13)，(x14，y14，z14)，根据倾斜后的车身平面上的四个点中的三个点的坐标确定倾斜后的车身平面方程：
A2x+B2y+C2z+d2＝0
式中，A2＝(y12-y11)×(z13-z11)-(y13-y11)×(z12-z11)
B2＝(z12-z11)×(x13-x11)-(z13-z11)×(x12-x11)
C2＝(x12-x11)×(y13-y11)-(x13-x11)×(y12-y11)
d2＝-A2×x11-B2×y11-C2×z11
其中，A2为x的系数，B2为y的系数，C2为z的系数，d2为倾斜后的车身平面方程的常数项，x11为倾斜后的车身平面上的第一个点的横坐标，y11为倾斜后的车身平面上的第一个点的纵坐标，z11为倾斜后的车身平面上的第一个点的高度坐标，x12为倾斜后的车身平面上的第二个点的横坐标，y12为倾斜后的车身平面上的第二个点的纵坐标，z12为倾斜后的车身平面上的第二个点的高度坐标，x13为倾斜后的车身平面上的第三个点的横坐标，y13为倾斜后的车身平面上的第三个点的纵坐标，z13为倾斜后的车身平面上的第三个点的高度坐标。
在确定倾斜后的车身平面方程后，由于车身平面和安装底板1之间的距离是固定的，因此，可以根据倾斜后的车身平面方程以及车身平面与安装底板1之间的距离确定倾斜后的安装底板1所在第二平面的第二方程：
A2x+B2y+C2z+D4＝0
式中，D4＝d2+d1，D4为第二方程的常数项。
在确定第一方程和第二方程后，控制器确定车辆的车辆坐标系的XZ平面在车辆的车身未倾斜时的第一法向量，示例性的，预先设定车辆坐标系，其中，车辆坐标系以车辆的后桥中心为原点，以朝向车辆正前方为x方向，以左手方向为y方向，以垂直地面向上的方向为z方向，则将在车辆坐标系下的y＝0的平面的法向量作为第一法向量，其中，第一法向量为
Figure BDA0002526095300000131
根据第一方程和第二方程确定与交线垂直的平面的第二法向量，其中，交线为第一平面与第二平面之间的交线，示例性的，根据第一方程和第二方程确定与交线垂直的平面的第二法向量可以为：根据第一方程确定第一平面的法向量，根据第二方程确定第二平面的法向量，计算第一平面的法向量和第二平面的法向量的向量积，将向量积作为第二法向量。
根据第一方程确定第一平面的法向量为
Figure BDA0002526095300000132
其中，
Figure BDA0002526095300000133
为第一平面的法向量，A1为第一方程的x的系数，B1为第一方程的y的系数，C1为第一方程的z的系数。
根据第二方程确定第二平面的法向量为
Figure BDA0002526095300000134
其中，
Figure BDA0002526095300000135
为第二平面的法向量，A2为第二方程的x的系数，B2为第二方程的y的系数，C2为第二方程的z的系数。
可以通过以下公式计算第一平面的法向量和第二平面的法向量的向量积，即第二法向量：
Figure BDA0002526095300000136
式中，
Figure BDA0002526095300000137
为第二法向量，
Figure BDA0002526095300000138
为第一平面的法向量，
Figure BDA0002526095300000139
为第二平面的法向量。
在确定第一法向量和第二法向量后，根据第一法向量和第二法向量，计算出旋转底架2所需转动的第一角度，根据第一角度和第一传动机构3的属性参数，确定底架旋转电机4的第一转动角度。
其中，根据第一法向量和第二法向量，计算出旋转底架2所需转动的第一角度，根据第一角度和第一传动机构3的属性参数，确定底架旋转电机4的第一转动角度，可以为：
计算第一法向量和第二法向量之间的夹角，将所计算出的夹角作为第一角度；
计算第一底架旋转齿轮31的齿数与第二底架旋转齿轮32的齿数的第一商，计算第一商与第一角度的第一乘积，将第一乘积作为第一转动角度。
其中，第一角度为：
Figure BDA0002526095300000141
式中，θ1为第一角度，
Figure BDA0002526095300000142
为第一法向量，
Figure BDA0002526095300000143
为第二法向量，
Figure BDA0002526095300000144
为第一法向量的模，
Figure BDA0002526095300000145
为第二法向量的模。
第一转动角度为：
Figure BDA0002526095300000146
式中，α1为第一转动角度，θ1为第一角度，Z1为第一底架旋转齿轮31的齿数，Z2为第二底架旋转齿轮32的齿数。
在确定第一转动角度后，根据第二方程确定底架旋转电机4的第一转动方向。
其中，根据第二方程确定底架旋转电机4的第一转动方向，可以为：
根据第二方程确定第二平面的法向量，判断第二平面的法向量的前两个元素之积是否大于0，如果是，确定底架旋转电机4的第一转动方向为逆时针转动，如果否，确定底架旋转电机4的第一转动方向为顺时针转动。
根据第二方程确定第二平面的法向量为
Figure BDA0002526095300000147
其中，
Figure BDA0002526095300000148
为第二平面的法向量，A2为第二方程的x的系数，B2为第二方程的y的系数，C2为第二方程的z的系数。
判断第二平面的法向量的前两个元素之积是否大于0，即判断A2*B2＞0是否成立，其中，A2为第二平面的法向量的第一个元素，B2为第二平面的法向量的第二个元素，如果是，确定底架旋转电机4的第一转动方向为逆时针转动，如果否，确定底架旋转电机4的第一转动方向为顺时针转动。
在确定了第一转动方向和第一转动角度后，控制器即可控制底架旋转电机4向第一转动方向转动第一转动角度，使得底架旋转电机4驱动第二底架旋转齿轮32转动，第二底架旋转齿轮32带动第一底架旋转齿轮31转动，由于第一底架旋转齿轮31套设于旋转底架2的外周，也就是第一底架旋转齿轮31与旋转底架2为一体，因此，第一底架旋转齿轮31转动也就是旋转底架2转动，旋转底架2转动带动着除安装板1外的部件转动。旋转底架2转动后如图4所示，图4为在车辆的车身倾斜时调节旋转底架后的角度调节装置的示意图。
第二次调整：
为了转动俯仰杆6，需要确定俯仰电机7的第二转动方向和第二转动角度，下面分别计算第二转动方向和第二转动角度。
根据第一方程和第二方程计算第一平面与第二平面之间的夹角，根据夹角和第二传动机构5的属性参数，确定俯仰电机7的第二转动角度。
其中，根据第一方程和第二方程计算第一平面与第二平面之间的夹角，根据夹角和第二传动机构5的属性参数，确定俯仰电机7的第二转动角度，可以为：
计算第一平面的法向量与第二平面的法向量之间的夹角，将计算出的夹角作为第一平面与第二平面之间的夹角；
计算第一俯仰齿轮51的齿数与第二俯仰齿轮52的齿数的第二商，计算第二商与夹角的第二乘积，将第二乘积作为第二转动角度。
其中，第一平面与第二平面之间的夹角为：
Figure BDA0002526095300000151
式中，θ2为夹角，
Figure BDA0002526095300000152
为第一平面的法向量，
Figure BDA0002526095300000153
为第二平面的法向量，
Figure BDA0002526095300000154
为第一平面的法向量的模，
Figure BDA0002526095300000155
为第二平面的法向量的模。
第二转动角度为：
Figure BDA0002526095300000156
式中，α2为第二转动角度，θ2为夹角，Z3为第一俯仰齿轮51的齿数，Z4为第二俯仰齿轮52的齿数。
在确定第二转动角度后，根据第二方程确定俯仰电机7的第二转动方向。
其中，根据第二方程确定俯仰电机7的第二转动方向，可以为：
根据第二方程确定第二平面的法向量，判断第二平面的法向量的第一个元素是否大于0，如果是，确定俯仰电机7的第二转动方向为逆时针转动，如果否，确定俯仰电机7的第二转动方向为顺时针转动。
据第二方程确定第二平面的法向量为
Figure BDA0002526095300000161
其中，
Figure BDA0002526095300000162
为第二平面的法向量，A2为第二方程的x的系数，B2为第二方程的y的系数，C2为第二方程的z的系数。
判断第二平面的法向量的第一个元素是否大于0，即判断A2＞0是否成立，其中，A2为第二平面的法向量的第一个元素，如果是，确定俯仰电机7的第二转动方向为逆时针转动，如果否，确定俯仰电机7的第二转动方向为顺时针转动。
在确定了第二转动方向和第二转动角度后，控制器即可控制俯仰电机7向第二转动方向转动第二转动角度，使得俯仰电机7驱动第二俯仰齿轮52转动，第二俯仰齿轮52带动第一俯仰齿轮51转动，由于第一俯仰齿轮51与俯仰齿轮销轴14固定连接，因此，第一俯仰齿轮51转动也就是俯仰齿轮销轴14转动，又由于下俯仰杆62的另一端通过俯仰齿轮销轴14转动连接于旋转底架2，因此，俯仰齿轮销轴14转动带动下俯仰杆62转动，下俯仰杆62转动带动着与下俯仰杆62连接的部件一同转动，最终使得安装托盘9平行于地面。俯仰杆6转动后如图5所示，图5为调节俯仰杆6后的角度调节装置的示意图。
第三次调整：
为了转动安装托盘9，需要确定托盘旋转电机10的第三转动方向和第三转动角度，下面分别计算第三转动方向和第三转动角度。
由于在第一次调整时，转动旋转底架2时，安装托盘9也随着转动，使得安装托盘9上的激光雷达的扫描方向发生了偏移，因此，需要转动安装托盘9向第一转动方向的反方向转动使得激光雷达的扫描方向为车辆的正前方，因此，第三转动方向为第一转动方向的反方向。
在确定了第三转动方向后，根据第一角度和第三传动机构11的属性参数，计算出托盘旋转电机10的第三转动角度。
其中，根据第一角度和第三传动机构11的属性参数，计算出托盘旋转电机10的第三转动角度，可以为：
计算第一托盘旋转齿轮111的齿数与第二托盘旋转齿轮112的齿数的第三商，计算第三商与第一角度的第三乘积，将第三乘积作为第三转动角度。
第三转动角度为：
Figure BDA0002526095300000171
式中，α3为第三转动角度，θ1为第一角度，Z5为第一托盘旋转齿轮111的齿数，Z6为第二托盘旋转齿轮112的齿数。
在确定了第三转动方向和第三转动角度后，控制器即可控制托盘旋转电机10向第一转动方向的反方向转动第三转动角度，使得托盘旋转电机10驱动第二托盘旋转齿轮112转动，第二托盘旋转齿轮112带动第一托盘旋转齿轮111转动，由于第一托盘旋转齿轮111垂直固定安装于安装托盘9的中心位置，因此，第一托盘旋转齿轮111转动也就是安装托盘9转动，安装托盘9绕着上俯仰杆61转动带动安装托盘9上的激光雷达也随之转动，最终使得激光雷达的扫描方向为车辆的正前方。安装托盘9转动后如图6所示，图6为调节安装托盘9后的角度调节装置的示意图，其中，安装托盘9上的箭头方向即为激光雷达的扫描方向，由图6可见箭头方向为正前方。
综上，通过控制底架旋转电机4向第一转动方向转动第一转动角度以驱动旋转底架2转动，使得垂直于俯仰齿轮销轴14的平面与交线垂直以便调整俯仰杆6，然后控制俯仰电机7向第二转动方向转动第二转动角度以驱动俯仰杆6转动，使得安装托盘9平行于地面，保证了安装托盘9上的激光雷达的扫描区域未发生较大变化，最后控制托盘旋转电机10向第一转动方向的反方向转动第三转动角度以驱动安装托盘9转动，使得激光雷达的扫描方向为车辆的正前方，通过三步调整，能够在车辆倾斜后调节激光雷达的角度，保证激光雷达的扫描区域和扫描方向不会发生很大变化，提高车辆行驶的安全性，且本发明实施例提供的角度调节装置结构简单易实现。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种可调节激光雷达角度的角度调节装置，其特征在于，包括安装底板、旋转底架、第一传动机构、底架旋转电机、第二传动机构、俯仰杆、俯仰电机、中间支架、安装托盘、托盘旋转电机、第三传动机构和四个车身高度传感器，所述安装底板安装于车辆的车顶或车头，所述四个车身高度传感器分别安装于所述车辆的悬架的四个角点位置，所述四个车身高度传感器以及每个电机均与所述车辆的控制器连接；
所述安装托盘和所述安装底板平行，所述安装托盘的上端安装有激光雷达，所述旋转底架通过轴承垂直连接于所述安装底板的中心位置，所述底架旋转电机安装于所述安装底板，所述底架旋转电机的输出端与所述第一传动机构连接，所述第一传动机构与所述旋转底架传动连接；
所述俯仰杆包括上俯仰杆和下俯仰杆，所述上俯仰杆的一端垂直连接于所述安装托盘的中心位置，另一端固定连接于所述中间支架的上表面的中心位置，所述下俯仰杆的一端固定连接于所述中间支架的下表面的中心位置，另一端转动连接于所述旋转底架，所述俯仰电机安装于所述中间支架的下表面，所述俯仰电机的输出端与第二传动机构连接，所述第二传动机构与所述下俯仰杆的另一端传动连接；
所述托盘旋转电机安装于所述中间支架的上表面，所述托盘旋转电机的输出端与所述第三传动机构连接，所述第三传动机构与所述安装托盘传动连接；
所述四个车身高度传感器检测所述悬架的四个角点位置的高度信号，并将检测得到的高度信号发送至所述控制器；
所述控制器基于所述车辆的车身倾斜前后的所述四个角点位置的高度信号以及位置坐标确定每个电机的转动角度和转动方向，按照预设顺序控制各个电机向对应的转动方向转动对应的转动角度，使得所述安装托盘在所述车辆的车身倾斜后平行于地面，且所述激光雷达的扫描方向为所述车辆的正前方；
还包括底架电机支架、托盘电机支架和俯仰齿轮销轴；
所述第一传动机构包括第一底架旋转齿轮和第二底架旋转齿轮，所述第二传动机构包括第一俯仰齿轮和第二俯仰齿轮，所述第三传动机构包括第一托盘旋转齿轮和第二托盘旋转齿轮，其中，所述第一底架旋转齿轮的分度圆直径大于所述第二底架旋转齿轮的分度圆直径，所述第一俯仰齿轮的分度圆直径大于所述第二俯仰齿轮的分度圆直径，所述第一托盘旋转齿轮的分度圆直径大于所述第二托盘旋转齿轮的分度圆直径；
所述第一底架旋转齿轮套设于所述旋转底架的外周，所述底架电机支架安装于所述安装底板，所述底架旋转电机安装于所述底架电机支架，所述底架旋转电机的输出端与所述第二底架旋转齿轮连接，所述第二底架旋转齿轮与所述第一底架旋转齿轮啮合；
所述第一俯仰齿轮与所述俯仰齿轮销轴固定连接，所述下俯仰杆的另一端通过所述俯仰齿轮销轴转动连接于所述旋转底架，所述俯仰电机的输出端与所述第二俯仰齿轮连接，所述第二俯仰齿轮与所述第一俯仰齿轮啮合；
所述上俯仰杆的一端通过轴承连接于所述第一托盘旋转齿轮，所述第一托盘旋转齿轮垂直固定安装于所述安装托盘的中心位置，所述托盘电机支架安装于所述中间支架的上表面，所述托盘旋转电机安装于所述托盘电机支架，所述托盘旋转电机的输出端与所述第二托盘旋转齿轮连接，所述第二托盘旋转齿轮与所述第一托盘旋转齿轮啮合；
所述控制器基于四个第一位置坐标以及接收到的四个第一高度信号确定车身平面方程，根据所述车身平面方程以及车身平面与所述安装底板之间的距离确定所述安装底板所在第一平面的第一方程，其中，所述四个第一位置坐标和所述四个第一高度信号分别为在所述车辆的车身未倾斜时所述悬架的四个角点位置的位置坐标以及所述四个车身高度传感器检测得到的所述悬架的四个角点位置的高度信号；
所述控制器基于四个第二位置坐标以及接收到的四个第二高度信号确定倾斜后的车身平面方程，其中，所述四个第二位置坐标和所述四个第二高度信号分别为在所述车辆的车身倾斜时所述悬架的四个角点位置的位置坐标以及所述四个车身高度传感器检测得到的所述悬架的四个角点位置的高度信号，根据所述倾斜后的车身平面方程以及车身平面与所述安装底板之间的距离确定倾斜后的所述安装底板所在第二平面的第二方程；
所述控制器确定所述车辆的车辆坐标系的XZ平面在所述车辆的车身未倾斜时的第一法向量，根据所述第一方程和所述第二方程确定与交线垂直的平面的第二法向量，其中，所述交线为所述第一平面与所述第二平面之间的交线，根据所述第一法向量和所述第二法向量，计算出所述旋转底架所需转动的第一角度，根据所述第一角度和所述第一传动机构的属性参数，确定所述底架旋转电机的第一转动角度，根据所述第二方程确定所述底架旋转电机的第一转动方向，控制所述底架旋转电机向所述第一转动方向转动所述第一转动角度；根据所述第一方程和所述第二方程计算所述第一平面与所述第二平面之间的夹角，根据所述夹角和所述第二传动机构的属性参数，确定所述俯仰电机的第二转动角度，根据所述第二方程确定所述俯仰电机的第二转动方向，控制所述俯仰电机向所述第二转动方向转动所述第二转动角度；根据所述第一角度和所述第三传动机构的属性参数，计算出所述托盘旋转电机的第三转动角度，控制所述托盘旋转电机向所述第一转动方向的反方向转动所述第三转动角度。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括销子；
所述第一俯仰齿轮与所述俯仰齿轮销轴的一端固定连接，所述俯仰齿轮销轴的另一端依次穿过所述旋转底架上的第一通孔和第二通孔并伸出所述第二通孔，所述俯仰齿轮销轴位于所述第一通孔和所述第二通孔之间的部分与所述下俯仰杆的另一端固定连接，所述俯仰齿轮销轴伸出所述第二通孔的部分设置有销孔，所述销子卡入所述销孔。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，根据所述第一方程确定所述第一平面的法向量，根据所述第二方程确定所述第二平面的法向量，计算所述第一平面的法向量和所述第二平面的法向量的向量积，将所述向量积作为所述第二法向量。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，计算所述第一法向量和所述第二法向量之间的夹角，将所计算出的夹角作为所述第一角度；
计算所述第一底架旋转齿轮的齿数与所述第二底架旋转齿轮的齿数的第一商，计算所述第一商与所述第一角度的第一乘积，将所述第一乘积作为所述第一转动角度。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，根据所述第二方程确定所述第二平面的法向量，判断所述第二平面的法向量的前两个元素之积是否大于0，如果是，确定所述底架旋转电机的第一转动方向为逆时针转动，如果否，确定所述底架旋转电机的第一转动方向为顺时针转动。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，计算所述第一平面的法向量与所述第二平面的法向量之间的夹角，将计算出的夹角作为所述第一平面与所述第二平面之间的夹角；
计算所述第一俯仰齿轮的齿数与所述第二俯仰齿轮的齿数的第二商，计算所述第二商与所述夹角的第二乘积，将所述第二乘积作为所述第二转动角度。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，根据所述第二方程确定所述第二平面的法向量，判断所述第二平面的法向量的第一个元素是否大于0，如果是，确定所述俯仰电机的第二转动方向为逆时针转动，如果否，确定所述俯仰电机的第二转动方向为顺时针转动。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，计算所述第一托盘旋转齿轮的齿数与所述第二托盘旋转齿轮的齿数的第三商，计算所述第三商与所述第一角度的第三乘积，将所述第三乘积作为所述第三转动角度。
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