CN220030298U - 深度感知模组、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种深度感知模组、设备和系统。所述深度感知模组包括：深度视觉组件；舵机，与深度视觉组件连接，用于带动深度视觉组件同步旋转；编码器组件，与舵机连接，用于测量舵机的旋转角度。采用本深度感知模组，深度视觉组件依据本身具有的水平视场角，加上随舵机同步旋转的旋转角度，则能拥有更大的感知范围，且采用本深度感知模组有利于实现机器人的感知避障。

Description

深度感知模组、设备和系统

技术领域

本申请涉及视觉感知技术领域，特别是涉及一种深度感知模组、设备和系统。

背景技术

随着机器视觉、自动驾驶等技术的发展，视觉感知技术被熟知，感知避障的技术也被广泛应用，如机器人通过使用深度相机进行感知避障。但现有技术中，存在深度相机的感知范围较小的不足。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够增大深度相机的感知范围的深度感知模组、设备和系统。

第一方面，本申请提供了一种深度感知模组，深度感知模组包括：

深度视觉组件；

舵机，与深度视觉组件连接，用于带动深度视觉组件同步旋转；

编码器组件，与舵机连接，用于测量舵机的旋转角度。

在其中一个实施例中，舵机带动深度视觉组件同步旋转的角度范围为0°～180°。

在其中一个实施例中，深度视觉组件的感知视场角为90°。

在其中一个实施例中，深度感知模组还包括：

联轴器，用于连接舵机和深度视觉组件。

在其中一个实施例中，深度视觉组件包括：

深度相机，用于拍摄环境图像并将图像数据上传至上位机；

相机支架，相机支架的一端与联轴器固定连接，另一端与深度相机固定连接。

在其中一个实施例中，编码器组件包括：

磁编码器，用于测量舵机的旋转角度；

磁铁，与联轴器固定连接；

编码器支架，编码器支架的一端与舵机固定连接，另一端与磁编码器固定连接。

在其中一个实施例中，舵机与舵机驱动器连接，舵机在舵机驱动器的驱动下旋转。

第二方面，本申请还提供了一种深度感知设备，深度感知设备包括：

如上述的深度感知模组；

下位机，分别与深度感知模组中的编码器组件、舵机驱动器连接；

舵机驱动器，分别与下位机和深度感知模组中的舵机连接。

第三方面，本申请还提供了一种深度感知系统，深度感知系统包括：

如上述的深度感知设备；

上位机，与深度感知设备中的下位机连接。

在其中一个实施例中，上位机还与深度感知设备中的深度视觉组件连接，用于读取深度视觉组件上传的图像数据。

上述深度感知模组、设备和系统，将编码器组件与舵机连接，通过编码器组件实时测量舵机的旋转角度。将舵机与深度视觉组件连接，通过舵机旋转以带动深度视觉组件同步旋转，进而，深度视觉组件依据本身具有的水平视场角，加上随舵机同步旋转的旋转角度，则能拥有更大的感知范围。深度视觉组件的感知范围为，水平视场角与编码器组件所测量出的舵机的旋转角度之和所对应的视野范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中深度感知模组的结构框图；

图2为一个实施例中深度感知模组的结构示意图；

图3为一个实施例中深度感知设备的结构框图；

图4为一个实施例中深度感知系统的结构框图。

附图标号说明：

深度感知模组：10；深度视觉组件：11；深度相机：111；相机支架：112；舵机：12；编码器组件：13；磁编码器：131；磁铁：132；编码器支架：133；联轴器：14；深度感知设备：100；下位机：20；舵机驱动器：30；深度感知系统：200；上位机：40。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

空间关系术语例如“上方”，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“上方”的元件或特征，将取向为在其它元件或特征的“下方”。因此，示例性术语“上方”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的组件、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

深度相机相比较传统的相机，在功能上添加了一个深度测量，即可以通过拍摄空间来获取景深信息，从而能更方便准确的感知周围的环境及变化。视场角在光学工程中又称视场，视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，以深度相机为例，则可以理解为：视场角的大小决定了深度相机的感知范围。视场角可分为水平视场角、垂直视场角和对角视场角，水平视场角是指投影图像左右边界的中点对眼睛所成的夹角，本申请实施例中以水平视场角为例论述深度相机的感知范围。但应该理解的是，可以在满足必要条件的情况下本申请实施例也适用于以垂直视场角或对角视场角为例论述深度相机的感知范围。

受制于深度相机算法原理，多数深度相机的水平视场角较小，即感知范围较小。而为实现感知避障，中大型的机器人对感知范围有较大的需求，因此，有必要增大深度相机的感知范围。传统技术中，存在使用多个深度相机进行多视图拼接以增大感知范围的方案，但此方案成本高。基于此，本申请提供一种深度感知模组，成本低、感知范围控制灵活，且能增大感知范围。

如图1所示，本申请实施例提供了一种深度感知模组10，深度感知模组10包括深度视觉组件11、舵机12和编码器组件13。其中，舵机12与深度视觉组件11连接，用于带动深度视觉组件11同步旋转；编码器组件13与舵机12连接，用于测量舵机12的旋转角度。需要注意的是，若编码器组件13测量到舵机12在旋转前相对复位位置的初始角度为A₀，测量到旋转后的角度信息为A₁，则舵机12的旋转角度应为A₁-A₀，本申请实施例不对A₀作具体限定。在本申请实施例中及其他实施例中，均以初始角度为0°为例进行论述，在其他实施例中不再进行赘述。基于此，编码器组件13测量的舵机12旋转后的角度信息即为舵机12的旋转角度。可以理解地，若舵机12旋转前的初始角度不为0°，则在获取舵机12的旋转角度时，按照上述方式取相应角度的差值即可。

如图1所示，在其中一个实施例中，令深度视觉组件11的水平视场角为b°，未与舵机12连接的深度视觉组件11的感知范围为0°～b°；若编码器组件13测量出舵机12的旋转角度为a°，则与舵机12连接的深度视觉组件11，随舵机12同步旋转的旋转角度也为a°，此时，深度视觉组件11即可拥有0°～(a+b)°的感知范围。

在本实施例中，通过舵机12旋转以带动深度视觉组件11同步旋转，使得深度视觉组件11依据本身具有的水平视场角，加上随舵机12同步旋转的旋转角度，则能拥有更大的感知范围。深度视觉组件11的感知范围为，水平视场角与编码器组件13所测量出的舵机12的旋转角度之和所对应的视野范围。

如图1所示，在其中一个实施例中，舵机12带动深度视觉组件11同步旋转的角度范围为0°～180°。具体地，舵机12最大的旋转角度为180°，则能带动深度视觉组件11在0°～180°范围内旋转。在本实施例中，以深度视觉组件11的水平视场角为b°为例，深度视觉组件11即可拥有0°～(180+b)°的感知范围。

如图1所示，在其中一个实施例中，深度视觉组件11的感知视场角为90°。在本实施例中，以舵机12最大的旋转角度为180°为例，则深度视觉相机能够在0°～180°范围内与舵机12同步旋转，深度视觉组件11即可拥有0°～270°的感知范围。

如图2所示，在其中一个实施例中，深度感知模组10还包括联轴器14，用于连接舵机12和深度视觉组件11。其中，联轴器14是指连接两轴或轴与回转件，在传递运动和动力过程中一同回转，在正常情况下不脱开的一种装置。具体至本实施例中，舵机12具有舵机轴，联轴器14连接舵机12的舵机轴与深度视觉组件11，当舵机12旋转时，联轴器14则用于实现带动深度视觉组件11与舵机12同步旋转。

如图2所示，在其中一个实施例中，深度视觉组件11包括深度相机111和相机支架112。其中，深度相机111用于拍摄环境图像并将图像数据上传至上位机；相机支架112的一端与联轴器14固定连接，另一端与深度相机111固定连接。具体地，深度相机111通过相机支架112与联轴器14固定连接，进而通过联轴器14与舵机12固定连接，以此实现与舵机12的同步旋转。可以理解地，深度视觉组件11与舵机12同步旋转以拥有更大的感知范围，其本质是指深度相机111与舵机12同步旋转以拥有更大的感知范围。进一步地，深度视觉组件11的深度相机111在更大的感知范围内拍摄环境图像，并将环境图像对应的图像数据上传至上位机，上位机读取图像数据后可进行数据处理。

如图2所示，在其中一个实施例中，编码器组件13包括磁编码器131、磁铁132和编码器支架133。其中，磁编码器131用于测量舵机12的旋转角度；磁铁132与联轴器14固定连接；编码器支架133的一端与舵机12固定连接，另一端与磁编码器131固定连接。具体地，磁编码器131通过编码器支架133与舵机12固定连接，磁铁132通过联轴器14与舵机12固定连接。编码器组件13测量舵机12的旋转角度，其本质是指磁编码器131测量舵机12的旋转角度。

在本实施例中，磁编码器131是指以磁电原理技术生产的编码器，磁编码器131体积小但精度高，其主要组成成分包括磁编码器芯片，磁编码器芯片的主要组成成分则包括传感器和调节电路，传感器可以是感应磁场变化的磁阻器件，也可以是感应电压变化的霍尔效应器件，以能计算出舵机12的旋转角度的为结果导向，本申请不对传感器的类型作具体限定。以传感器为磁阻器件为例，磁铁132通过联轴器14与舵机12同轴旋转，位于磁铁132的垂直上方不远处的传感器检测磁场的变化，并将检测信息转换为正弦波信号，进而调节电路对正弦波信号进行处理，以计算出舵机12的旋转角度。需要注意的是，为使传感器能较准确检测到磁场的变化，磁铁132与磁编码器131之间的距离不应太远，如图2中所示，为保障传感器能位于磁铁132的垂直上方不远处，编码器支架133的高度不应太高。

在本实施例中，通过体积小精度高的磁编码器131测量舵机12的旋转角度，有利于更精准地测量舵机12的旋转角度，且能使得编码器组件13更轻巧。

在其中一个实施例中，图1至图2中的舵机12与舵机驱动器(图未示)连接，舵机12在舵机驱动器的驱动下旋转。其中，舵机驱动器还与下位机连接，下位机通过舵机驱动器控制舵机12旋转。在本实施例中，下位机以控制器的形式参与操控舵机12旋转的过程，使下位机与舵机驱动器连接，舵机驱动器与舵机12连接，而非下位机与舵机12直接连接，能够简化下位机的结构。

如图2所示，在其中一个实施例中，深度感知模组10包括深度相机111、相机支架112、联轴器14、舵机12、磁编码器131、磁铁132和编码器支架133。其中，相机支架112的一端与联轴器14固定连接，另一端与深度相机111固定连接；联轴器14用于连接相机支架112和舵机12；磁铁132与联轴器14固定连接，编码器支架133的一端与舵机12固定连接，另一端与磁编码器131固定连接。舵机12依次通过联轴器14、相机支架112与深度相机111固定连接，用于带动深度相机111同步旋转；磁编码器131通过编码器支架133与舵机12固定连接，磁铁132通过联轴器14与舵机12固定连接，用于测量舵机12的旋转角度；深度相机111用于拍摄环境图像并将图像数据上传至上位机。

在本实施例中，通过舵机12旋转以带动深度相机111同步旋转，使得深度相机111依据本身具有的水平视场角，加上随舵机12同步旋转的旋转角度，能拥有更大的感知范围。并且，只需一个深度相机111则可实现灵活增大感知范围，相对于现有技术中通过将多个深度相机111拼接以增大感知范围的技术方案而言，具有成本低的优势。进而，基于拥有更大的感知范围，深度相机111拍摄环境图像并将图像数据上传至上位机时，上位机读取图像数据后可进行数据处理。

如图3所示，本申请实施例还提供了一种深度感知设备100，深度感知设备100包括如上述的深度感知模组10、下位机20和舵机驱动器30。其中，下位机20分别与深度感知模组10中的编码器组件13、舵机驱动器30连接；舵机驱动器30分别与下位机20和深度感知模组10中的舵机12连接。具体地，基于拥有更大的感知范围的深度感知模组10，深度感知模组10中的编码器组件13实时测量深度感知模组10中的舵机12的旋转角度，并上传至下位机20，下位机20通过舵机驱动器30控制舵机12旋转，以使舵机12带动深度感知模组10中的深度视觉组件11旋转的旋转角度能够达到机器人的感知需求角度，即，使编码器组件13测得的旋转角度等于机器人的感知需求角度。其中，根据机器人要行进的方向、行进过程中的拐角半径等信息计算得出需要感知视觉组件11所能感知的范围，进而根据水平视场角计算出需要舵机12带动感知视觉组件11同步旋转的旋转角度，并以此旋转角度作为机器人的感知需求角度。

在其中一个实施例中，若机器人的感知需求角度为90°，下位机20通过舵机驱动器30控制舵机12旋转，编码器组件13实时测量舵机12带动深度视觉组件11旋转的旋转角度，并将旋转角度信息上传至下位机20。当旋转角度等于90°时，下位机20则停止控制旋转，此时深度视觉组件11能够实现机器人的感知需求。

在本实施例中，拥有更大的感知范围的深度感知模组10可以满足机器人灵活的感知需求角度，包括深度感知模组10、下位机20和舵机驱动器30在内的深度感知设备100能够实现机器人灵活的感知需求。

如图4所示，本申请实施例还提供了一种深度感知系统200，深度感知系统200包括如上述的深度感知设备100和上位机40。其中，上位机40与深度感知设备100中的下位机20连接。具体地，基于能实现机器人灵活的感知需求的深度感知设备100，深度感知设备100中的下位机20将深度感知模组10中的编码器组件13测量的舵机12及深度视觉组件11的旋转角度，上传至上位机40，上位机40基于舵机12当前的旋转角度和机器人的感知需求角度向下位机20发送旋转指令，以远程指示控制舵机12旋转至机器人的感知需求角度，下位机20接收旋转指令后通过舵机驱动器30控制舵机12旋转。

在本实施例中，通过深度感知系统200能够远程控制舵机12旋转，远程实现机器人灵活的感知需求。

如图4所示，在其中一个实施例中，上位机40还与深度感知设备100中的深度视觉组件11连接，用于读取深度视觉组件11上传的图像数据。其中，深度视觉组件11中的深度相机拍摄环境图像并将图像数据上传至上位机40，上位机40读取图像数据。上位机40可以根据读取到的舵机12当前的旋转角度及对应的读取时间，得出深度相机拍摄所读取到的图像数据所对应的环境图像时的旋转角度。具体地，由于编码器组件13中的磁编码器测量旋转角度至下位机20读取到此旋转角度，进而至上位机40读取到此旋转角度是一个极快的过程，且基于磁编码器是实时测量旋转角度，因此，可以将上位机40读取到舵机12当前旋转角度的读取时间，作为产生此旋转角度的时间，即作为舵机12旋转至此旋转角度的时间。进而，根据多组旋转角度及对应的读取时间，可以构建舵机12的旋转角度与舵机12旋转至此旋转角度的时间的角度时间队列。进一步地，根据上位机40读取到图像数据的读取时间，和预设的图像数据自深度相机产生至上位机40读取的延期时间(延期时间为深度相机的属性特征，一般由厂家给出后，提前预设在上位机40)，则可得出产生此图像数据的时间。继而，将产生图像数据的时间与上述角度时间队列进行匹配，当产生图像数据的时间与舵机12旋转至某一旋转角度的时间相同时，表明此旋转角度即为深度相机拍摄此图像数据所对应的环境图像时的旋转角度。需要注意的是，如前述实施例中所明确的，旋转角度是指舵机12或深度相机111相对于复位位置所旋转的角度，复位位置可以为舵机12旋转0°的位置，也可以为舵机12旋转90°的位置，本申请不对舵机12旋转的复位位置及初始角度进行限定。另外，下位机20以较高频率读取磁编码器测量的舵机12的旋转角度，并上传至上位机，此频率相对于深度相机拍摄环境图像并上传至上位机的频率更高，因此，能够保障角度时间队列中，存在与深度相机拍摄环境图像的时间相匹配的旋转角度时间。

进一步地，当环境图像中存在障碍物时，上位机40还可以根据深度相机拍摄环境图像时的旋转角度，远程操控机器人进行避障。具体地，由于深度相机与舵机12连接，根据舵机12的旋转角度，将相机坐标系下的RGBD点云转到舵机坐标系下；由于舵机12与机器人相连，根据舵机12在机器人上的位置信息和安装角度等外参，将舵机坐标系下的RGBD点云再转到机器人坐标系下。基于此，深度相机所拍摄的环境图像中的障碍物则可在机器人坐标系下进行定位。进而，上位机40可以根据障碍物的位置信息远程操控机器人行进以避开障碍物。

在本实施例中，上位机40可以获取深度相机拍摄所读取到的图像数据所对应的环境图像时的旋转角度；当环境图像中存在障碍物时，上位机40还可以根据深度相机拍摄环境图像时的旋转角度，在机器人坐标系下对障碍物进行定位，以远程操控机器人进行避障。

在本说明书的描述中，参考术语“前述实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请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描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种深度感知模组，其特征在于，所述深度感知模组包括：

深度视觉组件；

舵机，与所述深度视觉组件连接，用于带动所述深度视觉组件同步旋转；

编码器组件，与所述舵机连接，用于测量所述舵机的旋转角度。

2.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，所述舵机带动所述深度视觉组件同步旋转的角度范围为0°～180°。

3.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，所述深度视觉组件的感知视场角为90°。

4.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，所述模组还包括：

联轴器，用于连接所述舵机和所述深度视觉组件。

5.根据权利要求4所述的模组，其特征在于，所述深度视觉组件包括：

深度相机，用于拍摄环境图像并将图像数据上传至上位机；

相机支架，所述相机支架的一端与所述联轴器固定连接，另一端与所述深度相机固定连接。

6.根据权利要求4所述的模组，其特征在于，所述编码器组件包括：

磁编码器，用于测量所述舵机的旋转角度；

磁铁，与所述联轴器固定连接；

编码器支架，所述编码器支架的一端与所述舵机固定连接，另一端与所述磁编码器固定连接。

7.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，所述舵机与舵机驱动器连接，所述舵机在所述舵机驱动器的驱动下旋转。

8.一种深度感知设备，其特征在于，所述设备包括：

如权利要求1至7任一项所述的深度感知模组；

下位机，分别与所述深度感知模组中的编码器组件、舵机驱动器连接；

舵机驱动器，分别与所述下位机和所述深度感知模组中的舵机连接。

9.一种深度感知系统，其特征在于，所述系统包括：

如权利要求8所述的深度感知设备；

上位机，与所述深度感知设备中的下位机连接。

10.根据权利要求9所述的深度感知系统，其特征在于，所述上位机还与所述深度感知设备中的深度视觉组件连接，用于读取所述深度视觉组件上传的图像数据。