無人駕駛智能小車及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無人駕駛智能小車，包括電源模塊、控制器、車身、驅(qū)動輪，導(dǎo)向輪，舵機(jī)、導(dǎo)航定位裝置、避障裝置，所述車身底部安裝四個(gè)車輪，兩個(gè)驅(qū)動輪安裝于后部，用于驅(qū)動小車行駛，兩個(gè)導(dǎo)向輪安裝于前部，用于轉(zhuǎn)向；所述電源模塊為蓄電池，用于提供電能；所述導(dǎo)航定位裝置包括2個(gè)CCD工業(yè)相機(jī)和2個(gè)舵機(jī)，所述舵機(jī)布置于車身前部，所述CCD工業(yè)相機(jī)置于舵機(jī)上，舵機(jī)帶動CCD工業(yè)相機(jī)旋轉(zhuǎn)；所述避障裝置包括激光測距儀、超聲波傳感器，所述激光測距儀、超聲波傳感器、CCD工業(yè)相機(jī)將采集的信號輸送至控制器，所述控制器對舵機(jī)進(jìn)行控制。本發(fā)明的小車具有自動避障和障礙物狀態(tài)識別功能，不僅能解決傳統(tǒng)小車需要人工操縱的弊端，而且能實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的自動巡航功能。
【專利說明】
無人駕駛智能小車及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種智能小車，尤其涉及一種無人駕駛智能小車及控制方法，屬于智能搬運(yùn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器智能化水平正在逐步提升。四輪小車作為移動機(jī)械的典型代表，也逐漸在向無人化、智能化的領(lǐng)域發(fā)展轉(zhuǎn)變。
[0003]傳統(tǒng)小車通常是通過紅外線、藍(lán)牙等遙控器進(jìn)行無線控制。在這樣的控制形式下，用戶需在一定的距離內(nèi)通過遙控器對小車發(fā)送運(yùn)動狀態(tài)指令，才可實(shí)現(xiàn)小車的自動化工作。
[0004]通過無線遙控對小車的控制并未完全把用戶解放出來，在小車運(yùn)行過程中，用戶仍需要實(shí)時(shí)通過遙控器對小車下達(dá)指令。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小車運(yùn)動的智能化，需要借助各類傳感裝置使小車對當(dāng)前路況和運(yùn)動狀態(tài)具有識別和判斷功能，來進(jìn)行自我決策，從而可以使小車實(shí)現(xiàn)完全無人操作的智能化運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種無人駕駛智能小車及控制方法，解決現(xiàn)有技術(shù)的小車通過紅外線、藍(lán)牙等遙控器進(jìn)行無線控制，不能實(shí)現(xiàn)完全無人操作的技術(shù)問題。小車具有自動避障和障礙物狀態(tài)識別功能。不僅能夠改善傳統(tǒng)小車需要人工操縱的弊端，而且還能夠在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的自動巡航功能。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]—種無人駕駛智能小車，包括電源模塊4、控制器5、車身6、驅(qū)動輪7，導(dǎo)向輪8，舵機(jī)
9、導(dǎo)航定位裝置11、避障裝置12，所述車身6底部安裝四個(gè)車輪，兩個(gè)驅(qū)動輪7安裝于后部，用于驅(qū)動小車行駛，兩個(gè)導(dǎo)向輪8安裝于前部，用于轉(zhuǎn)向；所述電源模塊4為蓄電池，用于提供電能;所述導(dǎo)航定位裝置11包括2個(gè)CCD工業(yè)相機(jī)I和2個(gè)舵機(jī)9，所述舵機(jī)9布置于車身6前部，所述C⑶工業(yè)相機(jī)I置于舵機(jī)9上，舵機(jī)9帶動CCD工業(yè)相機(jī)I旋轉(zhuǎn);所述避障裝置12包括激光測距儀2、超聲波傳感器3，所述激光測距儀2、超聲波傳感器3、CCD工業(yè)相機(jī)I將采集的信號輸送至控制器5，所述控制器5對舵機(jī)9進(jìn)行控制。
[0008]—種無人駕駛智能小車控制方法:
[0009]通過CCD工業(yè)相機(jī)獲取小車所處的當(dāng)前道路圖像，利用OpenCV圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺函數(shù)庫對源圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括灰度化、去噪、畸變校正;然后對處理過的圖片進(jìn)行閾值分割，提取道路邊界特征;通過提取特征與事先設(shè)定的道路模板進(jìn)行匹配比較，若兩者匹配，則識別成功，說明該位置為可行道路;若匹配失敗，說明當(dāng)前位置不是可行道路，則控制舵機(jī)帶動CCD工業(yè)相機(jī)轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行重新識別，以此循環(huán)，直到找到可行道路位置；
[0010]控制器實(shí)時(shí)調(diào)整小車姿態(tài)，保證行駛方向正確；
[0011]當(dāng)超聲波傳感器檢測到有障礙物時(shí)，小車停止運(yùn)動，激光測距儀開始工作，在Δt的時(shí)間內(nèi)，發(fā)出兩束激光進(jìn)行測距，測得障礙物距離分別為LI和L2，則通過計(jì)算L1-L2的值，即可判斷障礙物是處于靜止、朝向小車運(yùn)動或是背離小車運(yùn)動狀態(tài);通過公式(L1-L2)/At計(jì)算出障礙物的運(yùn)行速度，以此作為小車運(yùn)動控制的依據(jù)，即當(dāng)障礙物靠近至一定距離L時(shí)，小車后退，避免碰撞;反之，則繼續(xù)前進(jìn)；
[0012]小車避障及轉(zhuǎn)向行駛通過驅(qū)動輪的差速控制來實(shí)現(xiàn)，在行駛過程中，當(dāng)障礙物出現(xiàn)在視野范圍時(shí)，通過提取相機(jī)所拍攝的圖像特征，判斷出障礙物的位置信息并將其傳遞至控制器，控制器輸出控制信號，使靠近障礙一側(cè)的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速大于另一側(cè)的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速，使小車轉(zhuǎn)向進(jìn)行避障，轉(zhuǎn)過一定角度后，視野范圍內(nèi)檢測不到障礙物，控制器改變控制信號，使兩驅(qū)動輪同步轉(zhuǎn)動，小車恢復(fù)直線行駛狀態(tài)。
[0013]本發(fā)明的目的還可以通過以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn):
[0014]前述無人駕駛智能小車，其中C⑶工業(yè)相機(jī)I的型號為DFK22AUC03。
[0015]前述無人駕駛智能小車，其中舵機(jī)9的型號為MG995。
[0016]前述無人駕駛智能小車，其中激光測距儀2的型號為KLH-01T-20hz。
[0017]前述無人駕駛智能小車，其中超聲波傳感器3的型號為HC-SR04。
[0018]前述無人駕駛智能小車，其中控制器5是型號為LPC2148的單片機(jī)。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:小車具有自動避障和障礙物狀態(tài)識別功能，不僅能解決傳統(tǒng)小車需要人工操縱的弊端，而且能實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的自動巡航功能。
【附圖說明】
[0020]圖1是無人駕駛小車結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖2是無人駕駛小車控制系統(tǒng)框圖；
[0022]圖3是無人車自動巡航避障原理圖；
[0023]圖4是無人駕駛小車障礙物運(yùn)動狀態(tài)檢測原理圖；
[0024]圖5是無人駕駛小車視覺導(dǎo)航原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明無人駕駛智能小車包括電源模塊4、控制器5、車身6、驅(qū)動輪7，導(dǎo)向輪8，舵機(jī)9、導(dǎo)航定位裝置11、避障裝置12，所述車身6底部安裝四個(gè)車輪，兩個(gè)驅(qū)動輪7安裝于后部，用于驅(qū)動小車行駛，兩個(gè)導(dǎo)向輪8安裝于前部，用于轉(zhuǎn)向；所述電源模塊4為蓄電池，用于提供電能;所述導(dǎo)航定位裝置11包括2個(gè)CCD工業(yè)相機(jī)I和2個(gè)舵機(jī)9，所述舵機(jī)9布置于車身6前部，所述CCD工業(yè)相機(jī)I置于舵機(jī)9上，舵機(jī)9帶動CCD工業(yè)相機(jī)I旋轉(zhuǎn);所述避障裝置12包括激光測距儀2、超聲波傳感器3，所述激光測距儀2、超聲波傳感器3、CCD工業(yè)相機(jī)I將采集的信號輸送至控制器5，所述控制器5對舵機(jī)9進(jìn)行控制。所述CCD工業(yè)相機(jī)I的型號為DFK22AUC03，舵機(jī)9的型號為MG995，激光測距儀2的型號為KLH-01T-20hz，超聲波傳感器3的型號為HC-SR04，控制器5是型號為LPC2148的單片機(jī)。
[0027]CXD工業(yè)相機(jī)用于拍照識別當(dāng)前周邊路況，相機(jī)通過舵機(jī)固定在車身上，通過控制舵機(jī)運(yùn)動，即可實(shí)現(xiàn)相機(jī)對小車周邊360°工況信息采集。
[0028]車身作為小車各部件的安裝平臺，同時(shí)可以提供承載貨物的平臺。兩個(gè)驅(qū)動輪置于車身底部的后端，用于驅(qū)動小車執(zhí)行前進(jìn)、后退及轉(zhuǎn)向運(yùn)動。兩個(gè)導(dǎo)向輪置于車身底部的前端，與車身通過旋轉(zhuǎn)副相連，可繞旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動，用于小車運(yùn)動導(dǎo)向。當(dāng)小車停止運(yùn)動時(shí)，制動器固定住車輪，避免在外力干擾下或是坡道停車時(shí)發(fā)生溜車現(xiàn)象。
[0029]如圖2所示，激光測距儀2、超聲波傳感器3、CCD工業(yè)相機(jī)I與控制器5相連，將采集的信號輸送至控制器5，超聲波傳感器用于障礙物探測，激光傳感器用于對障礙物進(jìn)行測距。所述控制器為單片機(jī)，單片機(jī)接收來自導(dǎo)航定位裝置、避障裝置以及檢測到的環(huán)境信息以及反饋回的小車運(yùn)動狀態(tài)，對其判斷處理后輸出驅(qū)動信息，控制小車的運(yùn)動狀態(tài)。
[0030]如圖3所示為無人車自動巡航原理圖。小車自動行駛過程中，通過雙目相機(jī)獲取道路圖片，道路邊緣為深色路標(biāo)，中間路面為淺色，通過對拍攝的圖片進(jìn)行灰度化、去噪處理、畸變矯正和閾值分割等步驟即可得到當(dāng)前的道路圖形，然后把相應(yīng)的控制信號發(fā)送給驅(qū)動器，即可實(shí)時(shí)調(diào)整小車姿態(tài)，保證行駛方向正確。小車避障及轉(zhuǎn)向行駛通過驅(qū)動輪的差速控制來實(shí)現(xiàn)。在行駛過程中，當(dāng)障礙物出現(xiàn)在視野范圍時(shí)，通過提取相機(jī)所拍攝的圖像特征，判斷出障礙物的位置信息并將其傳遞至控制器，控制器輸出控制信號，使靠近障礙一側(cè)的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速大于另一側(cè)的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速，使小車轉(zhuǎn)向進(jìn)行避障，轉(zhuǎn)過一定角度后，視野范圍內(nèi)檢測不到障礙物，又使控制器改變控制信號，使兩驅(qū)動輪同步轉(zhuǎn)動，小車恢復(fù)直線行駛狀
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[0031]如圖4所示為無人駕駛小車障礙物運(yùn)動狀態(tài)檢測原理圖。當(dāng)超聲波傳感器檢測到有障礙物時(shí)，小車停止運(yùn)動，激光測距儀開始工作，在At的時(shí)間內(nèi)，發(fā)出兩束激光進(jìn)行測距，測得障礙物距離分別為LI和L2，則通過計(jì)算L1-L2是否為零，即可判斷障礙物是處于靜止、朝向小車運(yùn)動或是背離小車運(yùn)動狀態(tài)，并且可通過(L1-L2)/At計(jì)算出障礙物的速度。以此作為小車運(yùn)動控制的參考:當(dāng)障礙物靠近止一定距離L時(shí)，小車后退，避免碰撞；反之，則繼續(xù)前進(jìn)。
[0032]如圖5所示為無人駕駛小車視覺導(dǎo)航原理框圖，通過CCD相機(jī)獲取小車所處的當(dāng)前道路圖片，利用OpenCV圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺函數(shù)庫對源圖像進(jìn)行預(yù)處理:灰度化、去噪、畸變校正。然后對處理過的圖片進(jìn)行閾值分割，提取道路邊界特征，最后，通過提取特征與事先設(shè)定的道路模板進(jìn)行匹配比較，若兩者匹配，則識別成功，說明該位置為可行道路;若匹配失敗，說明當(dāng)前位置不是可行道路，則控制舵機(jī)帶動相機(jī)轉(zhuǎn)過一角度進(jìn)行重新識別，以此循環(huán)，直到找到可行道路位置。
[0033]除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無人駕駛智能小車，其特征在于，包括電源模塊(4)、控制器(5)、車身(6)、驅(qū)動輪(7)，導(dǎo)向輪(8)，舵機(jī)(9)、導(dǎo)航定位裝置(11)、避障裝置(12)，所述車身(6)底部安裝四個(gè)車輪，兩個(gè)驅(qū)動輪(7)安裝于后部，用于驅(qū)動小車行駛，兩個(gè)導(dǎo)向輪(8)安裝于前部，用于轉(zhuǎn)向；所述電源模塊(4)為蓄電池，用于提供電能;所述導(dǎo)航定位裝置(11)包括2個(gè)CCD工業(yè)相機(jī)(I)和2個(gè)舵機(jī)(9)，所述舵機(jī)(9)布置于車身(6)前部，所述CCD工業(yè)相機(jī)(I)置于舵機(jī)(9)上，舵機(jī)(9)帶動CCD工業(yè)相機(jī)(I)旋轉(zhuǎn);所述避障裝置(12)包括激光測距儀(2)、超聲波傳感器(3)，所述激光測距儀(2)、超聲波傳感器(3)、CCD工業(yè)相機(jī)(I)將采集的信號輸送至控制器(5)，所述控制器(5)對舵機(jī)(9)進(jìn)行控制。2.如權(quán)利要求1所述的無人駕駛智能小車，其特征在于，所述CCD工業(yè)相機(jī)(I)的型號為DFK22AUC03。3.如權(quán)利要求1所述的無人駕駛智能小車，其特征在于，所述舵機(jī)(9)的型號為MG995。4.如權(quán)利要求1所述的無人駕駛智能小車，其特征在于，所述激光測距儀(2)的型號為KLH-01T-20hz。5.如權(quán)利要求1所述的無人駕駛智能小車，其特征在于，所述超聲波傳感器(3)的型號為HC-SR04。6.如權(quán)利要求1所述的無人駕駛智能小車，其特征在于，所述控制器(5)是型號為LPC2148的單片機(jī)。7.—種如權(quán)利要求1所述的無人駕駛智能小車的控制方法，其特征在于，通過CCD工業(yè)相機(jī)獲取小車所處的當(dāng)前道路圖像，利用OpenCV圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺函數(shù)庫對源圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括灰度化、去噪、畸變校正;然后對處理過的圖片進(jìn)行閾值分割，提取道路邊界特征;通過提取特征與事先設(shè)定的道路模板進(jìn)行匹配比較，若兩者匹配，則識別成功，說明該位置為可行道路;若匹配失敗，說明當(dāng)前位置不是可行道路，則控制舵機(jī)帶動CCD工業(yè)相機(jī)轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行重新識別，以此循環(huán)，直到找到可行道路位置； 控制器實(shí)時(shí)調(diào)整小車姿態(tài)，保證行駛方向正確； 當(dāng)超聲波傳感器檢測到有障礙物時(shí)，小車停止運(yùn)動，激光測距儀開始工作，在At的時(shí)間內(nèi)，發(fā)出兩束激光進(jìn)行測距，測得障礙物距離分別為LI和L2，則通過計(jì)算L1-L2的值，即可判斷障礙物是處于靜止、朝向小車運(yùn)動或是背離小車運(yùn)動狀態(tài);通過公式(L1-L2)/At計(jì)算出障礙物的運(yùn)行速度，以此作為小車運(yùn)動控制的依據(jù)，即當(dāng)障礙物靠近至一定距離L時(shí)，小車后退，避免碰撞;反之，則繼續(xù)前進(jìn)； 小車避障及轉(zhuǎn)向行駛通過驅(qū)動輪的差速控制來實(shí)現(xiàn)，在行駛過程中，當(dāng)障礙物出現(xiàn)在視野范圍時(shí)，通過提取相機(jī)所拍攝的圖像特征，判斷出障礙物的位置信息并將其傳遞至控制器，控制器輸出控制信號，使靠近障礙一側(cè)的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速大于另一側(cè)的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速，使小車轉(zhuǎn)向進(jìn)行避障，轉(zhuǎn)過一定角度后，視野范圍內(nèi)檢測不到障礙物，控制器改變控制信號，使兩驅(qū)動輪同步轉(zhuǎn)動，小車恢復(fù)直線行駛狀態(tài)。
【文檔編號】G05D1/08GK105843229SQ201610328078
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】劉廣軍
【申請人】中外合資沃得重工（中國）有限公司