基于互联网的履带车辆远程控制及自动驾驶系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于互联网的履带车辆远程控制及自动驾驶系统，该系统由监测模块、执行模块、数据处理模块和远程操作模块组成，数据处理模块对监测模块的检测数据进行处理，将车辆的实时状态发布到互联网上，并根据监控操作站的控制指令或神经网络控制器的决策控制执行模块，远程控制履带车辆行驶。本发明专利技术实现了在互联网覆盖的情况下，监控操作站对履带车辆的远程监测和主动控制与履带车辆的自动驾驶功能，将人力解放出来，实现安全驾驶。

Remote control and automatic driving system of Tracked Vehicle Based on Internet

The invention discloses a tracked vehicle remote control and automatic driving system based on Internet, the system consists of the monitoring module, execution module, data processing module and remote control module, data processing module for processing the monitoring module of the testing data, will release the real-time state of the vehicle to the Internet, and according to the instructions or neural network control of monitoring operating station decision control execution module, remote control of tracked vehicle. The invention realizes the remote monitoring and active control of the tracked vehicle and the automatic driving function of the tracked vehicle under the condition of Internet coverage, thereby freeing the manpower and realizing the safe driving.

【技术实现步骤摘要】
基于互联网的履带车辆远程控制及自动驾驶系统
本专利技术涉及一种履带车辆的远程控制及自动驾驶系统，具体为一种基于互联网的履带车辆远程控制及自动驾驶系统。
技术介绍
履带行走系统有着牵引力大、越野性能好、接地比压小、爬坡能力强等优点，所以广泛应用于复杂地面作业车辆，如挖掘机、履带式装载机等。履带车辆多工作于恶劣的环境中，常伴有噪声大、灰尘多等问题，施工中可能存在的倾翻等问题也对司机的人身安全产生一定的威胁。网络技术及远程控制技术的快速发展促进了工业自动化领域以及车辆无人驾驶领域的远程监控系统的发展。目前对工程车辆的车载监控系统研究较多，但还不能难以满足工程实际的应用需求，而对履带车辆的远程控制及自动驾驶系统的研究还存在很大不足。这种基于互联网的远程控制及自动驾驶系统为提高履带车辆的智能化提供了一种方法。该方法可以将驾驶人员从工作现场解放出来，减少了驾驶人员的劳动量，并保护了人员健康和安全。远程系统的互联网控制，扩大了系统的使用范围，也使得监控操作更加方便。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于互联网的履带车辆远程控制及自动驾驶系统，以解决履带车辆在远程及自动驾驶方面的不足。本专利技术包括监测模块、执行模块、数据处理模块和远程操作模块，所述的监测模块、执行模块和数据处理模块安装在履带车辆的相应位置上，远程操作模块通过互联网与数据处理模块进行通信。所述的监测模块由超声波传感器组、光电编码器组、惯性测量单元、倾角传感器和第一摄像头组成，监测模块用来获取履带车辆的运动参数、位姿参数与外部环境信息。所述的监测模块的超声波传感器组由九个超声波传感器W40-10DT组成，安装在车辆的前部，用来测量车辆两侧和前方的障碍物位置信息。光电编码器组由二个光电编码器ZKT-66组成，分别安装在车辆的左右履带上，轴心与驱动轮的轴心相连，用来测量主动轮的转角，以获取履带的实际速度。惯性测量单元型号为BW-IMU200，安放在履带底盘的平板上，用来测量车辆的方向角和加速度。倾角传感器型号为MIM20，安装在履带底盘的平板上，用来测量车辆x和y轴向上的倾斜角度。第一摄像头安装在车辆顶端支架上，能旋转270°对车辆周围环境进行摄像。所述的执行模块由变频器组、步进电机组、制动辅助装置和第二摄像头组成，执行行驶控制指令，实现履带车辆的前后行走、转向和制动。所述的执行模块的变频器组分左右两个，固定在车辆的底盘上，输入线连接到9264(AO)模块的输出口，输出线分别与左右步进电机相连，控制步进电机组的转速，从而实现履带车辆的前后行走与转向控制9264(AO)模块5接口与制动辅助装置的电磁换向阀相连，输出控制信号控制阀门的开关，实现液压阀出口压力的控制，从而实现履带车辆的制动装置的控制。第二摄像头安装在车辆前端的固定支架上，位于车身的中心线上，通过数据线与机载计算机连接，用于拍摄车辆前方路面，所得图片传入机载计算机。所述的数据处理模块由机载计算机、下位机NIcRIO9030、9220(AI)模块和9264(AO)模块组成，数据处理模块与各模块相互通信，并在自动驾驶时做出行驶决策。所述的数据处理模块的下位机NIcRIO9030通过数据线与机载计算机连接，下位机NIcRIO9030处理9220(AI)模块的传感器模拟量，最后获得数字量传输到机载计算机；当接收到机载计算机发送的运动指令，下位机NIcRIO9030将其转化为控制模拟量输送到9264(AO)模块，否则labview程序会基于神经网络控制算法自动决策出履带车辆的行驶参数。所述的远程操作模块由监测操作站组成，监测操作站需要在网络覆盖下，通过计算机远程打开控制系统的前面板，查看履带车辆的实时信息，并进行远程控制。所述的监测操作站在IE浏览器上打开控制系统前面板时，需进行身份验证，验证信息正确才能登录页面。所述的基于互联网的履带车辆远程控制及自动驾驶系统，功能包括：远程监测功能、主动控制功能和自动驾驶功能，其中主动控制功能和自动驾驶功能由监测操作站选择。所述的远程监控功能的实现过程为：下位机获取传感器组的模拟量数据，对数据进行处理，转变为数字信号传输到机载计算机，在机载计算机的控制前面板上实时显示；机载计算机将前面板通过web服务器上传至互联网；操作人员可以通过联网计算机的浏览器查看控制前面板，获得车辆的实时信息。所述的主动控制功能的实现过程为：监测操作站以车辆的实时信息为基础，选择主动控制子系统，输入车辆控制命令，包括速度和转向信息；指令通过互联网下发至机载计算机，再由机载计算机发送至下位机；下位机对控制指令进行处理，转变为电压信号分别输入左右变频器；左右变频器变化频率控制左右步进电动机的转速随之改变，实现履带车辆的行进和转向。所述的自动驾驶功能的实现过程为：监测操作站选择自动行驶子系统，下位机对路面图片进行处理，获得线路拟合曲线；神经网络控制算法获得左右履带的运行速度，信息处理后分别传输到左右变频器；左右变频器变化频率控制左右步进电动机的转速随之改变，实现履带车辆的行进和转向。在所述的自动驾驶功能中，当超声波传感器组检测到履带车辆前行道路上有障碍物时，下位机向机载计算机发出障碍物警报信息，控制系统前面板障碍物警报等闪烁，并在前面板上显示障碍物的距离，同时履带车辆停车制动。当倾角传感器测得倾角达一定值时，履带车辆有倾翻危险，下位机向机载计算机发出倾翻危险警报，控制系统前面板倾翻警报灯闪烁，并显示倾斜角度值，同时履带车辆停车制动。当子系统无法自动获取行驶路线时，下位机向机载计算机发出导航失败警报信息，控制系统前面板导航失败警报灯闪烁，同时履带车辆停车制动。本专利技术的有益效果：1、实现履带车辆的主动控制和自动驾驶功能。2、对履带车辆在自动驾驶中多种可能会遇到的危险进行了监测和处理，提高了驾驶的安全性。3、操作人员可以在远程监控操作站操作控制前面板进行履带车辆的控制，降低了劳动量，将人从恶劣的作业环境中解放出来，保护了车辆控制人员的健康与生命安全。4、使用互联网控制，降低了通信设备对履带车辆实时远程控制的约束。附图说明图1为本专利技术的系统结构示意图。图2为本专利技术的控制系统硬件安装位置示意图。图3为本发远程控制及自动行驶系统执行流程图。图4为本专利技术的神经网络控制框图。图中：1-监控操作站、2-机载计算机、3-下位机NIcRIO9030、4-9220(AI)模块、5-9264(AO)模块、6-超声波传感器组、7-光电编码器组、8-惯性测量单元、9-倾角传感器、10-第一摄像头、11-变频器组、12-步进电机组、13-制动辅助装置、14-第二摄像头、15-网络、16-计算机、c-履带底盘。具体实施方式如图1、和图2所示，本专利技术包括监测模块Ⅰ、执行模块Ⅱ、数据处理模块Ⅲ和远程操作模块Ⅳ，所述的监测模块Ⅰ、执行模块Ⅱ和数据处理模块Ⅲ安装在履带车辆上，远程操作模块Ⅳ通过互联网与数据处理模块Ⅲ进行通信。所述的监测模块Ⅰ由超声波传感器组6、光电编码器组7、惯性测量单元8、倾角传感器9和第一摄像头10组成；监测模块Ⅰ用来测量履带车辆的位姿信息和外部环境信息；超声波传感器组6由九个超声波传感器W40-10DTR组成，超声波传感器组6分两组安装在车辆的前部，用来测量车辆前方的障碍物位置信息，光电编码器组7由二个光电编码器ZKT-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于互联网的履带车辆远程控制及自动驾驶系统，其特征在于：包括监测模块(Ⅰ)、执行模块(Ⅱ)、数据处理模块(Ⅲ)和远程操作模块(Ⅳ)；监测模块(Ⅰ)、执行模块(Ⅱ)和数据处理模块(Ⅲ)分别安装在履带车辆的相应位置上，远程操作模块(Ⅳ)通过互联网与数据处理模块(Ⅲ)进行通信；所述的监测模块(Ⅰ)由超声波传感器组(6)、光电编码器组(7)、惯性测量单元(8)、倾角传感器(9)和第一摄像头(10)组成，监测模块(I)用来获取履带车辆的运动参数、位姿参数与外部环境信息；所述的执行模块(Ⅱ)由变频器组(11)、步进电机组(12)、制动辅助装置(13)和第二摄像头(14)组成，执行行驶控制指令，实现履带车辆的前后行走、转向和制动；所述的数据处理模块(Ⅲ)由机载计算机(2)、下位机NI cRIO9030(3)、9220模块(4)和9264模块(5)组成，数据处理模块(III)与各模块相互通信，并在自动驾驶时做出行驶决策；所述的远程操作模块(Ⅳ)由监测操作站(1)组成，监测操作站(1)需要在网络(15)覆盖下，通过计算机(16)远程打开控制系统的前面板，查看履带车辆的实时信息，并进行远程控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于互联网的履带车辆远程控制及自动驾驶系统，其特征在于：包括监测模块(Ⅰ)、执行模块(Ⅱ)、数据处理模块(Ⅲ)和远程操作模块(Ⅳ)；监测模块(Ⅰ)、执行模块(Ⅱ)和数据处理模块(Ⅲ)分别安装在履带车辆的相应位置上，远程操作模块(Ⅳ)通过互联网与数据处理模块(Ⅲ)进行通信；所述的监测模块(Ⅰ)由超声波传感器组(6)、光电编码器组(7)、惯性测量单元(8)、倾角传感器(9)和第一摄像头(10)组成，监测模块(I)用来获取履带车辆的运动参数、位姿参数与外部环境信息；所述的执行模块(Ⅱ)由变频器组(11)、步进电机组(12)、制动辅助装置(13)和第二摄像头(14)组成，执行行驶控制指令，实现履带车辆的前后行走、转向和制动；所述的数据处理模块(Ⅲ)由机载计算机(2)、下位机NIcRIO9030(3)、9220模块(4)和9264模块(5)组成，数据处理模块(III)与各模块相互通信，并在自动驾驶时做出行驶决策；所述的远程操作模块(Ⅳ)由监测操作站(1)组成，监测操作站(1)需要在网络(15)覆盖下，通过计算机(16)远程打开控制系统的前面板，查看履带车辆的实时信息，并进行远程控制。2.根据权利要求1所述的一种基于互联网的履带车辆远程控制及自动驾驶系统，其特征在于：所述的监测模块(I)的超声波传感器组(6)由九个超声波传感器W40-10DTR组成，安装在车辆的前部，用来测量车辆两侧和前方的障碍物位置信息；所述的监测模块(Ⅰ)的光电编码器组(7)由二个光电编码器ZKT-66组成，分别安装在车辆的左右履带上，轴心与驱动轮的轴心相连，用来测量主动轮的转角，以获取履带的实际速度；所述的监测模块(Ⅰ)的惯性测量单元(8)型号为BW-IMU200，安放在履带底盘的平板上，用来测量车辆的方向角和加速度；所述的监测模块(Ⅰ)的倾角传感器(9)型号为MIM20，安装在履带底盘的平板上，用来测量车辆x和y轴向上的倾斜角度。3.根据权利要求1所述的一种基于互联网的履带车辆远程控制及自动驾驶系统，其特征在于：所述的执行模块(Ⅱ)的变频器组(11)分左右两个，固定在车辆的底盘上，输入线连接到9264模块(5)的输出口，输出线分别与左右步进电机相连，控制步进电机组(12)的转速，从而实现履带车辆的前后行走与转向控制；所述的执行模块(Ⅱ)的9264模块(5)接口与制动辅助装置(13)的电磁换向阀相连，输出控制信号控制阀门的开关，从而控制履带车辆的制动装置；所述的执行模块(Ⅱ)的第二摄像头(14)安装在车辆前端的固定支架上，位于车身的中心线上，通过数据线与机载计算机(2)连接，用于拍摄车辆前方路面，所得图片传入机载计算机(2)，由labview的图像处理模块对图像进行处理，获得车辆导航曲线。4.根据权利要求1所述的一种基于互联网的履带车辆远程控制及自动驾驶系统，其特征在于：所述的数据处理模块(Ⅲ)的下位机NIcRIO9030(3)通过数据线与机载计算机(2)连接，下位机NIcRIO9030(3)处理9220模块(4)采集到的传感器模拟量，最后获得数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，黄婷婷，张树兵，马若丁，刘昕晖，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22