CN112748445A - 一种智能雷达系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能雷达系统，包括硬件系统部分、软件系统部分，所述软件系统部分包括激光头和激光点云处理版，所述激光点云处理板上的处理器内置软件系统部分，所述激光头用于获取定位、建图、导航所需的数据，其输出端连接至激光点云处理板，所述激光点云处理板用于通过系统软件部分进行导航数据处理。本发明的优点在于：智能雷达系统集雷达点云处理与激光头于一体，不需要外接车载控制器，并且体积和普通雷达相差无几，保证了功能性和实用性的同时，真正体现轻便化和低成本化，并且实现即插即用，简化了AGV激光定位导航的控制流程。
Description
技术领域
本发明涉及机器人雷达系统领域，特别涉及一种智能雷达系统。
背景技术
现在主流的机器人工业应用场景，一般采用在ROS操作系统下利用激光完成机器人的定位、导航、控制等功能，但该系统实时性差资源消耗，需配备高性能的处理器和存储系统，采用ROS来实现移动机器人的定位导航，需要配备性能优越的硬件设备，这对于一些小型化嵌入式平台，尤其是实际的机器人产品里，其对计算资源、存储空间的消耗会使成本大幅度上升。
一般现在主流机器人应用场景多半都会有一套车载控制系统作为机器人控制系统的核心，一般早期的车载控制系统硬件通常采用工控机或通用PLC作为主控单元，通过比较复杂的控制软件和多种A/D、D/A接口完成人机交互、路径设定、任务调度、定位与导航控制、运动控制、电源管理、自主避障、安全信息提示、并与管理监控计算机进行通讯、反馈AGV的当前状态、接受调度和工作指令等任务，但是这些控制系统往往体积很大并且成本也相应提升。
近年来，随着计算机技术的飞速发展，嵌入式计算机的软硬件水平都得到很大提高，嵌入式计算机系统具有结构紧凑、成本低、功耗小等明显优势。为了更方便的在AGV上使用激光雷达作为导航、定位的精确应用，更高度的集成化设备，本申请一种智能雷达系统，通过雷达集成嵌入式开发板方式实现雷达的使用便利性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能激光雷达系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种智能雷达系统，包括硬件系统部分、软件系统部分，所述软件系统部分包括激光头和激光点云处理版，所述激光点云处理板上的处理器内置软件系统部分，所述激光头用于获取定位、建图、导航所需的数据，其输出端连接至激光点云处理板，所述激光点云处理板用于通过系统软件部分进行导航数据处理。
所述软件系统部分包括建图软件模块、定位软件模块、导航软件模块、状态组播模块、分布式控制模块、上位机界面模块。
所述激光点云处理板采用ARM核心板，其上集成嵌入式计算机模块。
所述嵌入式计算机模块上集成多个外置接口和通讯总线，包括千兆网口、CAN接口、RS232接口、RS485接口，所述千兆网口、CAN接口、RS232接口、RS4885接口通过航空插头连接用户端。
所述千兆网口包括网口1、网口2、网口3，其中网口3通过航空插头/软排线连接至激光头；所述网口2为外接雷达预留网口，用于拓展雷达数量，网口1用于通过航空插头连接用户端。
所述嵌入式计算机模块通过航空接口连接至上位机，所述上位机用于将不同场景下控制程序下载至嵌入式计算机模块。
所述软件系统部分是定位、建图、导航所需算法，定位软件模块利用激光雷达获取的信息，进行AGV定位的软件；所述建图软件模块根据激光雷达获取的信息，对工作环境区域构建地图的软件；所述导航软件模块用于工业场景AGV导航的软件，当在软件界面上选择一个终点，通过先前其它软件中进行的定位、建图等操作，AGV会自行规划一条路径并实时避障、导航；所述状态组播模块用于广播一个或多个激光雷达和AGV的当前状态或信息等；分布式控制模块用于各种模块运行的分布式控制；上位机界面模块用以显示激光雷达得出的状态和信息。
本发明的优点在于：智能雷达系统集雷达点云处理与激光头于一体，不需要外接车载控制器，并且体积和普通雷达相差无几，保证了功能性和实用性的同时，真正体现轻便化和低成本化，并且实现即插即用，简化了AGV激光定位导航的控制流程，降低激光雷达使用的复杂度，并且抛弃独立激光雷达需要外接车载控制系统才能够实现AGV导航定位等，做到了激光雷达拿来即用的效果，真正提高了激光雷达使用的便利性。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明雷达系统的系统结构原理图；
图2为本发明雷达点云处理板的原理图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
目前大多AGV在使用时多半需要在AGV机身搭载车载控制系统，并利用车载控制系统和外接激光雷达传感器，整套系统的使用依旧存在通讯等各种不便利性，会增加机器人控制系统的复杂度，加大控制系统的体积，为了简化控制流程，降低激光雷达使用的复杂度，并且解决独立激光雷达还需要外接车载控制系统的部分才能够实现AGV导航定位的问题等，实现激光雷达拿来即用的思想，真正做到高度集成化和高度便利性，我们开创性地设计了一款智能雷达系统，我们和市场上的常规AGV导航控制方式不同，这套雷达系统自带雷达点云处理核心板，相当于雷达自身集成了车载控制系统，不需要外接车载控制器，并且体积和普通雷达相差无几，保证了功能性和实用性的同时，真正体现轻便化和低成本化，并且实现即插即用。
本智能雷达系统主要包括如下部分：硬件系统部分和软件系统部分，其系统组成如图1所示，硬件系统包括激光头、激光点云处理板等，软件系统包括建图软件模块、定位软件模块、导航软件模块、状态组播模块、分布式控制模块、上位机界面模块等。激光头即为激光雷达，用于采集雷达数据方便激光点云处理板进行导航等数据的处理获取实现。
本发明所述的激光头即为本智能雷达的主体部分，是用于进行机器人定位、建图、导航的传感装置，本申请的雷达系统为一个整体嵌入了点云处理板，作为一个整体产品可以直接进行应用，其包括外壳及内置的点云处理板，外壳对内部的激光头主体以及智能雷达控制板进行保护。本发明所公开的智能雷达系统在不同的场景需求下可以同步外接不同数量的激光雷达，以满足不同工作环境下的不同需求，在一个主智能雷达之外，还可以同步接入4路激光雷达。
本发明所述的智能雷达系统与其它产品最大的区别就是本发明不光只是一个雷达装置，其内部自行集成了激光点云处理部分，硬件上的体现即为激光点云处理板，如图2所示，本发明所述的激光点云处理板采用ARM核心板，使用高性能RK3399计算机模块。其中，本发明的硬件系统部分还包括底板和其它部件如航空插头等。底板用于数据收集与交互等，航空插头用于通信和电源输入等，如图2所示，本发明包括丰富的外置接口和通讯总线：千兆网口、CAN、RS232、RS485等，满足多种通信协议，图中所示网口1、网口2、CAN、RS232、RS485均经过航空插头预留与外界用户的接口，方便外接用户与计算机模块进行连接，其中网口2为外接雷达的预留口，其可以同步接入其它雷达，通过航空插头的方式本智能雷达还可以同步接入4路雷达，方便拓展多路雷达以优化增加本申请进行导航所需的雷达数据。
本发明使用通信接口(航插连接)实现机器人远程控制比如任务组播、上位机监控等功能，并且方便不同场景控制程序的一键下载。由于本发明的激光雷达系统开创性地集成了点云处理模块，因此本发明得以极大的简化AGV激光定位导航的使用复杂度，在使用时无需外接其它控制器即可实现即插即用，同时可以节省成本，降低AGV控制系统的空间消耗，降低工厂车间的实施成本，提高实施效率。
如图2所示，嵌入式计算机模块采用RK3399芯片来实现，RK3399芯片内置有千兆网口、CAN接口、RS232接口、RS485接口，千兆网口、CAN接口、RS232接口、RS485接口通过航空插头连接外接用户，外接用户是指，外部需要与RK3399芯片连接各种部件，包括上位机、雷达等。千兆网口包括网口1、网口2、网口3，其中网口3通过航空插头连接至激光头；网口2为外接雷达预留网口，用于拓展雷达数量，网口1用于通过航空插头连接用户端。用户端可以是AGV小车的控制器，用于控制车辆运行，本申请的RK3399将导航运行信号上传至AGV小车等。或者由rs485、RS232或CAN等连接。这些接口主要是进行外部设备的拓展，如上位机显示器，用于显示导航等数据，则可以利用RS485接口通过航空插头连接显示器从而拓展显示。在本申请中RK3399内置电源管理模块，宽压输入经电源管理模块为本申请的RK3399以及外设供电。
智能雷达硬件部分如图1所示，其包含激光头和激光点云处理板等硬件，如图2所示的智能雷达系统结构框图，本发明所述的智能雷达激光头所获取的雷达数据通过内部网口与激光点云处理板进行数据交互。显然，其外部壳体是对激光头和控制板的容纳保护装置。
如图1所示，本发明所述智能雷达系统还包括软件系统部分：定位软件模块、建图软件模块、导航软件模块、状态组播模块、分布式控制模块、上位机界面模块等。智能雷达集成了定位、建图、导航所需算法，其中，所述定位软件模块即利用激光雷达获取的信息，进行AGV定位的软件；所述建图软件模块即根据激光雷达获取的信息，对工作环境区域构建地图的软件；所述导航软件模块即用于工业场景AGV导航的软件，当在软件界面上选择一个终点，通过先前其它软件中进行的定位、建图等操作，AGV会自行规划一条路径并实时避障、导航，面对工业现场的需求变更如调整目标位置和路线，传统产品需要工程师修改代码实现，本发明的软件系统部分可以实现AGV一站式实施，包括定位建图导航以及任务编辑都可以通过软件系统实现，无需修改代码，大大提高了现场的实施效率；所述状态组播模块即用于广播一个或多个激光雷达和AGV的当前状态或信息等。分布式控制模块即用于各种模块运行的分布式控制。上位机界面模块用以显示激光雷达得出的状态和信息，如定位位置信息、状态等，并且用以人机交互。
与现有技术相比，本发明的这套智能雷达系统集雷达点云处理与激光头于一体，不需要外接车载控制器，并且体积和普通雷达相差无几，保证了功能性和实用性的同时，真正体现轻便化和低成本化，并且实现即插即用，简化了AGV激光定位导航的控制流程，降低激光雷达使用的复杂度，并且抛弃独立激光雷达需要外接车载控制系统才能够实现AGV导航定位等，做到了激光雷达拿来即用的效果，真正提高了激光雷达使用的便利性。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种智能雷达系统，其特征在于：包括硬件系统部分、软件系统部分，所述软件系统部分包括激光头和激光点云处理版，所述激光点云处理板上的处理器内置软件系统部分，所述激光头用于获取定位、建图、导航所需的数据，其输出端连接至激光点云处理板，所述激光点云处理板用于通过系统软件部分进行导航数据处理。
2.如权利要求1所述的一种智能雷达系统，其特征在于：所述软件系统部分包括建图软件模块、定位软件模块、导航软件模块、状态组播模块、分布式控制模块、上位机界面模块。
3.如权利要求1所述的一种智能雷达系统，其特征在于：所述激光点云处理板采用ARM核心板，其上集成嵌入式计算机模块。
4.如权利要求1所述的一种智能雷达系统，其特征在于：所述嵌入式计算机模块上集成多个外置接口和通讯总线，包括千兆网口、CAN接口、RS232接口、RS485接口，所述千兆网口、CAN接口、RS232接口、RS4885接口通过航空插头连接用户端。
5.如权利要求4所述的一种智能雷达系统，其特征在于：所述所述千兆网口包括网口1、网口2、网口3，其中网口3通过软排线连接至激光头；所述网口2为外接雷达预留网口，用于拓展雷达数量，网口1用于通过航空插头连接用户端。
6.如权利要求1-5任一所述的一种智能雷达系统，其特征在于：所述嵌入式计算机模块通过航空接口连接至上位机，所述上位机用于将不同场景下控制程序下载至嵌入式计算机模块。
7.如权利要求1-5任一所述的一种智能雷达系统，其特征在于：所述软件系统部分是定位、建图、导航所需算法，定位软件模块利用激光雷达获取的信息，进行AGV定位的软件；所述建图软件模块根据激光雷达获取的信息，对工作环境区域构建地图的软件；所述导航软件模块用于工业场景AGV导航的软件，当在软件界面上选择一个终点，通过先前其它软件中进行的定位、建图等操作，AGV会自行规划一条路径并实时避障、导航；所述状态组播模块用于广播一个或多个激光雷达和AGV的当前状态或信息等；分布式控制模块用于各种模块运行的分布式控制；上位机界面模块用以显示激光雷达得出的状态和信息。
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