一種體育場智能縮微車輛教學(xué)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輪式移動(dòng)機(jī)器人裝置，具體地，涉及一種具有場景分析自主行駛功能的體育場1:5智能縮微車輛教學(xué)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]信息化時(shí)代下，隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，智能駕駛將是未來汽車的重要發(fā)展方向和趨勢。為推動(dòng)無人駕駛車輛的發(fā)展，國內(nèi)外目前主要針對真實(shí)道路環(huán)境下的無人車和室內(nèi)縮微道路小型縮微車展開研宄。國外像美國國防部高級研宄計(jì)劃局DARPA組織了多次無人駕駛車輛超級挑戰(zhàn)賽，國內(nèi)國家自然科學(xué)基金委員會(huì)在2009年以后每年主辦了中國智能車未來挑戰(zhàn)賽。
[0003]基于真實(shí)道路環(huán)境下的自主駕駛研宄目前還面臨諸多困難，如智能車的改裝、維護(hù)費(fèi)用昂貴，成本極高，試驗(yàn)安全性低，行人、非機(jī)動(dòng)車輛意外情況的影響等，不利于教學(xué)和研宄的推廣，極大地限制了無人車的研宄進(jìn)程?；谏鲜鱿拗?，縮微道路交通環(huán)境下模擬真車在真實(shí)道路環(huán)境下的駕駛行為成為很重要的方式。
[0004]近年來在國家自然科學(xué)基金委“視聽覺信息的認(rèn)知計(jì)算”重大研宄計(jì)劃推動(dòng)下開展了“縮微智能車自主駕駛行為研宄”的相關(guān)研宄工作。例如，申請?zhí)枮?01310132532.6的發(fā)明專利提供了一種縮微智能車教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。但是該發(fā)明主要適用于室內(nèi)環(huán)境，完全脫離了室外較為復(fù)雜的真實(shí)環(huán)境，無法分析當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)場景，如天空、地表等，同時(shí)，缺少真實(shí)環(huán)境下的諸多干擾，如自然光照和陰影等，這與現(xiàn)實(shí)環(huán)境還存在較大的差距，不利于真實(shí)車輛自主駕駛行為和環(huán)境處理等方面的研宄與教學(xué)。
[0005]另外無人駕駛車輛實(shí)質(zhì)上是一種輪式移動(dòng)機(jī)器人，隨著一種新興的體育運(yùn)動(dòng)即素質(zhì)體育機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，正在全世界范圍蓬勃開展。國家體育總局結(jié)合中國的實(shí)際情況，將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)定義為素質(zhì)體育機(jī)器人運(yùn)動(dòng)(CRC)，旨在挖掘廣大機(jī)器人運(yùn)動(dòng)愛好者的核心價(jià)值。因此，將無人駕駛車輛的教學(xué)和素質(zhì)體育機(jī)器人運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，研制出一種既能自主分析室外場景，又能進(jìn)行素質(zhì)體育機(jī)器人運(yùn)動(dòng)實(shí)踐和競技的車輛裝置具有很重要的實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了將無人駕駛車輛的教學(xué)和素質(zhì)體育機(jī)器人運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，本發(fā)明提供了一種具有場景分析自主行駛功能的體育場1:5智能縮微車輛教學(xué)裝置。
[0007]按照1:5型縮微車輛，更為接近真實(shí)車輛比例，可很好模擬車輛的實(shí)際駕駛行為。采用體育場環(huán)境模擬自主行駛，一方面可完全作為素質(zhì)體育機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和競技的場所，另一方面其跑道最為接近真實(shí)車道模型。該體育場智能縮微車輛教學(xué)裝置，不僅增加了教學(xué)的趣味性，更將素質(zhì)體育機(jī)器人運(yùn)動(dòng)帶到教學(xué)活動(dòng)中，是一種極為適合推廣的車輛教學(xué)裝置。
[0008]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種具有場景分析自主行駛功能的體育場1:5智能縮微車輛教學(xué)裝置，所述車輛教學(xué)裝置實(shí)質(zhì)是一種輪式移動(dòng)機(jī)器人，主要包括:車體、主處理器、主控制器、GPS傳感器、激光雷達(dá)傳感器、視覺傳感器、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、通訊設(shè)備、緊急開關(guān)、電池組，其中:
[0009]所述車體作為主處理器、GPS傳感器、激光雷達(dá)傳感器、視覺傳感器、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、電池組、通訊系統(tǒng)、緊急開關(guān)的載體；
[0010]所述GPS傳感器，用于對當(dāng)前所述車輛教學(xué)裝置進(jìn)行相對定位，并將定位信息發(fā)送到主處理器；
[0011]所述激光雷達(dá)傳感器，用于檢測所述車輛教學(xué)裝置正前方及周圍環(huán)境中的障礙物，并將檢測信息發(fā)送到主處理器；
[0012]所述視覺傳感器，用于采集當(dāng)前環(huán)境圖像以便分析當(dāng)前場景，并將采集的信息發(fā)送到主處理器；
[0013]所述主控制器，用于接收主處理器的決策指令并作用于動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；
[0014]所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于執(zhí)行主控制器發(fā)出的速度指令；
[0015]所述轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于執(zhí)行主控制器發(fā)出的轉(zhuǎn)向指令；
[0016]所述反饋系統(tǒng)，用于測量所述車輛教學(xué)裝置的當(dāng)前速度信息，并反饋給主控制器，實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)反饋控制；
[0017]所述人機(jī)交互系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)在線監(jiān)控和管理所述車輛教學(xué)裝置當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，包括場景、速度、轉(zhuǎn)向、安全級別信息；
[0018]所述電池組，用于提供主處理器和主控制器以及所有傳感器和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的供電電源；
[0019]所述通訊系統(tǒng)，用于對主控制器的監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理；
[0020]所述緊急開關(guān)，用于緊急狀況下實(shí)現(xiàn)所述車輛教學(xué)裝置的制動(dòng)，進(jìn)行安全管理；
[0021]所述主處理器，用于GPS傳感器、激光雷達(dá)傳感器、視覺傳感器信息的融合，進(jìn)行場景分析和圖像處理，并結(jié)合所述車輛教學(xué)裝置的當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行狀況，進(jìn)行決策控制，發(fā)出控制指令作用在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)場景分析和自主行駛；同時(shí)可優(yōu)先接受外部緊急停車指令，從而保障所述車輛教學(xué)裝置的安全性。
[0022]優(yōu)選地，所述體育場車輛教學(xué)裝置可選擇人工遙控或在體育場沿跑道自主行駛的雙模式工作方式。
[0023]優(yōu)選地，所述體育場車輛教學(xué)裝置的軟件和硬件均留有開發(fā)接口，具有較強(qiáng)的拓展性和進(jìn)一步開發(fā)性，可在教學(xué)過程中提供延展性。同時(shí)也為素質(zhì)體育機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能拓展留出了足夠的空間。
[0024]優(yōu)選地，所述體育場車輛教學(xué)裝置設(shè)置有無線急停開關(guān)，在緊急情況下可按下該急停開關(guān)切斷裝置供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)硬件急停；同時(shí)也可下達(dá)遠(yuǎn)程停止指令將速度置零，實(shí)現(xiàn)軟件急停。
[0025]優(yōu)選地，所述體育場車輛教學(xué)裝置的所述主處理器和所述主控制器之間的串口通信采用Modbus協(xié)議，穩(wěn)定可靠，可保障該車輛裝置的通訊穩(wěn)定。
[0026]優(yōu)選地，所述體育場車輛教學(xué)裝置本身可通過所述人機(jī)交互系統(tǒng)對車輛的運(yùn)行情況和所處環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)、圖像進(jìn)行在線繪制、監(jiān)控、觀測和記錄，并可對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整與修改；同時(shí)還可連接其他計(jì)算機(jī)對所述主處理器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。
[0027]本發(fā)明所述車輛教學(xué)裝置主要是針對體育場跑道的自主行駛，包括換道、避障、場景自主分析等，便于在體育場展開素質(zhì)體育機(jī)器人競技運(yùn)動(dòng)，很好地將教學(xué)與素質(zhì)體育結(jié)合起來。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0029]本發(fā)明很好地將無人駕駛車輛的教學(xué)和素質(zhì)體育機(jī)器人運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，一方面解決了真實(shí)無人車和室內(nèi)縮微車對于教學(xué)和研宄推廣上各自的矛盾，另一方面，提供了素質(zhì)體育機(jī)器人競技的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，大大推動(dòng)素質(zhì)體育機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的開展，促進(jìn)了我國在科學(xué)、技術(shù)、教育的先進(jìn)水平。本發(fā)明使用多感知傳感器融合設(shè)計(jì)，提供了場景分析和自主行駛功能，成本較低，安全性高，簡單易拓展，研宄的趣味性強(qiáng)，可自主切換運(yùn)行模式，方便教學(xué)的實(shí)現(xiàn)和素質(zhì)體育機(jī)器人競技運(yùn)動(dòng)的展開。因而，在素質(zhì)體育競技中對無人車輛駕駛行為和輪式移動(dòng)機(jī)器人的教學(xué)與研宄，在教學(xué)中開展素質(zhì)體育機(jī)器人競技運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明是一種極為適合推廣的裝置。
【附圖說明】
[0030]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0031]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)俯視示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)右側(cè)視示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的硬件架構(gòu)示意圖；
[0034]圖中:顯示屏1、電機(jī)和電子調(diào)速器2、電機(jī)電池3和10、主控制器4、Garmin GPS5、Hokuyo激光雷達(dá)6、轉(zhuǎn)向舵機(jī)7、網(wǎng)絡(luò)攝像頭8、無線AP 9、無線急停開關(guān)11、單板電腦12、電池組13、攝像頭支架14。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0036]如圖1、圖2所示，本實(shí)施例提供一種具有場景分析自主行駛功能的體育場1:5智能縮微車輛教學(xué)裝置，整個(gè)車輛教學(xué)裝置空間大小為98cmx45cmx60cm(長x寬x高)，包括顯示屏1、電機(jī)和電子調(diào)速器2、電機(jī)電池3和10、主控制器4、Garmin GPS 5、Hokuyo激光雷達(dá)6、轉(zhuǎn)向舵機(jī)7、網(wǎng)絡(luò)攝像頭8、無線AP 9、無線急停開關(guān)11、單板電腦12、電池組13，其中:
[0037]所述顯示屏I安裝在單板電腦12的正上方，作為人機(jī)交互模塊的顯示單元；
[0038]所述電機(jī)和電子調(diào)速器2，作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，安裝在車體的中間，且位于前、后驅(qū)動(dòng)連桿的中心軸正上方并與前、后輪的驅(qū)動(dòng)軸水平，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制；
[0039]所述主控制器4安裝在電機(jī)和電子調(diào)速器2與轉(zhuǎn)向舵機(jī)7之間的平面上，用于產(chǎn)生控制信號，作用于電子調(diào)速器和轉(zhuǎn)向舵機(jī)7。
[0040]所述Garmin GPS 5，作為GPS傳感器，安裝在車體的正上方，并與攝像頭支架14的底座同平面，可實(shí)現(xiàn)所述車輛教學(xué)裝置的相對定位；
[0041]所述Hokuyo激光雷達(dá)6，作為激光雷達(dá)傳感器，安裝在車體的正前方并與車體水平，距離地面15cm處的高度，可檢測車體正前方25m以內(nèi)且高度高于15cm的障礙物；
[0042]所述轉(zhuǎn)向舵機(jī)7，作為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，位于車體前方三分之一處，安裝在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)軸中間且與之平行，可實(shí)現(xiàn)車體方向的控制；
[0043]所述網(wǎng)絡(luò)攝像頭8，作為視覺傳感器，垂直安裝在車體前方中心高度可調(diào)的攝像頭支架14上，并與車體平行，可調(diào)高度在40cm-65cm ；
[0044]所述無線AP 9置于所述網(wǎng)絡(luò)攝像頭8的正下方，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理；
[0045]所述無線急停開關(guān)11安裝在電子調(diào)速器2的側(cè)面，作為通訊設(shè)備單元，可通過無線急停開關(guān)11實(shí)現(xiàn)電機(jī)電源的硬件通斷；
[0046]所述單板電腦12視為主處理器，安裝在車