基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制系统及其控制方法。包括环境感知单元、决策控制单元、通讯单元和底层控制单元，所述环境感知单元：用于感知车辆行驶状态信息以及周边环境状态信息；所述决策控制单元：用于接收相关指令并进行分析处理，进而操控车辆执行相关指令；所述底层控制单元：用于控制车辆的转向轮偏角，控制车辆的前轮偏角，实现车辆对目标前路的跟踪，车辆的制动和加速；所述通讯单元：用于实现上述各单元的通讯。本发明专利技术使用机器学习算法对无人驾驶小型扫路车的路径跟踪和速度决策算法进行设计，提升无人驾驶小型扫路车控制精度及运行安全。

Control system and control method of unmanned small sweeper based on path tracking

【技术实现步骤摘要】
基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制系统及其控制方法
本专利技术属于环卫专用车智能控制
，尤其涉及到基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制技术。
技术介绍
相对于旧的环卫作业方式而言，无人驾驶小型扫路车能够主动进行人物识别、路线规划、智能分析等功能，实现完全自主作业，不仅提升了作业效率，降低了人力成本，同时，还大大避免了环卫人作业时的安全隐患。无人驾驶小型扫路车具有智能化、自主化等特点，具有较高的环境适应能力，可以适应复杂任务需求。无人驾驶小型扫路车应该具有在特定的作业要求下的作业能力，对环境变化的自适应能力、对给定轨迹的判断能力以及智能化运动控制能力，核心技术包括：定位技术、导航技术、地图创建技术、路径规划技术。使用机器学习算法对无人驾驶小型扫路车的路径跟踪和速度决策算法进行设计，提升无人驾驶小型扫路车控制精度及运行安全。无人驾驶路径跟踪不仅需要对方向进行控制，还需要决定行驶速度，在一些特定的规划路径，还需要进一步进行速度决策。本专利基于机器学习算法，结合成熟的自动控制算法，对路径跟踪方向和速度控制器以及速度决策进行设计和优化。基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制技术能够将摄像机、雷达等设备收集到的路面信息进行智能化处理，这些虚拟信号可以通过智能化的处理形成数字信号和数字符号语言，可以为计算机系统所识别，通过对这些数据信息资源进行运算处理，就可以对行驶的车辆发号指令，做出正确的指导。申请号为CN205530067U的专利中描述一种基于激光和视觉的道路自主清扫车，车体外部的前方设有激光扫描测距雷达和摄像头，车体的上方设有GPS定位模块，车体的内部设有车载电脑主板和整车控制系统，车载电脑主板连接激光扫描测距雷达、摄像头、GPS定位模块和整车控制系统，并通过无线数据传输基站网络与人机交互平台实现数据通讯，在无人驾驶的情况下能够自主进行路径规划和导航定位，完成路径规划道路的清扫作业。该专利仅宏观描述了无人驾驶的一般方法，实际难以具体实施。申请号为CN108755530A的专利中描述一种无人驾驶扫地车，包括底盘总成、车架总成和车身总成；底盘总成包括底盘本体、前车轮、后车轮、轮速器和转向控制系统；车架总成包括设备安装架总成、前框架总成、后框架总成和顶板支撑总成；其中，设备安装架总成包括设备安装支架和设备安装板；前框架总成包括前框支架、LED屏支架、第一GPS天线支架和第二GPS天线支架；后框架总成包括后框支架和铰链支架；顶板支撑总成包括顶板支架和锁合装置；车身总成包括侧围总成和车顶总成；侧围总成的前端与前框架总成固定连接，侧围总成的后端与后框架总成和设备安装架总成固定连接；车顶总成与顶板支撑总成固定连接，并扣合于侧围总成的顶端。该专利基本没有具体的无人驾驶的实施方法。申请号为CN109235332A的专利中描述提出了一种无人驾驶的多功能道路清扫车，包括方案规划系统、环境侦查系统、警示系统、洒水系统、冰雪系统、清扫系统、园林系统；环境侦查系统会实时采集周围的环境信息；方案规划系统为总系统，用于规划制定清扫车的具体的行车、道路清扫方案，以及监测本车车况；根据采集的环境信息和路政部门发布的任务信息，启用不同的系统，能够实现洒水、扫雪、化冰、道路清扫、树木浇灌等功能；警示系统会对周围车辆和行人等发出警示提醒。该专利实际是有人驾驶的多功能道路清扫车，车辆可以人工选择作业模式。申请号为CN109629490A的专利中描述提出了一种园区无人清扫车目标垃圾精确分类与定位系统及方法.，该系统包括有处理器、车辆控制模块、存储模块、无线通讯模块、地图模块、GPS模块、定位摄像机、驱动机构以及多个清扫头；该车辆控制模块、存储模块、无线通讯模块、地图模块、GPS模块、定位摄像机、驱动机构和多个清扫头均与处理器连接，该定位摄像机倾斜朝向地面并可万向转动地安装在无人清扫车的前侧中部，该驱动机构设置于无人清扫车上并带动定位摄像机万向转动。通过利用驱动机构带动定位摄像机万向转动，并配合定位摄像机对目标垃圾进行定位和识别，以控制对应的清扫头工作，实现对目标垃圾在清扫的过程即可进行分类。该专利没有提及车辆的控制方法。针对上述存在的问题，基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制技术用于小型扫路车。无人驾驶小型扫路车可实现无人驾驶和有人驾驶两种驾驶模式。本专利针对无人驾驶路径规划与行驶过程监测、车辆远程数据传输与采集、远程汽车启停控制等功能提出控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是获得基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制技术。系统可划分为三部分，分别是由雷达、摄像头和组合导航模块组成的环境感知单元由中心决策控制工控机构成的决策控制单元，由通讯设备组成的通讯单元和由执行机构及其控制器组成的底层控制单元。为此本专利技术采用的技术方案是：基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制系统，所述系统由以下单元组成：包括环境感知单元、决策控制单元、通讯单元和底层控制单元，所述环境感知单元：用于感知车辆行驶状态信息以及周边环境状态信息；所述决策控制单元：用于接收相关指令并进行分析处理，进而操控车辆执行相关指令；所述底层控制单元：用于控制车辆的转向轮偏角，控制车辆的前轮偏角，实现车辆对目标前路的跟踪，车辆的制动和加速；所述通讯单元：用于实现上述各单元的通讯。进一步的，所述环境感知单元由雷达、摄像头和组合导航模块组成；所述决策控制单元为中心决策控制工控机，所述底层控制单元由执行机构及其控制器组成，所述通讯单元由通讯设备组成。进一步的，所述环境感知单元：环境感知单元对于车辆位置和姿态的信息获取依靠GPS、惯性导航模块和里程计表；障碍物信息的获取和车辆可行驶区域的信息获取依靠激光雷达和摄像头模块。进一步的，所述环境感知单元各模块与决策控制单元之间的数据通信采用UDP协议的网络通信。基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制系统的控制方法，其特征在于，按照以下步骤进行：1）首先环境感知单元：用于感知车辆行驶状态信息以及周边环境状态信息，并将上述信息通过通讯单元发送至决策控制单元和底层控制单元；2）相关单元接收到上述相关信息后进行以下操作：路径跟踪模块根据目标路径和当前车辆位置的关系计算得到当前车辆的目标前轮偏角；然后通过串口将目标前轮偏角传递给转向控制器，转向控制器根据前轮偏角实际值和前轮偏角值目标值的偏差输出转矩值，通过控制器控制转向电机做出相应的转向动作，实现实际的车辆前轮偏角对目标前轮偏角的跟踪；速度规划模块根据待行驶的目标路径曲率信息和最高速度规划出在时间上连续的车辆规划速度，然后纵向控制器根据当前车辆的实际速度和规划的速度做出速度控制策略，分别控制油门电机和制动电机，实现对被控制车辆的制动和加速，实现车辆对目标车速的跟踪，车辆实际速度对目标速度的跟随。进一步的，使用机器学习算法加载在硬件模块上对路径跟踪和速度决策算法进行设计。本专利技术的优点是：本专利技术使用机器学习算法对无人驾驶小型扫路车的路径跟踪和速度决策算法进行设计，提升无人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制系统，其特征在于，所述系统由以下单元组成：包括环境感知单元、决策控制单元、通讯单元和底层控制单元，/n所述环境感知单元：用于感知车辆行驶状态信息以及周边环境状态信息；/n所述决策控制单元：用于接收相关指令并进行分析处理，进而操控车辆执行相关指令；/n所述底层控制单元：用于控制车辆的转向轮偏角，控制车辆的前轮偏角，实现车辆对目标前路的跟踪，车辆的制动和加速；/n所述通讯单元：用于实现上述各单元的通讯。/n

【技术特征摘要】
1.基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制系统，其特征在于，所述系统由以下单元组成：包括环境感知单元、决策控制单元、通讯单元和底层控制单元，
所述环境感知单元：用于感知车辆行驶状态信息以及周边环境状态信息；
所述决策控制单元：用于接收相关指令并进行分析处理，进而操控车辆执行相关指令；
所述底层控制单元：用于控制车辆的转向轮偏角，控制车辆的前轮偏角，实现车辆对目标前路的跟踪，车辆的制动和加速；
所述通讯单元：用于实现上述各单元的通讯。


2.根据权利要求1所述的基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制系统，其特征在于，所述环境感知单元由雷达、摄像头和组合导航模块组成；
所述决策控制单元为中心决策控制工控机，所述底层控制单元由执行机构及其控制器组成，所述通讯单元由通讯设备组成。


3.根据权利要求2所述的基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制系统，其特征在于，所述环境感知单元：环境感知单元对于车辆位置和姿态的信息获取依靠GPS、惯性导航模块和里程计表；障碍物信息的获取和车辆可行驶区域的信息获取依靠激光雷达和摄像头模块。


4.根据权利要求1所述的基于路径跟踪的无人驾驶小型扫路车控制系统，其特征在于，
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋焱，于英，
申请(专利权)人：天嘉智能装备制造江苏股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32