CN102183958A - 自主引导车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种自主引导车及其控制方法。自主引导车由本机和控制驱动部组成；本机包括车体、顶棚、挡风玻璃、座椅、两个主动轮、两个从动轮、油门踏板、刹车踏板、方向摇杆和两个可见光照明灯；控制驱动部设置在车体的表面及内部，其包括主机系统、导航系统、激光测距系统、控制系统、显示触摸屏和电源系统。本发明提供的自主引导车是在现有传统四轮电动车的基础上加装了导航、避障等装置，由此可以实现自主引导、自动解说、信息查询以及娱乐等功能，这样不仅无需配备专门的驾驶人员，因此能够大幅度减少工作人员的劳动强度和数量，而且工作效率高，另外，本控制方法简单、易行。

Description

自主引导车及其控制方法

技术领域

本发明属于电动机车技术领域，特别是涉及一种自主引导车及其控制方法。

背景技术

传统的四轮电动车因具有节能、环保、驾驶简单等优点而被广泛应用于商业区、景区等，例如：电动观光车、电动高尔夫球车等。但是，这些传统的四轮电动车存在下列问题：由于其在运行时均需由专门的工作人员驾驶，这样不仅需要配备较多的工作人员，而且工作人员的劳动强度大，从而导致运行成本升高，工作效率降低。另外，这些四轮电动车只具有载客功能，因此功能比较单一。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种无需配备专门的驾驶人员，因此可以提高工作效率和降低工作人员的劳动强度，并且功能齐全的自主引导车。

本发明的另一个目的在于提供一种上述自主引导车的控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供的自主引导车由本机和控制驱动部组成；其中本机包括车体、顶棚、挡风玻璃、座椅、两个主动轮、两个从动轮、油门踏板、刹车踏板、方向摇杆和两个可见光照明灯；所述的车体构成自主引导车的底盘和下部壳体；顶棚设置在车体的顶部；挡风玻璃位于车体的前端上部；座椅设置在车体的后部表面；两个主动轮和两个从动轮分别设置在车体的两侧前、后部；油门踏板和刹车踏板并排安装在车体的前部下方；方向摇杆安装在车体上座椅的正前方；两个可见光照明灯安装在车体的前端表面两侧；而控制驱动部则设置在车体的表面及内部，其包括主机系统、导航系统、激光测距系统、控制系统、显示触摸屏和电源系统；其中主机系统为控制驱动部的控制核心，其通过相应接口分别与导航系统、激光测距系统、控制系统和显示触摸屏相连接，并实现数据交互，以共同完成自主引导车的整体功能；电源系统则为整个自主引导车提供工作电源。

所述的主机系统由主控计算机和网络模块组成；其中主控计算机由嵌入式工控主板、内存条和CF卡组成，用来处理导航系统和激光测距系统的数据信息；网络模块则提供千兆以太网的数据传输速率，并通过构建无线网络或通过已有的GPRS网络与外部保持联系。

所述的导航系统由GPS导航模块和接收天线组成，主要用来接收GPS位置信息。

所述的激光测距系统安装在车体的侧面外表面上，由此构成360°的探测范围，用来检测自主引导车四周的障碍物，自主引导车利用该信息实现自主避障。

所述的控制系统包括引导车运动控制系统、语音输出控制系统和可见光照明控制系统；其中引导车运动控制系统主要由运动控制板、电机驱动板和电机组成；运动控制板输出PWM信号，并通过电机驱动板控制电机转动，以带动两个主动轮运动；语音输出控制系统主要由安装在车体前部的扬声器和功放板卡组成；可见光照明控制系统则用于控制两个可见光照明灯的开启和关闭。

所述的显示触摸屏安装在车体的前部，用于用户选择工作模式、信息查询以及提供娱乐功能。

所述的电源系统由DC-DC模块和铅酸电池组成。

本发明提供的自主引导车的控制过程包括按顺序进行下列步骤：

1)设备初始化及系统自检的S1阶段；在此阶段中，系统首先对硬件进行上电初始化和相关硬件自检，然后进入S2阶段；

2)空闲模式的S2阶段；在此阶段中系统等待被触发；

3)判断系统是否被用户触发的S3阶段；在此阶段中，如果系统被用户通过点击显示触摸屏的方式唤醒，进入S4阶段；否则返回到S2阶段的入口处，系统将继续工作在空闲模式下等待被触发；

4)判断是否选择工作模式的S4阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否对工作模式进行了选择，如果判断结果为“是”，则进入S5阶段；否则，等待30秒后返回S2阶段的入口处；

5)判断工作模式是否中止的S5阶段；在此阶段中，系统将判断用户选择的工作模式是否被中止，如果判断结果为“是”，则返回到S4阶段的入口处，以继续执行S4阶段；否则将进入S6阶段；

6)执行选择的工作模式的S6阶段；在此阶段中，系统将按照用户所选择的工作模式执行相应的功能，然后进入S7阶段；

7)判断工作模式是否结束的S7阶段；在此阶段中，系统将判断工作模式是否结束，如果判断结果为“是”，则返回到S4阶段的入口处；否则跳转至S6的入口处。

所述的步骤4)中的工作模式包括自主引导模式、自动解说模式、信息查询模式及娱乐模式。

如图4所示，本发明提供的自主引导模式控制方法包括按顺序进行下列步骤：

1)判断设备是否正常的S11阶段；在此阶段中，系统首先对硬件进行上电初始化和相关硬件自检，然后根据自检结果判断设备是否正常，如果判断结果为“是”，则进入S12阶段；否则，跳转到异常处理的S21阶段，以进行相应的异常处理；

2)输入起始地、目的地信息的S12阶段；在此阶段中，系统将读取用户通过显示触摸屏输入的起始地、目的地及其它约束条件信息，然后进入到S13阶段；

3)判断引导是否开始的S13阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击触显示触摸屏上的“开始引导”按钮，如果判断结果为“是”，则进入S14阶段；否则，跳转到S22阶段的入口处，延时后继续处于等待状态；

4)GPS数据采集的S14阶段；在此阶段中利用GPS导航模块对GPS数据进行采集，然后进入S15阶段；

5)对GPS数据进行处理以得到自主引导车当前位姿的S15阶段；在此阶段中，系统将对上述采集的GPS数据进行处理，从而得到自主引导车当前所处的位姿信息，然后进入S16阶段；

6)判断引导是否结束的S16阶段；在此阶段中，系统将判断本次引导操作是否结束，如果判断结果为“是”，则结束本次操作，退出该用户选择的自主引导模式；否则进入S17阶段；

7)进行路径规划的S17阶段；在此阶段中，系统将根据起始地和目的地及相关约束条件进行相应的路径规划，然后进入S18阶段；

8)显示地图、坐标及规划的路径信息的S18阶段；在此阶段中，系统将通过显示触摸屏显示出地图、坐标及规划的路径信息，然后进入S19阶段；

9)跟踪路径的S19阶段；在此阶段中，系统将通过控制系统控制自主引导车完成相应动作，从而实现自主引导车自动跟踪指定的路径，然后进入S20阶段；

10)判断是否到达目的地的S20阶段；在此阶段中，系统将判断自主引导车是否到达目的地，如果判断结果为“是”，则跳转至S16阶段的入口处；否则，返回到S14阶段的入口处，以继续执行S14阶段。

本发明提供的自主引导车是在现有传统四轮电动车的基础上加装了导航、避障等装置，由此可以实现自主引导、自动解说、信息查询以及娱乐等功能，这样不仅无需配备专门的驾驶人员，因此能够大幅度减少工作人员的劳动强度和数量，而且工作效率高，另外，本控制方法简单、易行。

附图说明

图1为本发明提供的自主引导车立体结构示意图。

图2为本发明提供的自主引导车中控制驱动部组成框图。

图3为本发明提供的自主引导车控制方法流程图。

图4为本发明提供的自主引导车的自主引导模式控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的自主引导车及其控制方法进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明提供的自主引导车由本机和控制驱动部组成；其中本机包括车体10、顶棚7、挡风玻璃6、座椅9、两个主动轮1、两个从动轮12、油门踏板13、刹车踏板14、方向摇杆8和两个可见光照明灯2；所述的车体10构成自主引导车的底盘和下部壳体；顶棚7设置在车体10的顶部；挡风玻璃6位于车体10的前端上部；座椅9设置在车体10的后部表面；两个主动轮1和两个从动轮12分别设置在车体10的两侧前、后部；油门踏板13和刹车踏板14并排安装在车体10的前部下方；方向摇杆8安装在车体10上座椅9的正前方，向前或向后推动方向摇杆8时自主引导车将向前或后行驶，而向左或向右推动方向摇杆8时则自主引导车将向左或右转弯；两个可见光照明灯2安装在车体10的前端表面两侧；而控制驱动部则设置在车体10的表面及内部，其包括主机系统15、导航系统16、激光测距系统3、控制系统17、显示触摸屏5和电源系统18；其中主机系统15为控制驱动部的控制核心，其通过相应接口分别与导航系统16、激光测距系统3、控制系统17和显示触摸屏5相连接，并实现数据交互，以共同完成自主引导车的整体功能；电源系统18则为整个自主引导车提供工作电源。

所述的主机系统15由主控计算机和网络模块组成；其中主控计算机由嵌入式工控主板、内存条和CF卡组成，用来处理导航系统16和激光测距系统3的数据信息；网络模块则提供千兆以太网的数据传输速率，并通过构建无线网络或通过已有的GPRS网络与外部保持联系。

所述的导航系统16由GPS导航模块和接收天线组成，主要用来接收GPS位置信息。为保证导航精度，可根据实际情况构建差分GPS网络以满足导航要求。当用户需要导航时，只需点击显示触摸屏5上的目标点以开始执行路径导航即可。

所述的激光测距系统3安装在车体10的侧面外表面上，由此构成360°的探测范围，用来检测自主引导车四周的障碍物，自主引导车利用该信息实现自主避障。

所述的控制系统17包括引导车运动控制系统、语音输出控制系统和可见光照明控制系统；其中引导车运动控制系统主要由运动控制板、电机驱动板和电机组成；运动控制板输出PWM信号，并通过电机驱动板控制电机转动，以带动两个主动轮1运动；语音输出控制系统主要由安装在车体10前部的扬声器4和功放板卡组成，其可根据用户需要通过扬声器4输出语音信号，如报站名、景点介绍、提示行人躲避车辆等；可见光照明控制系统则用于控制两个可见光照明灯2的开启和关闭。

所述的显示触摸屏5安装在车体10的前部，用于用户选择工作模式、信息查询以及提供娱乐功能。

所述的电源系统18由DC-DC模块和铅酸电池组成，铅酸电池充电后可提供给系统持续工作5小时以上的能量。

本发明提供的自主引导车主要具有自主引导、自动解说、信息查询以及娱乐等功能。在自主引导车进行设备初始化及系统自检成功后，用户可以利用点击显示触摸屏5的方式选择自主引导车的工作模式。当用户选择自主引导模式后，显示触摸屏5上将显示出该模式的用户界面，通过该界面用户输入起始地、目的地及其它约束条件信息，然后点击“开始引导”按钮，这时自主引导车将根据导航系统16获得的位姿信息及先验信息(已知地图信息、起始地、目的地及其它约束条件信息)等进行路径规划，并自主跟踪路径。在跟踪过程中，自主引导车将根据激光测距系统3检测四周的障碍物，以实现自主避障。当自主引导车到达目的地时，扬声器4将输出语音信号，比如报站名或景点介绍等，当引导车自主导航时，扬声器4也可以输出语音信号，比如提示行人躲避车辆等。当用户选择信息查询模式后，显示触摸屏5上将显示出该模式的用户界面，用户可以查询景点、住宿、餐饮等相关信息，该信息可以根据自主引导车的使用环境进行定义。当用户选择娱乐模式时，显示触摸屏5上将显示出该模式的用户界面，用户可以选择多种小游戏、点播歌曲、点播录像等娱乐。

如图3所示，本发明提供的自主引导车的控制过程包括按顺序进行下列步骤：

1)设备初始化及系统自检的S1阶段；在此阶段中，系统首先对硬件进行上电初始化和相关硬件自检，然后进入S2阶段；

2)空闲模式的S2阶段；在此阶段中系统等待被触发；

3)判断系统是否被用户触发的S3阶段；在此阶段中，如果系统被用户通过点击显示触摸屏5的方式唤醒，进入S4阶段；否则返回到S2阶段的入口处，系统将继续工作在空闲模式下等待被触发；

4)判断是否选择工作模式的S4阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否对工作模式进行了选择，如果判断结果为“是”，则进入S5阶段；否则，等待30秒后返回S2阶段的入口处；

5)判断工作模式是否中止的S5阶段；在此阶段中，系统将判断用户选择的工作模式是否被中止，如果判断结果为“是”，则返回到S4阶段的入口处，以继续执行S4阶段；否则将进入S6阶段；

6)执行选择的工作模式的S6阶段；在此阶段中，系统将按照用户所选择的工作模式执行相应的功能，然后进入S7阶段；

7)判断工作模式是否结束的S7阶段；在此阶段中，系统将判断工作模式是否结束，如果判断结果为“是”，则返回到S4阶段的入口处；否则跳转至S6的入口处。

所述的步骤4)中的工作模式包括自主引导模式、自动解说模式、信息查询模式及娱乐模式。

如图4所示，本发明提供的自主引导模式控制方法包括按顺序进行下列步骤：

1)判断设备是否正常的S11阶段；在此阶段中，系统首先对硬件进行上电初始化和相关硬件自检，然后根据自检结果判断设备是否正常，如果判断结果为“是”，则进入S12阶段；否则，跳转到异常处理的S21阶段，以进行相应的异常处理；

2)输入起始地、目的地信息的S12阶段；在此阶段中，系统将读取用户通过显示触摸屏5输入的起始地、目的地及其它约束条件信息，然后进入到S13阶段；

3)判断引导是否开始的S13阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击触显示触摸屏5上的“开始引导”按钮，如果判断结果为“是”，则进入S14阶段；否则，跳转到S22阶段的入口处，延时后继续处于等待状态；

4)GPS数据采集的S14阶段；在此阶段中利用GPS导航模块对GPS数据进行采集，然后进入S15阶段；

5)对GPS数据进行处理以得到自主引导车当前位姿的S15阶段；在此阶段中，系统将对上述采集的GPS数据进行处理，从而得到自主引导车当前所处的位姿信息，然后进入S16阶段；

6)判断引导是否结束的S16阶段；在此阶段中，系统将判断本次引导操作是否结束，如果判断结果为“是”，则结束本次操作，退出该用户选择的自主引导模式；否则进入S17阶段；

7)进行路径规划的S17阶段；在此阶段中，系统将根据起始地和目的地及相关约束条件进行相应的路径规划，然后进入S18阶段；

8)显示地图、坐标及规划的路径信息的S18阶段；在此阶段中，系统将通过显示触摸屏5显示出地图、坐标及规划的路径信息，然后进入S19阶段；

9)跟踪路径的S19阶段；在此阶段中，系统将通过控制系统17控制自主引导车完成相应动作，从而实现自主引导车自动跟踪指定的路径，然后进入S20阶段；

10)判断是否到达目的地的S20阶段；在此阶段中，系统将判断自主引导车是否到达目的地，如果判断结果为“是”，则跳转至S16阶段的入口处；否则，返回到S14阶段的入口处，以继续执行S14阶段。

在以上所述的各系统具体操作阶段中，任一环节出现技术故障或者系统问题，则系统会进行重置操作，并且进行自检，并发出警报，以提醒工作人员及时做出相应处理。

Claims (10)

1.一种自主引导车，其特征在于：所述的自主引导车由本机和控制驱动部组成；其中本机包括车体(10)、顶棚(7)、挡风玻璃(6)、座椅(9)、两个主动轮(1)、两个从动轮(12)、油门踏板(13)、刹车踏板(14)、方向摇杆(8)和两个可见光照明灯(2)；所述的车体(10)构成自主引导车的底盘和下部壳体；顶棚(7)设置在车体(10)的顶部；挡风玻璃(6)位于车体(10)的前端上部；座椅(9)设置在车体(10)的后部表面；两个主动轮(1)和两个从动轮(12)分别设置在车体(10)的两侧前、后部；油门踏板(13)和刹车踏板(14)并排安装在车体(10)的前部下方；方向摇杆(8)安装在车体(10)上座椅(9)的正前方；两个可见光照明灯(2)安装在车体(10)的前端表面两侧；而控制驱动部则设置在车体(10)的表面及内部，其包括主机系统(15)、导航系统(16)、激光测距系统(3)、控制系统(17)、显示触摸屏(5)和电源系统(18)；其中主机系统(15)为控制驱动部的控制核心，其通过相应接口分别与导航系统(16)、激光测距系统(3)、控制系统(17)和显示触摸屏(5)相连接，并实现数据交互，以共同完成自主引导车的整体功能；电源系统(18)则为整个自主引导车提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的自主引导车，其特征在于：所述的主机系统(15)由主控计算机和网络模块组成；其中主控计算机由嵌入式工控主板、内存条和CF卡组成，用来处理导航系统(16)和激光测距系统(3)的数据信息；网络模块则提供千兆以太网的数据传输速率，并通过构建无线网络或通过已有的GPRS网络与外部保持联系。

3.根据权利要求1所述的自主引导车，其特征在于：所述的导航系统(16)由GPS导航模块和接收天线组成，主要用来接收GPS位置信息。

4.根据权利要求1所述的自主引导车，其特征在于：所述的激光测距系统(3)安装在车体(10)的侧面外表面上，由此构成360°的探测范围，用来检测自主引导车四周的障碍物，自主引导车利用该信息实现自主避障。

5.根据权利要求1所述的自主引导车，其特征在于：所述的控制系统(17)包括引导车运动控制系统、语音输出控制系统和可见光照明控制系统；其中引导车运动控制系统主要由运动控制板、电机驱动板和电机组成；运动控制板输出PWM信号，并通过电机驱动板控制电机转动，以带动两个主动轮(1)运动；语音输出控制系统主要由安装在车体(10)前部的扬声器(4)和功放板卡组成；可见光照明控制系统则用于控制两个可见光照明灯(2)的开启和关闭。

6.根据权利要求1所述的自主引导车，其特征在于：所述的显示触摸屏(5)安装在车体(10)的前部，用于用户选择工作模式、信息查询以及提供娱乐功能。

7.根据权利要求1所述的自主引导车，其特征在于：所述的电源系统(18)由DC-DC模块和铅酸电池组成。

8.一种如权利要求1所述的自主引导车的控制过程，其特征在于：所述的控制过程包括按顺序进行下列步骤：

1)设备初始化及系统自检的S1阶段；在此阶段中，系统首先对硬件进行上电初始化和相关硬件自检，然后进入S2阶段；

2)空闲模式的S2阶段；在此阶段中系统等待被触发；

3)判断系统是否被用户触发的S3阶段；在此阶段中，如果系统被用户通过点击显示触摸屏(5)的方式唤醒，进入S4阶段；否则返回到S2阶段的入口处，系统将继续工作在空闲模式下等待被触发；

4)判断是否选择工作模式的S4阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否对工作模式进行了选择，如果判断结果为“是”，则进入S5阶段；否则，等待30秒后返回S2阶段的入口处；

5)判断工作模式是否中止的S5阶段；在此阶段中，系统将判断用户选择的工作模式是否被中止，如果判断结果为“是”，则返回到S4阶段的入口处，以继续执行S4阶段；否则将进入S6阶段；

6)执行选择的工作模式的S6阶段；在此阶段中，系统将按照用户所选择的工作模式执行相应的功能，然后进入S7阶段；

7)判断工作模式是否结束的S7阶段；在此阶段中，系统将判断工作模式是否结束，如果判断结果为“是”，则返回到S4阶段的入口处；否则跳转至S6的入口处。

9.根据权利要求8所述的自主引导车的控制过程，其特征在于：所述的步骤4)中的工作模式包括自主引导模式、自动解说模式、信息查询模式及娱乐模式。

10.根据权利要求9所述的自主引导车的控制过程，其特征在于：所述的自主引导模式控制方法包括按顺序进行下列步骤：

1)判断设备是否正常的S11阶段；在此阶段中，系统首先对硬件进行上电初始化和相关硬件自检，然后根据自检结果判断设备是否正常，如果判断结果为“是”，则进入S12阶段；否则，跳转到异常处理的S21阶段，以进行相应的异常处理；

2)输入起始地、目的地信息的S12阶段；在此阶段中，系统将读取用户通过显示触摸屏(5)输入的起始地、目的地及其它约束条件信息，然后进入到S13阶段；

3)判断引导是否开始的S13阶段；在此阶段中，系统将判断用户是否点击显示触摸屏(5)上的“开始引导”按钮，如果判断结果为“是”，则进入S14阶段；否则，跳转到S22阶段的入口处，延时后继续处于等待状态；

4)GPS数据采集的S14阶段；在此阶段中利用GPS导航模块对GPS数据进行采集，然后进入S15阶段；

5)对GPS数据进行处理以得到自主引导车当前位姿的S15阶段；在此阶段中，系统将对上述采集的GPS数据进行处理，从而得到自主引导车当前所处的位姿信息，然后进入S16阶段；

6)判断引导是否结束的S16阶段；在此阶段中，系统将判断本次引导操作是否结束，如果判断结果为“是”，则结束本次操作，退出该用户选择的自主引导模式；否则进入S17阶段；

7)进行路径规划的S17阶段；在此阶段中，系统将根据起始地和目的地及相关约束条件进行相应的路径规划，然后进入S18阶段；

8)显示地图、坐标及规划的路径信息的S18阶段；在此阶段中，系统将通过显示触摸屏(5)显示出地图、坐标及规划的路径信息，然后进入S19阶段；

9)跟踪路径的S19阶段；在此阶段中，系统将通过控制系统(17)控制自主引导车完成相应动作，从而实现自主引导车自动跟踪指定的路径，然后进入S20阶段；

10)判断是否到达目的地的S20阶段；在此阶段中，系统将判断自主引导车是否到达目的地，如果判断结果为“是”，则跳转至S16阶段的入口处；否则，返回到S14阶段的入口处，以继续执行S14阶段。

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