CN211529000U

CN211529000U - 一种基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车

Info

Publication number: CN211529000U
Application number: CN201922124706.XU
Authority: CN
Inventors: 丁大伟; 爨朝阳; 胡耀清
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2020-09-18
Anticipated expiration: 2029-12-02

Abstract

本实用新型提供一种基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，其包括车体，车体上设置有激光雷达、摄像头、IMU惯性测量单元、电机控制器、编码器电机、无线通信模块和车载电脑；激光雷达、摄像头、IMU惯性测量单元、电机控制器及无线通讯模块的输出端分别与车载电脑的输入端电连接，车载电脑的输出端与电机控制器的输入端电连接；无线通讯模块的输入端与遥控手柄通信连接。本实用新型实现了摄像头室内建图、导航，激光雷达室内、室外建图、室内导航、室外导航、自动避障、周围障碍物位置定位、预期路线的行驶、人脸识别、人体识别、激光雷达人体跟踪、周围环境实时图像回传等功能。

Description

一种基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车

技术领域

本实用新型涉及无人驾驶小车技术领域，特别是指一种基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车。

背景技术

目前，无人驾驶小车一般采用超声波传感器和红外传感器实现对周围障碍物的定位检测，但采用超声波传感器和红外传感器进行定位，存在定位误差大、定位范围小的缺点；这会使得无人驾驶小车的功能单一，定位误差大，无法对环境进行全面仔细的检测；无人小车的周围存在许多的盲区，小车所反馈的信息不直观；且信号发出与信号接收时间间隔相对较长，容易造成数据丢失；

有些小车使用蓝牙技术对小车进行短距离控制，但该距离相对较短，超出蓝牙相对距离之外时，数据无法进行无线通信；且现有的无人小车不外乎能实现循迹、避障、摄像头的功能，功能普遍较为单一；无人小车在运动过程中，定位误差大，导航精度低；无人小车智能化水平低，主要靠人发出指令使其执行任务；无人小车在执行特殊的任务时，无法在远距离按照预期设定路线行驶。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，以解决现有无人驾驶小车定位误差大，导航精度低，智能化水平低，无法在远距离按照预期设定路线行驶的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，所述小车包括底部设置有车轮的车体，所述车体上设置有激光雷达、摄像头、IMU惯性测量单元、电机控制器、编码器电机、无线通信模块、车载电脑以及电池；

其中，所述激光雷达、摄像头、IMU惯性测量单元、电机控制器以及无线通讯模块的输出端分别与所述车载电脑的输入端电连接，所述车载电脑的输出端与所述电机控制器的输入端电连接；

所述电池与所述车载电脑的电源接口电连接，所述编码器电机与所述电机控制器电连接，所述无线通讯模块的输入端与遥控手柄以无线方式通信连接。

进一步地，所述车体上还设置有路由器，所述车载电脑通过所述路由器与外部操控电脑在同一局域网下通信连接。

进一步地，所述编码器电机包括伺服电机和电机编码器，所述伺服电机与车轮传动连接，所述伺服电机和电机编码器分别与所述电机控制器电连接。

进一步地，所述伺服电机包括与车体左侧车轮传动连接的左电机和与车体右侧车轮传动连接的右电机；所述电机编码器包括用于测量所述左电机转速的左编码器和用于测量所述右电机转速的右编码器。

进一步地，所述车体分为内外两部分结构；

其中，所述激光雷达和所述摄像头分别设置在所述车体外层前侧；所述IMU惯性测量单元设置在所述车体内层左侧；所述电池设置在车体内层后侧；

所述车载电脑设置在所述车体内侧中间；所述电机控制器设置在所述车载电脑前方，所述编码器电机设置在所述车载电脑下方；所述无线通信模块设置在所述车体外层前方下侧，所述路由器设置在所述车体内层前侧。

可选地，所述无线通讯模块为2.4GHz无线通讯模块，所述车载电脑为GigabyteMini ITX board内置PC，所述无线通讯模块通过USB接口与所述车载电脑进行数据交互。

可选地，所述激光雷达为Velodyne 16线激光雷达。

可选地，所述IMU惯性测量单元为Pixhawk。

可选地，所述摄像头为ORBBEC Artra深度摄像头。

可选地，所述路由器为TOTOLINK-N350RP路由器。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

1、本实用新型将无人驾驶技术、深度学习、无线通讯和移动环境监测联系在一起，实现了自动化的环境监测及实时的数据上传；

2、本实用新型通过采用360度扫描式激光雷达，并结合IMU惯性测量单元和编码器信息进行车体姿势及位置的确定，两者相互补偿，激光雷达利用IMU惯性测量单元得到车体姿势信息后对周围进行环境建图，并进行导航，极大的提高了建图和导航的精度，建图精度在3cm以内，导航精度在1cm以内；

3、本实用新型实现了对周边障碍物信息(距离、方向)的可视化，在操控端可通过回传的数据，实时监控小车运行状态及小车当前所处位置和方向；

4、本实用新型有多种模式可以进行切换，包括手动操控模式，自动避障模式，预设路径模式、自动导航模式，三维建图模式等，相对于目前所存在的测绘小车，本实用新型提供了更多的可选择性，同时，在建图和导航精度上，本实用新型也远优于目前所存在的测绘小车。

附图说明

图1为本实用新型的基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车的车体内层结构示意图；

图2为本实用新型的基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车的车体外层结构示意图；

图3为本实用新型的基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车的系统框图。

附图标记说明：

1、车体；2、电机控制器；3、路由器；4、车载电脑；

5、IMU惯性测量单元；6、激光雷达；7、摄像头；8、无线通信模块；

9、电池；10、车轮、11、编码器电机。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

请参阅图1至图3，本实施例提供一种基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，该无人驾驶小车包括车体1，该车体1的底部设置有车轮10；该车体1为一切零部件的载体，其上设置有激光雷达6、摄像头7、IMU惯性测量单元5、电机控制器2、编码器电机11、无线通信模块8、车载电脑4以及电池9；

其中，激光雷达6、摄像头7、IMU惯性测量单元5、电机控制器2以及无线通讯模块8的输出端分别与车载电脑4的输入端电连接，车载电脑4的输出端与电机控制器2的输入端电连接，车载电脑4用于对小车进行信号处理和控制；电池9与车载电脑4的电源接口电连接，用于为小车提供能源；编码器电机11与电机控制器2电连接，无线通讯模块8的输入端与遥控手柄以无线方式通信连接，用于将遥控手柄输出的控制指令传输给车载电脑4。

进一步地，在本实施例中，车体上还设置有路由器3，该路由器3使得车载电脑4和外部操控电脑处于同一局域网下，实现车载电脑4与外部操控电脑在同一局域网下的通信。外部操控电脑可以在ROS操作系统下通过ssh命令进入车载电脑4内部，远程控制车载电脑4程序运行，从而实时控制小车运行，同时可以实现摄像头建图、导航功能，激光雷达室内、室外建图和导航，摄像头人脸识别，激光雷达人体跟踪，实时回传周围的环境图像等功能。

进一步地，在本实施例中，车体1分为内外两部分结构；其中，车载电脑4设置在车体1内侧中间，其为控制与处理装置，一方面将各传感器传来的电信号处理转化为直观的数字信号，进行建图；另一方面，将由遥控手柄发来的控制信号转为执行信号，来驱动伺服电机做出相应的动作，从而实现导航功能；

激光雷达6设置在车体1外层前侧，以600rpm的速度对周围环境进行扫描，并将扫描出的结果以点阵的形式回传到车载电脑4，同时车载电脑4在ROS操作系统下对点阵图进行数据处理之后，对小车发出相关指令，指导小车行驶；该激光雷达6可以准确测出障碍物距离小车的距离，使小车实现避障功能；

摄像头7设置在车体1外层前侧，用于对周围环境进行实时监控拍摄，其通过USB3.0接口将拍摄到的环境图像传送到车载电脑4。IMU惯性测量单元5设置在车体1内层左侧，用来判断小车的行驶方向与车体位姿，该IMU惯性测量单元5与电机编码器和激光雷达6共同作用，实现小车的无人驾驶。

电机控制器2设置在车载电脑4前方，编码器电机11设置在车载电脑4下方；其中，编码器电机11主要包括伺服电机和电机编码器，电机编码器可以准确测量伺服电机的转速，当车载电脑4发出控制脉冲信号时，伺服电机可以转动相应的角度数；其中，伺服电机与车轮10传动连接，伺服电机和电机编码器分别与电机控制器2电连接。进一步地，伺服电机包括与车体左侧车轮传动连接的左电机和与车体右侧车轮传动连接的右电机；电机编码器包括用于测量左电机转速的左编码器和用于测量右电机转速的右编码器。

无线通信模块8设置在车体1外层前方下侧，路由器3设置在车体1内层前侧，电池9设置在车体1内层后侧。

具体地，上述电池9为锂电池，上述无线通讯模块8为2.4GHz无线通讯模块，车载电脑4为Gigabyte Mini ITX board内置PC，无线通讯模块8通过USB接口与车载电脑4进行数据交互，遥控手柄与车载电脑4的数据传输通过无线通讯模块8来实现，经过车载电脑4上的相关算法进行处理后，可以使小车实现按预期路径自动行驶的功能。

上述激光雷达6为Velodyne 16线激光雷达。IMU惯性测量单元5为Pixhawk。摄像头7为ORBBEC Artra深度摄像头。路由器3为TOTOLINK-N350RP路由器。当然，可以理解的是，本实施例并不限定上述各器件的具体型号。

本实施例的无人驾驶小车将无人驾驶技术、深度学习、无线通讯和移动环境监测联系在一起，实现了自动化的环境监测及实时的数据上传；

通过采用360度扫描式激光雷达，并结合IMU惯性测量单元和编码器信息进行车体姿势及位置的确定，两者相互补偿，激光雷达利用IMU惯性测量单元得到车体姿势信息后对周围进行环境建图，并进行导航，极大的提高了建图和导航的精度，建图精度在3cm以内，导航精度在1cm以内；

此外，本实施例的无人驾驶小车实现了对周边障碍物信息(距离、方向)的可视化，在操控端可通过回传的数据，实时监控小车运行状态及小车当前所处位置和方向；并且有多种模式可以进行切换，包括手动操控模式，自动避障模式，预设路径模式、自动导航模式，三维建图模式等，相对于目前所存在的测绘小车，本实施例的无人驾驶小车提供了更多的可选择性，同时，在建图和导航精度上，本实施例的无人驾驶小车也远优于目前存在的测绘小车。

最后，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的物品或设备中还存在另外的相同要素。

还需说明的是，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，其特征在于，所述小车包括底部设置有车轮的车体，所述车体上设置有激光雷达、摄像头、IMU惯性测量单元、电机控制器、编码器电机、无线通信模块、车载电脑以及电池；

2.如权利要求1所述的基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，其特征在于，所述车体上还设置有路由器，所述车载电脑通过所述路由器与外部操控电脑在同一局域网下通信连接。

3.如权利要求1所述的基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，其特征在于，所述编码器电机包括伺服电机和电机编码器，所述伺服电机与所述车轮传动连接，所述伺服电机和所述电机编码器分别与所述电机控制器电连接。

4.如权利要求3所述的基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，其特征在于，所述伺服电机包括与车体左侧车轮传动连接的左电机和与车体右侧车轮传动连接的右电机；所述电机编码器包括用于测量所述左电机转速的左编码器和用于测量所述右电机转速的右编码器。

5.如权利要求2所述的基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，其特征在于，所述车体分为内外两部分结构；

其中，所述激光雷达和摄像头分别设置在所述车体外层前侧；所述IMU惯性测量单元设置在所述车体内层左侧；所述电池设置在所述车体内层后侧；

6.如权利要求1所述的基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，其特征在于，所述无线通讯模块为2.4GHz无线通讯模块，所述车载电脑为GigabyteMini ITX board内置PC，所述无线通讯模块通过USB接口与所述车载电脑进行数据交互。

7.如权利要求1所述的基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，其特征在于，所述激光雷达为Velodyne 16线激光雷达。

8.如权利要求1所述的基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，其特征在于，所述IMU惯性测量单元为Pixhawk。

9.如权利要求1所述的基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，其特征在于，所述摄像头为ORBBEC Artra深度摄像头。

10.如权利要求2所述的基于激光雷达和摄像头的无人驾驶小车，其特征在于，所述路由器为TOTOLINK-N350RP路由器。