一种简易自动驾驶装置及方法与流程

本发明涉及自动驾驶技术领域，具体为一种简易自动驾驶装置及方法。

背景技术：

自动驾驶系统系统采用先进的通信、计算机、网络和控制技术，对汽车实现实时、连续控制，采用现代通信手段，直接面对汽车，可实现车地间的双向数据通信，传输速率快，信息量大，后续追踪汽车和控制中心可以及时获知当前汽车的确切位置，使得运行管理更加灵活，控制更为有效，更加适应汽车自动驾驶的需求，自动驾驶汽车也被称为轮式移动机器人。它在没有人类输入的情况下，通过车载传感器感知周围环境，并根据所获取的信息，依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪实现驾驶。它一般是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。

本发明能够实时采集语音信息、图像和深度信息经usb接口传输至工控机，同时实时采集车辆经纬度信息和姿态信息经串口传输至工控机，能够采集车辆周围1米范围内的近距离障碍物信息，可直出发ecu紧急停车，硬件控制层在cpu中完成数据处理与执行方案的控制决策，最终，将决策信息发送给相应的执行机构。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种简易自动驾驶装置及方法，乘坐人员通过学习驾驶技巧，通过操控电子方向盘和脚踏装置，实现对底盘的驾驶控制，同时通过语音输入目的地信息，在工控机中进行决策和导航计算，工控机与底盘驱动器之间进行串口通信，在接收到工控机发送的移动指令后进行底盘的移动控制动作。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种简易自动驾驶装置，包括车架本体，所述车架本体的顶部固定安装有ubx卫星定位传感器，且车架本体的内部分别固定安装有工控机和imu传感器，所述车架本体的前侧分别固定安装有双目相机装置、播音装置、拾音装置和超声波模组传感器，且车架本体的底盘上固定安装有底盘驱动系统，所述底盘驱动系统包括分别固定安装于底盘上的底层微控制器和锂电池组，还包括固定安装于底盘上的底盘动力电机，所述底盘动力电机的输出轴与车架本体上驱动轮的驱动轴固定连接。

优选的，所述ubx卫星定位传感器完成车辆定位任务，且底层微控制器为底盘双电驱控制器。

优选的，该简易自动驾驶装置的系统架构包括感知层、算法层、硬件控制层和执行层，所述感知层为系统中的拾音装置、双目相机装置、gpsimu和超声波模组传感器的硬件接口和对应的硬件驱动模块。

优选的，所述硬件控制层是由工控机、底层微控制器、超声波模组传感器、双目相机装置和手柄操纵摇杆组成。

优选的，所述工控机为整机的总体控制器，其用于gps导航、深度视觉避障、人机交互以及中央控制系统和底盘控制器的通信。

优选的，所述底层微控制器包括手动模式和自动模式两种功能，其中手动模式是乘坐人员通过学习驾驶技巧，通过操控电子方向盘和脚踏装置，实现对底盘的驾驶控制，而自动模式则是通过语音输入目的地信息，在工控机中进行决策和导航计算，工控机与底盘驱动器之间进行串口通信，在接收到工控机发送的移动指令后进行底盘的移动控制动作。

优选的，所述述gpsimu用于完成车辆姿态识别任务，且超声波模组传感器用于完成智能车近距离障碍物感知工作，实现危险提醒和紧急防撞，所述双目相机装置用于完成远距离障碍物的识别以及场景识别。

本发明还公开了一种执行简易自动驾驶装置的方法，具体包括以下步骤：

s1、首先通过拾音装置采集语音信息经usb传输至工控机，再通过双目相机装置实时采集图像和深度信息经usb接口传输至工控机；

s2、然后通过gpsimu实时采集车辆经纬度信息和姿态信息经串口传输至工控机，再通过超声波模组传感器采集车辆周围1米范围内的近距离障碍物信息，能够直接出发ecu紧急停车；

s3、之后通过硬件控制层在cpu中完成数据处理与执行方案的控制决策，最终将决策信息发送给相应的执行机构，完成设计要求的各个要求环节。

(三)有益效果

本发明提供了一种简易自动驾驶装置及方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该简易自动驾驶装置及方法，通过车架本体的顶部固定安装有ubx卫星定位传感器，且车架本体的内部分别固定安装有工控机和imu传感器，车架本体的前侧分别固定安装有双目相机装置、播音装置、拾音装置和超声波模组传感器，且车架本体的底盘上固定安装有底盘驱动系统，底盘驱动系统包括分别固定安装于底盘上的底层微控制器和锂电池组，还包括固定安装于底盘上的底盘动力电机，底盘动力电机的输出轴与车架本体上驱动轮的驱动轴固定连接，可实现实时采集语音信息、图像和深度信息经usb接口传输至工控机，同时实时采集车辆经纬度信息和姿态信息经串口传输至工控机，能够采集车辆周围1米范围内的近距离障碍物信息，可直出发ecu紧急停车，硬件控制层在cpu中完成数据处理与执行方案的控制决策，最终，将决策信息发送给相应的执行机构，乘坐人员通过学习驾驶技巧，通过操控电子方向盘和脚踏装置，实现对底盘的驾驶控制，同时通过语音输入目的地信息，在工控机中进行决策和导航计算，工控机与底盘驱动器之间进行串口通信，在接收到工控机发送的移动指令后进行底盘的移动控制动作。

附图说明

图1为本发明简易自动驾驶装置的结构示意图；

图2为本发明简易自动驾驶装置内部的俯视图；

图3为本发明简易自动驾驶装置的系统架构图；

图4为本发明工控机的控制原理框图；

图5为本发明底盘微控制器的控制原理框图。

图中，1ubx卫星定位传感器、2工控机、3imu传感器、4双目相机装置、5播音装置、6拾音装置、7超声波模组传感器、8底层微控制器、9锂电池组、10底盘动力电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明实施例提供一种技术方案：一种简易自动驾驶装置，包括车架本体，车架本体的顶部固定安装有ubx卫星定位传感器1，且车架本体的内部分别固定安装有工控机2和imu传感器3，车架本体的前侧分别固定安装有双目相机装置4、播音装置5、拾音装置6和超声波模组传感器7，且车架本体的底盘上固定安装有底盘驱动系统，底盘驱动系统包括分别固定安装于底盘上的底层微控制器8和锂电池组9，还包括固定安装于底盘上的底盘动力电机10，底盘动力电机10的输出轴与车架本体上驱动轮的驱动轴固定连接，ubx卫星定位传感器1完成车辆定位任务，且底层微控制器8为底盘双电驱控制器。

可实现实时采集语音信息、图像和深度信息经usb接口传输至工控机2，同时实时采集车辆经纬度信息和姿态信息经串口传输至工控机2，能够采集车辆周围1米范围内的近距离障碍物信息，可直出发ecu紧急停车，硬件控制层在cpu中完成数据处理与执行方案的控制决策，最终，将决策信息发送给相应的执行机构，乘坐人员通过学习驾驶技巧，通过操控电子方向盘和脚踏装置，实现对底盘的驾驶控制，同时通过语音输入目的地信息，在工控机2中进行决策和导航计算，工控机2与底盘驱动器之间进行串口通信，在接收到工控机2发送的移动指令后进行底盘的移动控制动作。

本发明实施例中，该简易自动驾驶装置的系统架构包括感知层、算法层、硬件控制层和执行层，感知层为系统中的ubx卫星定位传感器1、拾音装置6、双目相机装置4、gpsimu和超声波模组传感器7的硬件接口和对应的硬件驱动模块，硬件控制层是由工控机2、底层微控制器8、超声波模组传感器7、双目相机装置4和手柄操纵摇杆组成，工控机2为整机的总体控制器，其用于gps导航、深度视觉避障、人机交互以及中央控制系统和底盘控制器的通信，底层微控制器8包括手动模式和自动模式两种功能，其中手动模式是乘坐人员通过学习驾驶技巧，通过操控电子方向盘和脚踏装置，实现对底盘的驾驶控制，而自动模式则是通过语音输入目的地信息，在工控机2中进行决策和导航计算，工控机2与底盘驱动器之间进行串口通信，在接收到工控机2发送的移动指令后进行底盘的移动控制动作，ubx卫星定位传感器1用于完成车辆定位任务，而gpsimu用于完成车辆姿态识别任务，且超声波模组传感器7用于完成智能车近距离障碍物感知工作，实现危险提醒和紧急防撞，双目相机装置4用于完成远距离障碍物的识别以及场景识别。

本发明实施例还公开了一种执行简易自动驾驶装置的方法，具体包括以下步骤：

s1、首先通过拾音装置6采集语音信息经usb传输至工控机2，再通过双目相机装置4实时采集图像和深度信息经usb接口传输至工控机2；

s2、然后通过gpsimu实时采集车辆经纬度信息和姿态信息经串口传输至工控机2，再通过超声波模组传感器7采集车辆周围1米范围内的近距离障碍物信息，能够直接出发ecu紧急停车；

s3、之后通过硬件控制层在cpu中完成数据处理与执行方案的控制决策，最终将决策信息发送给相应的执行机构，完成设计要求的各个要求环节。

本发明实施例中，传感器模块包括了gpsimu、深度相机、超声波模组，gpsimu主要完成车辆定位和姿态识别任务，超声波模组完成智能车近距离障碍物感知工作，实现危险提醒和紧急防撞功能，深度相机主要完成远距离障碍物的识别以及场景识别等功能。

电源分配模块主要为各个控制器以及传感器提供电源，控制器使用12v电源，传感器使用5v或者12v电源，工控机2为19v电源。

根据工控机2和底盘控制器的功能需求，确定了两种处理器的型号分别为工控机英特尔(intel)i7-8550u处理器，以及stm32f103igt6微控制器。gpsimu惯性导航传感器型号为jy901,防撞雷达为一体防水超声波模组，深度相机的型号为mynteyed1000-50/color。

嵌入式微控制器需要实现底盘两路编码器直流闭环控制电机控制，支持采集摇杆操纵信号实时控制底盘电机，智能运动控制过程中需要获取姿态以及转动角度数据，需要支持mpu9250传感器三轴陀螺仪和三轴加速度计，因此选择了stm32f103igt6微控制器，是一款主流增强型armcortex-m3mcu，具有512kbflash，72mkzcpu，满足运动控制需求，stm32微控制与工控机2通过串口通讯，实现数据的传输，这款stm32f103igt6微控制器集成两路编码器直流电机控制器，因此可以直接连接直流电机，微控制器通过扩展io口连接至36v大功率双路直流减速电机驱动板对直流电机进行控制，优势在于这款微控制器同时实现了控制底盘电机、通用输入输出信号、通讯、控制算法满足需求的同时减少控制板数目，成本降低，劣势是电机驱动占用了微控制器较多的资源，导致可扩展性能有限，分析考虑各个所需要的模块以及传感器，这款微处理器提供了所需的传感器以及控制io，满足项目需求。

惯性导航传感器gps、imu实质为九轴姿态角度传感器+gps/北斗定位，其中九轴姿态角度传感器是有三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计组合而成，内部采用先进的动力学解算与卡尔曼动态滤波算法，能够快速求解出模块当前以欧拉角或四元数所描述的实时运动姿态。

智能车的电池供电模块需要分别给直流减速电机、工控机2、stm32微控制器和传感器提供36v、19v和5v电压供电，供电方案采用统一的电源分配，工控机2的19v供电采用一个36v转19v直流稳压器供电，传感器采用微控制器上端口输出5v供电，电池容量15ah，满足续航要求，这种电源分配方案经济有效，可行性高。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。