基于高速公路隧道裂缝检测的全向移动无人驾驶平台方法技术

基于高速公路隧道裂缝检测的全向移动无人驾驶平台方法，该平台包括车体及设置在车体底部的麦克纳姆轮；麦克纳姆轮通过压簧设置在车体底部，左右两侧的压簧呈由上向下逐渐向外倾斜的八字形布置，麦克纳姆轮与车体内的电机连接，电机连接电机驱动，电机驱动连接主控单片机，主控单片机连接电脑、超声波模块、GPS及九轴传感器模块；电脑连接激光雷达（3）和摄像头；其很好的解决了隧道检测快速、高效和自动化的问题，具有重要的意义，减少了高速公路隧道裂缝检测中大量人力、物力的浪费，同时裂缝检测的准确性也会大大提高。

Omnidirectional mobile unmanned platform method based on highway tunnel crack detection

The driving method of the omnidirectional mobile platform unmanned detection of highway tunnel cracks based on the platform, including the Mecanum wheel body and is arranged in the body at the bottom of the Mecanum wheel; through a pressure spring is arranged in the bottom of the car body, the pressure spring is eight left and right sides of the cross layout from top to bottom gradually inclined outwards, and the body within the Mecanum wheel motor connected motor connection motor drive, motor driver is connected with a main control chip, main control chip connected to the computer, ultrasonic module, GPS and nine axis sensor module; computer connected with laser radar (3) and a camera; it is a good solution to the tunnel detection is fast, efficient and automatic problem, has an important significance to reduce a lot of manpower and material resources detection of highway tunnel cracks in the waste and crack detection accuracy will be greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
基于高速公路隧道裂缝检测的全向移动无人驾驶平台方法
：本专利技术属于无人驾驶
，涉及机器视觉、图像处理、同步定位与建图(SLAM)、惯性导航和电子机械控制等领域，特别是涉及一种基于高速公路隧道裂缝检测的全向无人驾驶系统。
技术介绍
：进入21世纪以来，随着国民经济的快速发展，特别是在“7918”国家高速公路网规划和西部大开发的历史机遇下，公路隧道建设进入了一个高速发展的时期。近十年来，公路隧道年增长率达24％，远高于道与桥的增长率，公路隧道的重要性日益凸显。目前，我国已是世界上公路隧道最多、发展最快的国家。伴随着我国高速公路隧道工程的大量开展，隧道在运营期间,衬棚结构会因为设计不合理、施工不当、运营年限、气候条件等原因产生各种病害,有的在隧道建成后短时间内甚至建设过程中就会出现比较严重的病害，因此，我国将面临着大量隧道的检测、维修问题。国内外基于图像处理的隧道裂缝检测过程中仍摆脱不了技术人员的参与。而我国运用机器视觉的隧道裂缝检测研究大多处于理论研究、实验室模拟阶段，且大部分是针对于高速铁路。
技术实现思路
：专利技术目的：本专利技术提供一种基于高速公路隧道裂缝检测的全向移动无人驾驶平台及方法，其目的是解决以往所存在的问题。技术方案：一种基于高速公路隧道裂缝检测的全向移动无人驾驶平台，其特征在于：该平台包括车体及设置在车体底部的麦克纳姆轮；麦克纳姆轮通过压簧设置在车体底部，左右两侧的压簧呈由上向下逐渐向外倾斜的八字形布置，麦克纳姆轮与车体内的电机连接，电机连接电机驱动，电机驱动连接主控单片机，主控单片机连接电脑、超声波模块、GPS及九轴传感器模块；电脑连接激光雷达(3)和摄像头；激光雷达安装在车体顶部；超声波传感器为四个，四个超声波传感器在车体左右两侧各安装两个；GPS及九轴传感器模块用天线支撑于车体顶部；摄像头为四个，分别为一号摄像头、二号摄像头、三号摄像头和四号摄像头；其中用于路面标线识别的三号摄像头安装在车体前方，方向朝下；用于隧道入口检测及采集隧道顶部图像的一号摄像头安装在车体上方，方向朝上；用于采集隧道左右侧图像信息的二号摄像头和四号摄像头分别安装于车体左、右两侧；在车体顶部显眼位置设置有用于警示来往车辆驾驶人员的警示信号灯。麦克纳姆轮为四个，对应的四块电机驱动分别安装在底盘表面四个直角处并装在车体中；电脑和主控制器装均放在车体中。在车体侧面设置有用于缓冲撞击的撞击缓冲器，该撞击缓冲器包括缓冲球、缓冲座以及缓冲杆；缓冲球的一面为半球状软性头，缓冲球的另一面连接有扭簧壳，两根弹性缓冲片的一端伸进扭簧壳内并通过扭簧壳内的扭簧活动连接形成另一端开口的“人”字形结构，扭簧保持将两根弹性缓冲片的另一端开口向内收紧的力，两根弹性缓冲片穿过缓冲座上的矩形限位圈且能相对于该矩形限位圈移动；扭簧壳连接衔接杆，衔接杆前端套有仅能相对于衔接杆做轴向转动且带有内螺纹的连连接螺母；缓冲杆的一端设置有与连接螺母螺纹配合的外螺纹，另一端设置有溃缩头，缓冲杆伸进溃缩头内并通过溃缩片与溃缩头内壁连接，缓冲杆与溃缩片之间为点连接使得缓冲球受撞击时，缓冲杆与溃缩片脱离；缓冲座的中部设置有缓冲凹槽，缓冲凹槽的底部设置有固定杆，固定杆为中空结构，固定杆与溃缩头(42)螺纹连接且固定杆(41)与缓冲杆(34)同轴，当溃缩片(43)遇外力与缓冲杆分离后缓冲杆(34)伸进固定杆(41)内。在固定杆(41)内还设置有能对缓冲杆(34)起缓冲作用的缓冲弹簧。矩形限位圈(37)的长度方向与缓冲杆(34)的轴向方向相同，以便保证弹性缓冲片(36)工作时能在矩形限位圈(37)的长度方向上有足够的活动量。缓冲球(32)的球面为弹性结构。利用上述的基于高速公路隧道裂缝检测的全向移动无人驾驶平台所实施的检测方法，其特征在于：该方法如下：用户通过电脑(18)上位机设定起始点和终止点，经用户点击上位机运行按钮给定触发信号，无人驾驶平台开始工作，红绿闪烁警示灯(1)闪烁示意，开启激光雷达(3)壁障任务与导航任务；电脑(18)通过三号摄像头(9)采集路面图像，图像处理识别道路标识线后，经串口(28)与主控单片机(13)通讯，主控单片机(13)通过GPS及九轴传感器模块(2)信息融合通过CAN总线(27)下发至4个电机驱动单片机，由电机驱动单片机控制四个底盘电机动作，从而控制无人驾驶平台行走路径及走向，对道路标识线进行实时跟踪，同时由一号摄像头(4)检测识别隧道入口，待检测隧道入口成功后结束道路表面标识线跟踪任务；开启超声波模块对隧道侧壁距离测量，采用三闭环串级控制系统保证移动平台与隧道侧壁定距离、恒速度移动，其中由电机内的编码器信息做速度内环，距离值做外环，从而实现三闭环串级控制系统；其中：电流闭环为最内环；第二环由电机内的编码器信息做速度内环，距离值做最外环。【三环的原因：从需求上来看，无人驾驶的首要目的是路径规划，所以最直观的方法是直接使用距离之来做单闭环pid,也就是根据路径规划的距离目标设定值与距离实际误差值计算输出pwm，从而控制电机力矩，从而力矩转为电机转速及转向，从而控制车体路径与车速。以上分析可知单级pid的输出量最终控制的是电机力矩，那么问题来了，力矩转为电机转速的过程中，电机转速正比于(电机力矩+外界阻力力矩)，因此电机转速受外界阻力的影响而波动，可知单级pid稳定性不够，这也就是两级pid的理由。两级pid(也叫双闭环)，根据以上分析加入编码器做速度反馈，则可以使速度不收外界阻力影响，从而稳定性提高；最后，作为安全及保护考虑，这里加入电流反馈做最内环，这是因为：当系统恶化时(比如在行驶过程中电机被卡住了)，此时电机转速为0，根据闭环原理可知，PID系统将迅速累加恶化，最终pid输出值为最大值，力矩最大，而电机堵转，从而电流最大，无疑，电机很容易发热烧毁。若加入电流闭环，对电流加以控制，则系统将更加稳定可靠】进入隧道的同时开启三路摄像头即：一号摄像头(4)、三号摄像头(9)和四号摄像头(10)对上、左、右方向隧道表面采集图像；隧道图像采集完成后，根据传感器信息融合处理返回起始点，与出发时相同即出去时的控制方法和回来时的控制方法相同，最后，用户通过电脑界面与人交互，存取、显示隧道采集图像。将车体运行分解为三种基本方式：①原地旋转；②左右平移；③前后移动，由三种基本运行方式分别对四个底盘电机进行权重求和控制底盘电机旋转，使其在任意方向上实现平移和原地旋转，具体的行走方式包括直行、斜行、横行、S形行进、零半径任意角度旋转，借助这一强大的机动性，在狭小的空间内对车辆进行快速定位。电机控制规则权重求和如下：一号电机速度＝-原地旋转速度*旋转权重+转左右平移速度*平移权重+前后移动速度*前后权重；二号电机速度＝原地旋转速度*旋转权重+转左右平移速度*平移权重+前后移动速度*前后权重；三号电机速度＝原地旋转速度*旋转权重-转左右平移速度*平移权重+前后移动速度*前后权重；四号电机速度＝-原地旋转速度*旋转权重-转左右平移速度*平移权重+前后移动速度*前后权重；以上正负号代表电机转向(根据上述控制规则：例如：5000r/min斜45度行走，可将其分解为前后移动和左右平移，从而一号电机速度＝-0*0+5000*0.5+5000*0.5；二号电机速度＝0*0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高速公路隧道裂缝检测的全向移动无人驾驶平台，其特征在于：该平台包括车体(5)及设置在车体(5)底部的麦克纳姆轮(30)；麦克纳姆轮通过压簧(31)设置在车体(5)底部，左右两侧的压簧呈由上向下逐渐向外倾斜的八字形布置，麦克纳姆轮与车体(5)内的电机连接，电机连接电机驱动，电机驱动连接主控单片机(13)，主控单片机(13)连接电脑(18)、超声波模块、GPS及九轴传感器模块(2)；电脑(18)连接激光雷达(3)和摄像头；激光雷达(3)安装在车体(5)顶部；超声波传感器为四个，四个超声波传感器在车体左右两侧各安装两个；GPS及九轴传感器模块(2)用天线支撑于车体顶部；摄像头为四个，分别为一号摄像头(4)、二号摄像头(8)、三号摄像头(9)和四号摄像头(10)；其中用于路面标线识别的三号摄像头(9)安装在车体前方，方向朝下；用于隧道入口检测及采集隧道顶部图像的一号摄像头(4)安装在车体上方，方向朝上；用于采集隧道左右侧图像信息的二号摄像头(8)和四号摄像头(10)分别安装于车体左、右两侧。

【技术特征摘要】
1.一种基于高速公路隧道裂缝检测的全向移动无人驾驶平台，其特征在于：该平台包括车体(5)及设置在车体(5)底部的麦克纳姆轮(30)；麦克纳姆轮通过压簧(31)设置在车体(5)底部，左右两侧的压簧呈由上向下逐渐向外倾斜的八字形布置，麦克纳姆轮与车体(5)内的电机连接，电机连接电机驱动，电机驱动连接主控单片机(13)，主控单片机(13)连接电脑(18)、超声波模块、GPS及九轴传感器模块(2)；电脑(18)连接激光雷达(3)和摄像头；激光雷达(3)安装在车体(5)顶部；超声波传感器为四个，四个超声波传感器在车体左右两侧各安装两个；GPS及九轴传感器模块(2)用天线支撑于车体顶部；摄像头为四个，分别为一号摄像头(4)、二号摄像头(8)、三号摄像头(9)和四号摄像头(10)；其中用于路面标线识别的三号摄像头(9)安装在车体前方，方向朝下；用于隧道入口检测及采集隧道顶部图像的一号摄像头(4)安装在车体上方，方向朝上；用于采集隧道左右侧图像信息的二号摄像头(8)和四号摄像头(10)分别安装于车体左、右两侧。2.根据权利要求1所述的基于高速公路隧道裂缝检测的全向移动无人驾驶平台，其特征在于：在车体顶部显眼位置设置有用于警示来往车辆驾驶人员的警示信号灯(1)。3.根据权利要求1所述的基于高速公路隧道裂缝检测的全向移动无人驾驶平台，其特征在于：麦克纳姆轮为四个，对应的四块电机驱动分别安装在底盘表面四个直角处并装在车体中；电脑和主控制器装均放在车体中。4.根据权利要求1所述的基于高速公路隧道裂缝检测的全向移动无人驾驶平台，其特征在于：在车体(5)侧面设置有用于缓冲撞击的撞击缓冲器，该撞击缓冲器包括缓冲球(32)、缓冲座(33)以及缓冲杆(34)；缓冲球(32)的一面为半球状软性头，缓冲球(32)的另一面连接有扭簧壳(35)，两根弹性缓冲片(36)的一端伸进扭簧壳(35)内并通过扭簧壳(35)内的扭簧活动连接形成另一端开口的“人”字形结构，扭簧保持将两根弹性缓冲片(36)的另一端开口向内收紧的力，两根弹性缓冲片(36)穿过缓冲座(33)上的矩形限位圈(37)且能相对于该矩形限位圈(37)移动；扭簧壳(35)连接衔接杆(38)，衔接杆(38)前端套有仅能相对于衔接杆(38)做轴向转动且带有内螺纹的连连接螺母(39)；缓冲杆(34)的一端设置有与连接螺母(39)螺纹配合的外螺纹，另一端设置有溃缩头(42)，缓冲杆(34)伸进溃缩头(42)内并通过溃缩片(43)与溃缩头(42)内壁连接，缓冲杆(34)与溃缩片(43)之间为点连接使得缓冲球(32)受撞击时，缓冲杆(34)与溃缩片(43)脱离；缓冲座(33)的中部设置有缓冲凹槽(40)，缓冲凹槽(40)的底部设置有固定杆(41)，固定杆(41)为中空结构，固定杆(41)与溃缩头(42)螺纹连接且固定杆(41)与缓冲杆(34)同轴，当溃缩片(43)遇外力与缓冲杆分离后缓冲杆(34)伸进固定杆(41)...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛丹，刁羽峰，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21