CN111348052A - 一种自动驾驶机器人控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于自动驾驶机器人控制领域，具体说是一种自动驾驶机器人控制系统。本发明包括：主控制器，用于接收车载上位控制器发送的上位控制指令并生成目标值以及传感器数据并发送给车载上位控制器；车载上位控制器，用于发送上位控制指令至主控制器，并通过传感器数据控制车辆的位置和速度；驱动通讯模块，用于主控制器与各驱动器之间的数据交互；转向驱动器，用于根据转向目标值驱动转向电机完成方向盘转角控制；油门驱动器，用于根据油门目标值驱动油门电机完成油门踏板深度控制；制动驱动器，用于根据制动目标值驱动制动电机完成制动踏板深度控制。本发明与原有人工方式相比具有精度高、耐久性强、响应速度快、测试参数连续采集等特点。

Description

一种自动驾驶机器人控制系统
技术领域
本发明属于自动驾驶机器人控制领域，具体说是一种自动驾驶机器人控制系统。
背景技术
自动驾驶又称无人驾驶，是指通过计算机、传感器、互联网、物联网、移动通信等技术，实现无人驾驶的一种技术，该技术在20世纪已有数十年的历史，21世纪初呈现出接近实用化的趋势。自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆。
目前常见的自动驾驶会改变汽车的原有结构，改变汽车的原有性能，相当于给标准汽车升级改造。本发明针对上述不足，对汽车无任何改变，实现标准汽车的自动驾驶及性能测试，并且方便实现车辆间的快速更换。与常见的通过内嵌式汽车控制器控制汽车自行执行自动驾驶不同，本发明由外部独立主控制器、驱动器以及转向机构、油门机构、制动机构、换挡机构组成，可广泛用于各种车辆的自动驾驶以及性能测试。
发明内容
本发明实现自动驾驶机器人转向机构、油门机构、制动机构、换挡机构的精确控制；车载上位控制器实时校准被控车辆路径、车速；机器人控制系统实时采集转向力反馈信息，制动力信息，控制系统所处环境温度信息。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种自动驾驶机器人控制系统，包括：
主控制器，用于通过上位通讯模块接收车载上位控制器发送的上位控制指令，根据上位控制指令生成转向目标值、油门目标值、制动目标值，以及接收传感器采集的传感器数据并发送给车载上位控制器；
车载上位控制器，用于发送上位控制指令至主控制器，并通过传感器数据控制车辆的位置和速度；
上位通讯模块，用于车载上位控制器与主控制器之间的数据交互；
驱动通讯模块，用于主控制器与转向驱动器、油门驱动器、制动驱动器之间的数据交互；
转向驱动器，用于通过驱动通讯模块接收转向目标值，并根据转向目标值驱动转向电机完成方向盘转角控制；
油门驱动器，用于通过驱动通讯模块接收油门目标值，并根据油门目标值驱动油门电机完成油门踏板深度控制；
制动驱动器，用于通过驱动通讯模块接收制动目标值，并根据制动目标值驱动制动电机完成制动踏板深度控制。
还包括：数字量输入输出模块，用于从主控制器接收制动气缸气源信息，并根据制动气缸气源信息控制按钮指示灯的状态。
所述制动气缸气源信息由控制系统中的制动气缸气源传感器采集。
当控制系统发现制动电机异常时，制动驱动器实时反馈异常警报信息给主控制器，数字量输入输出模块控制继电器电磁阀导通，紧急制动气缸伸出，控制制动踏板紧急制动。
还包括：模拟量输入输出模块，用于接收拉压力传感器以及压向压力传感器采集的踏板压力数据，并将压力数据发送给主控制器。
还包括：温度采集模块，用于接收热电阻传感器采集的控制系统温度数据，并将温度数据发送给主控制器。
还包括：模拟量输出模块，用于接收车载上位控制器经主控制器发送的控制打火指令，并将控制打火指令发送给步进电机，控制步进电机打火。
一种自动驾驶机器人控制方法，包括以下步骤：
主控制器通过上位通讯模块接收上位控制指令，并根据上位控制指令生成转向目标值、油门目标值、制动目标值；
主控制器通过驱动通讯模块将转向目标值发送给转向驱动器，转向驱动器根据转向目标值驱动转向电机完成方向盘转角控制；
主控制器通过驱动通讯模块将油门目标值发送给油门驱动器，油门驱动器根据油门目标值驱动油门电机完成油门踏板深度控制；
主控制器通过驱动通讯模块将制动目标值发送给制动驱动器，制动驱动器根据制动目标值驱动制动电机完成制动踏板深度控制；
主控制器通过传感器采传感器数据，并通过上位通讯模块传输给车载上位控制器。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明主要解决驾驶人员从单调、重复、以及危险的工作中解放出来。完成车辆具备批量生产的所有性能测试指标。车辆发动机的低扭性能和变速器的耐久性能，车辆操控性、平顺性和舒适性等性能，以及车辆的耐腐蚀性，整体耐久性能。
2.本发明完善汽车测试技术及测试设备研发，即在被控车辆行驶状态下，根据监测数据及时了解被控车辆的运行性能状态，并制定相应的技术措施，主要为被控车辆的性能记录服务。
3.本发明实现自动驾驶指定功能，能够定位车辆的当前位置，根据车辆行驶目标及途中情况，规划、修改行车路线。能够可靠识别行车路线，通过执行机构控制车辆按规定路线准确稳定行驶。行驶过程中，能够可靠实现车速调节、车距保持、换道、超车等各种必要基本操作。能够确保行驶安全，按时到达目的地，能够适应不同的行驶环境。
附图说明
图1本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明主要部分构成为：
(1)主控制器：完成被控车辆各机构精确控制及信息采集；
(2)数字量输入输出模块：状态指示及按钮操作等；
(3)模拟量输入模块：采集转向力信息、制动力信息；
(4)温度检测模块：通过温度传感器，采集控制系统所处环境温度；
(5)模拟量输出模块：控制电机执行点火等；
(6)驱动通讯模块：与转向、油门、制动、档位驱动器实时通讯；
(7)上位通讯模块：与车载上位控制器实时通讯；
(8)转向驱动器：控制转向电机，实现被控车辆方向盘控制；
(9)油门驱动器：控制油门电机，实现被控车辆加速控制；
(10)制动驱动器：控制制动电机，实现被控车辆减速及停止控制；
(11)档位X驱动器：控制档位X方向电机，实现档位加减档控制；
(12)档位Y驱动器：控制档位Y方向电机，实现档位加减档控制。
本发明包括自动驾驶机器人上位控制器，上位控制器采集被控车辆定位、测向、速度等信息，与规划路线实时比对，实时修正方向盘转角，油门踏板深度，制动踏板深度。主控制器(1)通过上位通讯模块(7)接收上位控制器指令，按上位控制器给定目标值，通过驱动通讯模块(6)发送转向目标值给转向驱动器(8)，转向驱动器驱动转向电机完成方向盘转角修正；主控制器(1)通过上位通讯模块(7)接收上位控制器指令，按上位控制器给定目标值，通过驱动通讯模块(6)发送油门目标值给油门驱动器(9)，油门驱动器(9)驱动油门电机完成油门踏板深度修正；主控制器(1)通过上位通讯模块(7)接收上位控制器指令，按上位控制器给定目标值，通过驱动通讯模块(6)发送制动目标值给制动驱动器(10)，制动驱动器(10)驱动制动电机完成制动踏板深度修正；主控制器(1)采集转向力传感器数据，制动力传感器数据，汇总换算数据后，通过上位通讯模块(7)传输给上位控制器，用于校准车辆位置、速度。
本发明包括自动驾驶机器人上位控制器、主控制器(1)、转向驱动器(8)、油门驱动器(9)、制动驱动器(10)、档位X驱动器(11)、档位Y驱动器(12)。车载上位控制器与主控制器(1)之间通过上位通讯模块(7)以串口形式连接；主控制器(1)与示教触摸屏以以太网形式连接；按钮指示灯以硬线形式连接到主控制器(1)的数字量输入输出模块(2)上；拉压力传感器、压向压力传感器与主控制器(1)的模拟量输入模块(3)以硬线形式连接；温度采集选用热电阻传感器，与主控制器(1)的温度采集模块(4)以硬线形式连接；点火机构的步进电机与主控制器(1)之间通过模拟量输出模块(5)以硬线形式连接；转向驱动器(8)、油门驱动器(9)、制动驱动器(10)、档位X驱动器(11)、档位Y驱动器(12)与主控制器(1)通过驱动通讯模块(6)以通讯方式连接。
实施例一
如图1所示，车载上位控制器通过上位通讯模块(7)监控转向驱动器(8)反馈角度为0°，根据规划路径在1S后将进入S路测试，车载上位控制器通过上位通讯模块(7)间隔100ms向转向驱动器(8)发送角度目标值为0°，此时转向驱动器(8)给转向电机位置信息不变；连续发送10次目标值0°后，被控车辆进入S路，车载上位控制器通过上位通讯模块(7)间隔100ms向转向驱动器(8)发送角度目标值10°，被控车辆开始进行S路径测试；时间到达900ms后，转向驱动器(8)接收的目标值为90°时，车载上位控制器通过上位通讯模块(7)间隔100ms向转向驱动器(8)发送角度目标值为90°，保持不变，此时被控车辆保持圆弧行驶，车辆行驶路径为平稳圆弧。当被控车辆行驶到规划路径反方向圆弧近端时，车载上位控制器通过上位通讯模块(7)间隔100ms向转向驱动器(8)发送角度目标值-10°，被控车辆开始进行S路径反向圆弧段测试；时间到达1800ms后，转向驱动器(8)接收的目标值为-90°时，车载上位控制器通过上位通讯模块(7)间隔100ms向转向驱动器(8)发送角度目标值为-90°，保持不变，此时被控车辆保持圆弧行驶，车辆行驶路径为平稳反方向圆弧。直到S路径测试完毕，车载上位控制器通过上位通讯模块(7)间隔100ms向转向驱动器(8)发送角度目标值10°，被控车辆开始恢复直线测试；时间到达900ms后，转向驱动器⑻接收的目标值为0°时，车载上位控制器通过上位通讯模块(7)连续向转向驱动器(8)发送角度目标值为0°，保持不变，此时被控车辆保持直线行驶，车辆行驶路径为直线。
本实施的工作原理为：
车载上位控制器通过上位通讯模块(7)间隔100ms向转向驱动器(8)发送角度目标值0°不变时，被控车辆保持直线行驶；当车载上位控制器通过上位通讯模块(7)间隔100ms转向驱动器(8)发送角度目标值90°不变时，被控车辆保持圆弧行驶；当车载上位控制器通过上位通讯模块(7)间隔100ms向转向驱动器(8)发送角度目标值从0°—90°递增变化时，被控车辆保持圆弧行驶，但弧度越来越大，被控车辆行驶路径由小弧度圆弧变为大弧度圆弧。
自动驾驶机器人控制系统实现整车性能参数测试，此机器人的出现可以将人员从疲劳、危险的测试环境中解放出来，与原有人工方式相比具有精度高、重复性好、耐久性强、响应速度快、测试参数连续采集等特点。
本发明涉及一种自动驾驶机器人控制系统，该控制系统完成自动驾驶机器人转向机构、油门机构、制动机构、换挡机构的控制。控制系统通过控制转向机构实现被控车辆的方向控制；通过控制油门机构实现被控车辆的加减速控制；通过控制制动机构实现被控车辆的制动停止控制；通过换挡机构实现被控车辆加减档位控制。自动驾驶机器人控制系统最终实现对被控车辆速度、加速度、位置的准确控制。本发明实现被控车辆在行驶过程中按照特定轨迹、特定规范行驶，无需人工参与，车辆的控制全部由自动驾驶机器人自动完成。

Claims (8)

1.一种自动驾驶机器人控制系统，其特征在于，包括：
主控制器，用于通过上位通讯模块接收车载上位控制器发送的上位控制指令，根据上位控制指令生成转向目标值、油门目标值、制动目标值，以及接收传感器采集的传感器数据并发送给车载上位控制器；
车载上位控制器，用于发送上位控制指令至主控制器，并通过传感器数据控制车辆的位置和速度；
上位通讯模块，用于车载上位控制器与主控制器之间的数据交互；
驱动通讯模块，用于主控制器与转向驱动器、油门驱动器、制动驱动器之间的数据交互；
转向驱动器，用于通过驱动通讯模块接收转向目标值，并根据转向目标值驱动转向电机完成方向盘转角控制；
油门驱动器，用于通过驱动通讯模块接收油门目标值，并根据油门目标值驱动油门电机完成油门踏板深度控制；
制动驱动器，用于通过驱动通讯模块接收制动目标值，并根据制动目标值驱动制动电机完成制动踏板深度控制。
2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶机器人控制系统，其特征在于，还包括：数字量输入输出模块，用于从主控制器接收制动气缸气源信息，并根据制动气缸气源信息控制按钮指示灯的状态。
3.根据权利要求2所述的一种自动驾驶机器人控制系统，其特征在于，所述制动气缸气源信息由控制系统中的制动气缸气源传感器采集。
4.根据权利要求2所述的一种自动驾驶机器人控制系统，其特征在于，当控制系统发现制动电机异常时，制动驱动器实时反馈异常警报信息给主控制器，数字量输入输出模块控制继电器电磁阀导通，紧急制动气缸伸出，控制制动踏板紧急制动。
5.根据权利要求1所述的一种自动驾驶机器人控制系统，其特征在于，还包括：模拟量输入输出模块，用于接收拉压力传感器以及压向压力传感器采集的踏板压力数据，并将压力数据发送给主控制器。
6.根据权利要求1所述的一种自动驾驶机器人控制系统，其特征在于，还包括：温度采集模块，用于接收热电阻传感器采集的控制系统温度数据，并将温度数据发送给主控制器。
7.根据权利要求1所述的一种自动驾驶机器人控制系统，其特征在于，还包括：模拟量输出模块，用于接收车载上位控制器经主控制器发送的控制打火指令，并将控制打火指令发送给步进电机，控制步进电机打火。
8.一种自动驾驶机器人控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
主控制器通过上位通讯模块接收上位控制指令，并根据上位控制指令生成转向目标值、油门目标值、制动目标值；
主控制器通过驱动通讯模块将转向目标值发送给转向驱动器，转向驱动器根据转向目标值驱动转向电机完成方向盘转角控制；
主控制器通过驱动通讯模块将油门目标值发送给油门驱动器，油门驱动器根据油门目标值驱动油门电机完成油门踏板深度控制；
主控制器通过驱动通讯模块将制动目标值发送给制动驱动器，制动驱动器根据制动目标值驱动制动电机完成制动踏板深度控制；
主控制器通过传感器采传感器数据，并通过上位通讯模块传输给车载上位控制器。
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