CN116243275A - 全景三维巡检系统 - Google Patents

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CN116243275A CN202211648775.0A CN202211648775A CN116243275A CN 116243275 A CN116243275 A CN 116243275A CN 202211648775 A CN202211648775 A CN 202211648775A CN 116243275 A CN116243275 A CN 116243275A
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吴方朋
张学亮
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Abstract

公开涉及煤矿巡检技术领域，尤其涉及一种全景三维巡检系统。该全景三维巡检系统，包括：全景三维巡检设备和控制器，全景三维巡检设备包括支撑壳、云台电机、旋转座、激光雷达、滑环和编码器；其中，控制器分别与激光雷达和云台电机连接，用于控制云台电机的输出轴和激光雷达的旋转轴旋转，以控制激光雷达进行全景视角扫描，得到目标全景点云。采用上述方案的本公开可以获得更加全面立体的激光点云信息。

Description

全景三维巡检系统
技术领域
本公开涉及煤矿巡检技术领域，尤其涉及一种全景三维巡检系统。
背景技术
激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
相关技术中，激光雷达没有全景视角的，由于综采工作面空间受限，设备比较多，激光雷达无法扫描设备周围的全部空间，这对于生产安全性无法得到有效保证。
发明内容
本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本公开的实施例提出一种高精度的全景三维巡检系统。
本公开实施例的全景三维巡检系统包括：全景三维巡检设备和控制器，所述全景三维巡检设备包括支撑壳、云台电机、旋转座、激光雷达、滑环和编码器；其中，
所述云台电机设在所述支撑壳上，所述云台电机与所述旋转座相连，所述激光雷达可拆卸地设在所述旋转座上，所述激光雷达的旋转轴的中心轴线与所述云台电机的输出轴的中心轴线之间具有夹角，所述滑环设在所述支撑壳内，所述滑环与所述激光雷达相连，所述编码器与所述云台电机相连；
所述控制器分别与所述激光雷达和所述云台电机连接，用于控制所述云台电机的输出轴和所述激光雷达的旋转轴旋转，以控制所述激光雷达进行全景视角扫描，得到目标全景点云。
在一些实施例中，所述控制器用于控制所述云台电机的输出轴和所述激光雷达的旋转轴旋转，以控制所述激光雷达进行全景视角扫描时，具体用于：
控制所述激光雷达的旋转轴进行垂直方向的360度旋转，以控制所述激光雷达在垂直360度视角进行扫描；
控制所述云台电机的输出轴进行水平方向的360度旋转，以控制所述激光雷达在水平360度视角进行扫描。
在一些实施例中，所述控制器用于控制所述激光雷达进行全景视角扫描，得到目标全景点云时，具体用于：
控制所述激光雷达进行全景视角扫描，得到第一全景点云；
获取所述全景三维巡检设备输入的转角信息和姿态信息；
基于所述转角信息，将所述第一全景点云对应的坐标系转换为参考坐标系，得到第二全景点云；
基于所述姿态信息，对所述第二全景点云进行姿态幅值，得到目标全景点云。
在一些实施例中，所述全景三维巡检设备还包括惯导；其中，
所述惯导设在所述支撑壳内，所述惯导与所述控制器连接，所述惯导用于测量所述激光雷达对应的姿态信息，并将所述姿态信息发送至所述控制器。。
在一些实施例中，所述支撑壳的上壁面设有装配孔，所述云台电机贯穿所述装配孔且与所述支撑壳相连。
在一些实施例中，所述云台电机包括定子组件、转子组件和电机轴，所述定子组件与所述装配孔的孔壁相连，所述旋转座与所述转子组件相连，所述电机轴的至少部分位于所述支撑壳内。
在一些实施例中，所述云台电机包括定子组件、转子组件和电机轴，所述定子组件与所述装配孔的孔壁相连，所述旋转座与所述转子组件相连，所述电机轴的至少部分位于所述支撑壳内。
在一些实施例中，所述电机轴上套设有轴承，所述编码器与所述轴承相连；
所述编码器与所述控制器连接，用于对所述云台电机的转角信息进行检测，并将所述转角信息发送至所述控制器。
在一些实施例中，所述全景三维巡检设备还包括着色组件，所述着色组件包括支撑杆和设在所述支撑杆上的全景相机；其中，
所述支撑杆与所述支撑壳相连；
所述控制器与所述全景相机连接，用于控制所述全景相机拍摄全景图。
在一些实施例中，所述控制器用于在所述得到目标全景点云之后，还用于：
获取所述全景相机拍摄的所述全景图，基于所述全景图对所述目标全景点云进行着色，得到着色后的目标全景点云。
在本公开一个或多个实施例中，全景三维巡检系统，包括全景三维巡检设备和控制器，全景三维巡检设备包括支撑壳、云台电机、旋转座、激光雷达、滑环和编码器；其中，云台电机设在支撑壳上，云台电机与旋转座相连，激光雷达可拆卸地设在旋转座上，激光雷达的旋转轴的中心轴线与云台电机的输出轴的中心轴线之间具有夹角，滑环设在支撑壳内，滑环与激光雷达相连，编码器与云台电机相连；控制器分别与激光雷达和云台电机连接，用于控制云台电机的输出轴和激光雷达的旋转轴旋转，以控制激光雷达进行全景视角扫描，得到目标全景点云。因此，通过在云台电机上配备360度视角的激光雷达，以使激光雷达的发射器增加另一个旋转轴，从而可以获得更加全面立体的激光点云信息。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种全景三维巡检系统的结构示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种全景三维巡检设备的结构示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种全景三维巡检设备的剖视示意图。
附图标记：
支撑壳1、云台电机2、旋转座3、激光雷达4、滑环5、编码器6、惯导7、着色组件8、支撑杆81、全景相机82。
具体实施方式
下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。
图1是根据一示例性实施例示出的一种全景三维巡检系统的结构示意图。图2是根据一示例性实施例示出的一种全景三维巡检设备的结构示意图。图3是根据一示例性实施例示出的一种全景三维巡检设备的剖视示意图。
如图1至图3所示，该全景三维巡检系统，包括：全景三维巡检设备和控制器，全景三维巡检设备包括支撑壳1、云台电机2、旋转座3、激光雷达4、滑环5和编码器6；其中，
云台电机2设在支撑壳1上，云台电机2与旋转座3相连，激光雷达4可拆卸地设在旋转座3上，激光雷达4的旋转轴的中心轴线与云台电机2的输出轴的中心轴线之间具有夹角，滑环5设在支撑壳1内，滑环5与激光雷达4相连，编码器6与云台电机2相连；
控制器分别与激光雷达4和云台电机2连接，用于控制云台电机2的输出轴和激光雷达4的旋转轴旋转，以控制激光雷达4进行全景视角扫描，得到目标全景点云。
根据一些实施例，支撑壳1作为全景三维巡检设备的主体支撑，云台电机2设在支撑杆81壳上，激光雷达4通过旋转座3设在云台电机2上，使云台电机2驱动旋转座3以一定的转速旋转，从而驱动激光雷达4旋转，以使激光雷达4的发射器除了绕自身旋转轴旋转之外，还绕云台电机2的输出轴进行旋转，且两个旋转平面之间具有夹角，从而获得更加全面立体的激光点云信息。
并且，激光雷达4通过滑环5与支撑壳1接线，滑环5启动将旋转信号传导到支撑壳1。编码器6用于精确测量云台电机2的转角，用于将激光扫描的点云变换到起始坐标系。
在本公开实施例中，控制器用于控制激光雷达4进行全景视角扫描，得到目标全景点云时，具体用于：
控制激光雷达4进行全景视角扫描，得到第一全景点云；
获取全景三维巡检设备输入的转角信息和姿态信息；
基于转角信息，将第一全景点云对应的坐标系转换为参考坐标系，得到第二全景点云；
基于姿态信息，对第二全景点云进行姿态幅值，得到目标全景点云。
在本公开实施例中，激光雷达4其本身可绕自身旋转轴进行360°扫描。激光雷达4的旋转轴的中心轴线与云台电机2的输出轴的中心轴线之间具有夹角，也即是，激光雷达4的轴向与云台电机2的轴向可相互垂直，也可呈一定角度，根据具体的测量情况进行选择。例如，激光雷达4的旋转轴的中心轴线与云台电机2的输出轴的中心轴线之间的夹角可以为90°。
根据一些实施例，激光雷达4的旋转轴沿水平方向设置，云台电机2的输出轴沿竖直方向设置。可以理解的是，激光雷达4的发射器可进行垂直方向的360°扫描，云台电机2可驱动激光雷达4进行水平方向的360°旋转，从而实现360X360的全景视角。
在一些实施例中，控制器可以控制激光雷达4的旋转轴进行垂直方向的360度旋转，以控制激光雷达4在垂直360度视角进行扫描；控制云台电机2的输出轴进行水平方向的360度旋转，以控制激光雷达4在水平360度视角进行扫描。
在本公开实施例中，全景三维巡检设备还包括惯导7，惯导7设在支撑壳1内。惯导7用于移动建图领域的测量姿态，以及补充剧烈运动对于激光雷达4干扰。
根据一些实施例，惯导7与控制器连接，惯导7用于测量激光雷达4对应的姿态信息，并将姿态信息发送至控制器。
在本公开实施例中，支撑壳1的上壁面设有装配孔，云台电机2贯穿装配孔且与支撑壳1相连。
根据一些实施例，支撑壳1的上壁面具有装配部，装配部的厚度(沿上下方向的高度)大于支撑壳1的上壁面的厚度。装配孔开设在装配部上，装配孔与支撑壳1的内腔连通。云台电机2的部分卡设在装配孔处，且装配孔的中心轴线与云台电机2的输出轴的中心轴线共轴设置。
在一些实施例中，云台电机2包括定子组件、转子组件和电机轴(指的是上述实施例中的云台电机2的输出轴)，定子组件与装配孔的孔壁相连，旋转座3与转子组件相连，电机轴的至少部分位于支撑壳1内。
在一些实施例中，电机轴上套设有轴承，编码器6与轴承相连。轴承位于旋转部的下方，编码器6设在支撑壳1内的底部。可以理解的是，编码器6通过轴承与云台电机2的转动部分连接，保证实时测出精确的旋转角度，用于坐标系变换。
在一些实施例中，编码器6与控制器连接，用于对云台电机2的转角信息进行检测，并将转角信息发送至控制器。
在本公开实施例中，滑环5包括固定部和旋转部，固定部上设有第一通孔，旋转部可转动地设在第一通孔内，旋转部上设有第二通孔，电机轴贯穿第二通孔且与旋转部相连。
根据一些实施例，固定部与支撑壳1的内周壁相连，第一通孔的中心轴线、第二通孔的中心轴线以及电机轴的中心轴线均共轴设置。
在本公开实施例中，全景三维巡检设备还包括着色组件8，着色组件8包括支撑杆81和设在支撑杆81上的全景相机82；其中，
支撑杆81与支撑壳1相连；
控制器与全景相机82连接，用于控制全景相机82拍摄全景图。
根据一些实施例，支撑杆81沿竖直方向设置，支撑杆81与支撑壳1的侧壁相连，全景相机82设在支撑杆81的上端，且全景相机82位于激光雷达4的上方。
在一些实施例中，控制器还用于获取全景相机82拍摄的全景图，基于全景图对目标全景点云进行着色，得到着色后的目标全景点云。
在一些实施例中，控制器具体分别对相对位置固定的全景相机82和激光雷达4进行空间位置标定，得到全景相机82对应的全景相机坐标系与激光雷达4对应的激光雷达坐标系之间的相对位置变换关系；
基于相对位置变换关系和全景图对目标全景点云进行着色。
易于理解的是，控制器控制激光雷达4与全景相机82通过外参标定实现球面坐标的一一对应，从而可以实现激光点云到全景图的转换以及全景图到激光点云转换，还可以实现激光点云着色以及给全景图补充坐标等尺度信息。
在本公开实施例中，全景三维巡检设备还包括连接件，旋转座3上设有第一安装孔，激光雷达4上设有与第一安装孔对应的第二安装孔，连接件依次配合在第一安装孔和第二安装孔内。
例如，第一安装孔和第二安装孔均为螺孔，连接件为螺栓，螺栓依次配合在旋转座3上的螺孔和激光雷达4的螺孔内，从而起到可拆卸连接的作用。
进一步地，连接件、第一安装孔和第二安装孔均为多个且一一对应，从而确保旋转座3和激光雷达4之间连接的稳定性。
综上，本公开实施例提供的全景三维巡检系统，包括全景三维巡检设备和控制器，全景三维巡检设备包括支撑壳、云台电机、旋转座、激光雷达、滑环和编码器；其中，云台电机设在支撑壳上，云台电机与旋转座相连，激光雷达可拆卸地设在旋转座上，激光雷达的旋转轴的中心轴线与云台电机的输出轴的中心轴线之间具有夹角，滑环设在支撑壳内，滑环与激光雷达相连，编码器与云台电机相连；控制器分别与激光雷达和云台电机连接，用于控制云台电机的输出轴和激光雷达的旋转轴旋转，以控制激光雷达进行全景视角扫描，得到目标全景点云。因此，通过在云台电机上配备360度视角的激光雷达，以使激光雷达的发射器增加另一个旋转轴，从而可以获得更加全面立体的激光点云信息。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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公开的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本公开中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本公开的保护范围内。

Claims (10)

1.一种全景三维巡检系统，其特征在于，包括：全景三维巡检设备和控制器，所述全景三维巡检设备包括支撑壳、云台电机、旋转座、激光雷达、滑环和编码器；其中，
所述云台电机设在所述支撑壳上，所述云台电机与所述旋转座相连，所述激光雷达可拆卸地设在所述旋转座上，所述激光雷达的旋转轴的中心轴线与所述云台电机的输出轴的中心轴线之间具有夹角，所述滑环设在所述支撑壳内，所述滑环与所述激光雷达相连，所述编码器与所述云台电机相连；
所述控制器分别与所述激光雷达和所述云台电机连接，用于控制所述云台电机的输出轴和所述激光雷达的旋转轴旋转，以控制所述激光雷达进行全景视角扫描，得到目标全景点云。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器用于控制所述云台电机的输出轴和所述激光雷达的旋转轴旋转，以控制所述激光雷达进行全景视角扫描时，具体用于：
控制所述激光雷达的旋转轴进行垂直方向的360度旋转，以控制所述激光雷达在垂直360度视角进行扫描；
控制所述云台电机的输出轴进行水平方向的360度旋转，以控制所述激光雷达在水平360度视角进行扫描。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器用于控制所述激光雷达进行全景视角扫描，得到目标全景点云时，具体用于：
控制所述激光雷达进行全景视角扫描，得到第一全景点云；
获取所述全景三维巡检设备输入的转角信息和姿态信息；
基于所述转角信息，将所述第一全景点云对应的坐标系转换为参考坐标系，得到第二全景点云；
基于所述姿态信息，对所述第二全景点云进行姿态幅值，得到目标全景点云。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述全景三维巡检设备还包括惯导；其中，
所述惯导设在所述支撑壳内，所述惯导与所述控制器连接，所述惯导用于测量所述激光雷达对应的姿态信息，并将所述姿态信息发送至所述控制器。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述支撑壳的上壁面设有装配孔，所述云台电机贯穿所述装配孔且与所述支撑壳相连，所述云台电机包括定子组件、转子组件和电机轴，所述定子组件与所述装配孔的孔壁相连，所述旋转座与所述转子组件相连，所述电机轴的至少部分位于所述支撑壳内。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电机轴上套设有轴承，所述编码器与所述轴承相连；
所述编码器与所述控制器连接，用于对所述云台电机的转角信息进行检测，并将所述转角信息发送至所述控制器。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述全景三维巡检设备还包括着色组件，所述着色组件包括支撑杆和设在所述支撑杆上的全景相机；其中，
所述支撑杆与所述支撑壳相连；
所述控制器与所述全景相机连接，用于控制所述全景相机拍摄全景图。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制器用于在所述得到目标全景点云之后，还用于：
获取所述全景相机拍摄的所述全景图，基于所述全景图对所述目标全景点云进行着色，得到着色后的目标全景点云。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器用于基于所述全景图对所述目标全景点云着色时，具体用于：
分别对相对位置固定的所述全景相机和所述激光雷达进行空间位置标定，得到所述全景相机对应的全景相机坐标系与所述激光雷达对应的激光雷达坐标系之间的相对位置变换关系；
基于所述相对位置变换关系和所述全景图对所述目标全景点云进行着色。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光雷达的旋转轴的中心轴线与所述云台电机的输出轴的中心轴线之间的夹角为90°。
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