CN209215578U - 标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置及测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置及测量系统。辅助测量装置包括：导轨框架，包括相平行的第一边框和第二边框；移动轴，设置于第一边框和第二边框之间；驱动机构，与移动轴耦接以致动移动轴沿第一边框和第二边框平移；移动装置，设置在移动轴上，其包括第一电机，第一电机驱动移动装置沿移动轴移动；以及目标物，其作为超声波传感器在标定探测包络时所测量的标定对象，通过紧固装置设置于移动装置的上表面。本实用新型还提供辅助标定超声波传感器探测包络的方法，与标定超声波传感器的测量装置一起实现超声波传感器的探测包络标定，大幅提高了标定多个超声波传感器的效率，降低了标定时间。

Description

标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置及测量系统

技术领域

本实用新型总体上涉及数据处理领域，具体涉及标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置及测量系统。

背景技术

超声波传感器在各领域中得到广泛应用。例如在自动驾驶中，超声波传感器起着非常重要的作用，自动驾驶车辆基于超声波传感器的测量来感知周围的环境。探测包络是超声波传感器的一个重要参数，其表征超声波传感器的可信探测范围。

各种场景下超声波传感器的应用需要准确的探测包络参数，但目前对于测量超声波传感器的探测包络通常是人工在需要测量的位置放置测试杆，通过观察超声波传感器的信号来判断在该位置是否检测到测试杆，进而最终得到超声波传感器的探测包络。

现有的方法不仅费时费力，而且存在人为误差，也无法满足测试精度的要求。期望的是，提供一种能够智能高效地标定超声波传感器探测包络的技术方案。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的实施例提供标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置及测量系统，实现更为高效、精准，鲁棒性更强的超声波传感器包络标定。

在本实用新型的第一方面，提供一种标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置。该装置包括：导轨框架，包括相平行的第一边框和第二边框；移动轴，设置于第一边框和第二边框之间；驱动机构，与移动轴耦接以致动移动轴沿第一边框和第二边框平移；移动装置，设置在移动轴上，其包括第一电机，第一电机驱动移动装置沿移动轴移动；以及目标物，其作为超声波传感器在标定探测包络时所测量的标定对象，通过紧固装置设置于移动装置的上表面。

在某些实施例中，导轨框架还包括与第一边框一端和第二边框相应端固定连接的第三边框，第一驱动机构包括：第二电机，固定设置于第三边框一端；以及传动杆，其一端耦接至第二电机，并通过连接部件与移动轴耦接，传动杆被第二电机致动以推动移动轴沿着第一边框和第二边框平移。

在某些实施例中，移动轴为丝杠，移动装置还包括：传动齿轮，耦合至第一电机，传动齿轮通过第一电机的驱动与丝杠咬合移动。

在某些实施例中，辅助测量装置还包括控制器，控制器与第一电机和第二电机连接，其基于预先配置的移动装置的行进参数控制第一电机和第二电机的操作。

在某些实施例中，辅助测量装置还包括通讯模块，与控制器连接，其接收来自主测量装置的配置信息，主测量装置包括超声波传感器，并且控制器解析配置信息以得到行进参数。

在某些实施例中，辅助测量装置还包括对应于第一边框设置的测距传感器。

在某些实施例中，紧固装置包括夹持目标物的夹持部件，或者包括卡扣目标物的卡扣部件；目标物被紧固装置与地面垂直地固定在移动装置的上表面。

在本实用新型的第二方面，提供一种标定超声波传感器探测包络的测量系统，包括如本实用新型第一方面所描述的辅助测量装置以及主测量装置，主测量装置包括：待标定探测包络的至少一个超声波传感器；激光雷达，设置于与至少一个超声波传感器等高位置，充当固定于地面上的定位尺来辅助标定；以及测量处理装置，耦合至至少一个超声波传感器和激光雷达，其基于辅助测量装置的自主行进而对至少一个超声波传感器进行探测包络标定。

在某些实施例中，主测量装置还包括第二通讯模块，其向辅助测量装置传输配置信息。

本实用新型的实施例提出的标定超声波传感器探测包络的方案，可以同时标定多个超声波传感器，大幅提高了效率，降低标定时间。同时，利用合理地设置系统工作参数，例如目标物的移动速度、停留时间、探测信号的各种阈值等，提升了检测结果准确性，减少了误差。此外，使用激光雷达测量实际位置，使得标定更为精确。

附图说明

图1示出根据本实用新型的一个实施例的标定超声波传感器探测包络的系统的示意性俯视框图；

图2示出根据本实用新型的一个实施例的标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置的示意性侧视图；

图3示出根据本实用新型的一个实施例的辅助测量装置的控制部分的示意性框图；以及

图4示出根据本实用新型的一个实施例的标定超声波传感器探测包络的方法的流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本实用新型并不局限于附图和以下实施例。

如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。

如前所述，目前对于测量超声波传感器探测包络通常采用人工定点，一般检测单个超声波传感器就已经很耗时，而在多个超声波传感器的应用场景中则需要更久。例如，在自动驾驶车辆中通常会设置多个超声波传感器，不仅需要直接测量每个超声波传感器的探测包络，还需要确定超声波传感器之间间接测量的探测包络。尤其在产业应用中，批量车辆同样需要准确标定每个超声波传感器的探测包络。

本实用新型的实施例提供的技术方案可有效解决现有技术中的问题，高效准确快速地标定超声波传感器的探测包络。下面结合附图对本实用新型实施例作进一步描述。

图1示出了根据本发明的一个实施例的标定超声波传感器探测包络的系统100的示意性俯视框图。如图所示，系统100包括待标定超声波传感器探测包络的装置110(称之为主测量装置)以及用来辅助标定的装置120(称之为辅助测量装置)。在一个具体应用中，例如，装置110可以是具有自动驾驶功能的车辆，其包括多个超声波传感器(例如111和112)、激光雷达113以及测量处理装置114等等。

根据本发明的实施例，在装置110中安装有激光雷达113，相较于超声波传感器，其具有高精度、高分辨率的优势，能够精确定位和探测目标物的位置、运动状态等。采用激光雷达113可以作为标准定位装置来辅助标定，其可以充当固定于地面上的定位尺或是坐标轴。激光雷达113可以设置在与超声波传感器差不多高度之处。测量处理装置114用于获取超声波传感器111和112以及激光雷达113的信号并进行处理，确定超声波传感器111和112的探测包络。

装置110中还可以包括通讯部件115，实现与装置120的无线通信功能。例如，蓝牙模块或其他近距离通信(NFC)模块。通讯部件115可以与装置120中相应的通讯部件建立通讯链路，传输配置信息、控制指令等。

装置120包括移动装置121，其上固定设置有用来标定超声波传感器探测包络的目标物 122。目标物122是超声波传感器111和112能够感测的障碍物，通常可以采用标准测试杆，例如直径75mm的PVC管。

装置120还包括导轨框架123、移动轴124和传动杆125。导轨框架123包括相平行设置的第一边框123-1和第二边框123-2以及相平行设置的第三边框123-3和第四边框123-4。在第三边框123-3一侧设置有电机126，传动杆123耦接到电机126，并通过连接部件127与移动轴124产生联动，从而在电机126的作用下推动移动轴124沿着导轨框架123以图示方向平行移动。同时，移动装置122能够沿着移动轴124来回移动，以此方式，稳定地承载目标物122运动，以便实现由超声波传感器111和112完成探测包络标定。装置120的具体结构将在下文描述。

在标定开始前，装置110需要设定所需标定的超声波传感器。在一个实施例中，例如在车辆前方测量，则需要设置开启车辆前方的例如四个超声波传感器(分别记为FOR、FCR、FCL、 FOL)自身测量以及FOR-FCR、FCR-FCL、FOL-FCL三个间接测量的信息。装置110(或测量处理装置114)和装置120可以配合地设置移动装置121步进的距离和停留时间等参数。

如图1所示，目标物122随移动装置121在超声波传感器111和112前方的拟包络范围内沿路径128运动，其按照设置参数每隔一段距离停止一定时间。装置110处理此时超声波传感器111和112以及激光雷达113的数据。之后移动装置121继续前进，重复此过程，直到完成规划的路径。

可以理解，系统100仅是示意，为了便于描述本公开的实施例，未具体示出和描述装置 110的其他部件，以免不必要地模糊本实用新型实施例的方面。此外，测量处理装置114在系统100中被示出为在装置110内，但其在物理上可以被独立布置。

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的测量装置120的示意性侧视图。在本实施例中，移动装置121包括电机128和传动齿轮129。移动轴124可以是丝杠或螺杆，传动齿轮129与移动轴124相互咬合，移动装置121在电机128的驱动下沿着移动轴124运动。

移动装置121的顶部设置有紧固装置131，其用于固定目标物122(例如PVC管，高度仅为示意)，使得目标物122在移动过程中保持稳定并且垂直于地面。紧固装置130可以包括夹持部件，其可以通过固接方式或者通过万向节设置在小车顶部。紧固装置130也可以采用卡扣部件，将目标物122牢固地固定到移动装置121的上表面。夹持部件或卡扣部件的尺寸配合目标物122的直径设置。移动装置121的上表面距地面高度优选小于10厘米，以有利于装置110的超声波传感器111和112能够在不引起检测误判的情况下探测目标物122。

测量装置120还可以包括测距传感器131，其感测移动装置121与导轨框架123的距离。当该距离达到一定阈值，例如2cm，测距传感器131发送信号至测量装置120的控制系统，使得电机126开始致动传动杆125，推进移动轴124沿导轨框架123平行移动。采用测距传感器131，进一步提高了移动装置121行进过程中控制系统对其位置判断的准确性。

测距传感器130在图中被示出为设置在移动装置121的侧面靠近下部位置，以利于检测与导轨框架123的距离。在其他实现方式中，测距传感器130可以设置在导轨框架123的合适位置处。

装置120还包括通讯模块(图中未示出)，其可以是近距离通信(NFC)模块，例如蓝牙模块等，也可以提供有线通信功能和外接接口。通讯模块可以与装置110通信，也可以与其他设备进行通信，接收配置信息、指令，回传数据等。通讯模块可以布置在装置120的任何合适位置，也可以布置在移动装置121中。

可以理解，图2所示的装置120仅是示意，为了便于描述本公开的实施例，未具体示出和描述装置120的其他部件，以免不必要地模糊本实用新型实施例的方面。

图3示出了测量装置120的控制部分300的示意性框图。如图所示，控制部分300包括控制器310，其分别耦接至电机126(电机-2)、电机128(电机-1)、测距传感器130和通讯模块320。控制部分300还可以包括存储器(未示出)，其存储各种控制参数。

控制器310可以是微处理器等器件，其可以从通讯模块320接收来自装置110或者其他装置的配置参数并进行解析。配置参数包括移动装置121的行进路线图127、传动杆123操作间隔时长T1、移动装置121停留时长T2、第一电机的操作间隔时长T3等，其中行进路线图可以如图1中路线128所示，在每个交叉点位置移动装置121将停留；步进距离优选地可以设置为较小距离，例如5厘米，使得移动装置121能够做小距离移动。

控制器310根据配置参数控制电机128的操作，使得目标物122随着移动装置121在移动轴124上移动到特定位置并停留，以配合装置110的测量过程。以此同时，控制器310还根据来自测距传感器131的测距信号，控制电机126致动传动杆125，以使得移动轴124按照行进路线图127沿着导轨框架123以平移距离做平行移动。

在一个实施例中，在控制目标物122移动的过程中，控制器310根据配置信息计算第一电机的动量参数和驱动机构的动量参数，并生成控制信息控制电机128以一定动量驱动移动装置121相对于移动轴124移动，以使得移动装置121在T3时长内到达第一点位，并且控制移动装置122在第一点位处停留T2时长。然后，控制器310控制移动装置121继续前进，到达下一点位，并在下一点位处停留T2时长。

当控制器310计算确定或者根据测距传感器131的信号反馈而确定移动装置121已到达边框123-1或123-2时，控制电机126驱动传动杆125，使得传动杆125在操作时长T1内驱动移动轴124沿导轨边框123-1和123-2平移到下一平移位置处。以此方式，完成各个测量点位处的测量配合过程。

此外，控制器310根据移动装置121的主体长度和目标物122相对于移动装置121所设置的位置，控制移动装置121在其移动到某个点位(交叉点)时进行对准操作，使得目标物122的中心与该点位重合。以此方式，装置110和装置120能更准确地测量和记录探测包络。

下面以系统100为例描述标定超声波传感器111和112的探测包络的过程。

图4示出根据本实用新型的一个实施例的标定超声波传感器探测包络的方法400的流程图，方法400可以在装置110处(例如测量处理装置114)实现。

在410，当辅助测量装置处的目标物沿预定路径到达第一预定位置时，从主测量装置处的第一超声波传感器获取有关目标物的检测信息。在一个实施例中，在装置100中，预定路径130上设置有多个预定位置，在这些预定位置处，装置120处的目标物122会停止一段时间。

在一个实施例中，移动装置121预先通过装置110或者其他设备被配置，控制器310按照设置的路径、步长、速度控制移动装置121运动并在预定位置处停留。

当目标物122随着移动的移动装置121沿着预定路径130到达某一预定位置时，装置110 获取超声波传感器111的检测信息。装置110已知装置120的设置信息，其基于目标物将处于多个预定位置的时间信息，可以确定目标物是否到达第一预定位置。进一步地，由于超声波传感器111发出超声波信号，该信号将经过障碍物即目标物122的反射。此时，装置110 获取超声波传感器111检测接收到自身的回波信号的信息。

在420，基于检测信息，确定第一超声波传感器是否检测到目标物。在一个实施例中，可以根据超声波传感器111所检测到的回波信号的强度和/或持续时间来判断其是否检测到目标物122。

在430，如果第一超声波传感器检测到目标物，则获取主测量装置处的激光雷达所获取的目标物的位置信息。此时，装置110记录保存激光雷达113所得到的目标物122的实际位置。

在440，基于目标物的位置信息，确定第一超声波传感器的探测包络。在一个实施例中，装置110将目标物122的位置信息转换为超声波传感器111视角的预定位置的坐标，以便标记超声波传感器111的探测包络。当确定超声波传感器111探测到预定位置处的目标物122 时，装置110将对应的坐标标记为超声波传感器111的探测包络的一部分。可以理解，对目标物122的实际位置到超声波传感器111视角的坐标位置的转换也可以在目标物122完成所有路径之后，在绘制包络图的过程中转化为超声波传感器111的坐标。

目标物122随着移动装置121的移动达到下一预定位置，装置110按照方法400可以确定是否记录保存目标物122处于该预定位置处的位置信息。移动装置121继续完成预定路径，装置110重复上述过程，进而绘制得到超声波传感器111的探测包络。

在上述过程中，装置110中的各个超声波传感器绘制包络线是相互独立的。例如，以车辆前方标定为例，所有预定点位测试完毕之后，可以得到各个超声波传感器的探测包络。与此同时，根据本实用新型的实施例，装置110还可以确定多个超声波传感器间接测量的包络。

在一个实施例中，超声波传感器111还检测针对超声波传感器112的回波信号，以确定间接测量探测包络。具体而言，这种间接测量是当第一超声波传感器111发出信号遇到目标物122之后返回并由超声波传感器112接收回波信号。同样地，装置110基于针对该回波信号的检测信息，可以确定目标物是否被检测到；并且在确定目标物被检测到时，可以基于目标物的位置信息来确定超声波传感器111与超声波传感器112的间接探测包络。可以理解，当间接测量发生在由超声波传感器112检测针对超声波传感器111的回波信号时，所得到的间接测量探测包络与如上由超声波传感器111检测针对超声波传感器112的回波信号所得包络相同。

在装置110为自动驾驶车辆的应用场景中，当完成车辆前方标定，得到了各个超声波传感器的直接测量和间接测量包络图。车辆前方所有需要标定的超声波传感器就全部完成，然后依次是后方和侧方，即可完成对整辆汽车超声波传感器包络的标定。

本实用新型实施例提出的标定超声波传感器探测包络的方案，可以同时标定多个超声波传感器，大幅提高了效率，降低标定时间。同时，利用合理地设置系统工作参数，例如目标物的移动速度、停留时间、探测信号的各种阈值等，提升了检测结果准确性，减少了误差。此外，使用激光雷达测量实际位置，使得标定更为精确。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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实用新型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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种标定超声波传感器探测包络的辅助测量装置，其特征在于，包括：

导轨框架(123)，包括相平行的第一边框(123-1)和第二边框(123-2)；

移动轴(124)，设置于所述第一边框(123-1)和所述第二边框(123-2)之间；

驱动机构(D)，与所述移动轴耦接以致动所述移动轴(124)沿所述第一边框(123-1)和所述第二边框(123-2)平移；

移动装置(121)，设置在所述移动轴(124)上，其包括第一电机(128)，所述第一电机(128)驱动所述移动装置(121)沿所述移动轴(124)移动；以及

目标物(122)，其作为超声波传感器(111)在标定探测包络时所测量的标定对象，通过紧固装置(130)设置于所述移动装置(121)的上表面。

2.根据权利要求1所述的辅助测量装置，其特征在于，所述导轨框架(123)还包括与所述第一边框(123-1)一端和所述第二边框(123-2)相应端固定连接的第三边框(123-3)，所述驱动机构(D)包括：

第二电机(126)，固定设置于所述第三边框(123-3)一端；以及

传动杆(125)，其一端耦接至所述第二电机(126)，并通过连接部件(127)与所述移动轴(124)耦接，所述传动杆(125)被所述第二电机(126)致动以推动所述移动轴(124)沿着所述第一边框(123-1)和所述第二边框(123-2)平移。

3.根据权利要求1所述的辅助测量装置，其特征在于，所述移动轴(124)为丝杠，所述移动装置(121)还包括：

传动齿轮(129)，耦合至所述第一电机(128)，所述传动齿轮(129)通过所述第一电机(128)的驱动与所述丝杠咬合移动。

4.根据权利要求2所述的辅助测量装置，其特征在于，还包括控制器(310)，所述控制器(310)与所述第一电机(128)和第二电机(126)连接，其基于预先配置的所述移动装置(121)的行进参数控制所述第一电机(128)和所述第二电机(126)的操作。

5.根据权利要求4所述的辅助测量装置，其特征在于，还包括第一通讯模块(320)，与所述控制器(310)连接，其接收来自主测量装置(110)的配置信息，所述主测量装置(110)包括所述超声波传感器(111)，并且所述控制器(310)解析所述配置信息以得到所述行进参数。

6.根据权利要求1所述的辅助测量装置，其特征在于，还包括对应于所述第一边框(123-1)设置的测距传感器(131)。

7.根据权利要求1所述的辅助测量装置，其特征在于，所述紧固装置(130)包括夹持所述目标物(122)的夹持部件，或者包括卡扣所述目标物(122)的卡扣部件；所述目标物(122)被所述紧固装置(130)与地面垂直地固定在所述移动装置(121)的上表面。

8.一种标定超声波传感器探测包络的测量系统，包括如权利要求1-7中任一项所述的辅助测量装置以及主测量装置，其特征在于，所述主测量装置包括：

待标定探测包络的至少一个超声波传感器(111)；

激光雷达(113)，设置于与所述至少一个超声波传感器(111)等高位置，充当固定于地面上的定位尺来辅助标定；以及

测量处理装置(114)，耦合至所述至少一个超声波传感器(111)和所述激光雷达(113)，其基于辅助测量装置(120)的自主行进而对所述至少一个超声波传感器(111)进行探测包络标定。

9.根据权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述主测量装置还包括第二通讯模块(115)，其向所述辅助测量装置传输配置信息。