基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，屬于控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，包括底層控制系統(tǒng)、激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)和人機交互平臺，其中底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)相連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換，底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)通過無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)與人機交互平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，控制清掃車在無人駕駛的情況下能夠自主控制進(jìn)行路徑規(guī)劃和導(dǎo)航定位，在自動控制模式下真正做到無需人員再次干預(yù)即可完成清掃作業(yè)，降低城市環(huán)衛(wèi)工人的勞動強度、減少城市二氧化碳排放和環(huán)境污染、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。
【專利說明】
基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，屬于智能環(huán)衛(wèi)機械技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前清掃車無論是室內(nèi)還是城市街道環(huán)衛(wèi)，基本上都需要人工操作，而隨著城市規(guī)模的發(fā)展，人力成本的不斷提高，智能化無人駕駛自主行駛清掃車的需求增多，如何實現(xiàn)自主清掃的控制系統(tǒng)顯得尤為關(guān)鍵，目前，在全自動無人駕駛的控制系統(tǒng)方面，國內(nèi)已經(jīng)有相關(guān)企業(yè)和機構(gòu)進(jìn)行了研究，通常采用三種方法實現(xiàn):(I)基于3G/4G或GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過終端設(shè)備進(jìn)行路徑的規(guī)劃，并對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控；(2)基于機器視覺的圖像識別技術(shù)；(3)采用在地面鋪設(shè)導(dǎo)軌、磁軌，車輛在固定軌道上行駛，即軌道式全自動無人駕駛控制技術(shù)。雖然無人駕駛領(lǐng)域已經(jīng)有相關(guān)的控制技術(shù)，但是在無人清掃控制系統(tǒng)方面技術(shù)還未成熟，在現(xiàn)有技術(shù)中沒有得到推廣應(yīng)用。
[0003]例如，授權(quán)公開號為:CN204644936U公開的一種無人駕駛式自動商用洗/掃地機，在控制技術(shù)上存在一定的不足，當(dāng)遇到障礙物后，需將激光傳感器、超聲或防撞條信息送至導(dǎo)航模塊，導(dǎo)航模塊根據(jù)具體情況，發(fā)送停止指令于控制模塊，并需人工再次干預(yù)，重新規(guī)劃路徑，費時且不能做到整個過程完全無人干涉，不適于在大型路面進(jìn)行清掃作業(yè)。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，控制清掃車在無人駕駛的情況下能夠自主進(jìn)行路徑規(guī)劃和導(dǎo)航定位，并實現(xiàn)路面的清掃作業(yè)，降低城市環(huán)衛(wèi)工人的勞動強度、減少城市二氧化碳排放和環(huán)境污染、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。
[0005]本實用新型所述的基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，包括底層控制系統(tǒng)、激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)和人機交互平臺，其中底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)相連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換，底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)通過無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)與人機交互平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。
[0006]底層控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)運動、清掃和電源管理，激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)用于實現(xiàn)路徑規(guī)劃和導(dǎo)航定位，無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，具有3G、4G、WIFI及專用無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)等多種可選通信方式，實現(xiàn)位置和狀態(tài)數(shù)據(jù)通信傳輸，人機交互平臺用于接收無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔?，并且實動作操控，以及遠(yuǎn)程監(jiān)控。
[0007]所述的底層控制系統(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)、超聲波自動避障系統(tǒng)和清掃控制系統(tǒng)，上述各個系統(tǒng)之間通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，電源管理系統(tǒng)用于實現(xiàn)電源管理，運動控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、加速、減速、停車、剎車等運動的控制，超聲波自動避障系統(tǒng)用于實現(xiàn)自動避障，清掃控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)抬放盤刷完成清掃動作。
[0008]所述的超聲波自動避障系統(tǒng)包括超聲波測距傳感器，超聲波測距傳感器包括至少一個，超聲波測距傳感器利用超聲波的特性研制而成的傳感器，用于檢測周圍的超聲波信號，通過智能控制算法如障礙物識別與避障算法實現(xiàn)自動避障。
[0009]所述的激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括的車載電腦主板、激光掃描測距雷達(dá)、攝像頭和GPS定位模塊，車載電腦主板連接激光掃描測距雷達(dá)和GPS定位模塊并通過路由器連接攝像頭。
[0010]激光掃描測距雷達(dá)用于檢測前方道路兩側(cè)路沿石邊沿，提取并擬合道路邊沿的直線段，為相應(yīng)清掃車沿道路平行前進(jìn)和道路定位提供傳感數(shù)據(jù)，并利用前方180度范圍內(nèi)的激光檢測數(shù)據(jù)，輔助完成自主避障;攝像頭為網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭，用于采集前方圖像信息，在無路沿石的路段，通過圖像處理算法，與激光掃描測距雷達(dá)互補完成道路邊沿識別；車載電腦主板主要承載上位機智能算法處理軟件，通過接收底層控制系統(tǒng)上傳的超聲波測距傳感器數(shù)據(jù)、激光掃描測距雷達(dá)數(shù)據(jù)、攝像頭采集的圖像等，利用傳感器融合算法、圖像處理算法、自動避障算法、自主定位與導(dǎo)航算法等各種智能控制算法，實現(xiàn)自主駕駛。
[0011 ]在導(dǎo)航定位方面，針對不同工況采用兩種方式:(I)采用激光掃描測距雷達(dá)和攝像頭相結(jié)合的方式，在有路沿石的路段，用激光掃描測距雷達(dá)識別，在沒有路沿石的路段，采用攝像頭識別標(biāo)記線，由圖像處理與GPS定位相結(jié)合，實現(xiàn)路徑規(guī)劃與自主導(dǎo)航功能。(2)利用攝像頭和地標(biāo)，結(jié)合GPS定位模塊，對路口進(jìn)行識別和定位，實現(xiàn)路口檢測和路段定位，完成清掃路段路徑規(guī)劃和自主導(dǎo)航。通過導(dǎo)入園區(qū)離線測繪地圖，結(jié)合道路的GPS信息和機器視覺，確定相應(yīng)的清掃運動方向、運動軌跡和在地圖中的具體位置。
[0012]在自動避障方面，當(dāng)遇到障礙物時，采用超聲波測距傳感器和激光掃描測距雷達(dá)采集數(shù)據(jù)，利用智能控制算法，實現(xiàn)避障，前方障礙物檢測距離范圍?30m，檢測角度:0_180度，左右側(cè)障礙物檢測報警距離范圍:0-3m，后方障礙物檢測報警距離范圍:0-6m，自動避障響應(yīng)距離可在檢測范圍內(nèi)自由設(shè)定，當(dāng)障礙物進(jìn)入報警距離區(qū)域時，進(jìn)行聲光報警，并減速行駛;當(dāng)障礙物進(jìn)入避障響應(yīng)距離區(qū)域時，進(jìn)行自動轉(zhuǎn)向，通過左右空閑車道自動繞行避障。
[0013]所述的激光掃描測距雷達(dá)位于車體的前方，激光掃描測距雷達(dá)包括2個，一個激光掃描測距雷達(dá)位于相應(yīng)清掃車前方的下端貼近地面，用于檢測前方道路兩側(cè)路沿石邊沿及較矮的障礙物，另一個激光掃描測距雷達(dá)位于相應(yīng)清掃車前方的中央，用于檢測較高的障礙物。
[0014]所述的人機交互平臺包含遙控器和遠(yuǎn)程監(jiān)控界面，遙控器通過數(shù)據(jù)傳輸模塊與底層控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，遠(yuǎn)程監(jiān)控界面通過無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)與底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。
[0015]通過遙控器和遠(yuǎn)程監(jiān)控界面使控制模式分為手動控制和自主控制，在手動控制模式下通過遙控器或者智能手機客戶端軟件，實現(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、加速、減速、停車、剎車、抬放盤刷等一系列動作的操控;在自主控制模式下，利用超聲波測距傳感器、激光掃描測距雷達(dá)、攝像頭通過智能控制算法如障礙物識別與避障算法、自動避障算法、路肩識別算法、清掃路徑規(guī)劃算法，實現(xiàn)沿著應(yīng)用場所道路自主定位和無人清掃，遠(yuǎn)程監(jiān)控界面通過無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)與清掃車本體傳輸數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控運行狀態(tài)、在園區(qū)的精確位置，并通過攝像頭實現(xiàn)前方視頻監(jiān)控。
[0016]所述的底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)之間通過USBCAN適配器實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換。
[0017]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0018]提供一種基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，控制清掃車在無人駕駛的情況下能夠自主進(jìn)行路徑規(guī)劃和導(dǎo)航定位，在自動控制模式下真正做到無需人員再次干預(yù)即可完成路徑規(guī)劃道路的清掃作業(yè)，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控界面可監(jiān)控清掃車的各個運動狀態(tài)，使自主清掃控制系統(tǒng)的技術(shù)更加完善，適于在園區(qū)和公共道路上推廣應(yīng)用，降低城市環(huán)衛(wèi)工人的勞動強度、減少城市二氧化碳排放和環(huán)境污染、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)建設(shè)建設(shè)智能型城市、打造智慧園區(qū)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的電路連接框圖；
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明:
[0021 ]實施例
[0022]如圖1所示，本實用新型所述的基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，包括底層控制系統(tǒng)、激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)和人機交互平臺，其中底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)相連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換，底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)通過無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)與人機交互平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。
[0023]為了進(jìn)一步說明上述實施例，底層控制系統(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)、超聲波自動避障系統(tǒng)和清掃控制系統(tǒng)，上述各個系統(tǒng)之間通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0024]為了進(jìn)一步說明上述實施例，超聲波自動避障系統(tǒng)包括超聲波測距傳感器，超聲波測距傳感器包括若干個，分別位于相應(yīng)清掃車的前面和側(cè)面，左右兩側(cè)的超聲波測距傳感器對稱分布。
[0025]為了進(jìn)一步說明上述實施例，激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括車載電腦主板、激光掃描測距雷達(dá)、攝像頭和GPS定位模塊，車載電腦主板連接激光掃描測距雷達(dá)、GPS定位模塊并通過路由器連接攝像頭。
[0026]為了進(jìn)一步說明上述實施例，激光掃描測距雷達(dá)包括2個，一個激光掃描測距雷達(dá)位于相應(yīng)清掃車前方的下端貼近地面，用于檢測前方道路兩側(cè)路沿石邊沿及較矮的障礙物，另一個激光掃描測距雷達(dá)位于相應(yīng)清掃車前方的中央，用于檢測較高的障礙物。
[0027]為了進(jìn)一步說明上述實施例，人機交互平臺包含遙控器和遠(yuǎn)程監(jiān)控界面，遙控器通過數(shù)據(jù)傳輸模塊與底層控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，遠(yuǎn)程監(jiān)控界面通過無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)與底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。
[0028]為了進(jìn)一步說明上述實施例，底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)之間通過USBCAN適配器實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換。
[0029]本實施例的工作原理為:自主清掃控制系統(tǒng)控制相應(yīng)的清掃車在路面以正常行駛模式行駛并清掃，根據(jù)需要外部人員在手動控制模式下通過遙控器或手動操作按鈕面板實現(xiàn)清掃車的運動和清掃動作，在自主控制模式下，利用激光掃描測距雷達(dá)和攝像頭相結(jié)合的方式，在有路沿石的路段，用激光掃描測距雷達(dá)識別，在沒有路沿石的路段，采用攝像頭識別標(biāo)記線，由圖像處理與GPS定位相結(jié)合，實現(xiàn)路徑規(guī)劃與自主導(dǎo)航；當(dāng)遇到掉頭路口時，利用攝像頭和地標(biāo)，結(jié)合GPS定位模塊，對掉頭路口進(jìn)行識別和定位，實現(xiàn)掉頭路口檢測和路段定位，完成掉頭動作;通過導(dǎo)入清掃區(qū)域的離線測繪地圖，結(jié)合道路的GPS定位信息和攝像頭拍攝的圖像信息，確定清掃車的運動方向、運動軌跡和在地圖中的具體位置;當(dāng)遇到障礙物時，采用超聲波測距傳感器和激光掃描測距雷達(dá)采集數(shù)據(jù)，利用智能控制算法，實現(xiàn)清掃車的避障;清掃車前方障礙物檢測距離范圍:0?30m，檢測角度:0-180度，左右側(cè)障礙物檢測報警距離范圍:0-3m，后方障礙物檢測報警距離范圍:0-6m;自動避障響應(yīng)距離可在檢測范圍內(nèi)自由設(shè)定；當(dāng)障礙物進(jìn)入報警距離區(qū)域時，進(jìn)行聲光報警，并減速行駛；當(dāng)障礙物進(jìn)入避障響應(yīng)距離區(qū)域時，清掃車自動轉(zhuǎn)向，通過左右空閑車道自動繞行避障，避障完成后繼續(xù)進(jìn)入正常行駛模式，直至完成所有規(guī)劃路徑的清掃作業(yè)，在清掃的過程中工作人員利用遠(yuǎn)程監(jiān)控界面，通過無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視清掃車的電量、開關(guān)信息等各種參數(shù)的運行狀態(tài)，實時顯示清掃車在后臺地圖模型上的位置，以及清掃車前方的視頻圖像信息;清掃車與遠(yuǎn)程監(jiān)控后臺通信具有3G、4G、WIFI及專用無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)等多種可選通信方式，實現(xiàn)清掃車位置和狀態(tài)數(shù)據(jù)通信傳輸。
[0030]采用以上結(jié)合附圖描述的本實用新型的實施例的基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，控制清掃車在無人駕駛的情況下能夠自主控制進(jìn)行路徑規(guī)劃和導(dǎo)航定位，在自動模式下真正做到無需人員再次干預(yù)即可完成清掃作業(yè)，但本實用新型不局限于所描述的實施方式。在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下這些對實施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變形仍落入本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的自主清掃控制系統(tǒng)包括底層控制系統(tǒng)、激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)和人機交互平臺，其中底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)相連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換，底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)通過無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)與人機交互平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的底層控制系統(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)、超聲波自動避障系統(tǒng)和清掃控制系統(tǒng)，上述各個系統(tǒng)之間通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的超聲波自動避障系統(tǒng)包括超聲波測距傳感器，超聲波測距傳感器包括至少一個。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括車載電腦主板、激光掃描測距雷達(dá)、攝像頭和GPS定位模塊，車載電腦主板連接激光掃描測距雷達(dá)和GPS定位模塊并通過路由器連接攝像頭。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的激光掃描測距雷達(dá)包括2個，一個激光掃描測距雷達(dá)用于檢測前方道路兩側(cè)路沿石邊沿及較矮的障礙物，另一個激光掃描測距雷達(dá)用于檢測較高的障礙物。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的人機交互平臺包含遙控器和遠(yuǎn)程監(jiān)控界面，遙控器通過數(shù)據(jù)傳輸模塊與底層控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，遠(yuǎn)程監(jiān)控界面通過無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)與底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)之間通過USBCAN適配器實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換。
【文檔編號】G05D1/02GK205507542SQ201620290881
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】李衛(wèi)民, 孟慶志, 任傳德, 閆懷仁
【申請人】濟寧中科先進(jìn)技術(shù)研究院有限公司