本发明涉及低速无人自动驾驶车辆领域，尤其涉及一种智能清扫系统。
背景技术：
随着人工智能技术和计算机技术的发展，自动驾驶技术日渐成熟。自动驾驶车辆能够高效利用交通资源，缓解交通拥堵、减少碳排放，自动驾驶技术近年来发展迅速，自动驾驶技术也是近年的热点话题，但乘用车自动驾驶距真正商业化还有一定的距离，而限定环境内的小型低速环卫清扫车为自动驾驶技术的落地提供了具体的应用场景。
虽然自动驾驶技术发展迅速，但在乘用车上的具体实现仍然很少，仅在部分小型物流车上有所应用，且现有的自动驾驶技术存在感知探测范围小，车身周边存在盲区大，定位不精确或者无定位装置，从而导致车辆在自动行驶过程中的安全性较差、成本较高的问题，此外，对于小型低速自动驾驶环卫清扫车目前尚无案例。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种智能清扫系统，通过多种传感器融合的方式，实现自动循迹、周边环境监控、障碍物识别定位、自主避障、路线规划等自动驾驶功能，并且能够结合清扫装置，实现在行驶过程中能够对路面进行清扫，从而实现无人自动驾驶清扫，大大降低环卫成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种智能清扫系统，包括：清扫装置和自动驾驶装置；
所述清扫装置包括：至少两组边刷和边刷电机、滚刷和滚刷电机、吸尘电机和过滤集尘盒；其中，所述至少两组边刷和边刷电机分别设置于车体底部的两侧；所述滚刷和滚刷电机设置于所述车体底部的中央；所述吸尘电机设置于所述车体内部；所述过滤集尘盒设置于车体的后端；
所述自动驾驶装置包括：激光雷达、两个差分gps天线、多个超声波雷达、摄像头、两个轮速传感器、决策规划单元和车辆控制单元；其中，所述激光雷达设置于车体的顶部；所述两个差分gps天线均设置于所述车体的顶部；所述多个超声波雷达，分别设置于所述车身的前端、后端和两侧；所述摄像头分别设置于所述车身的前端、后端和两侧；所述两个轮速传感器分别安装于两个车轮上；所述决策规划单元设置于所述车体的内部；所述车辆控制单元设置于所述车体的内部；
在车辆行驶过程中，所述边刷电机驱动所述边刷，在车辆行进过程中将车辆两侧的垃圾清扫集中到车辆底部中央；所述滚刷电机驱动所述滚刷，将车体底部的垃圾清扫至车辆内部；所述吸尘电机将垃圾抽吸至所述过滤集尘盒；所述过滤集尘盒过滤所述吸尘电机吸进的灰尘，并收集储存所述垃圾；
同时，所述激光雷达对车辆周围的障碍物进行探测感知和定位识别；所述两个差分gps天线检测车辆的定位信息和车身姿态信息；所述多个超声波雷达探测车身周围的障碍物；所述摄像头监测车辆在运行过程中周围的环境，并对所述激光雷达和超声波雷达感知到的数据进行辅助校验；所述两个轮速传感器采集所述车轮的速度信息；所述决策规划单元对所述激光雷达、差分gps天线、超声波雷达摄像头和轮速传感器采集到的车辆周围的障碍物信息和车辆自身信息进行汇总和处理，从而自动规划车辆的行驶轨迹；所述车辆控制单元根据所述行驶轨迹控制所述车辆的行驶；
所述系统还包括辅助装置，所述辅助装置包括：led提示屏、行驶灯、两组示廓灯和刹车灯；其中，所述led提示屏设置于所述车体的前端，用于显示文字、图形信息，从而向行人提示车辆的运行状态；所述行驶灯为条形，设置于所述车体的前端，用于车辆在夜间行驶时照明；所述示廓灯为条形，两组示廓灯分别设置于所述车体顶部的两侧，用于夜间示廓和转向提示；所述刹车灯设置于所述车体的后端，用于车辆的刹车提示。
优选的，一组示廓灯包括两个示廓灯；所述两组示廓灯的安装高度相同。
优选的，所述辅助装置包括还包括急停装置，设置于所述车体的顶部，用于在紧急情况下控制车辆停止运行，从而保证车辆安全。
优选的，所述辅助装置包括还包括运营控制单元，设置于所述车体的后端，用于车辆的调试和运营控制。
优选的，所述辅助装置包括还包括车顶开合机构，设置于所述车体的顶部，用于开启和闭合车顶。
优选的，所述两个差分gps天线沿所述车身方向纵向排列。
优选的，所述车体的顶部设置防护盖，所述两个差分gps天线容置于所述防护盖内，所述激光雷达设置于所述防护盖上。
本发明实施例提供的智能清扫系统，通过多种传感器融合的方式，实现自动循迹、周边环境监控、障碍物识别定位、自主避障、路线规划等自动驾驶功能，并且能够结合清扫装置，实现在行驶过程中能够对路面进行清扫，从而实现无人自动驾驶清扫，大大降低环卫成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的智能清扫系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的智能清扫系统的结构示意图之一；
图3为本发明实施例提供的智能清扫系统的结构示意图之二；
图4为本发明实施例提供的智能清扫系统的结构示意图之三；
图5为本发明实施例提供的智能清扫系统的结构示意图之四；
图6为本发明实施例提供的智能清扫系统的局部透视图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明实施例提供的智能清扫系统可以应用于多种自动驾驶车辆，该系统集成基础清扫模块、自动驾驶模块和其他辅助模块，实现自动循迹、周边环境监控、障碍物识别定位、自主避障、路线规划的智能清扫。
图1为本发明实施例提供的智能清扫系统的结构框图，所述系统包括清扫装置1和自动驾驶装置2，在车辆行驶过程中，清扫装置1主要辅助完成基本的清扫和吸尘，自动驾驶装置2对周边环境信息和车辆自身状态的感知收集，实现自动驾驶的决策规划计算和车辆横纵向控制功能，进而实现车辆的自动驾驶。下面对清扫装置1和自动驾驶装置2的结构进行具体的介绍。
图2-图5为本发明实施例提供的智能清扫系统的结构示意图，结合图1至图5所示，清扫装置1包括：至少两组边刷11和边刷电机(图中未示出)、滚刷12和滚刷电机(图中未示出)、吸尘电机13和过滤集尘盒14。
两组边刷11和边刷电机，分别设置于车体底部的左右两侧，边刷11由边刷电机驱动，用于在车辆行进过程中将车辆两侧的垃圾清扫集中到车辆底部中央；其中，本领域技术人员可以根据需要和车体的长度对边刷11和边刷电机的组数进行设定，比如边刷11和边刷电机还可以为四组，车底左右两侧各设置两组。
滚刷12和滚刷电机，设置于车体底部的中央，滚刷12由滚刷电机驱动，将边刷11集中到车体底部的垃圾清扫至车辆内部，从而对车辆行驶过的路面进行清扫。
吸尘电机13，设置于车体的内部，用于将滚刷12清扫至车内的垃圾抽吸至过滤集尘盒14。
过滤集尘盒14，设置于车体的后端(车尾)，用于过滤吸尘电机13吸进的灰尘，并收集储存垃圾，在过滤集尘盒14还设有盖子，盖子具体开设在车尾，当车内垃圾堆满或需要清理车内的垃圾时，可以打开车尾的盖子，将垃圾倒出。
再次结合图1至图5所示，所述自动驾驶装置2包括：激光雷达21、差分gps天线22、超声波雷达23、摄像头24、轮速传感器25、决策规划单元26和车辆控制单元27。
图6为本发明实施例提供的智能清扫系统的局部透视图，如图6所示，激光雷达21，可以设置于车体的顶部，用于对车辆周边360°较大范围内的障碍物进行探测感知和识别定位，从而提供车辆周边环境的信息。
两个差分gps天线22，均设置于车体的顶部，两个差分gps天线22可以沿车身方向横向排列或者纵向排列，差分gps天线22用于检测车辆的定位信息和车身姿态信息，为保证定位信息的精确性，两个差分gps天线22之间的间距大于1米。
进一步的，在车体的顶部可以设有防护盖，防护盖扣合在车体的顶部，将两个差分gps天线22容置于防护盖内，从而对差分gps天线22起到保护作用，激光雷达21可以设置于防护盖上，从而对车辆周边较大范围内的障碍物进行探测感知和识别定位。
多个超声波雷达23，分别设置于车身的前端(车头)、后端和左右两侧，用于探测车身周边近距离范围内的障碍物；超声波雷达23可以有多种排布方式，在车身的前端、后端和两侧可以分别至少安装两个个超声波雷达23，也就是说一辆车至少安装8个超声雷达，且安装在距离地面一定高度的位置，从而对车身四周的障碍物进行探测识别，扩大感知探测范围，进而减小车身周边存在的盲区。
摄像头24，分别设置于车身的前端、后端和两侧，用于监测车辆在运行过程中周围的环境，并对激光雷达21和超声波雷达23感知到的数据进行辅助校验。为扩大监控范围，摄像头24优选设置于车身的前端偏上靠近车顶且中央的位置、后端偏上靠近车顶且中央的位置和两侧偏上靠近车顶且中央的位置，具体如图2-图5所示。
两个轮速传感器25，分别安装于车辆的左右两个车轮上，用于采集车轮的速度信息，保证车辆横纵向控制的精准度，为车辆定位和控制提供依据提供精准依据。
决策规划单元26，设置于车体的内部，分别与激光雷达21、差分gps天线22、超声波雷达23摄像头24和轮速传感器25相连，用于接收激光雷达21、差分gps天线22、超声波雷达23摄像头24和轮速传感器25实时采集到的车辆周围的障碍物信息和车辆自身信息，并对上述接收的信息进行汇总整合和处理计算，从而自动规划车辆的行驶轨迹，对车辆的行驶轨迹进行决策规划。
车辆控制单元27，与决策规划单元26相连，设置于车体的内部，用于根据行驶轨迹控制车辆的行驶，具体控制车辆的横纵向行驶，例如转向和加减速等。
该自动驾驶装置2通过多个传感器相融合的方式对车辆自身以及车辆四周的环境进行实时监测，进而为无人车的环境监控监测、障碍物识别定位、自动避障、路线规划等自动驾驶功能的实现提供详尽的数据信息，并且能够对探测获取到的信息相互交叉验证，提高了控制的准确性，保证无人驾驶车辆行驶的安全性。该装置可以应用于小型清扫车，还可以用于其他类似的小型低速车辆的自动驾驶，例如无人物流车、无人送餐车等等。
此外，为进一步保证车辆在自动驾驶过程中的安全性，本实施例提供的智能清扫系统还包括辅助装置3，用于辅助清扫和自动驾驶功能的实现，辅助装置3包括：led提示屏31、行驶灯32、两组示廓灯33和刹车灯34。
其中，led提示屏31，设置于车体的前端，用于显示文字、图形信息，从而向行人提示车辆的运行状态。
行驶灯32为条形，设置于车体的前端，用于车辆在夜间行驶时照明，当车辆在夜间行驶时，行驶灯32会自动开启。
一组示廓灯33包括两个示廓灯33，示廓灯33可以为条形，两组示廓灯33分别设置于车体顶部的两侧，两组示廓灯33的安装高度相同，示廓灯33用于夜间示廓和转向提示；具体的，车辆在夜间行驶时，示廓灯33可以常亮或闪烁，从而保证车辆能够在夜间被其他车辆观察到，保证行车安全。
刹车灯34设置于车体的尾部，用于车辆的刹车提示，在车辆刹车时，刹车灯34自动开启，从而提示后面车辆注意。
在优选的实施例中，辅助装置3包括还包括急停装置35、运营控制单元36和开合机构37。
具体的，急停装置35设置于车体的顶部，急停装置具体可通过急停按钮实现，用于在紧急情况下控制车辆停止运行，从而保证车辆安全。比如，在车辆影响路人或其他车辆等的安全时，或者车辆自身存在碰撞等紧急情况时，车辆周边人员可拍下急停按钮，车辆随即断电，停车待命，从而保证车辆安全。
运营控制单元36，设置于车体的尾部，用于车辆前期的调试和后期的运营控制，为便于操作和对运营控制单元36的保护，运营控制单元36外部设置有可开合的控制面板盖，打开控制面板盖即可对运营控制单元36的按钮进行操作。
开合机构37，设置于车顶内部，开合机构37可以理解为一个锁定结构，当开合机构37呈打开状态时，车顶的天窗可以打开，维修人员可以对车顶的设备进行查看和检修；当车顶的天窗关闭时，开合机构37自动上锁，从而避免在车辆运行中天窗的打开，保证行车安全。
在对本发明实施例提供的智能清扫系统了解的基础上，下面再次结合图1和图6所示，对智能清扫系统的运行过程进行描述。
在自动驾驶过程中，沿着自动驾驶车辆的行驶轨迹，清扫装置1进行清扫和吸尘。具体的，车辆控制边刷电机驱动车底左右两侧的边刷11，将车底两侧的垃圾清扫集中到车辆底部中央；滚刷电机驱动滚刷12，将边刷11集中到车体底部的垃圾清扫至车辆内部；吸尘电机13将滚刷12清扫至车内的垃圾抽吸至过滤集尘盒14；过滤集尘盒14，过滤吸尘电机13吸进的灰尘，并收集储存垃圾。
同时，自动驾驶装置2实现车对无人车的环境监控监测、障碍物识别定位、自动避障和路线规划。具体的，自动驾驶装置2中的车辆控制单元27控制多个传感器开启，激光雷达21对车辆周边360°较大范围内的障碍物进行探测感知和识别定位，从而提供车辆周边环境的信息；两个差分gps天线22检测车辆的定位信息和车身姿态信息；多个超声波雷达23探测车身周边近距离范围内的障碍物；摄像头24监测车辆在运行过程中周围的环境；轮速传感器25采集车轮的速度信息；决策规划单元26接收激光雷达21、差分gps天线22、超声波雷达23摄像头24和轮速传感器25实时采集到的车辆周围的障碍物信息和车辆自身信息，并对上述接收的信息进行汇总整合和处理计算，从而得到车辆的行驶轨迹，对车辆的行驶轨迹进行决策规划；车辆控制单元27根据行驶轨迹控制车辆的行驶。
进一步的，辅助装置3辅助清扫和自动驾驶功能的实现。具体的，led提示屏31显示文字、图形信息，从而向行人提示车辆的运行状态；车辆在夜间行驶时，行驶灯32会自动开启，示廓灯33常亮或闪烁，从而保证车辆能够在夜间被其他车辆观察到，保证行车安全；在车辆刹车时，刹车灯34自动开启，从而提示后面车辆注意。
本发明的智能清扫系统可布置于公园、校园、大型商场、工业园区、大型厂区等限定场景，代替人工进行24小时值守清扫，大大降低环卫成本。
本发明实施例提供的智能清扫系统，通过多种传感器融合的方式，实现自动循迹、周边环境监控、障碍物识别定位、自主避障、路线规划等自动驾驶功能，并且能够结合清扫装置，实现在行驶过程中能够对路面进行清扫，从而实现无人自动驾驶清扫，大大降低环卫成本。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。