无人驾驶智能小车及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种无人驾驶智能小车，包括电源模块、控制器、车身、驱动轮，导向轮，舵机、导航定位装置、避障装置，所述车身底部安装四个车轮，两个驱动轮安装于后部，用于驱动小车行驶，两个导向轮安装于前部，用于转向；所述电源模块为蓄电池，用于提供电能；所述导航定位装置包括2个CCD工业相机和2个舵机，所述舵机布置于车身前部，所述CCD工业相机置于舵机上，舵机带动CCD工业相机旋转；所述避障装置包括激光测距仪、超声波传感器，所述激光测距仪、超声波传感器、CCD工业相机将采集的信号输送至控制器，所述控制器对舵机进行控制。本发明的小车具有自动避障和障碍物状态识别功能，不仅能解决传统小车需要人工操纵的弊端，而且能实现安全稳定的自动巡航功能。
【专利说明】
无人驾驶智能小车及控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种智能小车，尤其涉及一种无人驾驶智能小车及控制方法，属于智能搬运设备技术领域。
【背景技术】
[0002]随着电子信息技术的发展，机器智能化水平正在逐步提升。四轮小车作为移动机械的典型代表，也逐渐在向无人化、智能化的领域发展转变。
[0003]传统小车通常是通过红外线、蓝牙等遥控器进行无线控制。在这样的控制形式下，用户需在一定的距离内通过遥控器对小车发送运动状态指令，才可实现小车的自动化工作。
[0004]通过无线遥控对小车的控制并未完全把用户解放出来，在小车运行过程中，用户仍需要实时通过遥控器对小车下达指令。为了进一步实现小车运动的智能化，需要借助各类传感装置使小车对当前路况和运动状态具有识别和判断功能，来进行自我决策，从而可以使小车实现完全无人操作的智能化运行。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种无人驾驶智能小车及控制方法，解决现有技术的小车通过红外线、蓝牙等遥控器进行无线控制，不能实现完全无人操作的技术问题。小车具有自动避障和障碍物状态识别功能。不仅能够改善传统小车需要人工操纵的弊端，而且还能够在此基础上实现安全稳定的自动巡航功能。
[0006]本发明的目的通过以下技术方案予以实现:
[0007]—种无人驾驶智能小车，包括电源模块4、控制器5、车身6、驱动轮7，导向轮8，舵机
9、导航定位装置11、避障装置12，所述车身6底部安装四个车轮，两个驱动轮7安装于后部，用于驱动小车行驶，两个导向轮8安装于前部，用于转向；所述电源模块4为蓄电池，用于提供电能;所述导航定位装置11包括2个CCD工业相机I和2个舵机9，所述舵机9布置于车身6前部，所述C⑶工业相机I置于舵机9上，舵机9带动CCD工业相机I旋转;所述避障装置12包括激光测距仪2、超声波传感器3，所述激光测距仪2、超声波传感器3、CCD工业相机I将采集的信号输送至控制器5，所述控制器5对舵机9进行控制。
[0008]—种无人驾驶智能小车控制方法:
[0009]通过CCD工业相机获取小车所处的当前道路图像，利用OpenCV图像处理和计算机视觉函数库对源图像进行预处理，包括灰度化、去噪、畸变校正;然后对处理过的图片进行阈值分割，提取道路边界特征;通过提取特征与事先设定的道路模板进行匹配比较，若两者匹配，则识别成功，说明该位置为可行道路;若匹配失败，说明当前位置不是可行道路，则控制舵机带动CCD工业相机转动角度进行重新识别，以此循环，直到找到可行道路位置；
[0010]控制器实时调整小车姿态，保证行驶方向正确；
[0011]当超声波传感器检测到有障碍物时，小车停止运动，激光测距仪开始工作，在Δt的时间内，发出两束激光进行测距，测得障碍物距离分别为LI和L2，则通过计算L1-L2的值，即可判断障碍物是处于静止、朝向小车运动或是背离小车运动状态;通过公式(L1-L2)/At计算出障碍物的运行速度，以此作为小车运动控制的依据，即当障碍物靠近至一定距离L时，小车后退，避免碰撞;反之，则继续前进；
[0012]小车避障及转向行驶通过驱动轮的差速控制来实现，在行驶过程中，当障碍物出现在视野范围时，通过提取相机所拍摄的图像特征，判断出障碍物的位置信息并将其传递至控制器，控制器输出控制信号，使靠近障碍一侧的驱动轮转速大于另一侧的驱动轮转速，使小车转向进行避障，转过一定角度后，视野范围内检测不到障碍物，控制器改变控制信号，使两驱动轮同步转动，小车恢复直线行驶状态。
[0013]本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现:
[0014]前述无人驾驶智能小车，其中C⑶工业相机I的型号为DFK22AUC03。
[0015]前述无人驾驶智能小车，其中舵机9的型号为MG995。
[0016]前述无人驾驶智能小车，其中激光测距仪2的型号为KLH-01T-20hz。
[0017]前述无人驾驶智能小车，其中超声波传感器3的型号为HC-SR04。
[0018]前述无人驾驶智能小车，其中控制器5是型号为LPC2148的单片机。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果是:小车具有自动避障和障碍物状态识别功能，不仅能解决传统小车需要人工操纵的弊端，而且能实现安全稳定的自动巡航功能。
【附图说明】
[0020]图1是无人驾驶小车结构示意图；
[0021 ]图2是无人驾驶小车控制系统框图；
[0022]图3是无人车自动巡航避障原理图；
[0023]图4是无人驾驶小车障碍物运动状态检测原理图；
[0024]图5是无人驾驶小车视觉导航原理框图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0026]如图1所示，本发明无人驾驶智能小车包括电源模块4、控制器5、车身6、驱动轮7，导向轮8，舵机9、导航定位装置11、避障装置12，所述车身6底部安装四个车轮，两个驱动轮7安装于后部，用于驱动小车行驶，两个导向轮8安装于前部，用于转向；所述电源模块4为蓄电池，用于提供电能;所述导航定位装置11包括2个CCD工业相机I和2个舵机9，所述舵机9布置于车身6前部，所述CCD工业相机I置于舵机9上，舵机9带动CCD工业相机I旋转;所述避障装置12包括激光测距仪2、超声波传感器3，所述激光测距仪2、超声波传感器3、CCD工业相机I将采集的信号输送至控制器5，所述控制器5对舵机9进行控制。所述CCD工业相机I的型号为DFK22AUC03，舵机9的型号为MG995，激光测距仪2的型号为KLH-01T-20hz，超声波传感器3的型号为HC-SR04，控制器5是型号为LPC2148的单片机。
[0027]CXD工业相机用于拍照识别当前周边路况，相机通过舵机固定在车身上，通过控制舵机运动，即可实现相机对小车周边360°工况信息采集。
[0028]车身作为小车各部件的安装平台，同时可以提供承载货物的平台。两个驱动轮置于车身底部的后端，用于驱动小车执行前进、后退及转向运动。两个导向轮置于车身底部的前端，与车身通过旋转副相连，可绕旋转轴进行自由转动，用于小车运动导向。当小车停止运动时，制动器固定住车轮，避免在外力干扰下或是坡道停车时发生溜车现象。
[0029]如图2所示，激光测距仪2、超声波传感器3、CCD工业相机I与控制器5相连，将采集的信号输送至控制器5，超声波传感器用于障碍物探测，激光传感器用于对障碍物进行测距。所述控制器为单片机，单片机接收来自导航定位装置、避障装置以及检测到的环境信息以及反馈回的小车运动状态，对其判断处理后输出驱动信息，控制小车的运动状态。
[0030]如图3所示为无人车自动巡航原理图。小车自动行驶过程中，通过双目相机获取道路图片，道路边缘为深色路标，中间路面为浅色，通过对拍摄的图片进行灰度化、去噪处理、畸变矫正和阈值分割等步骤即可得到当前的道路图形，然后把相应的控制信号发送给驱动器，即可实时调整小车姿态，保证行驶方向正确。小车避障及转向行驶通过驱动轮的差速控制来实现。在行驶过程中，当障碍物出现在视野范围时，通过提取相机所拍摄的图像特征，判断出障碍物的位置信息并将其传递至控制器，控制器输出控制信号，使靠近障碍一侧的驱动轮转速大于另一侧的驱动轮转速，使小车转向进行避障，转过一定角度后，视野范围内检测不到障碍物，又使控制器改变控制信号，使两驱动轮同步转动，小车恢复直线行驶状
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[0031]如图4所示为无人驾驶小车障碍物运动状态检测原理图。当超声波传感器检测到有障碍物时，小车停止运动，激光测距仪开始工作，在At的时间内，发出两束激光进行测距，测得障碍物距离分别为LI和L2，则通过计算L1-L2是否为零，即可判断障碍物是处于静止、朝向小车运动或是背离小车运动状态，并且可通过(L1-L2)/At计算出障碍物的速度。以此作为小车运动控制的参考:当障碍物靠近止一定距离L时，小车后退，避免碰撞；反之，则继续前进。
[0032]如图5所示为无人驾驶小车视觉导航原理框图，通过CCD相机获取小车所处的当前道路图片，利用OpenCV图像处理和计算机视觉函数库对源图像进行预处理:灰度化、去噪、畸变校正。然后对处理过的图片进行阈值分割，提取道路边界特征，最后，通过提取特征与事先设定的道路模板进行匹配比较，若两者匹配，则识别成功，说明该位置为可行道路;若匹配失败，说明当前位置不是可行道路，则控制舵机带动相机转过一角度进行重新识别，以此循环，直到找到可行道路位置。
[0033]除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种无人驾驶智能小车，其特征在于，包括电源模块(4)、控制器(5)、车身(6)、驱动轮(7)，导向轮(8)，舵机(9)、导航定位装置(11)、避障装置(12)，所述车身(6)底部安装四个车轮，两个驱动轮(7)安装于后部，用于驱动小车行驶，两个导向轮(8)安装于前部，用于转向；所述电源模块(4)为蓄电池，用于提供电能;所述导航定位装置(11)包括2个CCD工业相机(I)和2个舵机(9)，所述舵机(9)布置于车身(6)前部，所述CCD工业相机(I)置于舵机(9)上，舵机(9)带动CCD工业相机(I)旋转;所述避障装置(12)包括激光测距仪(2)、超声波传感器(3)，所述激光测距仪(2)、超声波传感器(3)、CCD工业相机(I)将采集的信号输送至控制器(5)，所述控制器(5)对舵机(9)进行控制。2.如权利要求1所述的无人驾驶智能小车，其特征在于，所述CCD工业相机(I)的型号为DFK22AUC03。3.如权利要求1所述的无人驾驶智能小车，其特征在于，所述舵机(9)的型号为MG995。4.如权利要求1所述的无人驾驶智能小车，其特征在于，所述激光测距仪(2)的型号为KLH-01T-20hz。5.如权利要求1所述的无人驾驶智能小车，其特征在于，所述超声波传感器(3)的型号为HC-SR04。6.如权利要求1所述的无人驾驶智能小车，其特征在于，所述控制器(5)是型号为LPC2148的单片机。7.—种如权利要求1所述的无人驾驶智能小车的控制方法，其特征在于，通过CCD工业相机获取小车所处的当前道路图像，利用OpenCV图像处理和计算机视觉函数库对源图像进行预处理，包括灰度化、去噪、畸变校正;然后对处理过的图片进行阈值分割，提取道路边界特征;通过提取特征与事先设定的道路模板进行匹配比较，若两者匹配，则识别成功，说明该位置为可行道路;若匹配失败，说明当前位置不是可行道路，则控制舵机带动CCD工业相机转动角度进行重新识别，以此循环，直到找到可行道路位置； 控制器实时调整小车姿态，保证行驶方向正确； 当超声波传感器检测到有障碍物时，小车停止运动，激光测距仪开始工作，在At的时间内，发出两束激光进行测距，测得障碍物距离分别为LI和L2，则通过计算L1-L2的值，即可判断障碍物是处于静止、朝向小车运动或是背离小车运动状态;通过公式(L1-L2)/At计算出障碍物的运行速度，以此作为小车运动控制的依据，即当障碍物靠近至一定距离L时，小车后退，避免碰撞;反之，则继续前进； 小车避障及转向行驶通过驱动轮的差速控制来实现，在行驶过程中，当障碍物出现在视野范围时，通过提取相机所拍摄的图像特征，判断出障碍物的位置信息并将其传递至控制器，控制器输出控制信号，使靠近障碍一侧的驱动轮转速大于另一侧的驱动轮转速，使小车转向进行避障，转过一定角度后，视野范围内检测不到障碍物，控制器改变控制信号，使两驱动轮同步转动，小车恢复直线行驶状态。
【文档编号】G05D1/08GK105843229SQ201610328078
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】刘广军
【申请人】中外合资沃得重工（中国）有限公司