一种驾驶员智能教学机器人系统的制作方法

文档序号:12472873阅读:503来源:国知局
一种驾驶员智能教学机器人系统的制作方法与工艺

本发明涉及驾驶员培训技术领域,具体涉及一种驾驶员智能教学机器人系统。



背景技术:

随着社会的发展和人们生活水平的提高,汽车已进入千家万户,而汽车驾驶员培训也随之蓬勃发展。目前的驾校多为教练人工指导,不同的驾校和教练指导的方法千差万别,水平参差不齐,不利于驾驶员培训行业的健康发展。随着物联网技术的发展,越来越多的汽车提供了对外的数据接口,可以让第三方设备实时获取汽车的车速、轮速、发动机扭矩、油门、制动踏板等多种信息,再结合GPS传感器、摄像头等就可以实现信息化的驾驶员培训。而目前存在的信息化驾驶员培训、考试系统都或多或少存在一些问题,如系统设计过于复杂,传感器遍布全车,安装维护时间、成本过高等等。问题的具体表现如下:

1)车辆信息获取多采用独立传感器,数量众多,分布全车,可靠性和稳定性较低。

2)GPS天线和定位系统大多为分离设计,采用线缆连接,使用不方便,集成度低。

3)设备安装复杂,周期长、成本高,需要对车辆进行较大的改动,针对不同地区的考试内容和教学方法需重新设计安装,同时也很难应对不断变化的考试内容等。

4)没有自动刹车技术,存在较大的安全隐患。

5)没有自动指导教学功能,无法实现因材施教,不能充分体现出信息化教学的优势。

6)没有与互联网充分融合,用户体验不好,吸引力不够。

7)没有通过大数据等新兴技术实现对用户行为的分析。

8)没有与驾校现有的招生、管理系统等充分对接。



技术实现要素:

本发明的目的在于针对现有信息化驾驶员培训技术的缺陷和不足,提供一种结构简单,设计合理、使用方便的一种驾驶员智能教学机器人系统,它利用嵌入式的解决方案,将高精度GPS定位模块,车辆信息获取模块,惯性导航模块,无线通讯模块高度集成。其特点为,增加教学功能,并且集成度高,安装简单便捷,大大降低成本。

本发明所述的一种驾驶员智能教学机器人系统,它由高精度定位定向子系统、车辆信息交互控制子系统、车载智能终端、驾驶员交互平台、第三方接口平台、支付系统、驾驶行为大数据分析子系统、驾培应用与课程云服务子系统、高精度差分基站集群云服务子系统组成;

其中:

所述高精度定位定向子系统用于车辆实时高精度定位定向;

所述车辆信息交互控制子系统用于获取车辆状态并对车辆进行反向控制;

所述车载智能终端用于向驾驶员提供学车、练车、模拟考试等全程教学服务的终端载体使用;

所述驾驶员交互平台以包括但不限于智能手机为硬件基础,以微信、微博等APP为基础软件,用于为驾驶员提供互联网服务,包括但不限于查看学车报告、报名、约车、约考以及交流分享等;

所述第三方接口平台包括但不限于微信公众平台、第三方APP平台等,用于为用户交换平台提供数据接口;

所述支付系统以微信支付、支付宝等在线支付方式为基础,用于驾驶员购买增值服务以及缴纳各种费用;

所述驾驶行为大数据分析子系统以本地或云服务器为载体,通过大数据分析技术分析驾驶员练车过程中系统收集的数据,以及驾驶员指定的个性化学车方式,分析驾驶员自身的特点,为驾驶员提供个人学车建议、自己或其他学员的历史数据对比、行业分析等功能;

所述驾培应用与课程云服务子系统由课程云服务器、视频教学课程、在线练习课程组成,用于存储以及为用户展示原创的教学课程和相关资料,所有的数据都可以根据驾考科目的变化进行在线更新;

所述高精度差分基站集群云服务子系统由差分云服务器、网络基站组成,用于为高精度定位定向子系统提供差分数据。

进一步地,所述高精度定位定向子系统由两组GNSS天线、GPS模块、惯性导航、WiFi热点路由器、串口WiFi模块、主控芯片组成;所述第一组GNSS天线、GPS模块、惯性导航、串口WiFi模块、主控芯片集成在一起,GNSS天线与其他部分用金属板A隔开;所述第二组GNSS天线与WiFi热点路由器集成在一起,使用金属板B隔开;主控芯片分别与GPS模块、串口WIFI模块、惯性导航相连。

进一步地,所述车辆信息交互控制子系统由CAN模块、刹车控制器、OBD单元和刹车系统组成;所述CAN模块与主控芯片相连,CAN模块与OBD单元相连,接入车辆CAN网络,获取车辆信息;所述OBD单元分出三路分别为主控芯片、WIFI热点路由器、平板电脑供电;所述刹车控制器通过无线电信号与刹车系统通信,控制刹车系统;所述刹车系统通过改变刹车踏板位置完成车辆制动;

其实现采用如下的方法步骤:

步骤一:主控制板通过车辆OBD接口,与车辆CAN网络接通,监听并请求车辆相关数据;

步骤二:主控制板内嵌CAN芯片与微处理器芯片,该CAN芯片与微处理器芯片组成车辆信息获取单元,完成对车辆信息的提取,提取车速、发动机转速、车灯开关、车门开关、安全带、档位、刹车灯信息。

进一步地,所述车载智能终端由平板电脑组成;平板电脑通过WIFI热点路由器发出的无线信号与主控芯片相连。

进一步地,所述第三方接口平台的进行对接实现采用如下方法步骤

步骤一:为第三方软件提供数据和使用接口;第三方软件包括但不限于微信、微博等应用软件及相关应用平台;

步骤二:将驾校现有ERP管理软件、平台部署在后台中央服务器;

步骤三:收集并存储驾驶员在学车过程中的数据(包括但不限于,联系成功率,上下车时间,错误分析等),为第三方提供相关接口和方法,使得第三方(驾校、驾驶员所使用的各种平台的软件)可以直接或间接使用已保存的历史数据。

进一步地,所述驾驶行为大数据分析子系统的实现采用如下的方法步骤:

步骤一:车载终端通过网络上传驾驶员的练习数据到后台服务器;

步骤二:服务器对数据进行筛选、分类、学习,形成特征数据库;

步骤三:通过对数据分析处理,实现个性化学车方案制定,个人学车建议;

步骤四:通过大量学员数据,分析对比学车通过率,提供行业数据分析功能;

步骤五:根据保存及分析处理后的数据生成相关分析报告。

进一步地,所述驾培应用与课程云服务子系统的实现采用如下方法步骤:

步骤一:收集驾校所使用的教学方法,制作针对该驾校的标准教学学习资料,存储于后台服务器;

步骤二:依据车载智能终端上传的学车数据,分析学员学习进度与学习能力,智能匹配适合的教学方案与学习资料(计算分析匹配等工作由后台完成);

步骤三:依托第三方社交软件平台等,将学习资料推送到学员手机,并收集学员反馈意见。

进一步地,所述高精度差分基站集群云服务子系统的实现采用如下的方法步骤:

步骤一:建设基站,在驾驶员训练附近建设卫星定位基站,基站采用现有卫星导航基站建设方案,包括但不限于司南导航、合众思壮、诺瓦泰等;

步骤二:建设网络通道,将基站数据实时上传到网络服务器,并提供网络接口,便于导航设备通过网络获取差分数据。

进一步地,所述惯性导航采用如下方法步骤:

步骤一:惯性导航是由三轴加速度传感器与陀螺仪芯片、主控芯片、GPS模块协同完成;

步骤二:三轴加速度传感器与陀螺仪芯片可提供三轴加速度数据和三轴陀螺仪数据,并提供给主控芯片;

步骤三:同时主控芯片通过GPS模块获取最新的位置和航向信息,协同计算,完成惯性导航数据的计算。

进一步地,所述主控芯片包含微处理器芯片等,用于完成各个模块的控制和数据传输工作,其采用如下的方法步骤:

步骤一:主控芯片控制GPS模块和串口WiFi模块供电;

步骤二:获取GPS模块的高精度定位定向信息;

步骤三:获取惯性导航芯片的三轴加速度和三轴陀螺仪数据;

步骤四:获取串口WiFi模块传输的GPS差分数据,并转发给GPS模块;

步骤五:通过CAN芯片获取车辆状态信息,并请求相关数据;

步骤六:计算惯性导航数据;

步骤七:将车辆信息、GPS信息、惯性导航信息,通过串口WiFi模块发送到平板电脑和外网服务器;

步骤八:接受平板电脑指令,控制刹车。

进一步地,所述刹车系统由刹车机械部分和刹车控制部分组成;所述刹车机械部分包括钢丝绳,所述钢丝绳一端与刹车电机连接,固定在脚刹杆上;所述钢丝绳另一端通过螺丝固定在脚刹下方;所述控制部分包括信号接收器,信号接收器接受主控制板发出的控制信号,控制电机拉紧或者放松钢丝绳,完成刹车踩下与放松。

采用上述结构后,本发明有益效果为:

●本发明提供一种结构简单,设计合理,可靠性和稳定性高,易于安装维护,方便增加车型等内容。

●本发明可针对不同地区的考试内容和教学方法提供专属方案。

●本发明基于互联网,提供网上报名、约车、约考以及交流分享等,用户体验好。

●本发明有自动刹车技术,可为相关人员和设施提供高度的安全保障。

●本发明通过大数据分析,能够实时、精准发现练习者的不足并提供有针对性的练习建议。

●本发明采用开放性的设计,易于加入附加收费服务和特色功能。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,但并不构成对本发明的不当限定,在附图中:

图1是本发明的结构示意图;

图2是本发明系统功能结构框图;

图3是本发明的第一盒子的结构示意图;

图4是本发明的第二盒子的结构示意图。

附图标记说明:

1、第一GNSS天线;2、第二GNSS天线;3、GPS模块;4、WIFI热点路由器;5、外网服务器;6、平板电脑;7、串口WIFI模块;8、主控芯片;9、惯性导航;10、刹车控制器;11、CAN模块;12、OBD单元;13、刹车系统;14、磁铁;15、GNSS天线接口;16、航空插头;17、金属板B。

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明,其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。

如图1-图4所示,本具体实施方式所述的一种驾驶员智能教学机器人系统,它由高精度定位定向子系统、车辆信息交互控制子系统、车载智能终端、驾驶员交互平台、第三方接口平台、支付系统、驾驶行为大数据分析子系统、驾培应用与课程云服务子系统、高精度差分基站集群云服务子系统组成;

其中:

所述高精度定位定向子系统用于车辆实时高精度定位定向;

所述车辆信息交互控制子系统用于获取车辆状态并对车辆进行反向控制;

所述车载智能终端用于向驾驶员提供学车、练车、模拟考试等全程教学服务的终端载体使用;

所述驾驶员交互平台以手机为硬件基础,以微信、微博等手机APP为基础软件,用于为驾驶员提供互联网服务,包括但不限于查看学车报告、报名、约车、约考以及分享;

所述第三方接口平台以微信公众平台、第三方APP平台,用于为手机交换平台提供数据接口;

所述支付系统以微信支付、支付宝为基础,用于驾驶员学车的支付平台;

所述驾驶行为大数据分析子系统以后台服务器为载体,收集学车过程数据,指定个性化学车方式,通过大数据分析,提供个人学车建议,同学对比,行业分析等功能。

所述驾培应用与课程云服务子系统由课程云服务器、视频教学课程、在线练习课程组成,用于存储原创的教学资料,为车载智能终端提供教学课程,并且可以根据驾考科目的变化进行在线更新;

所述高精度差分基站集群云服务子系统由差分云服务器、网络基站组成,用于为高精度定位定向子系统提供差分数据。

所述高精度定位定向子系统由第一GNSS天线、第二GNSS天线、GPS模块、惯性导航、WIFI热点路由器、串口WIFI模块、主控芯片组成;所述第一gnss天线、gps模块、惯性导航、串口wifi模块、主控芯片集成在一起,gnss天线与其他部分用金属板A隔开;所述第二gnss天线与wifi热点路由器集成在一起,使用金属板B隔开;主控芯片分别与GPS模块、串口WIFI模块、惯性导航相连。

所述车辆信息交互控制子系统由CAN模块、刹车控制器、OBD单元和刹车系统组成;所述CAN模块与主控芯片相连,CAN模块与OBD单元相连,接入车辆can网络,获取车辆信息;所述OBD单元的接口电压为12V,分出三路分别为主控芯片、WIFI热点路由器、平板电脑供电;所述刹车控制器通过无线电信号与刹车系统通信,控制刹车系统;所述刹车系统通过改变刹车踏板位置完成车辆制动;

其实现采用如下的方法步骤:

步骤一:主控制板通过车辆OBD接口,与车辆can网络接通,监听并请求车辆相关数据;

步骤二:主控制板内嵌SN65HVD230芯片与ARM架构微处理器芯片,该SN65HVD230芯片与ARM架构微处理器芯片组成车辆信息获取单元,完成对车辆信息的提取,提取车速、发动机转速、车灯开关、车门开关、安全带、档位、刹车灯信息。

所述车载智能终端由平板电脑组成;平板电脑通过WIFI热点路由器发出的无线信号与主控芯片相连。

所述驾驶员交互平台:以用户手机为硬件基础,以现有社交软件为软件基础,开发与用户的交互平台,包括但不限于微信、微博、第三方APP。

以微信为例,实施步骤如下:

1)开发微信平台公众号,实现行业信息,行业观点等信息的发布;

2)通过学车车载终端,获取学员微信信息;

3)在学车完成后,推送学员学车报告,包括但不限于学车情况,学车时间,错误分析等;

4)提供获取学车资料的接口;

5)建立学员交流网上社区。

所述第三方接口平台的进行对接实现采用如下方法步骤:

步骤一:为第三方软件提供数据和使用接口;第三方软件包括但不限于微信、微博等社交软件;

步骤二:将驾校现有ERP管理软件,平台在后台中央服务器实现;

步骤三:将学员在学车过程中的数据(包括但不限于,联系成功率,上下车时间,错误分析等)进行封装和打包,形成数据库;并且给第三方提供数据库使用方法,使得第三方用户(驾校、各种手机软件)可以对学车数据进行再次利用。

所述驾驶行为大数据分析子系统的实现采用如下的方法步骤:

步骤一:车载终端通过网络上传学车数据到后台服务器;

步骤二:服务器对数据进行筛选、分类、学习,形成特征数据库;

步骤三:通过对数据分析处理,实现个性化学车方案制定,个人学车建议;

步骤四:通过大量学员数据,分析对比学车通过率,提供行业数据分析功能;

步骤五:根据上述四个步骤形成相关分析报告。

所述驾培应用与课程云服务子系统的实现采用如下方法步骤:

步骤一:收集驾校教学方法,制作标准教学学习资料,存储与后台服务器;

步骤二:依据车载智能终端上传的学车数据,分析学员学习进度与学习能力,智能匹配适合的教学方案与学习资料,计算分析匹配等工作由后台完成;

步骤三:依托社交软件等app,实时将学习资料推送到学员手机,并收集学员反馈意见。

所述高精度差分基站集群云服务子系统的实现采用如下的方法步骤:

步骤一:建设基站,在驾驶员训练附近建设卫星定位基站,基站采用现有卫星导航基站建设方案,包括但不限于司南导航、合众思壮、诺瓦泰等;

步骤二:建设网络通道,将基站数据实时上传到网络服务器,并提供网络接口,便于导航设备通过网络获取差分数据。

所述惯性导航采用如下方法步骤:

步骤一:惯性导航是由MEMS三轴加速度与陀螺仪芯片,主控芯片ARM架构微处理器,gps协同完成;

步骤二:MEMS三轴加速度与陀螺仪芯片可提供三轴加速度数据和三轴陀螺仪数据,这两种数据传输到主控芯片ARM架构微处理器;

步骤三:同时主控芯片通过gps获取最新的位置和航向信息,协同计算,完成惯性导航数据的计算。

所述主控芯片由ARM架构微处理器芯片构成,用于完成各个模块的控制和数据传输工作,其采用如下的方法步骤:

步骤一:主控芯片控制gps模块和串口wifi模块是否供电;

步骤二:取gps模块的高精度定位定向信息;

步骤三:获取惯性导航芯片的三轴加速度和三轴陀螺仪数据;

步骤四:获取串口wifi模块传输的gps差分数据,并转发给gps模块;

步骤五:通过can芯片获取车辆状态信息,并请求相关数据;

步骤六:计算惯性导航数据;

步骤七:将车辆信息、gps信息、惯性导航信息,通过串口wifi模块发送到平板电脑和外网服务器;

步骤八:接受平板电脑指令,控制刹车。

所述刹车系统由刹车机械部分和刹车控制部分组成;所述刹车机械部分包括钢丝绳,所述钢丝绳一端与刹车电机连接,固定在脚刹杆上;所述钢丝绳另一端通过螺丝固定在脚刹下方;所述控制部分包括信号接收器,信号接收器接受主控制板发出的控制信号,控制电机拉紧或者放松钢丝绳,完成刹车踩下与放松。

本发明由如下的系统组成:

1)车顶高集成度gps定位系统:

它由第一GNSS天线、第二GNSS天线、GPS模块、惯性导航、WIFI热点路由器、串口WIFI模块、主控芯片组成;所述第一GNSS天线、GPS模块、惯性导航、串口WiFi模块、主控芯片集成在一起,GNSS天线与其他部分用金属板A隔开;所述第二GNSS天线与WiFi热点路由器集成在一起,使用金属板B隔开;主控芯片分别与GPS模块、串口WIFI模块、惯性导航相连。

2)车辆信息获取系统:

主控制板通过车辆OBD接口,与车辆CAN网络接通,监听并请求车辆相关数据。主控制板内嵌CAN芯片与微处理器芯片,该CAN芯片与ARM架构微处理器芯片组成车辆信息获取单元,完成对车辆信息的提取。可提取车速、发动机转速、车灯开关、车门开关、安全带、档位、刹车灯信息。

3)车内显示交互系统:

车内显示交互系统为一平板电脑,电脑通过WiFi网络接收高精度GPS信息,车辆信息,惯性导航信息。通过软件与学员交互,完成科目二教学、练习和模拟考试。平板电脑通过支架固定在中控台,拆装方便。

4)高可靠性GPS网络系统

GPS网络系统有如下几个部分组成:1)工业3G/4G路由器(工业路由器,与天线2集成在一起,用金属板隔开,放在圆柱外壳中保护。2)主控制板串口转GPS模块,与主控芯片连接,完成主控芯片与平板电脑的通讯3)平板电脑。主控制板上主控芯片(ARM架构微处理器)通过串口GPS模块将GPS定位信息,车辆状态信息,惯性导航信息发送到平板电脑与外网服务器,同时从外网接收差GPS差分信号,辅助定位。

5)供电系统

整个系统由OBD接口分出三路分别为主控制板、路由器、平板电脑供电:

第一路接入主控制板后,通过电源芯片转换后为司南k528定位芯片、串口WiFi模块、主控芯片供电。

第二路接入后为路由器供电。

第三路信号,通过电源芯片转换后为平板电脑供电。

6)惯性导航系统

惯性导航系统是由三轴加速度传感器与陀螺仪芯片,主控芯片微处理器,GPS协同完成。三轴加速度传感器与陀螺仪芯片可提供三轴加速度数据和三轴陀螺仪数据并提供给主控芯片,同时主控芯片通过GPS模块获取最新的位置和航向信息,协同计算,完成惯性导航数据的计算。

7)主控制系统

主控制系统由微处理器芯片构成,主要完成各个模块的控制和数据传输工作。

a.主控芯片控制司南K528定位芯片和串口WiFi模块是否供电

b.获取司南k528定位芯片的GPS信息,

c.获取MEMS三轴加速度与陀螺仪芯片的三轴加速度和三轴陀螺仪数据

d.获取串口WiFi模块传输的GPS差分信息,并转发给司南k528定位芯片

e.通过CAN芯片获取车辆状态信息,并请求相关数据

f.计算惯性导航数据

g.将车辆信息、GPS信息、惯性导航信息,通过串口WiFi模块发送到平板电脑和外网服务器

h.接受平板电脑指令,控制刹车。

8)刹车系统:由机械部分和控制部分两部分组成;

a.机械部分,通过电机拉动钢丝绳,从而下拉刹车,完成刹车动作。钢丝绳一端与电机连接,固定在脚刹杆,另一端通过螺丝固定在脚刹下方。

b.控制部分,接受来自主控制板发出的控制信号,根据控制信号来控制电机拉紧或者放松钢丝绳,从而完成刹车踩下与放松的过程。

本发明的安装步骤如下:

1)在车顶前部左右两侧对应安装有第一盒子和第二盒子;安装时车顶上的第一盒子和第二盒子底部设置有磁铁14,可以直接吸在车顶上,具体安装位置如下,第一盒子安装在汽车车顶A柱旁边,第二盒子安装在汽车另一侧A柱附近。使用天线连接线缆将两个盒子连接起来。将OBD供电线相应接口连接,OBD另一端连接汽车OBD接口。

其中:第一盒子集成了GNSS天线板与工业路由器,他们固定在圆柱形外壳内,通过磁铁14吸在车顶。盒子引出有两个接口:一是2pin航空头接口,完成对工业路由器的供电;二是GNSS天线接口,与第二盒子内司南k528定位芯片连接,共同完成gps定向定位功能。

其中:第二盒子集成了GNSS天线,司南K528定位芯片司南导航,主控制板。外部引出两个接口:一是5PIN航空插头16,完成对主控制板的供电,并将主控制板接入车辆can网络;二是gnss天线接口15,通过线缆与第一盒子相连,将第一盒子的gnss天线接入司南k528定位芯片。主控制电路板由ARM架构微处理器芯片、惯导MEMS三轴加速度与陀螺仪芯片、串口WIFI模块、CAN模块、刹车控制器组成。

其中:OBD供电线:其一端为OBD接口,从车辆OBD取电,同时与车辆can网络相连。另一端有三种接口。一是pin航空防水接头,完成12V供电和can网络接线。二是2PIN航空头接口,完成12V供电;三是5V usb接口,完成车内供电。

2)平板电脑(平板电脑6),通过支架固定在汽车中控台上。

本发明使用时,打开平板电脑,连接工业路由器wifi热点。此时车辆状态数据,车辆位置航向数据,惯性导航数据实时传输到平板电脑端。平板电脑端可与学员交互,按照学车过程合理设计,完成科目二和科目三教学、练习、模拟考试。

本发明的有益效果如下:

1)方案集成度高,安装简单便捷。

2)根据车辆位置,车速,方向灯信息,模拟教练员教学过程,将教学搬到平板电脑上。

3)根据车辆位置,车速,方向灯信息,提供辆车功能,实时提醒在关键位置打方向盘,从而成功完成考试项目。并在联系过程中进行错误评判与分析

4)根据车辆位置,车速,方向灯信息,模拟考试,让学员感受实际考场。

本发明所述的一种驾驶员智能教学机器人系统,它利用嵌入式的解决方案,高度集成高精度gps定位模块,车辆信息获取模块,惯性导航模块,无线通讯模块。其特点为,增加教学功能,并且集成度高,安装简单便捷,大大降低成本。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式,故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰,均包括于本发明专利申请范围内。

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