一种矿井机车定位导航装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种矿井机车定位导航装置，包括机车主体、激光雷达装置、语音模块、树莓派模块、中央主控模块、显示模块、电源模块、惯性测量装置、里程表传感器和超声波避障模块；所述激光雷达装置和语音模块安装在机车主体的车头的顶部；所述树莓派模块、中央主控模块、显示模块和电源模块设置在机车主体的车头的内部；所述惯性测量装置、里程表传感器安装在机车主体内部；所述超声波避障模块设置在机车主体的车头上。本实用新型专利技术能够实现矿井下机车精准定位导航，减少机车运输伤亡。

A positioning and navigation device for mine locomotive

【技术实现步骤摘要】
一种矿井机车定位导航装置
本技术涉及定位导航
，具体涉及一种矿井机车定位导航装置。
技术介绍
机车运输伤亡是矿井运输事故的主要组成部分，据统计，机车运输事故死亡人数占运输事故总死亡人数的41％。其中主要原因有驾驶员在光线不足，矿井内路况复杂等。为了减少机车运输伤亡，对矿井下机车定位导航问题研究也不断深入。目前定位的实现主要有GPS、ZigBee和视觉定位，但由于矿井下GPS不能全覆盖，光线不足，ZigBee精度不高等问题，使得矿井机车定位效果并不好。
技术实现思路
本技术所要解决的问题是：提供一种矿井机车定位导航装置，实现矿井下机车精准定位导航，减少机车运输伤亡。本技术为解决上述问题所提供的技术方案为：一种矿井机车定位导航装置，包括机车主体、激光雷达装置、语音模块、树莓派模块、中央主控模块、显示模块、电源模块、惯性测量装置、里程表传感器和超声波避障模块；所述激光雷达装置和语音模块安装在机车主体的车头的顶部；所述树莓派模块、中央主控模块、显示模块和电源模块设置在机车主体的车头的内部；所述惯性测量装置、里程表传感器安装在机车主体内部；所述超声波避障模块设置在机车主体的车头上。优选的，所述激光雷达装置发射经过调制的红外激光信号，信号反射后被激光雷达装置的光学视觉采集系统接收；激光雷达装置内部的MCU处理器处理实时数据，计算出目标物体到激光雷达装置的距离以及当前的夹角，通过通信接口输出给外部设备。优选的，所述语音模块的芯片采用XFS5152；所述语音模块将定位导航信息实时播放。优选的，所述树莓派模块装有ROS平台，通过串口与中央主控模块连接，将惯性测量装置、里程表传感器和激光雷达装置的数据在ROS平台上进行处理。优选的，所述央主控模块由STM32F103X芯片控制，通过串口接收惯性测量装置和里程表传感器的数据信息，并上传给树莓派模块。优选的，所述显示模块采用TFT液晶屏实时显示树莓派模块所建SLAM地图。优选的，所述里程表传感器的插头置于变速箱上，用于获取机车运动速度信息。优选的，所述惯性测量装置置于机车主体内部的中心位置，用于获取机车姿态角信息。优选的，所述超声波模块有两块，采用HC-SRO4芯片，置于机车主体的车头的两侧。与现有技术相比，本技术的优点是：本技术定位精准，自动导航，路径规划，灵活性强，非常人性化。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。图1是本技术侧视图。图2是本技术俯视图。图3是树莓派模块结构示意图。图4是中央主控模块结构示意图。图5是本技术的系统框图。附图标注：1、机车主体2、里程表传感器3、惯性测量装置4、控制台5、超声波避障模块6、电源模块7、中央主控模块8、树莓派模块9、显示模块10、激光雷达装置11、语音模块12、树莓派CPU13、显示屏接口14、树莓派电源接口15、树莓派串口16、相机接口17、音频接口18、HDMI口19、以太网接口20、树莓派GPIO口21、STM32芯片22、里程表传感器接口23、STM32电源接口24、惯性测量装置接口25、STM32串口26、电源开关27、电源指示灯。具体实施方式以下将配合附图及实施例来详细说明本技术的实施方式，藉此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。如图1至图4所示，一种矿井机车定位导航装置，包括机车主体1；里程表传感器2；惯性测量装置3；控制台4；超声波模块5；电源模块6；中央主控模块7；树莓派模块8；显示模块9；激光雷达10；语音模块11；树莓派CPU12；显示屏接口13；树莓派电源接口14；树莓派串口15；相机接口16；音频接口17；HDMI口18；以太网接口19；树莓派GPIO口20；STM32芯片21；里程表传感器接口22；STM32电源接口23；惯性测量装置接口24；STM32串口25；电源开关26；电源指示灯27。所述机车主体1为各种模块载体，所述机车主体1车身内部装有里程表传感器1和惯性测量装置2；所述机车主体1车头顶部装有激光雷达9和语音模块10；所述机车主体1车头两侧装有两个超声波模块4；所述机车主体1车头内部装有控制台4；所述控制台4从下往上分别搭载电源模块6、中央主控模块7、树莓派模块8和显示模块9；其中，各传感器之间采用信息融合的算法，在一个多传感器系统中，各种信息融合方法将对系统所获得的各类信息进行有效的处理或推理，形成一致的结果。所述信息融合算法采用分散卡尔曼滤波(DecentralizedKalmanFilter,DKF)将激光雷达、惯性测量装置和里程表传感器所获取的数据进行处理，具有强鲁棒性和容错性。进一步的，树莓派模块8路径规划部分使用move_base包，move_base能够获取机车周围信息并生成全局与局部的代价地图，根据这些代价地图可以使机车绕开障碍物安全到达指定的位置。move_base的路径规划主要分为全局规划和局部规划，分别采用的是A*算法和DWA(DynamicWindowApproach)算法。进一步的，所述激光雷达装置发射经过调制的红外激光信号，信号反射后被激光雷达装置的光学视觉采集系统接收；激光雷达装置内部的MCU处理器处理实时数据，计算出目标物体到激光雷达装置的距离以及当前的夹角，激光雷达装置在直流无刷电机机构的驱动下，激光雷达装置测距核心将顺时针旋转，从而实现对周围环境的360度全方位的扫描，得到所在空间平面的点云地图信息，通过通信接口输出给外部设备。进一步的，所述语音模块的芯片采用XFS5152；所述语音模块将定位导航信息实时播放。进一步的，所述树莓派模块装有ROS平台，通过串口与中央主控模块连接，将惯性测量装置、里程表传感器和激光雷达装置的数据在ROS平台上进行处理。进一步的，所述央主控模块由STM32F103X芯片控制，通过串口接收惯性测量装置和里程表传感器的数据信息，并上传给树莓派模块。进一步的，所述显示模块采用TFT液晶屏实时显示树莓派模块所建SLAM地图。进一步的，所述里程表传感器的插头置于变速箱上，用于获取机车运动速度信息。进一步的，所述惯性测量装置置于机车主体内部的中心位置，用于获取机车姿态角信息。进一步的，所述超声波模块有两块，采用HC-SRO4芯片，置于机车主体的车头的两侧。进一步的，电源模块6主要产生12V、5V、3.3V三种不同的电压，用于所述各模块中芯片工作所需电压。供电系统由各降压芯片及分压电路组成，便于生成上述各种电压。本技术的工作原理：激光雷达装置发射经过调制的红外激光信号，信号反射后被激光雷达装置的光学视觉采集系统接收，计算出目标物体到激光雷达装置的距离以及当前的夹角。里程表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井机车定位导航装置，其特征在于：包括机车主体、激光雷达装置、语音模块、树莓派模块、中央主控模块、显示模块、电源模块、惯性测量装置、里程表传感器和超声波避障模块；所述激光雷达装置和语音模块安装在机车主体的车头的顶部；所述树莓派模块、中央主控模块、显示模块和电源模块设置在机车主体的车头的内部；所述惯性测量装置、里程表传感器安装在机车主体内部；所述超声波避障模块设置在机车主体的车头上。/n

【技术特征摘要】
1.一种矿井机车定位导航装置，其特征在于：包括机车主体、激光雷达装置、语音模块、树莓派模块、中央主控模块、显示模块、电源模块、惯性测量装置、里程表传感器和超声波避障模块；所述激光雷达装置和语音模块安装在机车主体的车头的顶部；所述树莓派模块、中央主控模块、显示模块和电源模块设置在机车主体的车头的内部；所述惯性测量装置、里程表传感器安装在机车主体内部；所述超声波避障模块设置在机车主体的车头上。


2.根据权利要求1所述的一种矿井机车定位导航装置，其特征在于：所述激光雷达装置发射经过调制的红外激光信号，信号反射后被激光雷达装置的光学视觉采集系统接收；激光雷达装置内部的MCU处理器处理实时数据，计算出目标物体到激光雷达装置的距离以及当前的夹角，通过通信接口输出给外部设备。


3.根据权利要求1所述的一种矿井机车定位导航装置，其特征在于：所述语音模块的芯片采用XFS5152；所述语音模块将定位导航信息实时播放。


4.根据权利要求1所述的一种矿井机车定位导航装置，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬海明，王琪，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：新型
国别省市：江西;36