CN109828581A - 一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，包括车体、设于车体底部的车轮、设于车体上的传感装置及设于车体的前侧下方位置的前端清扫装置，所述的前端清扫装置包括架设在车体的前侧下方的防撞托架，防撞托架的底部设有滚刷，所述的传感装置设置在车体上，所述的传感装置包括激光雷达、单目相机、GPS天线和超声波雷达，所述的车体内设有自动驾驶系统，该自动驾驶系统包括智能驾驶脑系统、与智能驾驶脑系统分别连接的底层线控底盘系统、线控清扫系统和远程监控系统。与现有技术相比，本发明能够同时保证清扫车的自动驾驶功能和无人清扫功能，安全可靠，能够大大的降低环卫工人的劳动强度。

Description

一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车

技术领域

本发明涉及自动清洗设备技术领域，尤其是涉及一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车。

背景技术

随着我国经济的快速发展，体力劳动的成本的逐年提高，环卫清扫工作继续使用大量人力资源是不现实的，也不符合城市化进程及可持续发展战略的大方针，所以，环卫清扫工作的发展趋势是以智能化程度很高的清扫设备替代人工清扫。现有的自动清扫车能够实现自动清扫功能，但仍需要人工操作驾驶，仍需一定的环卫工人的劳动强度，且自动清扫车无法满足多种清扫场景的需求，清扫效率不高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，包括：

车体；

前端清扫装置：设置在车体前端底部，用于通过车体运动对路沿垃圾进行清扫；

感知系统：用于实时监测车体周围环境中的交通参与者信息、车道线信息及路沿信息，所述的感知系统包括激光雷达、单目相机、GPS天线和超声波雷达，所述的激光雷达设于车体前方两侧，所述的单目相机设于车体的正前方，所述的超声波雷达设于车体四周，所述的GPS天线设于车体顶部；

车载控制器：用于通过感知系统获取的信息进行车体周围障碍物识别，并通过识别结果控制自动驾驶系统执行自动驾驶操作及自动清扫作业；

自动驾驶系统：

智能驾驶脑系统，用于根据感知系统获取的信息进行处理并发送线控指令；

线控底盘系统，用于接收智能驾驶脑系统的清扫指令进行智能电动清扫车的线控转向、线控驱动及车体制动；

线控清扫系统，用于接收智能驾驶脑系统的清扫指令执行线控清扫、线控洒水及线控倾倒垃圾；

远程监控系统，用于实时监控及记录清扫车的整车状态信息，包括工作车速、续航里程、车辆位置、故障信息、清扫作业完成百分比等信息。

所述的智能驾驶脑系统包括：

高精度定位导航子系统：用于通过融合全球定位系统GPS、惯导、差分基站及清扫车的轮速信息实时提供清扫车的运动位姿；

清扫区域建图子系统：用于根据感知系统获取的交通参与者信息、车道线信息及路沿信息建立可清扫区域的局部地图，形成智能电动清扫车的可清扫区域；

智能感知与控制子系统：用于根据感知系统获取的交通参与者、车道线及路沿道路信息生成可清扫区域，并进行实时的清扫轨迹规划，控制线控底盘系统和线控清扫系统实现自动清扫；

多层级防撞控制子系统：用于判断可清扫区域是否安全，若为危险区域，则执行紧急停车防碰撞操作。

优选地，所述的远程监控系统包括远程监控计算机、4G模块和固态存储器，所述的前端清扫装置包括架设在车体的前侧下方的防撞托架，防撞托架的底部设有滚刷。

优选地，所述的线控底盘系统包括适用于智能电动清扫车的线控转向子系统、线控驱动及制动子系统，所述的线控清扫系统包括线控清扫执行子系统、线控洒水执行子系统及线控倾倒垃圾子系统。

优选地，清扫区域建图子系统包括所述的激光雷达以及用于对激光雷达获取的信息进行内部建图定位的计算机。

优选地，所述的多层级防撞控制子系统包括所述的单目相机和所述的超声波雷达，单目相机、超声波雷达与车载控制器分别连接。

优选地，所述的高精度定位导航子系统包括惯性测量单元、差分信号接收器及所述的GPS天线，惯性测量单元和差分信号接收器设于车体内部，并分别与GPS天线连接。

优选地，所述的线控转向子系统包括转向电机、用于控制转向电机的转向电机控制器及车体转向机构，转向电机与车体转向机构连接，所述的线控驱动及制动子系统包括驱动电机、传动机构和制动液压机构。

优选地，所述的线控清扫执行子系统包括设于车体底部的主刷、边刷和清扫电机，所述的线控洒水执行子系统包括设于车体内的水箱及与水箱连接的水泵，所述的线控倾倒垃圾子系统包括设于车体后方的垃圾箱，清扫电机、水泵分别与车载控制器连接。

本发明带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车包括四种清扫作业工作模式，分别为：

(1)模式一、自动循迹清扫模式：

针对固定路线清扫场景，根据用户需求和设定的参考清扫路径，智能电动清扫车沿参考路径进行清扫作业，同时实时感知环境中其它交通参与者的位姿，建立可清扫区域，实时对清扫轨迹进行规划，防止碰撞，实现自动循迹清扫作业；

(2)模式二、路沿清扫模式：

针对路沿边缘垃圾较多场景，根据用户需求设定，智能电动清扫车根据智能感知与控制子系统获取路沿的方位和距离，车载控制器根据方位和距离实时修正清扫轨迹，能够对路沿边的垃圾进行精确清扫，实现路沿清扫作业。

(3)模式三、广场清扫模式：

针对大面积广场区域场景，根据用户需求设定，清扫区域建图子系统通过激光雷达获取广场内的可清扫区域，建立广场区域局部地图，车载控制器获取局部地图后进行清扫路径规划，实现广场内全区域的清扫作业。

(4)模式四、车道清扫模式：

针对车道场景，根据用户需求设定，多层级防撞控制子系统得到车道线的信息，同时检测车道内的障碍物，车载控制器实时规划清扫轨迹，在不发生碰撞的前提下进行车道内的清扫作业。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明系统将自动驾驶相关技术与清扫车相结合，提供了一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，能够同时保证清扫车的自动驾驶功能和无人清扫功能，安全可靠，能够大大的降低环卫工人的劳动强度；

(2)本发明系统针对清扫场景和用户需求，设计一种多模式智能电动清扫车，清扫工作模式划分为自动循迹清扫模式、路沿清扫模式、广场清扫模式及车道清扫模式，能够基本覆盖所有的清扫场景，有效提高清扫效率；

(3)本发明车体的正前方设有单目相机，车体上的防撞托架的两端设有激光雷达，且车体的四周设有超声波雷达，通过融合激光雷达、超声波雷达和单目相机的信息数据，能够实时检测周围环境中的其它交通参与者，车道线及路沿等关键道路信息，生成可清扫区域，并进行实时的清扫轨迹规划，控制线控底盘系统和线控清扫系统实现自动清扫。

附图说明

图1为本发明多模式智能电动清扫车的外部结构示意图；

图2为本发明多模式智能电动清扫车的自动驾驶系统的组成框图；

图中标号所示：

1、车体，2、车轮，3、前端清扫装置，4、激光雷达，5、单目相机，6、GPS天线，7、超声波雷达。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明涉及一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，如图1所示，电动清扫车包括车体1、底盘、车轮2、前端清扫装置3以及传感装置，前端清扫装置3固定在车体1的前侧下方位置，前端清扫装置3包括架设在车体1的前侧下方的防撞托架301，防撞托架301的底部固定有滚刷(未在图中示出)。传感装置设置在车体1上，包括激光雷达4、单目相机5、GPS天线6和超声波雷达7。激光雷达4设置在防撞托架301的两端，用于感知前方低处障碍物。单目相机5设置在车体1的正前方，用来获取前方路况信息。GPS天线6设置在车体1的顶部，用于接收卫星信号，对电动清扫车进行定位或导航。超声波雷达7设置在车体1的四周，用于感知周围障碍物。

车体1设有自动驾驶系统，该自动驾驶系统包括智能驾驶脑系统、底层线控底盘系统、线控清扫系统和远程监控系统。整个系统架构如图2所示，底层线控底盘系统、线控清扫系统、远程监控系统与智能驾驶脑系统分别连接。

智能驾驶脑系统包含智能感知与控制子系统、与智能感知与控制子系统分别连接的高精度定位导航子系统、多层级防撞控制子系统、清扫区域建图子系统。高精度定位导航子系统、多层级防撞控制子系统、清扫区域建图子系统依次连接。

高精度定位导航子系统与其它3个子系统分别连接，由GPS天线6、惯性测量单元、差分信号接收器等组成；清扫区域建图子系统与高精度定位导航子系统、智能感知与控制子系统系统分别连接。智能感知与控制子系统与其它3个子系统分别连接，多层级防撞控制子系统与高精度定位导航子系统、智能感知与控制子系统系统分别连接。

智能感知与控制子系统包括激光雷达4、超声波雷达7、单目相机5和用于融合感知信息的车载控制器，通过融合激光雷达4、超声波雷达7和单目相机5的感知信息，进行实时感知清扫车周围一定区域内的障碍物信息，主要包括行人及车辆等信息，同时识别道路信息包括车道线、路沿边界、红绿灯等信息，为清扫车提供可清扫区域，在该区域内进行实时的清扫轨迹规划，并根据不同的任务模式，对清扫车进行行为模式决策，通过控制底盘执行器和清扫执行器进行跟踪清扫轨迹，完成自动清扫作业任务。

优选地，两个激光雷达4位于清扫车前方两侧，采用十六线机械式激光雷达，测量范围为0.02m～100m，垂直视角±15°，垂直视角分辨率2°，水平视角360°，水平角分辨率0.4°。

单目相机5位于清扫车前方中间位置，采用1080P，150度广角微变形摄像头。

超声波雷达7位于清扫车周围数量至少12个，探测范围为0.3m-3m，波束角±40度。

优选地，GPS天线6采用双天线，定位精度为10cm以内。

清扫区域建图子系统包括所述激光雷达4以及用于对激光雷达4获取的信息进行内部建图定位的计算机，计算机通过获取的激光雷达4点云的信息，对清扫区域内的道路边界进行建图，并保存清扫区域内的局部地图，结合实时的感知信息转换到该局部地图上，实时生成可清扫车区域。

多层级防撞子系统包括所述超声波雷达7、单目相机5以及用于获取感知信息的车载控制器，多层级防撞子系统融合了清扫车近距离安全范围内的障碍物信息，当判断安全区域内的障碍物离清扫车的距离小于某一距离阈值时，则进行紧急停车，避免对清扫车近距离范围内的障碍物进行碰撞。

远程监控系统则实时监控及记录清扫车的整车状态信息，包含工作车速、续航里程、车辆位置、故障信息、清扫作业完成百分比等信息，针对不同的清扫任务，远程监控可通过网络传输下发清扫任务模式及多条清扫路径到清扫车，同时在特殊状况下，也可以下发清扫车远程控制指令。远程监控系统包括远程监控计算机、4G模块和固态存储器。

本发明系统有四个工作模式，分别为：自动循迹清扫模式、路沿清扫模式、广场清扫模式及车道清扫模式。根据清扫的场景及用户需求进行不同模式的清扫作业。

(1)自动循迹清扫模式

该模式下，根据用户需求设置参考清扫路径，智能电动清扫车能够沿着参考路径进行清扫作业，同时通过智能感知与控制子系统实时感知环境中其它交通参与者的位姿，利用车载控制器建立可清扫区域，并实时对清扫轨迹进行规划，防止碰撞，实现自动循迹清扫作业。

(2)路沿清扫模式

该模式下，针对路沿边缘垃圾较多的场景进行清扫作业，根据用户需求设置路沿清扫模式，智能电动清扫车通过智能感知与控制子系统实时感知右侧路沿，计算清扫车和路沿的距离来进行实时修正清扫车的运动轨迹，同时也要防止对靠近路沿边上的障碍物的碰撞，实现路沿清扫模式作业。

(3)广场清扫模式

该模式下，针对大面积空旷区域如广场的清扫场景，根据用户需求设置广场清扫模式，智能电动清扫车根据清扫区域建图子系统感知信息建立广场清扫区域地图，在广场清扫区域地图内进行清扫轨迹全局规划，同时，车载控制器获取规划结果后进行实时的清扫轨迹局部规划防止碰撞环境中的其它障碍物，实现广场清扫模式作业。

(4)车道清扫模式

该模式下，针对车道内存在垃圾的场景，根据用户设定的车道清扫工作模式，智能电动清扫车根据多层级防撞控制子系统感知信息得到车道线位姿信息，同时实时检测车道内的障碍物，以辅助车载控制器进行清扫轨迹的规划，在不发生碰撞的前提下完成车道的清扫，实现车道清扫模式作业。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，其特征在于，包括：

车体；

前端清扫装置：设置在车体前端底部，用于通过车体运动对路沿垃圾进行清扫；

感知系统：用于实时监测车体周围环境中的交通参与者信息、车道线信息及路沿信息，所述的感知系统包括激光雷达、单目相机、GPS天线和超声波雷达，所述的激光雷达设于车体前方两侧，所述的单目相机设于车体的正前方，所述的超声波雷达设于车体四周，所述的GPS天线设于车体顶部；

车载控制器：用于通过感知系统获取的信息进行车体周围障碍物识别，并通过识别结果控制自动驾驶系统执行自动驾驶操作及自动清扫作业；

自动驾驶系统：

智能驾驶脑系统，用于根据感知系统获取的信息进行处理并发送线控指令；

线控底盘系统，用于接收智能驾驶脑系统的清扫指令进行智能电动清扫车的线控转向、线控驱动及车体制动；

线控清扫系统，用于接收智能驾驶脑系统的清扫指令执行线控清扫、线控洒水及线控倾倒垃圾；

远程监控系统，用于实时监控及记录清扫车的整车状态信息，包括工作车速、续航里程、车辆位置、故障信息、清扫作业完成百分比等信息。

2.根据权利要求1所述的一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，其特征在于，所述的智能驾驶脑系统包括：

高精度定位导航子系统：用于通过融合全球定位系统GPS、惯导、差分基站及清扫车的轮速信息实时提供清扫车的运动位姿；

清扫区域建图子系统：用于根据感知系统获取的交通参与者信息、车道线信息及路沿信息建立可清扫区域的局部地图，形成智能电动清扫车的可清扫区域；

智能感知与控制子系统：用于根据感知系统获取的交通参与者、车道线及路沿道路信息生成可清扫区域，并进行实时的清扫轨迹规划，控制线控底盘系统和线控清扫系统实现自动清扫；

多层级防撞控制子系统：用于判断可清扫区域是否安全，若为危险区域，则执行紧急停车防碰撞操作。

3.根据权利要求1所述的一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，其特征在于，所述的远程监控系统包括远程监控计算机、4G模块和固态存储器，所述的前端清扫装置包括架设在车体的前侧下方的防撞托架，防撞托架的底部设有滚刷。

4.根据权利要求1所述的一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，其特征在于，所述的线控底盘系统包括适用于智能电动清扫车的线控转向子系统、线控驱动及制动子系统，所述的线控清扫系统包括线控清扫执行子系统、线控洒水执行子系统及线控倾倒垃圾子系统。

5.根据权利要求2所述的一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，其特征在于，清扫区域建图子系统包括所述的激光雷达以及用于对激光雷达获取的信息进行内部建图定位的计算机。

6.根据权利要求2所述的一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，其特征在于，所述的多层级防撞控制子系统包括所述的单目相机和所述的超声波雷达，单目相机、超声波雷达与车载控制器分别连接。

7.根据权利要求2所述的一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，其特征在于，所述的高精度定位导航子系统包括惯性测量单元、差分信号接收器及所述的GPS天线，惯性测量单元和差分信号接收器设于车体内部，并分别与GPS天线连接。

8.根据权利要求4所述的一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，其特征在于，所述的线控转向子系统包括转向电机、用于控制转向电机的转向电机控制器及车体转向机构，转向电机与车体转向机构连接，所述的线控驱动及制动子系统包括驱动电机、传动机构和制动液压机构。

9.根据权利要求4所述的一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，其特征在于，所述的线控清扫执行子系统包括设于车体底部的主刷、边刷和清扫电机，所述的线控洒水执行子系统包括设于车体内的水箱及与水箱连接的水泵，所述的线控倾倒垃圾子系统包括设于车体后方的垃圾箱，清扫电机、水泵分别与车载控制器连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种带有自动驾驶系统的多模式智能电动清扫车，其特征在于，该清扫车包括四种清扫作业工作模式，包括：

(1)模式一、自动循迹清扫模式：

针对固定路线清扫场景，根据用户需求和设定的参考清扫路径，智能电动清扫车沿参考路径进行清扫作业，同时实时感知环境中其它交通参与者的位姿，建立可清扫区域，实时对清扫轨迹进行规划，防止碰撞，实现自动循迹清扫作业；

(2)模式二、路沿清扫模式：

针对路沿边缘垃圾较多场景，根据用户需求设定，智能电动清扫车根据智能感知与控制子系统获取路沿的方位和距离，车载控制器根据方位和距离实时修正清扫轨迹，能够对路沿边的垃圾进行精确清扫，实现路沿清扫作业。

(3)模式三、广场清扫模式：

针对大面积广场区域场景，根据用户需求设定，清扫区域建图子系统通过激光雷达获取广场内的可清扫区域，建立广场区域局部地图，车载控制器获取局部地图后进行清扫路径规划，实现广场内全区域的清扫作业。

(4)模式四、车道清扫模式：

针对车道场景，根据用户需求设定，多层级防撞控制子系统得到车道线的信息，同时检测车道内的障碍物，车载控制器实时规划清扫轨迹，在不发生碰撞的前提下进行车道内的清扫作业。