一种半挂车自动对接装置、对接方法及无人驾驶对接系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种半挂车自动对接装置、对接方法及无人驾驶对接系统，用于实现牵引车与位于其后方的半挂车之间的自动对接，装置包括雷达装置、无人驾驶控制器、安全销控制器；雷达装置设置在牵引车上，雷达装置被配置为检测待对接的半挂车的点云数据；无人驾驶控制器被配置为接收雷达装置检测到的点云数据，以计算牵引车的倒车路线；以及根据倒车路线，确定牵引车的转向角度、动力驱动量和制动量；安全销控制器被配置为响应于无人驾驶控制器的第一指令而驱动安全销插入销孔。本发明专利技术采用激光雷达扫描半挂车，并自动计算倒车路线，实现无人驾驶牵引车与半挂车的自动对接。驶牵引车与半挂车的自动对接。驶牵引车与半挂车的自动对接。

【技术实现步骤摘要】
一种半挂车自动对接装置、对接方法及无人驾驶对接系统


[0001]本专利技术涉及无人驾驶领域，尤其涉及一种半挂车自动对接装置。

技术介绍

[0002]随着无人驾驶技术的不断发展，无人驾驶的应用越来越广泛。通过无人驾驶牵引车拖带半挂车将货物从指定出发点运送至目的地的方式，可以满足目前大部分的公路运输要求。在实际物流运输过程中，往往使用少量的牵引车来依次牵引多个半挂车来进行运输，即采用甩挂运输方式。
[0003]具体的甩挂运输方式为牵引车拖带半挂车到达指定目的后，将挂车脱开，并完成与新的半挂车的连接，并将新的半挂车拖带至下一目的地，以此循环往复。具体的脱开流程为1.1)降下半挂车前部支撑，使之整体稳定停置在地面上；1.2)脱开安全销及电线、气管连接；1.3)牵引车前行而与半挂车脱开。
[0004]连接过程则与之相反，2.1)由驾驶员观察并倒车，以将牵引车与半挂车通过鞍座等方式连接；2.2)连接电线、气管并插上连接安全销；2.3)抬起半挂车前部支撑，使之仅后轮支撑于地面上。
[0005]目前半挂车的连接与脱开普遍采用人工方式，针对无人驾驶的半挂车自动对接与脱开技术尚处于空白。
[0006]以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，也不必然会给出技术教导；在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日之前已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种牵引车与位于其后方的半挂车的自动对接解决方案，实现无人驾驶牵引车与半挂车的自动对接，全过程无人化操作有效降低人员成本，提高物流运输效率，降低物流成本。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种半挂车自动对接装置，用于实现牵引车与位于其后方的半挂车之间的自动对接，所述自动对接装置包括雷达装置、无人驾驶控制器、安全销控制器、半挂车支撑升降器，所述雷达装置、安全销控制器、半挂车支撑升降器均与所述无人驾驶控制器电连接；
[0010]其中，所述雷达装置设置在牵引车上，所述雷达装置被配置为检测待对接的半挂车的点云数据；
[0011]所述无人驾驶控制器被配置为接收所述雷达装置检测到的点云数据，以计算牵引车的倒车路线；以及根据所述倒车路线，确定牵引车的转向角度、动力驱动量和制动量；
[0012]所述安全销控制器被配置为响应于所述无人驾驶控制器的第一指令而驱动安全销插入销孔，所述安全销、销孔中的其中一种设置在牵引车上，其中另一种设置在半挂车
上；
[0013]所述半挂车支撑升降器被配置为响应于所述无人驾驶控制器的第二指令而驱动半挂车支撑器抬起。
[0014]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述牵引车的倒车路线通过以下步骤获取：
[0015]将所述雷达装置检测到的点云数据按照平行于半挂车当前所在地面的方向分成若干点云数据子集；
[0016]从所述若干点云数据子集中选取最符合预设的半挂车前部外形特征的其中一个点云数据子集；
[0017]根据所选取的该点云数据子集计算半挂车上连接机构相对于雷达装置的位置；
[0018]根据所述雷达装置与牵引车后轴中心的相对位置信息，将连接机构相对于雷达装置的位置转换为所述连接机构相对于牵引车后轴中心的位置；
[0019]以连接机构相对于牵引车后轴中心的位置作为所述倒车路线的终点。
[0020]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述倒车路线通过以下步骤获取：
[0021]所述雷达装置扫描牵引车后方预设角度范围内的三维点云数据，得到三维点集P，其中，p
i
＝(x
i
,y
i
,z
i
)
T
,p
i
∈P；
[0022]所述无人驾驶控制器利用n
‑
1个与半挂车当前所在地面平行的平面，将三维点集P分成n个子集P
j
,j＝1,
…
,n；
[0023]对每个子集P
j
判断是否包含符合预设的半挂车前部外形特征的点云数据，若是，则统计其中符合该特征的有效激光数据点的数量，并通过以下公式评估子集P
j
的匹配度：S
j
＝N
′
j
/N
j
，其中，S
j
为子集P
j
的匹配度，N
j
为子集P
j
的数据点数，N
′
j
为P
j
中有效激光数据点的数量；
[0024]选取匹配度S
j
最高的子集P
j
，根据该子集P
j
计算半挂车上连接机构相对于雷达装置的位置R
′
r
＝(x
r
,y
r
,θ
r
)
T
，其中，x
r
为连接机构与雷达装置在x轴方向上的偏移距离，y
r
为连接机构与雷达装置在y轴方向上的偏移距离，θ
r
为雷达装置与连接机构之间的向量相对于所述x
‑
y坐标系平面的偏转角度；
[0025]根据所述雷达装置与牵引车后轴中心的相对位置信息，计算所述连接机构相对于牵引车后轴中心的位置其中，为所述x
‑
y坐标系至所述牵引车后轴中心坐标系之间的坐标变换；
[0026]以R
r
的计算结果作为倒车路线的终点。
[0027]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述n
‑
1个与半挂车当前所在地面平行的平面为等间距分布，所述根据该子集P
j
计算半挂车上连接机构相对于雷达装置的位置R
′
r
＝(x
r
,y
r
,θ
r
)
T
包括：
[0028]根据所述连接机构在半挂车上的分布特征，从该子集P
j
中确定所述连接机构对应的点云数据p
obj
＝(x
obj
,y
obj
,z
obj
)
T
；
[0029]x
r
＝x
obj
，y
r
＝y
obj
，并根据点云数据p
obj
和三角函数关系确定θ
r
。
[0030]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，根据点云数据p
obj
和三角函数关系，通过以下公式确定θ
r...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半挂车自动对接装置，其特征在于，用于实现牵引车与位于其后方的半挂车之间的自动对接，所述自动对接装置包括雷达装置、无人驾驶控制器、安全销控制器、半挂车支撑升降器，所述雷达装置、安全销控制器、半挂车支撑升降器均与所述无人驾驶控制器电连接；其中，所述雷达装置设置在牵引车上，所述雷达装置被配置为检测待对接的半挂车的点云数据；所述无人驾驶控制器被配置为接收所述雷达装置检测到的点云数据，以计算牵引车的倒车路线；以及根据所述倒车路线，确定牵引车的转向角度、动力驱动量和制动量；所述安全销控制器被配置为响应于所述无人驾驶控制器的第一指令而驱动安全销插入销孔，所述安全销、销孔中的其中一种设置在牵引车上，其中另一种设置在半挂车上；所述半挂车支撑升降器被配置为响应于所述无人驾驶控制器的第二指令而驱动半挂车支撑器抬起。2.根据权利要求1所述的半挂车自动对接装置，其特征在于，所述牵引车的倒车路线通过以下步骤获取：将所述雷达装置检测到的点云数据按照平行于半挂车当前所在地面的方向分成若干点云数据子集；从所述若干点云数据子集中选取最符合预设的半挂车前部外形特征的其中一个点云数据子集；根据所选取的该点云数据子集计算半挂车上连接机构相对于雷达装置的位置；根据所述雷达装置与牵引车后轴中心的相对位置信息，将连接机构相对于雷达装置的位置转换为所述连接机构相对于牵引车后轴中心的位置；以连接机构相对于牵引车后轴中心的位置作为所述倒车路线的终点。3.根据权利要求1所述的半挂车自动对接装置，其特征在于，所述倒车路线通过以下步骤获取：所述雷达装置扫描牵引车后方预设角度范围内的三维点云数据，得到三维点集P，其中，p
i
＝(x
i
,y
i
,z
i
)
T
,p
i
∈P；所述无人驾驶控制器利用n
‑
1个与半挂车当前所在地面平行的平面，将三维点集P分成n个子集P
j
,j＝1,
…
,n；对每个子集P
j
判断是否包含符合预设的半挂车前部外形特征的点云数据，若是，则统计其中符合该特征的有效激光数据点的数量，并通过以下公式评估子集P
j
的匹配度：S
j
＝N
′
j
/N
j
，其中，S
j
为子集P
j
的匹配度，N
j
为子集P
j
的数据点数，N
′
j
为P
j
中有效激光数据点的数量；选取匹配度S
j
最高的子集P
j
，根据该子集P
j
计算半挂车上连接机构相对于雷达装置的位置R
′
r
＝(x
r
,y
r
,θ
r
)
T
，其中，x
r
为连接机构与雷达装置在x轴方向上的偏移距离，y
r
为连接机构与雷达装置在y轴方向上的偏移距离，θ
r
为雷达装置与连接机构之间的向量相对于所述x
‑
y坐标系平面的偏转角度；根据所述雷达装置与牵引车后轴中心的相对位置信息，计算所述连接机构相对于牵引车后轴中心的位置其中，为所述x
‑
y坐标系至所述牵引车后轴中心坐标系之间的坐标变换；以R
r
的计算结果作为倒车路线的终点。
4.根据权利要求3所述的半挂车自动对接装置，其特征在于，所述n
‑
1个与半挂车当前所在地面平行的平面为等间距分布，所述根据该子集P
j
计算半挂车上连接机构相对于雷达装置的位置R
′
r
＝(x
r
,y
r
,θ
r
)
T
包括：根据所述连接机构在半挂车上的分布特征，从该子集P
j
中确定所述连接机构对应的点云数据p
obj
＝(x
obj
,y
obj
,z
obj
)
T
；x
r
＝x
obj
，y
r
＝y
obj
，并根据点云数据p
obj
和三角函数关系确定θ
r
：5.根据权利要求1所述的半挂车自动对接装置，其特征在于，所述无人驾驶控制器通过以下方式确定牵引车的转向角度C
S
：根据所述半挂车上连接机构相对于雷达装置的位置R
′
r
＝(x
r
,y
r
,θ
r
)
T
计算所述牵引车与半挂车之间的朝向误差E
θ
、横向误差E
lat
：E
θ
＝θ
r
，E
lat
＝x
r
·
sinθ
r
‑
y
r
·
cosθ
r
，E
lon
＝
‑
x
r

【专利技术属性】
技术研发人员：顾嘉俊，邱长伍，张彪，
申请(专利权)人：盟识科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：