CN110539734B - 一种无人小型工具车及其自动驻车方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人小型工具车及其自动驻车方法，包括以下步骤：启动自动驻车程序；检测俯仰角角度：当俯仰角的绝对值小于等于第一阈值时和之间时，结束自动驻车程序；当俯仰角的绝对值大于第一阈值时，进一步检测横滚角度；检测横滚角角度：当横滚角度小于0°，执行左转程序，直至俯仰角等于0°；当横滚角度大于0°，执行右转程序，直至俯仰角等于0°；结束自动驻车程序；其中，工具车的坐标系为机体坐标系，其重心为机体坐标系原点，俯仰角为机体坐标系纵轴与水平面的夹角；横滚角为机体坐标系纵轴与水平线之间的夹角。本发明的无人小型工具车能自动调整其驻车姿态，解决其停车溜坡的问题。

Description

一种无人小型工具车及其自动驻车方法

技术领域

本发明涉及球包车领域，尤其涉及一种无人小型工具车及其自动驻车方法。

背景技术

目前电驱动的高尔夫球包车(以下简称球包车)，可通过遥控控制，驱动球包车的行进或设定自动跟随，电驱动的球包车通常通过电机直驱球包车后轮行进，同时也通过电机的扭矩实现驻车，实现即停即走的动作特征，因此没有设置专门的刹车装置。当球包车在斜坡停止时，球包车的重力会作用于球包车的驱动轮，当驱动轮在球包车重力作用下克服电机的扭矩旋转，球包车会产生溜坡。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人小型工具车及其自动驻车方法，该无人小型工具车能自动调整自身的驻车姿态，解决自身在坡面停车时的溜坡问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下方案：

一种无人小型工具车的自动驻车方法，包括以下步骤：

启动自动驻车程序；

检测工具车的俯仰角角度：当俯仰角的绝对值小于等于第一阈值时，结束自动驻车程序；当俯仰角的绝对值大于第一阈值时，进一步检测横滚角度；

检测工具车的横滚角角度：当横滚角度小于0°，执行左转程序，直至俯仰角等于0°；当横滚角度大于0°，执行右转程序，直至俯仰角等于0°；

结束自动驻车程序；

其中，所述工具车的坐标系为机体坐标系，工具车的质心为机体坐标系原点，纵轴位于工具车的对称平面内平行于车身轴线并指向工具车的前方，横轴垂直于工具车的对称平面并指向工具车的右方；俯仰角为机体坐标系纵轴与地平面的夹角，定义工具车的车头朝上时，俯仰角为正；横滚角为工具车的对称平面绕机体坐标系纵轴转过的角度，定义工具车右转时，横滚角为正。

进一步的，所述左转程序和右转程序通过控制工具车的驱动后轮的差速运动产生旋转，所述驱动后轮包括左后轮和右后轮，当左后轮的旋转速度小于右后轮旋转速度，或右后轮旋转且左后轮处于刹车状态，所述工具车向左旋转；当左后轮的旋转速度大于右后轮旋转速度，或左后旋转且右后轮处于刹车状态，所述工具车向右旋转。

进一步的，所述第一阈值为4°-7°之间的某一数值。

进一步的，当俯仰角的绝对值大于第二阈值时，关闭所述工具车的遥控行走功能和跟随功能，并提示采用手动助推方式。

进一步的，所述第二阈值为20°～25°之间的某一数值。

进一步的，按下遥控器的驻车按键主动启动自动驻车程序。

为实现上述目的，本发明还提供了以下方案：

一种无人小型工具车，包括车体、控制器、前轮和一对驱动后轮，还包括陀螺仪，所述陀螺仪用于检测所述工具车所处的姿态，所述姿态包括俯仰角、横滚角，所述一对驱动后轮为独立驱动，所述工具车可通过驱动后轮的等速运动产生前进动作，并通过驱动后轮的差速运动产生旋转动作，所述控制器根据陀螺仪检测的工具车的姿态，并应用如上所述的自动驻车方法实现自动驻车。

进一步的，所述工具车还包括遥控器，所述遥控器包括驻车按键，所述驻车按键用于控制所述工具车主动进入自动驻车程序。

本发明通过陀螺仪实时获取高尔夫球包车等工具车的姿态信息，从而根据姿态信息中的俯仰角和横滚角，驱动车体旋转自动调整姿态，实现自动驻车，将工具车横向稳定地停放在斜坡上，解决在斜坡停车的溜坡问题。

附图说明

图1是本发明实施例的高尔夫球包车在坡面停放的示意图；

图2是本发明实施例的高尔夫球包车的主动驻车流程图；

图3是本发明实施例的高尔夫球包车控制电路框图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1和图2所示，本发明公开了一种无人小型工具车的自动驻车方法，具体为电驱动的高尔夫球包车的自动驻车方法，能通过自动调整球包车的姿态进行自动驻车，解决如高尔夫球包车等电驱动的工具车的停车溜坡问题。以下以高尔夫球包车行走于高尔夫球场为例，说明电驱动的高尔夫球包车的自动驻车方法。

为定义球包车的姿态，我们引入了机体坐标系及其俯仰角、横滚角和偏航角等概念。

如图1所示，我们先定义球包车的质心为机体坐标系原点，纵轴(X轴)位于球包车的对称平面内平行于车身轴线并指向球包车的前方，横轴(Y轴)垂直于球包车的对称平面并指向球包车的右方，立轴(Z轴)在球包车参考面内垂直于横轴和纵轴所在的平面并指向球包车的上方。

俯仰角θ：机体坐标系纵轴与地平面的夹角。定义球包车的车头朝上时，俯仰角为正。

横滚角α：为球包车的对称平面绕机体坐标系纵轴转过的角度，为球包车的对称平面绕机体坐标系纵轴转过的角度。

高尔夫球场的草坪是高低起伏的，具有一定的坡度，当球包车停在斜坡上时，球包车的纵轴相对地平面有一个夹角，也即是球包车的俯仰角，当球包车纵向停放在斜坡上时(即球包车的纵轴沿斜坡的斜度方向)，球包车的俯仰角θ最大，当球包车横向停放在斜坡上时(此时球包车的纵轴和地平面平行)，球包车的俯仰角θ为0。当球包车的俯仰角θ较小时，如俯仰角θ在-5°和+5°之间(即俯仰角θ的绝对值小于等于5°)，球包车可以通过电机的刹车阻力稳定停车；当俯仰角θ较大，即俯仰角θ小于-5°或俯仰角θ大于+5°时(即俯仰角θ的绝对值大于5°)，球包车的重力可能产生足够的作用于球包车前进方向的分量以克服电机的刹车阻力，球包车存在溜坡的可能。因此，为保证球包车不会溜坡，需要让球包车的横向停放在斜坡上，使其俯仰角θ处于-5°和+5°之间，优选的，使其俯仰角θ为0，球包车的重力无法产生足够的作用于球包车前进方向的分量以克服电机的刹车阻力，使车轮产生滚动。根据不同球包车的电机的刹车阻力不同，球包车出现溜坡的俯仰角θ也存在不同，因此，通常将防止球包车出现溜坡的俯仰角θ的第一阈值设定为4°～7°之间的某一数值。

如图2所示，具体的控制流程包括以下步骤：

(1)判断球包车的俯仰角θ

当球包车的俯仰角θ较小时，如俯仰角θ在-5°和+5°之间，则认为球包车停在平地上，没有溜坡可能，因此退出自动驻车程序。

当球包车的俯仰角θ较大时，如俯仰角θ小于-5°或俯仰角θ大于+5°，则表示球包车的重力沿球包车行进方向的分量有可能克服电机扭矩的阻力而发生溜坡，此时需要调整球包车的停放姿态，以减小球包车的俯仰角θ，此时，需要判断球包车的横滚角α，通过横滚角α来判断左转能更快的驻车还是右转能更快的驻车，以调整球包车的停放姿态。

(2)判断球包车横滚角α

在机体坐标系定义中，横滚角α的范围时-180°～180°通过判断球包车横滚角α的正负值，可以判断球包车的姿态。当横滚角α等于0°时，表示球包车停于地平面上，或表示球包车的纵轴沿斜坡坡度最大值方向停放于斜坡上。当球包车停在斜坡上出现溜坡时，这是个不稳定状态，球包车会很快进入横滚角α不等于0°的状态；当横滚角α小于0°时，表示球包车的纵轴相对斜坡方向向左倾斜，可通过左转实现更快、更省电的驻车，将球包车快速横向停放在斜坡上，使球包车的俯仰角等于0°；当横滚角α大于0°时，表示球包车的纵轴相对斜坡方向向右倾斜，可通过右转实现更快、更省电的驻车，将球包车快速横向停放在斜坡上，使球包车的俯仰角θ等于0°。通过判断球包车横滚角α的正负值，可实现球包车的快速、省电的驻车。

(3)结束自动驻车程序

当俯仰角θ等于0°时，表示球包车已横向稳定地停放于斜坡上，可以结束自动驻车程序。

当球包车行进时的俯仰角θ大到一定程度，在本实施例中，当球包车的俯仰角θ达到设定的最大阈值(或称第二阈值)如25°时，由于球包车底盘的限制，球包车的质心会严重偏离球包车底盘的中心，影响球包车的行走，存在翻车的危险。此时，球包车的控制系统通过对俯仰角θ的检测，关闭球包车的遥控行走功能和自动跟随功能，提示用户采用手动助推方式，推动球包车行进。在其他实施例中，由于球包车的结构不同，可能引起球包车翻车的俯仰角θ的调度不同，优选的，俯仰角θ的最大阈值可设置为20°～25°中的某一数值。

在本实施例中，球包车的遥控器设置有摇杆，实现四向移动的控制，还包括自动跟随按键和驻车按键，当车辆停止时，若车子停在坡上，且有溜坡可能或出现溜坡，车主按下驻车按键，启动自动驻车程序。在其它实施例中，球包车的遥控器也可以采用四向按键控制。驻车按键的功能也可以设置为停车、驻车共用，第一次按下时停车，再按一次是启动自动驻车程序。

本发明通过陀螺仪实时获取球包车的姿态信息，从而根据姿态信息中的俯仰角θ和横滚角α，驱动车体旋转自动调整姿态，实现自动驻车，将球包车横向稳定地停放在斜坡上，解决停车溜坡问题。

本发明实施例的自动驻车方法也适用于双后轮独立驱动的行李车、割草机等可通过驱动后轮的电机扭矩驻车的电驱动的无人小型工具车，以便于该类无人小型工具车在无需借助机械刹车装置时，能安全行进及停放在有斜坡存在的场景。

如图3所示，本发明还公开了一种无人小型工具车的控制框图，具体为电驱动的高尔夫球包车的控制框图，高尔夫球包车包括车体、微机电陀螺仪10、控制器20、前轮、驱动后轮(包括左驱动后轮41和右驱动轮42)和电池30，高尔夫球包车通过电池30供电，微机电陀螺仪10和控制器20电连接，前轮用于转向控制，控制器20控制驱动后轮的旋转；当控制器20执行自动驻车程序时，控制器20实时获取微机电陀螺仪10的信息，获取车辆的姿态信息，从而根据车辆的俯仰角θ和横滚角α，控制左驱动轮41和右驱动轮42做差速前进运动，产生旋转，进而使车辆横向稳定地停放在斜坡上。在本实施例中，左驱动轮41和右驱动轮42做差速前进运动具体为向左旋转时，左驱动轮41不动，右驱动轮42前进；向右旋转时，右驱动轮42不动，左驱动轮41前进。

本实施例的电驱动的高尔夫球包车具有自动姿态控制功能，在球包车处于自动跟随状态或遥控行走状态时，若发现球包车的俯仰角θ达到所允许的最大阈值，此时球包车的姿态处于不稳定、不安全姿态，该球包车将主动告警，乃至驻车，并在驻车时，将车辆处于横向停放于斜坡的稳定状态。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无人小型工具车的自动驻车方法，其特征在于：包括以下步骤：

启动自动驻车程序；

检测工具车的俯仰角角度：当俯仰角的绝对值小于等于第一阈值时，结束自动驻车程序；当俯仰角的绝对值大于第一阈值时，进一步检测横滚角 角度；

检测工具车的横滚角角度：当横滚角 角度小于0°，执行左转程序，直至俯仰角等于0°；当横滚角角 度大于0°，执行右转程序，直至俯仰角等于0°；

结束自动驻车程序；

其中，所述工具车的坐标系为机体坐标系，工具车的质心为机体坐标系原点，纵轴位于工具车的对称平面内平行于车身轴线并指向工具车的前方，横轴垂直于工具车的对称平面并指向工具车的右方；俯仰角为机体坐标系纵轴与地平面的夹角，定义工具车的车头朝上时，俯仰角为正；横滚角为工具车的对称平面绕机体坐标系纵轴转过的角度，定义工具车右转时，横滚角为正。

2.如权利要求1所述的自动驻车方法，其特征在于：所述左转程序和右转程序通过控制工具车的驱动后轮的差速运动产生旋转，所述驱动后轮包括左后轮和右后轮，当左后轮的旋转速度小于右后轮旋转速度，或右后轮旋转且左后轮处于刹车状态，所述工具车向左旋转；当左后轮的旋转速度大于右后轮旋转速度，或左后旋转且右后轮处于刹车状态，所述工具车向右旋转。

3.如权利要求1所述的自动驻车方法，其特征在于：所述第一阈值为4°-7°中的某一数值。

4.如权利要求1所述的自动驻车方法，其特征在于：当俯仰角的绝对值大于第二阈值时，关闭所述工具车的遥控行走功能和跟随功能，并提示采用手动助推方式。

5.如权利要求4所述的自动驻车方法，其特征在于：所述第二阈值为20°～25°中的某一数值。

6.如权利要求1所述的自动驻车方法，其特征在于：按下遥控器的驻车按键启动自动驻车程序。

7.一种无人小型工具车，其特征在于：包括车体、控制器、前轮和一对驱动后轮，其特征在于：还包括陀螺仪，所述陀螺仪用于检测所述工具车所处的姿态，所述姿态包括俯仰角、横滚角，所述一对驱动后轮为独立驱动，所述工具车可通过驱动后轮的等速运动产生前进动作，并通过驱动后轮的差速运动产生旋转动作，所述控制器根据陀螺仪检测的工具车的姿态，应用如权利要求1-6任一项所述的自动驻车方法实现自动驻车。

8.如权利要求7所述的无人小型工具车，其特征在于：还包括遥控器，所述遥控器包括驻车按键，所述驻车按键用于控制所述工具车主动进入自动驻车程序。

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