CN112684784A - 一种低速无人驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低速无人驾驶系统，包括：无人驾驶装置，无人驾驶装置包括：多线激光雷达，设置于车辆的顶部；单线激光雷达，设置于车辆的前端；两个差分GPS天线，设置于车辆的顶部；两个4G天线，设置于车辆的顶部；云台变焦摄像头，设置于车辆的顶部；4个定焦摄像头，分别设置于车辆的前端、两侧、后端；多个超声波雷达，分别设置于车辆的前端、两侧、后端；姿态传感器，设置于车辆的内部；决策控制单元，设置于车辆的内部；车辆控制单元，设置于车辆的内部。本发明通过多种传感器融合的方式，实现自主路径规划、红绿灯检测、障碍物识别、自动避障、自动紧急停车等无人驾驶功能，并且可以结合清扫装置，实现自动清扫功能。

Description

一种低速无人驾驶系统

技术领域

本发明涉及无人驾驶领域，特别涉及一种低速无人驾驶系统。

背景技术

随着科技革命的深入推进，无人驾驶技术在人工智能和汽车行业的飞速发展下日渐成熟。低速无人驾驶作为无人驾驶技术的一个细分方向，主要应用于园区或者半封闭的园区，由于速度低、成本低、安全性高、技术成熟，相对于Robotaxi、干线运输等场景更容易落地。目前围绕低速无人驾驶场景的产品主要有无人驾驶清扫车、无人驾驶物流配送车、无人驾驶巡逻车等。研发一种适用于特定场景内的低速无人驾驶系统对于限定场景的低速无人驾驶车辆产品的落地与发展至关重要。

无人驾驶清扫车是低速无人驾驶场景中比较容易落地且具有很大应用空间的一个场景。随着人口老龄化问题的日益严重，清洁行业智能化和无人化必然成为趋势。当前阶段，国内外无人驾驶清扫车正重构整个清洁行业，未来五年内，预计将有数百万无人驾驶清扫车在清洁行业常态化运营，服务于千亿美元的清洁市场。因而研究与开发可以适用于无人驾驶清扫车的低速无人驾驶系统意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种低速无人驾驶系统，通过多传感器融合的方式，实现自主路径规划、红绿灯检测、障碍物识别、自动避障、自动紧急停车等无人驾驶功能，并且可以结合清扫装置，实现行驶过程中对路面自动清扫，实现清洁行业智能化和无人化。

为实现上述目的，本发明提供一种低速无人驾驶系统，包括无人驾驶装置，所述无人驾驶装置包括：

多线激光雷达，设置于车辆的顶部，对车辆周围360°的环境进行感知、障碍物识别以及定位；

单线激光雷达，设置于车辆的前端，对车辆正前方单线激光雷达所在平面的环境进行感知、障碍物检测；

两个差分GPS天线，均设置于车辆的顶部，确定车辆的位置信息及车辆的姿态信息；

两个4G天线，均设置于车辆的顶部，用于4G信号的接收与发送；

云台变焦摄像头，设置于车辆的顶部，用于红绿灯的检测及识别；

4个定焦摄像头，分别设置于车辆的前端、两侧、后端，对车辆周围的环境进行监测，并将监测到的图像信息通过所述4G天线传输到服务器端；

多个超声波雷达，分别设置于车辆的前端、两侧、后端，用于探测车辆周围近距离内的障碍物信息；

姿态传感器，设置于车辆的内部，用于检测车辆的速度、加速度及姿态信息；

决策控制单元，设置于车辆的内部，融合及运算所述的多线激光雷达、单线激光雷达、差分GPS天线、云台变焦摄像头、定焦摄像头、超声波雷达、姿态传感器所检测到的数据，进行车辆行驶路径规划；

车辆控制单元，设置于车辆的内部，根据决策控制单元规划的行驶路径控制车辆的横纵向行驶。

优选的，所述低速无人驾驶系统包括遥控装置，所述遥控装置包括：

遥控手柄，为手持式遥控器，用于通过遥控的方式实现对车辆横纵向控制；

手柄接收机，设置于车辆的内部，用于接收遥控手柄的指令并传递给所述车辆控制单元进而实现对车辆的横纵向控制。

优选的，所述低速无人驾驶系统包括清扫装置，所述清扫装置包括：

至少两组边刷、边刷电机、边刷直线电机，分别设置于所述车辆底部的两侧，所述边刷的旋转运动由所述边刷电机驱动，所述边刷的升降运动由所述边刷直线电机驱动，用于清扫时将车辆两侧的垃圾收集至车辆底部中央；

滚刷、滚刷电机及滚刷直线电机，设置于所述车辆底部的中央，所述滚刷的旋转运动由所述滚刷电机驱动，所述滚刷的升降运动由所述滚刷直线电机驱动，用于将车辆底部的垃圾清扫至所述垃圾收集箱内；

垃圾收集箱，设置于所述车辆的后端，用于收集所述滚刷清扫的垃圾；

风机，设置于所述车辆的内部，用于将垃圾抽吸至所述垃圾收集箱内；

滤芯，设置于所述车辆的内部，用于过滤所述风机吸入的灰尘，并将灰尘存储至所述垃圾收集箱内；

振尘电机，设置于所述车辆的后端，用于带动所述滤芯旋转，去除粘附在所述滤芯上的灰尘。

优选的，所述无人驾驶系统包括包括辅助装置，所述辅助装置包括：

急停按钮，设置于所述车辆的顶部，用于紧急情况下控制所述车辆紧急制动；

两个行驶灯，分别设置于车辆前端左右两侧，用于日行提示及转向提示；

两个尾灯，分别设置于车辆后端左右两侧，用于制动、倒车及转向提示；

两个转向灯，分别设置于车辆两侧，用于转向提示；

触碰开关，设置于车辆前端，用于车辆发生碰撞时触发车辆紧急停车；

电量显示器，设置于车辆的后端，用于显示车辆的剩余电量及电池电压；

充电口，设置于所述车辆的后端，用于给所述车辆充电。

本发明提供的低速无人驾驶系统，通过多种传感器融合的方式，实现自主路径规划、红绿灯检测、障碍物识别、自动避障、自动紧急停车等无人驾驶功能；可以通过结合遥控装置，可以实现对车辆的遥控行驶及紧急情况下的遥控接管；可以通过结合清扫装置，实现行驶过程中对路面自动清扫，实现清洁行业智能化和无人化；可以通过结合辅助装置，提高车辆行驶的安全性并为车辆补充电能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他附图，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的低速无人驾驶系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的低速无人驾驶系统的无人驾驶装置结构框图；

图3为本发明实施例提供的低速无人驾驶系统的结构示意图1；

图4为本发明实施例提供的低速无人驾驶系统的结构示意图2；

图5为本发明实施例提供的低速无人驾驶系统的结构示意图3；

图6为本发明实施例提供的低速无人驾驶系统的结构示意图4；

图7为本发明实施例提供的低速无人驾驶系统的局部透视图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的低速无人驾驶系统，通过多种传感器融合的方式，实现自主路径规划、红绿灯检测、障碍物识别、自动避障、自动紧急停车等无人驾驶功能；可以通过结合遥控装置，可以实现对车辆的遥控行驶及紧急情况下的遥控接管；可以通过结合清扫装置，实现行驶过程中对路面自动清扫，实现清洁行业智能化和无人化；可以通过结合辅助装置，提高车辆行驶的安全性并为车辆补充电能。同时，所述低速无人驾驶系统也可以用于其它无人驾驶车辆。

图1为本发明实施例提供的低速无人驾驶系统的结构框图，所述低速无人驾驶系统包括无人驾驶装置1，无人驾驶装置1通过感知车辆周围环境及自身位置信息，实现车辆无人驾驶决策规划运算以及车辆横纵向控制，从而实现自主路径规划、红绿灯检测、障碍物识别、自动避障、自动紧急停车等无人驾驶功能。图2为本发明实施例提供的低速无人驾驶系统的无人驾驶装置1结构框图，图3-图6为本发明实施例提供的低速无人驾驶系统的结构示意图，图7为本发明实施例提供的低速无人驾驶系统的局部透视图，结合图1至图7所示，所述无人驾驶装置1包括：多线激光雷达101、单线激光雷达102、差分GPS天线103、4G天线104、云台变焦摄像头105、定焦摄像头106、超声波雷达107、姿态传感器108、决策控制单元109和车辆控制单元110。

多线激光雷达101，设置于车辆的顶部中央，对车辆周围360°的环境进行感知、障碍物识别以及定位，为车辆定位、导航、避障提供有效的信息。具体地，本实施例所用多线激光雷达101为16线激光雷达，所述多线激光雷达101安装在一个具有一定高度的支架上，从而避免车辆表面挡住所述多线激光雷达101的激光线束。

单线激光雷达102，设置于车辆的前端，对车辆正前方的环境进行感知、障碍物检测。具体地，所述单线激光雷达12安装在距离地面一定高度的位置，且内嵌在车辆前端表面的凹槽上(如图3，图7所示)，用于对所述单线激光雷达102起到一定的保护作用。

两个差分GPS天线103，均设置于车辆的顶部，用于确定车辆的位置信息及车辆的姿态信息。两个差分GPS天线103可以沿车身方向横向排列或者纵向排列，为了保证所确定的车辆的位置信息及车辆的姿态信息的准确性，两个差分GPS天线103之间的中心距应大于0.5m。

两个4G天线104，均设置于车辆的顶部，用于4G信号的接收与发送。

云台变焦摄像头105，设置于车辆的顶部，用于红绿灯的检测及识别。所述云台变焦摄像头105支持水平方向和竖直方向的旋转运动，且具备变焦功能。

4个定焦摄像头106，分别设置于车辆的前端、两侧、后端，用于对车辆周围的环境进行监测，并将监测到的图像信息通过所述4G天线104传输到服务器端。

多个超声波雷达107，分别设置于车辆的前端、两侧、后端，用于探测车辆周围近距离内的障碍物信息。具体地，本实施例使用10个超声波雷达107，其布置情况为：车辆前端、后端分别设置2个，车辆两侧均分别设置3个。

姿态传感器108，设置于车辆的内部(如图7所示)，用于检测车辆的速度、加速度及姿态信息。

决策控制单元109，设置于车辆的内部(如图7所示)。如图2所示，决策控制单元109融合及运算所述的多线激光雷达、单线激光雷达、差分GPS天线、云台变焦摄像头、定焦摄像头、超声波雷达、姿态传感器所检测到的数据，从而进行车辆行驶路径规划，并将相应的指令下发给车辆控制单元110。

车辆控制单元110，设置于车辆的内部(如图7所示)，根据决策控制单元109所规划行驶路径控制车辆的横纵向行驶。

该无人驾驶装置1通过多传感器融合的方式，检测车辆周围环境信息以及车辆自身位置及姿态信息，并通过决策控制单元、车辆控制单元对车辆进行横纵向控制，该无人驾驶装置简单、可靠、通用性强。该装置可以应用于清扫车的无人驾驶，还可以用于其它类似车辆的无人驾驶，例如无人驾驶物流车、无人驾驶洗地机、无人驾驶巡逻车等等。

此外，本发明实施例提供的低速无人驾驶系统包括遥控装置2，所述遥控装置2包括：遥控手柄201(图中未示出)和手柄接收机202(如图7所示)。

遥控手柄201，为手持式遥控器，用于通过遥控的方式实现对车辆横纵向控制，在无人驾驶功能失效或者未开启时，可以接管对所述车辆的控制。所述遥控手柄201上设置有急停按钮，用于紧急情况下控制所述车辆紧急制动。

手柄接收机202，设置于车辆的内部，用于接收遥控手柄201的指令并将指令传递给所述车辆控制单元110，车辆控制单元110根据遥控手柄201的指令实现对车辆横纵向控制。

此外，本发明实施例提供的低速无人驾驶系统包括清扫装置3，所述清扫装置3包括：至少两组边刷301、边刷电机(图中未示出)、边刷直线电机(图中未示出)，滚刷302、滚刷电机(图中未示出)及滚刷直线电机(图中未示出)，垃圾收集箱303，风机304，滤芯305，振尘电机306。

两组边刷301、边刷电机、边刷直线电机，分别设置于所述车辆底部的左右两侧，所述边刷301的旋转运动由所述边刷电机驱动，所述边刷301的升降运动由所述边刷直线电机驱动，用于清扫时将车辆两侧的垃圾收集至车辆底部中央。在清扫时，所述边刷直线电机将所述边刷301底面降到与地面齐平的高度，然后，所述边刷电机带动所述边刷301旋转运动，两组边刷301的旋转方向相反，其中左侧边刷301顺时针方向转动，右侧边刷301逆时针方向转动。

滚刷302、滚刷电机及滚刷直线电机，设置于所述车辆底部的中央，所述滚刷的旋转运动由所述滚刷电机驱动，所述滚刷的升降运动由所述滚刷直线电机驱动，用于将车辆底部的垃圾旋转至所述垃圾收集箱内。在清扫时，所述滚刷直线电机将所述滚刷302底面降到与地面齐平的高度，然后，所述滚刷电机带动所述滚刷302旋转运动。

垃圾收集箱303，设置于所述车辆的后端，收集所述滚刷302清扫的垃圾。所述垃圾收集箱303为可拆卸式，当需要清理垃圾收集箱303内的垃圾时，可以抽出垃圾收集箱303将垃圾倒出。

风机304，设置于所述车辆的内部，用于将垃圾抽吸至所述垃圾收集箱303内。

滤芯305，设置于所述车辆的内部，用于过滤所述风机303吸入的灰尘，并将灰尘存储至垃圾收集箱303内。

振尘电机306，设置于所述车辆的后端，用于带动所述滤芯305旋转，去除粘附在所述滤芯305上的灰尘。

为进一步提高车辆在无人驾驶过程中的安全性及使用的方便性，本实施例提供的低速无人驾驶系统还包括辅助装置4，辅助装置4包括：急停按钮401，两个行驶灯402，两个尾灯403，两个转向灯404，智能保险杠405，电量显示器406，充电口407。

急停按钮401，设置于所述车辆的顶部，用于紧急情况下控制所述车辆紧急制动，提高车辆在无人驾驶过程中的安全性。

行驶灯402，分别设置于车辆前端左右两侧，用于日行提示及转向提示。当车辆行驶时，行驶灯402会自动开启日间行车模式，当车辆转向时，对应侧的行驶灯402会自动开启转向模式。

尾灯403，分别设置于车辆后端左右两侧，用于制动、倒车、转向提示。所述尾灯403为组合灯，当车辆制动、减速时，尾灯403开启制动灯泡，当车辆倒车时，尾灯403开启倒车灯泡，当车辆转向时，尾灯403开启对应的转向灯泡。

转向灯404，分别设置于车辆两侧，用于转向提示。当车辆左转向时，左转向灯404开启，当车辆右转向时，右转向灯404开启。

智能保险杠405，设置于车辆前端，用于车辆发生意外碰撞时触发车辆紧急停车。所述智能保险杠405为橡胶材料制成，在车辆发生意外碰撞时具有一定的缓冲作用。同时，所述智能保险杠405内置有传感器，在在车辆发生意外碰撞时能将碰撞信号发送给车辆控制单元110，从而控制车辆紧急停车。

电量显示器406，设置于所述车辆的后端，用于显示车辆的剩余电量及电池当前电压。

充电口407，设置于所述车辆的后端，用于给所述车辆充电。

在对本发明实施例提供的用于无人驾驶清扫车的低速无人驾驶系统了解的基础上，下面再次结合图1和图7所示，对无人驾驶清扫车的运行过程进行介绍。

无人驾驶过程中，无人驾驶装置1通过多传感器融合的方式，检测车辆周围环境信息以及车辆自身位置及姿态信息，并通过决策控制单元109规划车辆行驶轨迹并将对应的指令下发给车辆控制单元110，从而完成无人驾驶功能。具体的，多线激光雷达101负责感知车辆周围360°范围内的环境及障碍物信息，并通过激光点云匹配的方式获取车辆的位置信息；单线激光雷达102负责获取车辆前方激光雷达所对应高度平面的障碍物信息；两个差分GPS天线103负责检测车辆位置信息及车辆的姿态信息；两个4G天线104用于4G信号的传输，用于将车辆与服务器端的无线通信；云台变焦摄像头105识别和检测红绿灯信息；4个定焦摄像头106监测车辆周围的环境；多个超声波雷达107探测车辆四周近距离内的障碍物信息；姿态传感器108检测车辆的速度、加速度及姿态信息；决策控制单元109融合及运算所述的多线激光雷达101、单线激光雷达102、差分GPS天线103、4G天线104、云台变焦摄像头105、定焦摄像头106、超声波雷达107、姿态传感器108所检测到的数据，从而进行车辆行驶路径规划、动作行为规划；车辆控制单元110根据决策控制单元109的指令控制车辆行驶。

另外，通过遥控装置2也可以完成对车辆的行驶控制。具体的，遥控手柄201负责产生车辆控制指令，如转向角度、行驶速度等；手柄接收机202负责接收遥控手柄201产生的指令，并将对应的指令发送给车辆控制单元110，从而控制车辆行驶。通过遥控装置2所产生的指令优先级高于无人驾驶装置1所产生的指令，具体的，如果车辆目前处于无人驾驶装置1的控制进行无人驾驶时，如果操作遥控装置2中的遥控手柄201，车辆将接入到遥控装置2的控制中。

同时，在车辆行驶过程中，清扫装置3可以完成对路面的清扫和吸尘。具体的，边刷电机、边刷直线电机控制边刷301将车辆两侧的垃圾收集至车辆底部中央，滚刷电机及滚刷直线电机控制滚刷302将边刷301收集的垃圾清扫到垃圾收集箱303；垃圾收集箱303收集所述滚刷302清扫的垃圾；风机304进一步将垃圾抽吸至所述垃圾收集箱303内；滤芯305过滤所述风机303吸入的灰尘，并进一步将灰尘存储至垃圾收集箱303内；振尘电机306带动所述滤芯305旋转，去除粘附在所述滤芯305上的灰尘，保持滤芯305的透气性。

进一步的，辅助装置4提高车辆在无人驾驶过程中的安全性及使用的方便性。急停按钮401用于紧急情况下控制所述车辆紧急制动，提高车辆在无人驾驶过程中的安全性；行驶灯402用于日行提示及转向提示；尾灯403用于制动、倒车、转向提示；转向灯404用于转向提示；智能保险杠405用于车辆发生意外碰撞时触发车辆紧急停车；电量显示器406用于显示车辆的剩余电量及电池当前电压；充电口407，设置于所述车辆的后端，用于给所述车辆充电。

本发明实施例提供的低速无人驾驶系统可以用于园区、学校、大型商场等限定场景，并完成对上述场景内道路的自动清扫，降低环卫作业人力成本，实现清洁行业智能化和无人化。

Claims (4)

1.一种低速无人驾驶系统，其特征在于，所述低速无人驾驶系统包括无人驾驶装置，所述无人驾驶装置包括：

多线激光雷达，设置于车辆的顶部，对车辆周围360°的环境进行感知、障碍物识别以及定位；

单线激光雷达，设置于车辆的前端，对车辆正前方单线激光雷达所在平面的环境进行感知、障碍物检测；

两个差分GPS天线，均设置于车辆的顶部，确定车辆的位置信息及车辆的姿态信息；

两个4G天线，均设置于车辆的顶部，用于4G信号的接收与发送；

云台变焦摄像头，设置于车辆的顶部，用于红绿灯的检测及识别；

4个定焦摄像头，分别设置于车辆的前端、两侧、后端，对车辆周围的环境进行监测，并将监测到的图像信息通过所述4G天线传输到服务器端；

多个超声波雷达，分别设置于车辆的前端、两侧、后端，探测车辆周围近距离内的障碍物信息；

姿态传感器，设置于车辆的内部，检测车辆的速度、加速度及姿态信息；

决策控制单元，设置于车辆的内部，融合及运算所述的多线激光雷达、单线激光雷达、差分GPS天线、云台变焦摄像头、定焦摄像头、超声波雷达、姿态传感器所检测到的数据，进行车辆行驶路径规划；

车辆控制单元，设置于车辆的内部，根据所述行驶路径对车辆的进行横纵向控制。

2.根据权利要求1所述的低速无人驾驶系统，其特征在于，所述低速无人驾驶系统包括遥控装置，所述遥控装置包括：

遥控手柄，为手持式遥控器，用于通过遥控的方式实现对车辆横纵向控制；

手柄接收机，设置于所述车辆控制单元上，用于接收遥控手柄的指令并传递给所述车辆控制单元。

3.根据权利要求1所述的低速无人驾驶系统，其特征在于，所述低速无人驾驶系统包括清扫装置，所述清扫装置包括：

至少两组边刷、边刷电机、边刷直线电机，分别设置于所述车辆底部的两侧，所述边刷的旋转运动由所述边刷电机驱动，所述边刷的升降运动由所述边刷直线电机驱动，用于清扫时将车辆两侧的垃圾收集至车辆底部中央；

滚刷、滚刷电机及滚刷直线电机，设置于所述车辆底部的中央，所述滚刷的旋转运动由所述滚刷电机驱动，所述滚刷的升降运动由所述滚刷直线电机驱动，用于将车辆底部的垃圾清扫至所述垃圾收集箱内；

垃圾收集箱，设置于所述车辆的后端，收集所述滚刷清扫的垃圾；

风机，设置于所述车辆的内部，用于将垃圾抽吸至所述垃圾收集箱内；

滤芯，设置于所述车辆的内部，用于过滤所述风机吸入的灰尘，并将灰尘存储至垃圾收集箱内；

振尘电机，设置于所述车辆的后端，用于带动所述滤芯旋转，去除粘附在所述滤芯上的灰尘。

4.根据权利要求1所述的低速无人驾驶系统，其特征在于，所述低速无人驾驶系统包括辅助装置，所述辅助装置包括：

急停按钮，设置于所述车辆的顶部，用于紧急情况下控制所述车辆紧急制动；

两个行驶灯，分别设置于车辆前端左右两侧，用于日行提示及转向提示；

两个尾灯，分别设置于车辆后端左右两侧，用于制动、倒车及转向提示；

两个转向灯，分别设置于车辆两侧，用于转向提示；

触碰开关，设置于车辆前端，用于车辆发生碰撞时触发车辆紧急停车；

电量显示器，设置于所述车辆的后端，用于显示车辆的剩余电量及电池电压；

充电口，设置于所述车辆的后端，用于给所述车辆充电。

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