CN112147641B - 一种复杂环境下救援车用激光导航灯系统及导航方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复杂环境下救援车用激光导航灯，包括承载基座、激光测距仪、微波测距雷达、激光导航灯、3D扫描摄像头及驱动电路，承载基座前端面及后端面均设一条承载槽，激光测距仪和3D扫描摄像头嵌于承载基座前端面的承载槽内，微波测距雷达沿承载基座轴线均布在承载槽槽壁对应的承载基座前端面上，激光导航灯对称分布在承载基座两侧，驱动电路嵌于承载基座后端面的承载槽内。使用方法包括设备装配及导航避障等两个步骤。本发明一方面可有效满足在多种复杂现场环境满足与多种不同车辆设备配套运行的需要；另一方面可实现对行径路径进行远距离、近距离同步测距及三维建模识别，从而有效的提高对行径路径上障碍物判断识别精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆导航设备，属于特种救援车辆技术领域。
背景技术
目前在对火灾、地震、泥石流等灾害进行现场救援中，救灾车辆在运行中往往需要借助导航设备和避障设备对车辆运行路径进行规划导航，当前所使用的导航设备及避障设备往往均为传统的基于GNSS卫星导航、测距雷达及现场摄像机等涉笔配套运行，虽然一定程度可以满足使用的需要，但一方面对注入矿井等卫星通讯信号不畅环境救援活动时，当前的导向系统运行的可靠性均相对较差，甚至无法开展有效的导航作业；另一方面当前所使用导航和避障装备在运行中，往往仅能满足对大致路线进行规划，并对在行进过程中路径上的障碍物进行简单的测距作业，而无法实现对行径路径范围进行精确规划限定，同时也无法对路径障碍物的结构、体积进行精确判断，从而导致车辆运行中无法对障碍物的通过性进行判断，极易因障碍物过大等因素导致车辆受损，严重影响了车辆运行的稳定性和可靠性。
因此针对这一现状，迫切需要开发一种全新的救援车辆用导航设备，以满足实际使用的需要。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种复杂环境下救援车用激光导航灯，以克服以上缺陷满足实际检测作业工作的需要。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种复杂环境下救援车用激光导航灯，包括承载基座、激光测距仪、微波测距雷达、激光导航灯、3D扫描摄像头及驱动电路，承载基座为横断面呈“工”字形的槽状结构，其前端面及后端面均设一条与承载基座轴线平行分布的承载槽，其中激光测距仪至少一个，嵌于承载基座前端面的承载槽内，激光测距仪后端面通过导向滑轨与承载槽槽底滑动连接，其轴线与承载槽轴线垂直并相交，与水平面呈0°—70°夹角，且导向滑轨与承载槽轴线平行分布， 3D扫描摄像头嵌于承载基座前端面的承载槽内，位于承载槽中点位置且3D扫描摄像头光轴与水平面相交并呈5°—60°夹角，微波测距雷达若干，沿承载基座轴线均布在承载槽槽壁对应的承载基座前端面上，且微波测距雷达轴线与水平面平行分布，激光导航灯至少两个，对称分布在承载基座两侧，并通过转台机构与承载基座两端面端面铰接，激光导航灯光轴与水平面呈0°—90°夹角，并与承载基座轴线垂直并相交，驱动电路嵌于承载基座后端面的承载槽内，并分别与激光测距仪、微波测距雷达、激光导航灯、3D扫描摄像头电气连接。
进一步的，所述激光导航灯包括承载壳、激光发生器、调焦透镜组、分化板、窗口片、散热机构、辅助照明灯、接线端子及倾角传感器，所述承载壳横断面呈矩形的腔体结构，所述激光发生器嵌于承载壳内并与承载壳同轴分布，且激光发生器后端面通过散热机构与承载壳后端面连接，且散热机构对应的承载壳后端面设散热口，所述激光发生器前端面设与激光发生器同轴分布的透光孔，所述窗口片嵌于透光孔内并与透光孔同轴分布，所述调焦透镜组、分化板位于激光发生器和窗口片之间位置，并与激光发生器同轴分布，且所述分化板位于靠近过窗口片一侧并与窗口片后端面间间距为0—5毫米，所述辅助照明灯至少一个，与承载壳外表面连接，且承载壳光轴与激光发生器光轴平行分布，所述倾角传感器至少一个，与承载壳下表面连接并位于承载壳中点位置，所述接线端子至少一个，嵌于承载壳外侧面并分别与激光发生器、散热机构、辅助照明灯、倾角传感器及驱动电路电气连接。
进一步的，所述调焦透镜组、激光发生器均通过至少两条滑轨与承载壳内表面滑动连接，且滑轨内设行走结构，并通过行走机构与调焦透镜组、激光发生器电气连接。
进一步的，所述激光发生器光斑为“一”字形及“十”字形中的任意一种，且所述激光发生器光斑轴线与承载基座轴线垂直分布。
进一步的，所述的承载基座为直线槽状框架结构及圆弧框架结构中的任意一种，且承载基座上端面及下端面均设至少两条与承载基座轴线垂直分布的连接滑槽，且连接滑槽沿承载基座轴线方向均布。
进一步的，所述的激光测距仪后端面设滑块，并通过滑块与导向滑轨滑动连接，所述滑块后端面嵌于导向滑轨内，前端面通过转台机构与激光测距仪后端面铰接，且所述转台机构上设至少一个角度传感器，所述滑块外侧面另设至少一个位移传感器，所述位移传感器另与导向滑轨滑动连接，所述角度传感器和位移传感器均与驱动电路电气连接。
进一步的，所述的激光测距仪、微波测距雷达、激光导航灯、3D扫描摄像头光轴地平面相交时，交点均位于承载基座前方，且与承载基座前端面间间距不小于10厘米。
进一步的，所述驱动电路为基于FPG、DSP芯片中任意一种为基础的电路系统，且所述驱动电路另设工业总线模块、IGBT驱动电路模块、数据通讯总线模块，所述工业总线模块与IGBT驱动电路模块、数据通讯总线模块电气连接，且所述工业总线模块与IGBT驱动电路模块分别与激光测距仪、微波测距雷达、激光导航灯、3D扫描摄像头电气连接电气连接。
本发明一方面集成化程度、安装定位方便，操作简便灵活且环境适应能力强，可有效满足在多种复杂现场环境满足与多种不同车辆设备配套运行的需要，使用灵活性和通用性好；另一方面可清晰准确的确定出车辆行进路径范围，同时可实现对行径路径进行远距离、近距离同步测距及三维建模识别，从而有效的提高对行径路径上障碍物判断识别精度，从而实现在对车辆行进路径进行规划设计合理性和科学性的同时，另可有效防止障碍物对车辆造成的阻挡及损害，提高救援车辆运行的安全性和可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。
图1为本发明横断面局部结构示意图；
图2为本发明俯视局部结构示意图；
图3为激光导航灯结构意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1—3所示，一种复杂环境下救援车用激光导航灯，包括承载基座1、激光测距仪2、微波测距雷达3、激光导航灯4、3D扫描摄像头5及驱动电路6，承载基座1为横断面呈“工”字形的槽状结构，其前端面及后端面均设一条与承载基座1轴线平行分布的承载槽7，其中激光测距仪2至少一个，嵌于承载基座1前端面的承载槽7内，激光测距仪2后端面通过导向滑轨8与承载槽7槽底滑动连接，其轴线与承载槽7轴线垂直并相交，与水平面呈0°—70°夹角，且导向滑轨8与承载槽7轴线平行分布， 3D扫描摄像头5嵌于承载基座1前端面的承载槽7内，位于承载槽7中点位置且3D扫描摄像头5光轴与水平面相交并呈5°—60°夹角，微波测距雷达3若干，沿承载基座1轴线均布在承载槽7槽壁对应的承载基座1前端面上，且微波测距雷达3轴线与水平面平行分布，激光导航灯4至少两个，对称分布在承载基座1两侧，并通过转台机构9与承载基座1两端面端面铰接，激光导航灯4光轴与水平面呈0°—90°夹角，并与承载基座1轴线垂直并相交，驱动电路6嵌于承载基座1后端面的承载槽7内，并分别与激光测距仪2、微波测距雷达3、激光导航灯4、3D扫描摄像头5电气连接。
重点说明的，所述激光导航灯4包括承载壳41、激光发生器42、调焦透镜组43、分化板44、窗口片45、散热机构46、辅助照明灯47、接线端子48及倾角传感器49，所述承载壳41横断面呈矩形的腔体结构，所述激光发生器42嵌于承载壳41内并与承载壳41同轴分布，且激光发生器42后端面通过散热机构46与承载壳41后端面连接，且散热机构46对应的承载壳41后端面设散热口10，所述激光发生器42前端面设与激光发生器42同轴分布的透光孔11，所述窗口片45嵌于透光孔11内并与透光孔11同轴分布，所述调焦透镜组43、分化板44位于激光发生器42和窗口片45之间位置，并与激光发生器42同轴分布，且所述分化板44位于靠近过窗口片45一侧并与窗口片45后端面间间距为0—5毫米，所述辅助照明灯47至少一个，与承载壳41外表面连接，且承载壳41光轴与激光发生器42光轴平行分布，所述倾角传感器49至少一个，与承载壳41下表面连接并位于承载壳41中点位置，所述接线端子48至少一个，嵌于承载壳41外侧面并分别与激光发生器42、散热机构46、辅助照明灯47、倾角传感器49及驱动电路6电气连接。
进一步优化的，所述调焦透镜组43、激光发生器42均通过至少两条滑轨12与承载壳41内表面滑动连接，且滑轨12内设行走结构13，并通过行走机构13与调焦透镜组43、激光发生器42电气连接。
此外，所述激光发生器42光斑为“一”字形及“十”字形中的任意一种，且所述激光发生器42光斑轴线与承载基座1轴线垂直分布。
同时，所述的承载基座1为直线槽状框架结构及圆弧框架结构中的任意一种，且承载基座1上端面及下端面均设至少两条与承载基座1轴线垂直分布的连接滑槽14，且连接滑槽14沿承载基座1轴线方向均布。
需要说明的，所述的激光测距仪2后端面设滑块15，并通过滑块15与导向滑轨8滑动连接，所述滑块15后端面嵌于导向滑轨8内，前端面通过转台机构9与激光测距仪2后端面铰接，且所述转台机构9上设至少一个角度传感器16，所述滑块15外侧面另设至少一个位移传感器17，所述位移传感器17另与导向滑轨8滑动连接，所述角度传感器16和位移传感器17均与驱动电路6电气连接。
进一步优化的，所述的激光测距仪2、微波测距雷达3、激光导航灯4、3D扫描摄像头5光轴地平面相交时，交点均位于承载基座1前方，且与承载基座1前端面间间距不小于10厘米。
本实施例中，所述驱动电路6为基于FPG、DSP芯片中任意一种为基础的电路系统，且所述驱动电路另设工业总线模块、IGBT驱动电路模块、数据通讯总线模块，所述工业总线模块与IGBT驱动电路模块、数据通讯总线模块电气连接，且所述工业总线模块与IGBT驱动电路模块分别与激光测距仪2、微波测距雷达3、激光导航灯4、3D扫描摄像头5电气连接电气连接。
本新型在具体实施中，在方法，包括以下步骤：
S1，设备装配，首先对构成本发明的承载基座、激光测距仪、微波测距雷达、激光导航灯、3D扫描摄像头及驱动电路进行组装，然后使组装后本发明通过承载基座嵌入到救援车车体前端面及后端面的外表面，并使承载基座前端面与水平面呈30°—90°夹角，轴线与水平面平行分布，最后将驱动电路与救援车的控制电路系统电气连接，并调节激光测距仪位于承载基座重点位置并与救援车车体轴线平行分布，使两激光导航灯轴线与救援车车体轴线平行分布并对称分布在救援车轴线两侧，且两个激光导航灯之间间距为救援车最大宽度的90%—120%；
S2，导航避障，在救援车进行运行运行作业中，首先通过激光导航灯在救援车行进路径前方及后方位置进行光斑投影，一方面通过光斑标记出车辆行进路径范围标记，确定行驶路径范围，另一方面在进行光斑投影时，通过激光导航灯的分化板，实现在地面光斑投影时，同步实现进行测距刻度投影，实现通过光斑对车辆行进路径与目标及障碍物间间距进行初步测距；然后通过激光测距仪、微波测距雷达及3D扫描摄像头同时运行，对激光导航灯标记的路径范围内的障碍物进行搜索检测，其中，通过多个微波测距雷达前面对车辆前端面及后端面位置的近距离障碍物进行检测测距；通过激光测距仪对前端面及后端面位置的远距离障碍物进行检测测距；确定障碍物与车体间的距离；然后通过3D扫描摄像头对车辆前端面及后端面位置的路况及障碍物进行整体扫描作业，配合激光测距仪、微波测距雷达对救援车行进路径上的障碍物位置及结构特征进行识别；从而获取全面的救援车行径路径及路径上障碍物信息，实现车辆运行导航避障作业的需要。
本发明一方面集成化程度、安装定位方便，操作简便灵活且环境适应能力强，可有效满足在多种复杂现场环境满足与多种不同车辆设备配套运行的需要，使用灵活性和通用性好；另一方面可清晰准确的确定出车辆行进路径范围，同时可实现对行径路径进行远距离、近距离同步测距及三维建模识别，从而有效的提高对行径路径上障碍物判断识别精度，从而实现在对车辆行进路径进行规划设计合理性和科学性的同时，另可有效防止障碍物对车辆造成的阻挡及损害，提高救援车辆运行的安全性和可靠性。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种复杂环境下救援车用激光导航灯，其特征在于：所述复杂环境下救援车用激光导航灯包括承载基座、激光测距仪、微波测距雷达、激光导航灯、3D扫描摄像头及驱动电路，所述承载基座为横断面呈“工”字形的槽状结构，其前端面及后端面均设一条与承载基座轴线平行分布的承载槽，其中所述激光测距仪至少一个，嵌于承载基座前端面的承载槽内，所述激光测距仪后端面通过导向滑轨与承载槽槽底滑动连接，其轴线与承载槽轴线垂直并相交，与水平面呈0°—70°夹角，且所述导向滑轨与承载槽轴线平行分布，所述3D扫描摄像头嵌于承载基座前端面的承载槽内，位于承载槽中点位置且3D扫描摄像头光轴与水平面相交并呈5°—60°夹角，所述微波测距雷达若干，沿承载基座轴线均布在承载槽槽壁对应的承载基座前端面上，且所述微波测距雷达轴线与水平面平行分布，所述激光导航灯至少两个，对称分布在承载基座两侧，并通过转台机构与承载基座两端面端面铰接，所述激光导航灯光轴与水平面呈0°—90°夹角，并与承载基座轴线垂直并相交，所述驱动电路嵌于承载基座后端面的承载槽内，并分别与激光测距仪、微波测距雷达、激光导航灯、3D扫描摄像头电气连接；所述激光导航灯包括承载壳、激光发生器、调焦透镜组、分化板、窗口片、散热机构、辅助照明灯、接线端子及倾角传感器，所述承载壳横断面呈矩形的腔体结构，所述激光发生器嵌于承载壳内并与承载壳同轴分布，且激光发生器后端面通过散热机构与承载壳后端面连接，且散热机构对应的承载壳后端面设散热口，所述激光发生器前端面设与激光发生器同轴分布的透光孔，所述窗口片嵌于透光孔内并与透光孔同轴分布，所述调焦透镜组、分化板位于激光发生器和窗口片之间位置，并与激光发生器同轴分布，且所述分化板位于靠近过窗口片一侧并与窗口片后端面间间距为0—5毫米，所述辅助照明灯至少一个，与承载壳外表面连接，且承载壳光轴与激光发生器光轴平行分布，所述倾角传感器至少一个，与承载壳下表面连接并位于承载壳中点位置，所述接线端子至少一个，嵌于承载壳外侧面并分别与激光发生器、散热机构、辅助照明灯、倾角传感器及驱动电路电气连接；所述调焦透镜组、激光发生器均通过至少两条滑轨与承载壳内表面滑动连接，且滑轨内设行走结构，并通过行走机构与调焦透镜组、激光发生器电气连接；所述激光发生器光斑为“一”字形及“十”字形中的任意一种，且所述激光发生器光斑轴线与承载基座轴线垂直分布。
2.根据权利要求1所述的一种复杂环境下救援车用激光导航灯，其特征在于：所述的承载基座为直线槽状框架结构及圆弧框架结构中的任意一种，且承载基座上端面及下端面均设至少两条与承载基座轴线垂直分布的连接滑槽，且连接滑槽沿承载基座轴线方向均布。
3.根据权利要求1所述的一种复杂环境下救援车用激光导航灯，其特征在于：所述的激光测距仪后端面设滑块，并通过滑块与导向滑轨滑动连接，所述滑块后端面嵌于导向滑轨内，前端面通过转台机构与激光测距仪后端面铰接，且所述转台机构上设至少一个角度传感器，所述滑块外侧面另设至少一个位移传感器，所述位移传感器另与导向滑轨滑动连接，所述角度传感器和位移传感器均与驱动电路电气连接。
4.根据权利要求1所述的一种复杂环境下救援车用激光导航灯，其特征在于：所述的激光测距仪、微波测距雷达、激光导航灯、3D扫描摄像头光轴地平面相交时，交点均位于承载基座前方，且与承载基座前端面间间距不小于10厘米。
5.根据权利要求1所述的一种复杂环境下救援车用激光导航灯，其特征在于：所述驱动电路为基于FPG、DSP芯片中任意一种为基础的电路系统，且所述驱动电路另设工业总线模块、IGBT驱动电路模块、数据通讯总线模块，所述工业总线模块与IGBT驱动电路模块、数据通讯总线模块电气连接，且所述工业总线模块与IGBT驱动电路模块分别与激光测距仪、微波测距雷达、激光导航灯、3D扫描摄像头电气连接。
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| 激光技术在防盗报警系统中的应用;李成;张佳佳;杨爽;陈卫兵;蔡燚;;产业科技创新;20190315(第08期);全文 * |
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