CN113393656A - 一种平地机无人驾驶系统 - Google Patents

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Abstract

本发明无人驾驶领域，公开了一种平地机无人驾驶系统。所述系统包括：MESH通讯系统、车载定位系统、基准定位系统、车载控制系统、手持控制系统和手持定位系统。所述MESH通讯系统基于MESH通讯技术，通过MESH网络与手持控制系统通讯；所述车载定位系统用于实现车辆定位和姿态识别；所述基准定位系统架设在工地现场，与车载定位系统通讯；所述车载控制系统是无人驾驶的控制系统，安装在驾驶室；采用上述方案可以在预先设定的路线下和反复路线下实现平地机无人驾驶，代替驾驶员完成工况恶劣、危险，长距离、大面积、反复性的施工驾驶工作，具有很高的安全性、可靠性和经济性。

Description

一种平地机无人驾驶系统
技术领域
本发明涉及无人驾驶领域，特别是一种预先设定的路线或者反复路线的平地机无人驾驶领域。
背景技术
随着现代科学技术的发展，不同学科之间相互交叉与渗透，几乎所有领域出现了技术革命与改造。控制技术的应用使得工程机械向高精度、高效率、高性能、高安全、智能化和自动化的方向发展。
平地机作为工程机械的重要组成部分，也在高速发展，部分国产矿用平地机，打破了国外设备的垄断，在全球的各大露天矿山上崭露头角。面对着矿山复杂恶劣危险的工况，对于矿用平地机提出很高的要求，不仅需要安全性高、动力强大、稳定可靠，还需无人化少人化驾驶。然而现阶段平地机还未实现无人化操作，需要驾驶员亲自操作，近年来随着汽车无人驾驶技术的发展，平地机无人驾驶的实现成为了可能，实现了零突破。
发明内容
为实现平地机无人驾驶，本发明公开了一种平地机无人驾驶系统，特别是一种预先设定的路线或者反复路线下的平地机无人驾驶系统。所述系统代替驾驶员在工况恶劣、危险的环境中工作，降低人员面对危险的可能性，具有很高的安全性。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明提供的技术方案如下：
一种平地机无人驾驶系统，所述系统包括：MESH通讯系统、车载定位系统、基准定位系统、车载控制系统、车身控制系统、手持控制系统和手持定位系统；
所述MESH通讯系统基于MESH通讯技术，通过MESH网络与手持控制系统通讯；
所述车载定位系统用于实现车辆定位和姿态识别；
所述基准定位系统架设在工地现场，与车载定位系统通讯；
所述车载控制系统是无人驾驶的控制系统，安装在驾驶室，通过串口A、B与车载定位系统连接，通过网线与MESH通讯系统连接，通过CANBus与车身控制系统连接；
所述车身控制系统用于控制变速箱改变车辆行驶方向；
所述手持控制系统通过MESH通讯系统与车载控制系统连接，用于路线数据和控制指令下发；
所述手持定位系统是路线数据采集终端，通过蓝牙和手持控制系统连接。
进一步的，所述MESH通讯系统包括MESH天线A、MESH天线B、车载通讯主机和车载通讯卡；MESH天线A、MESH天线B按照左右顺序安装在平地机驾驶室上方，通过线束与车载通讯主机连接；车载通讯主机安装在平地机驾驶室，通过POE网线与车载通讯卡连接，再通过网线与车载控制系统连接。
进一步的，所述车载控制系统包括定向天线、定位天线A、电台天线A和车载定位主机；定向天线和定位天线A按照前后顺序安装在平地机机架上，电台天线A安装在平地机驾驶室上方，三个天线通过线束与车载定位主机连接；车载定位主机安装在驾驶室内，通过串口A、B与车载控制系统连接；所述车载定位系统通过电台天线A与基准定位系统通讯。
进一步的，所述基准定位系统架设在工地现场，包括定位天线B、电台天线B和基准定位主机，两个天线和基准定位主机通过线束连接；所述基准定位系统通过电台天线B与车载定位系统通讯。
进一步的，所述车载控制系统包括车载平板电脑。
进一步的，所述手持控制系统包括手持平板电脑。
进一步的，所述手持定位系统包括定位天线C和手持定位主机，所述定位天线C和手持定位主机通过线束连接。
进一步的，所述车身控制系统配有雷达监测系统。
本发明还提供一种平地机无人驾驶方法，包括如下步骤：
路线数据采集：将手持定位系统放置在平地机上，人工驾驶平地机按照工作路线正常行驶，手持定位系统会实时定位，再通过电台天线与基准定位系统通讯，经过计算消除固有误差后得到精确定位，再通过蓝牙将路线数据传输给手持控制系统并存储；
路线数据传输：手持控制系统通过MESH网络将路线数据传输给车载控制系统，生成无人驾驶路线数据；手持控制系统通过MESH网络向车载控制系统下达无人驾驶指令并获得车辆运行状态反馈；
无人驾驶计算：车载定位系统实时定位，再通过电台天线与基准定位系统通讯，经过计算消除固有误差后得到精确定位，再通过串口A、B定位数据传输给车载控制系统，车载控制系统通过车身参数计算出车头中间位置，再对比无人驾驶路线数据，分析出路线误差数据，再结合无人驾驶指令方向计算出控制指令并通过CANBus将控制指令发送给车身控制系统；
车身控制系统通过控制指令，控制变速箱改变车辆行驶方向，驱动前轮转向油缸实现转向，提高发动机转速增加动力，最终调整车辆路线偏差。
本发明还提供一种平地机，所述平地机包括上述平地机无人驾驶系统。
本发明可以在预先设定的路线下和反复路线下实现平地机无人驾驶，代替驾驶员完成工况恶劣、危险，长距离、大面积、反复性的施工驾驶工作。具有很高的安全性、可靠性和经济性。
本发明的有益效果是：
第一、第一次在平地机上尝试无人驾驶，实现了平地机无人驾驶零突破；
第二、MESH网络组网方式采用逆向思维，热点装在车上，消除了信号盲区；
第三、路线数据灵活，既可以通过手持定位终端预先采集路线；也可以自学习记录已行驶路线，并不断校正；还可以直接接受规划的路线数据；
第四、代替驾驶员在工况恶劣、危险的环境中工作，降低人员面对危险的可能性，具有很高的安全性。
第五、代替驾驶员在长距离、大面积、反复性的工况中施工，减少犯错的可能性，具有很高的可靠性。
第六、减少人员使用量，长期以来具有很高的经济性。
附图说明
图1是本发明一种平地机无人驾驶系统原理图。
具体实施方式
实施例1
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
一种平地机无人驾驶系统，所述系统包括：MESH通讯系统、车载定位系统、基准定位系统、车载控制系统、车身控制系统、手持控制系统和手持定位系统。所述MESH通讯系统包括MESH天线A、MESH天线B、车载通讯主机和车载通讯卡。MESH天线A、MESH天线B按照左右顺序安装在平地机驾驶室上方，车载通讯主机和车载通讯卡安装在平地机驾驶室。所述车载定位系统包括定向天线、定位天线A、电台天线A和车载定位主机。定向天线和定位天线A按照前后顺序安装在平地机机架上，电台天线A安装在平地机驾驶室上方，车载定位主机安装在平地机驾驶室内。所述基准定位系统架设在工地现场，包括定位天线B、电台天线B和基准定位主机。所述车载控制系统包括一台车载平板电脑，安装在驾驶室。所述手持控制系统包括一台手持平板电脑。所述手持定位系统包括定位天线C和手持定位主机。
MESH天线A、MESH天线B按照左右顺序安装在平地机驾驶室上方，通过线束与车载通讯主机连接。车载通讯主机安装在平地机驾驶室，通过POE网线与车载通讯卡连接，再通过网线与车载控制系统连接。MESH通讯系统通过MESH网络与手持控制系统通讯。
所述车载定位系统包括定向天线、定位天线A、电台天线A和车载定位主机。定向天线和定位天线A按照前后顺序安装在平地机机架上，电台天线A安装在平地机驾驶室上方，三个天线通过线束与车载定位主机连接。车载定位主机安装在驾驶室内，通过串口A、B与车载控制系统连接。车载定位系统通过电台天线A与基准定位系统通讯。用于实现车辆厘米级定位和姿态识别，具体实现方式如下：车载定位系统实时定位，再通过电台天线与基准定位系统通讯，经过计算消除固有误差后得到精确定位，再通过串口A、B定位数据传输给车载控制系统，车载控制系统通过车身参数计算出车头中间位置，再对比无人驾驶路线数据，分析出路线误差数据，再结合无人驾驶指令方向计算出控制指令并通过CANBus将控制指令发送给车身控制系统；
车身控制系统通过控制指令，控制变速箱改变车辆行驶方向，驱动前轮转向油缸实现转向，提高发动机转速增加动力，最终调整车辆路线偏差。
当车辆定位数据出现异常时，车辆回返回空挡，同时会有报警提示，直至信号数据正常；
车身控制系统配有雷达监测系统，当检测到异常障碍物时，车辆回返回空挡并刹车，直至障碍物消失，同时会有报警提示；
所述基准定位系统用于实现基准定位，所述基准定位系统架设在工地现场，包括定位天线B、电台天线B和基准定位主机，两个天线和基准定位主机通过线束连接。基准定位系统通过电台天线B与车载定位系统通讯。
所述车载控制系统是无人驾驶的控制系统，包括一台车载平板电脑，安装在驾驶室，通过串口A、B与车载定位系统连接，通过网线与MESH通讯系统连接，通过CANBus与车身控制系统连接。
所述手持控制系统是路线数据和控制指令下发系统，包括一台手持平板电脑，通过MESH通讯系统与车载控制系统连接，通过蓝牙与手持定位系统连接。
所述手持定位系统是路线数据采集终端，包括定位天线C和手持定位主机，通过线束连接，手持定位系统通过蓝牙和手持控制系统连接。
本发明可以在预先设定的路线下和反复路线下实现平地机无人驾驶，代替驾驶员完成工况恶劣、危险，长距离、大面积、反复性的施工驾驶工作。具有很高的安全性、可靠性和经济性。
一种平地机无人驾驶方法，包括如下步骤：
路线数据采集：将手持定位系统放置在平地机上，人工驾驶平地机按照工作路线正常行驶，手持定位系统会实时定位，再通过电台天线与基准定位系统通讯，经过计算消除固有误差后得到精确定位，再通过蓝牙将路线数据传输给手持控制系统并存储；
路线数据传输：手持控制系统通过MESH网络将路线数据传输给车载控制系统，生成无人驾驶路线数据；手持控制系统通过MESH网络向车载控制系统下达无人驾驶指令并获得车辆运行状态反馈；
无人驾驶计算：车载定位系统实时定位，再通过电台天线与基准定位系统通讯，经过计算消除固有误差后得到精确定位，再通过串口A、B定位数据传输给车载控制系统，车载控制系统通过车身参数计算出车头中间位置，再对比无人驾驶路线数据，分析出路线误差数据，再结合无人驾驶指令方向计算出控制指令并通过CANBus将控制指令发送给车身控制系统；
车身控制系统通过控制指令，控制变速箱改变车辆行驶方向，驱动前轮转向油缸实现转向，提高发动机转速增加动力，最终调整车辆路线偏差。
图1是本发明一种平地机无人驾驶系统原理图；
图1中MESH天线A、MESH天线B、车载通讯主机和车载通讯卡属于MESH通讯系统，MESH天线A、MESH天线B安装在平地机驾驶室上方，通过线束与车载通讯主机连接。车载通讯主机安装在平地机驾驶室，通过POE网线与车载通讯卡连接，再通过网线与车载平板电脑连接。
图1中定向天线、定位天线A、电台天线A和车载定位主机属于车载定位系统，定向天线和定位天线A按照前后顺序安装在平地机机架上，电台天线A安装在平地机驾驶室上方，三个天线通过线束与车载定位主机连接。车载定位主机安装在驾驶室内，通过串口A、B与车载平板电脑连接。车载定位系统通过电台天线A与基准定位系统通讯。
图1中定位天线B、电台天线B和基准定位主机属于基准定位系统，架设在工地现场，定位天线B、电台天线B和基准定位主机通过线束连接。基准定位系统通过电台天线B和车载定位系统通讯。
图1中车载平板电脑属于车载控制系统，是无人驾驶的控制系统，安装在驾驶室，通过串口A、B与车载定位主机连接，通过网线与车载通讯主机连接，通过CANBus与车身控制系统连接。
图1中手持平板电脑属于手持控制系统，是路线数据和控制指令下发系统，通过MESH与车载控制系统连接，通过蓝牙与手持定位系统连接。
图1中定位天线C和手持定位主机属于手持定位系统，是路线数据采集终端，定位天线C通过线束与手持定位主机连接，手持定位主机和手持平板电脑通过蓝牙连接。

Claims (10)

1.一种平地机无人驾驶系统，其特征在于，所述系统包括：MESH通讯系统、车载定位系统、基准定位系统、车载控制系统、车身控制系统、手持控制系统和手持定位系统；
所述MESH通讯系统通过MESH网络与手持控制系统通讯；
所述车载定位系统用于实现车辆定位和姿态识别；
所述基准定位系统架设在工地现场，与车载定位系统通讯；
所述车载控制系统是无人驾驶的控制系统，安装在驾驶室，通过串口A、B与车载定位系统连接，通过网线与MESH通讯系统连接，通过CANBus与车身控制系统连接；
所述车身控制系统用于控制变速箱改变车辆行驶方向；
所述手持控制系统通过MESH通讯系统与车载控制系统连接，用于路线数据和控制指令下发；
所述手持定位系统是路线数据采集终端，通过蓝牙和手持控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的平地机无人驾驶系统，其特征在于，所述MESH通讯系统包括MESH天线A、MESH天线B、车载通讯主机和车载通讯卡；MESH天线A、MESH天线B按照左右顺序安装在平地机驾驶室上方，通过线束与车载通讯主机连接；车载通讯主机安装在平地机驾驶室，通过POE网线与车载通讯卡连接，再通过网线与车载控制系统连接。
3.根据权利要求1所述的平地机无人驾驶系统，其特征在于，所述车载定位系统包括定向天线、定位天线A、电台天线A和车载定位主机；定向天线和定位天线A按照前后顺序安装在平地机机架上，电台天线A安装在平地机驾驶室上方，三个天线通过线束与车载定位主机连接；车载定位主机安装在驾驶室内，通过串口A、B与车载控制系统连接；所述车载定位系统通过电台天线A与基准定位系统通讯。
4.根据权利要求1所述的平地机无人驾驶系统，其特征在于，所述基准定位系统架设在工地现场，包括定位天线B、电台天线B和基准定位主机，两个天线和基准定位主机通过线束连接；所述基准定位系统通过电台天线B与车载定位系统通讯。
5.根据权利要求1所述的平地机无人驾驶系统，其特征在于，所述车载控制系统包括车载平板电脑。
6.根据权利要求1所述的平地机无人驾驶系统，其特征在于，所述手持控制系统包括手持平板电脑。
7.根据权利要求1所述的平地机无人驾驶系统，其特征在于，所述手持定位系统包括定位天线C和手持定位主机，所述定位天线C和手持定位主机通过线束连接。
8.根据权利要求1所述的平地机无人驾驶系统，其特征在于，所述车身控制系统配有雷达监测系统。
9.根据权利要求1～8任一项所述的平地机无人驾驶方法，其特征在于，包括如下步骤：
路线数据采集：将手持定位系统放置在平地机上，人工驾驶平地机按照工作路线正常行驶，手持定位系统会实时定位，再通过电台天线与基准定位系统通讯，经过计算消除固有误差后得到精确定位，再通过蓝牙将路线数据传输给手持控制系统并存储；
路线数据传输：手持控制系统通过MESH网络将路线数据传输给车载控制系统，生成无人驾驶路线数据；手持控制系统通过MESH网络向车载控制系统下达无人驾驶指令并获得车辆运行状态反馈；
无人驾驶计算：车载定位系统实时定位，再通过电台天线与基准定位系统通讯，经过计算消除固有误差后得到精确定位，再通过串口A、B定位数据传输给车载控制系统，车载控制系统通过车身参数计算出车头中间位置，再对比无人驾驶路线数据，分析出路线误差数据，再结合无人驾驶指令方向计算出控制指令并通过CANBus将控制指令发送给车身控制系统；
车身控制系统通过控制指令，控制变速箱改变车辆行驶方向，驱动前轮转向油缸实现转向，提高发动机转速增加动力，最终调整车辆路线偏差。
10.一种平地机，其特征在于，所述平地机包括权利要求1～8任一项所述的平地机无人驾驶系统。
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