CN112947236A - 一种矿用无人驾驶电机车的智能控制装置、方法及电机车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无人驾驶领域，具体的是一种矿用无人驾驶电机车的智能控制装置、方法及电机车，智能控制装置包括初始化模块、激光雷达传感器、智能控制器和驾驶控制引擎，在使用时，使用激光雷达传感器以10Hz左右的速度对周围环境进行旋转扫描，获取当前位置的点云图，使用异常检测模块检测周围的异常，若无异常，启动驾驶控制引擎，执行远程驾驶控制指令，启动的同一时刻执行智能控制器，进行轨道检测、障碍物检测和电池能量检测，根据检测出的轨道路线参数、前方有无障碍物和剩余电量参数，采用模糊增强学习控制策略，得到控制器输出，以便控制电机车行车速度、路线，提高了智能化效果。

Description

一种矿用无人驾驶电机车的智能控制装置、方法及电机车
技术领域
本发明涉及无人驾驶领域，具体的是一种矿用无人驾驶电机车的智能控制装置、方法及电机车。
背景技术
我国是能源消耗大国，矿产资源丰富，煤炭在我国能源消费结构中占比70％左右，大部分煤炭资源煤层埋藏深，构造复杂，露天开采的煤炭资源仅占约6％，90％以上的煤层需要采用煤炭机械进行地下开采，矿山设备市场需求前景辽阔。
煤矿井下无人驾驶电机车是近年来业界讨论的新兴领域，煤矿井下空气湿度大，空气中浮游杂质含量高，腐蚀性气体含量较高，环境较为恶劣。如何提高运输效率，保证运输安全，改善井下运输管理状况等难题一直困扰煤矿生产企业，若是不使用人力资源就可以对井下煤矿进行开采，将是一件利国利民的事情，无人驾驶将使煤矿井下自动化程度大大提高，运输能力得到更大发挥，也给矿山运输过程中杜绝人员伤亡事故提供了可靠保证。不仅填补了中国井下矿用无人驾驶电机车的空白，也将对世界矿用电机车的发展产生影响。因此，如何对无人驾驶的设备中进行智能化改进成为亟需解决的问题。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种矿用无人驾驶电机车的智能控制装置、方法及电机车。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种矿用无人驾驶电机车的智能控制装置，包括初始化模块，所述初始化模块连接有智能控制器、驾驶控制引擎和激光雷达传感器；
所述初始化模块，用于根据电机车的位置信息和自检信息、云端确认信息以及车内终端确认信息确认电机车进入无人驾驶模式；
所述激光雷达传感器，使用激光进行探测和测距，用于建立起周围环境的三维地图，激光雷达以10Hz的速度对周围环境进行旋转扫描，其扫描一次的结果为密集的点构成三维图，称为点云图；
所述智能控制器，使用控制器进行轨道检测、障碍物检测和电池能量检测，根据检测出的轨道路线参数、前方有无障碍物和剩余电量参数，采用模糊增强学习控制策略，得到控制器输出，以便控制电机车行车速度、路线，若是电量不足，则进行反馈；
所述驾驶控制引擎，用于在接到远程驾驶控制指令的前提下，执行远程驾驶控制指令。
进一步地，所述初始化模块包括定位监测单元，用于根据位置信息判断电机车是否位于预设的无人驾驶区域，若位于预设的无人驾驶区域，则判断电机车的自检信息是否正常，若正常，则上报至云端。
进一步地，所述激光雷达传感器包括计时器，用于根据10hz的同步时钟确定当前的时刻。
进一步地，所述点云图通过激光雷达传感器的内参，将像素坐标转化为雷达坐标，再通过外参将雷达坐标转化为世界坐标系，绘制于同一个世界坐标系中构成点云图。
进一步地，所述智能控制装置还包括制动模块，用于在激光雷达传感器接到远程驾驶控制指令满足周围无障碍物的情况下，制动矿用无人驾驶电机车。
进一步地，所述制动模块包括异常检测模块，用于检测电机车的驾驶情况，获取电机车的异常信息，然后根据电机车的异常信息进行相应的异常纠正操作。
进一步地，所述智能控制器基于一个单纯的误差信号，此误差信号由三项构成：误差的比例、误差的积分和误差的微分。
进一步地，所述驾驶控制引擎内安装有电源机构。
一种矿用无人驾驶电机车的智能控制方法，所述智能控制方法如下：
接收携带有时间标记的远程驾驶控制指令，时间标记是远程驾驶平台服务器向无人驾驶车辆发送远程驾驶控制指令的时刻；
使用激光雷达传感器以10Hz左右的速度对周围环境进行旋转扫描，获取当前位置的点云图，使用异常检测模块检测周围的异常，若无异常，启动驾驶控制引擎，执行远程驾驶控制指令；
启动的同一时刻执行智能控制器，进行轨道检测、障碍物检测和电池能量检测，根据检测出的轨道路线参数、前方有无障碍物和剩余电量参数，采用模糊增强学习控制策略，得到控制器输出，以便控制电机车行车速度、路线，若是电量不足，则进行反馈。
一种电机车，电机车为无人驾驶电机车，所述无人驾驶电机车具有如上所述的智能控制装置。
本发明的有益效果：
本发明的智能控制装置包括初始化模块、激光雷达传感器、智能控制器和驾驶控制引擎，在使用时，使用激光雷达传感器以10Hz左右的速度对周围环境进行旋转扫描，获取当前位置的点云图，使用异常检测模块检测周围的异常，若无异常，启动驾驶控制引擎，执行远程驾驶控制指令，启动的同一时刻执行智能控制器，进行轨道检测、障碍物检测和电池能量检测，根据检测出的轨道路线参数、前方有无障碍物和剩余电量参数，采用模糊增强学习控制策略，得到控制器输出，以便控制电机车行车速度、路线，提高了智能化效果。
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，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明智能控制装置各个模块示意图；
图2是本发明智能控制装置各个结构的流程示意图；
图3是本发明智能控制装置由电脑和服务器远程控制电机车的结构示意图；
图4是本发明智能控制装置电机车的结构示意图，附图标记1是激光雷达传感器，附图标记2是智能控制器。
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。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种矿用无人驾驶电机车的智能控制装置，如图1-4所示，包括初始化模块，初始化模块连接有智能控制器、驾驶控制引擎和激光雷达传感器，
初始化模块，用于根据电机车的位置信息和自检信息、云端确认信息以及车内终端确认信息确认电机车进入无人驾驶模式。
激光雷达传感器，使用激光进行探测和测距，用于建立起周围环境的三维地图，激光雷达以10Hz的速度对周围环境进行旋转扫描，其扫描一次的结果为密集的点构成三维图，称为点云图。点云图通过激光雷达传感器的内参，将像素坐标转化为雷达坐标，再通过外参将雷达坐标转化为世界坐标系，绘制于同一个世界坐标系中构成点云图。
智能控制器，使用控制器进行轨道检测、障碍物检测、电池能量检测，根据检测出的轨道路线参数、前方有无障碍物、剩余电量参数，采用模糊增强学习控制策略，得到控制器输出，以便控制电机车行车速度、路线，若是电量不足，则进行反馈。智能控制器基于一个单纯的误差信号，这个误差信号由三项构成：误差的比例、误差的积分和误差的微分。
驾驶控制引擎，用于在接到远程驾驶控制指令的前提下，执行远程驾驶控制指令，驾驶控制引擎内还安装有电源机构。
制动模块，用于在激光雷达传感器接到远程驾驶控制指令满足周围无障碍物的情况下，制动矿用无人驾驶电机车。制动模块包括异常检测模块，用于检测电机车的驾驶情况，获取电机车的异常信息，然后根据电机车的异常信息进行相应的异常纠正操作。
其中：初始化模块包括定位监测单元，用于根据位置信息判断电机车是否位于预设的无人驾驶区域，若位于预设的无人驾驶区域，则判断电机车的自检信息是否正常，若自检信息正常，则上报至云端；
激光雷达传感器包括计时器，用于根据10Hz的同步时钟确定当前的时刻。
一种可读存储介质，其存储有计算机程序，计算机程序在处理器上运行时执行上述的电机车无人驾驶方法，进行异常纠正操作。
一种矿用无人驾驶电机车的智能控制方法，包括以下步骤：
接收携带有时间标记的远程驾驶控制指令，时间标记是远程驾驶平台服务器向无人驾驶车辆发送远程驾驶控制指令的时刻；
使用激光雷达传感器以10Hz的速度对周围环境进行旋转扫描，获取当前位置的点云图，使用异常检测模块检测周围的异常，若无异常，启动驾驶控制引擎，执行远程驾驶控制指令；
启动的同一时刻执行智能控制器，进行轨道检测，障碍物检测，电池能量检测，根据检测出的轨道路线参数、剩余电量参数，前方有无障碍物，采用模糊增强学习控制策略，得到控制器输出，以便控制电机车行车速度，路线，若是电量不足，则进行反馈。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种矿用无人驾驶电机车的智能控制装置，其特征在于，包括初始化模块，所述初始化模块连接有智能控制器、驾驶控制引擎和激光雷达传感器；
所述初始化模块，用于根据电机车的位置信息和自检信息、云端确认信息以及车内终端确认信息确认电机车进入无人驾驶模式；
所述激光雷达传感器，使用激光进行探测和测距，用于建立起周围环境的三维地图，激光雷达以10Hz的速度对周围环境进行旋转扫描，其扫描一次的结果为密集的点构成三维图，称为点云图；
所述智能控制器，使用控制器进行轨道检测、障碍物检测和电池能量检测，根据检测出的轨道路线参数、前方有无障碍物和剩余电量参数，采用模糊增强学习控制策略，得到控制器输出，以便控制电机车行车速度、路线，若是电量不足，则进行反馈；
所述驾驶控制引擎，用于在接到远程驾驶控制指令的前提下，执行远程驾驶控制指令。
2.根据权利要求1所述的矿用无人驾驶电机车的智能控制装置，其特征在于，所述初始化模块包括定位监测单元，用于根据位置信息判断电机车是否位于预设的无人驾驶区域，若位于预设的无人驾驶区域，则判断电机车的自检信息是否正常，若正常，则上报至云端。
3.根据权利要求1所述的矿用无人驾驶电机车的智能控制装置，其特征在于，所述激光雷达传感器包括计时器，用于根据10hz的同步时钟确定当前的时刻。
4.根据权利要求1所述的矿用无人驾驶电机车的智能控制装置，其特征在于，所述点云图通过激光雷达传感器的内参，将像素坐标转化为雷达坐标，再通过外参将雷达坐标转化为世界坐标系，绘制于同一个世界坐标系中构成点云图。
5.根据权利要求1所述的矿用无人驾驶电机车的智能控制装置，其特征在于，所述智能控制装置还包括制动模块，用于在激光雷达传感器接到远程驾驶控制指令满足周围无障碍物的情况下，制动矿用无人驾驶电机车。
6.根据权利要求5所述的矿用无人驾驶电机车的智能控制装置，其特征在于，所述制动模块包括异常检测模块，用于检测电机车的驾驶情况，获取电机车的异常信息，然后根据电机车的异常信息进行相应的异常纠正操作。
7.根据权利要求1所述的矿用无人驾驶电机车的智能控制装置，其特征在于，所述智能控制器基于一个单纯的误差信号，此误差信号由三项构成：误差的比例、误差的积分和误差的微分。
8.根据权利要求1所述的矿用无人驾驶电机车的智能控制装置，其特征在于，所述驾驶控制引擎内安装有电源机构。
9.一种矿用无人驾驶电机车的智能控制方法，包括如权利要求1-8任一项所述的智能控制装置，其特征在于，所述智能控制方法如下：
接收携带有时间标记的远程驾驶控制指令，时间标记是远程驾驶平台服务器向无人驾驶车辆发送远程驾驶控制指令的时刻；
使用激光雷达传感器以10Hz左右的速度对周围环境进行旋转扫描，获取当前位置的点云图，使用异常检测模块检测周围的异常，若无异常，启动驾驶控制引擎，执行远程驾驶控制指令；
启动的同一时刻执行智能控制器，进行轨道检测、障碍物检测和电池能量检测，根据检测出的轨道路线参数、前方有无障碍物和剩余电量参数，采用模糊增强学习控制策略，得到控制器输出，以便控制电机车行车速度、路线，若是电量不足，则进行反馈。
10.一种电机车，电机车为无人驾驶电机车，其特征在于，所述无人驾驶电机车具有如权利要求1-8中任一项所述的智能控制装置。
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