CN213455499U - 一种磁钉自主导航系统及无人驾驶清扫车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种磁钉自主导航系统及无人驾驶清扫车，属于自主导航技术领域，磁钉自主导航系统包括磁钉、磁导航传感器、驱动器、控制器、超声传感器和角度传感器，通过磁钉和磁导航传感器之间的磁信号传递，实现导航清扫车在规划道路上进行清扫作业和无人驾驶清扫车，通过驱动器可驱动清扫车的转向组件转向，并使清扫车的行进方向在规划道路上，通过超声传感器可实现对清扫车的避障，通过角度传感器可对清扫车进行实时纠偏，无人驾驶清扫车包括车体和上述磁钉自主导航系统。本实用新型提供的一种磁钉自主导航系统及无人驾驶清扫车，具有可实现无人驾驶清扫车，对清扫车的自主导航成本低，导航准确，可避障和实时纠偏的技术效果。

Description

一种磁钉自主导航系统及无人驾驶清扫车

技术领域

本实用新型属于自主导航技术领域，更具体地说，是涉及一种磁钉自主导航系统及无人驾驶清扫车。

背景技术

在人力成本高涨的背景下，机器代替人正在成为一种必然趋势，如对于道路清扫的清扫车，现有技术中都是通过人工驾驶清扫车进行清扫作业，清扫车也正在逐步向无人驾驶转型，无人驾驶清扫车可帮助企业提升产能，降低成本。无论是室内还是室外，或是在复杂的工况下，无人驾驶清扫车都能自如运转，每天可节约人力，可提高清扫效率。现有技术中的无人驾驶清扫车，一般安装的是传统的GPS导航，其安装成本较高，因此，急需一种在现有的清扫车上进行改造，成本较低，又可达到精确导航清扫车进行清扫作业的导航系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种磁钉自主导航系统及无人驾驶清扫车，旨在解决有人驾驶清扫车人工成本高，无人驾驶清扫车导航成本高的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种磁钉自主导航系统，包括磁钉、磁导航传感器、驱动器、控制器、超声传感器和角度传感器，磁钉为多个，均匀铺设在规划道路地面下，多个所述磁钉均用于发射磁信号；磁导航传感器安装在清扫车底盘处，用于接收多个所述磁钉发射的磁信号，清扫车借助所述磁导航传感器与多个所述磁钉之间信号传递在规划道路上沿多个所述磁钉的布置方向行进；驱动器安装在清扫车驾驶室底部，与清扫车转向组件连接，用于控制清扫车的行驶方向或转向；控制器安装在清扫车底盘处，用于接收并处理所述磁导航传感器的信号，并用于控制所述驱动器运行；超声传感器安装在清扫车的前档处，与所述控制器连接，用于控制清扫车在行进中避免接触障碍物；角度传感器安装在清扫车底盘处，可输出角度信号并与所述控制器连接，用于探测清扫车行进方向与规划道路方向之间的积累误差并进行实时对清扫车的行进方向纠偏。

作为本申请另一实施例，所述磁导航传感器通过将外界因素引起敏感元件磁性能变化，并转换成电信号和检测相应物理量，所述磁导航传感器上设有用于抵抗外界干扰的抗干扰组件。

作为本申请另一实施例，所述超声传感器用于通过超声波在同一介质中传播速度不变的原理，根据发射和接收的时间差，用于对清扫车避障。

作为本申请另一实施例，所述控制器上设有中央处理单元和编程控制组件，所述中央处理单元用于接收信号，所述编程控制组件用于编程，所述控制器用于调节驱动所述驱动器。

作为本申请另一实施例，所述角度传感器探测清扫车的行进方向后并可向所述控制器发送指令，所述控制器可控制所述驱动器运行，所述驱动器可对清扫车行进方向实时纠偏。

作为本申请另一实施例，所述超声传感器的数量为两个，均设于清扫车前档处，用于探测清扫车前方障碍物。

作为本申请另一实施例，所述磁钉包括多个循迹磁钉和角度补偿磁钉，所述角度补偿磁钉位于多个所述循迹磁钉中间，多个所述循迹磁钉围成封闭式规划道路。

作为本申请另一实施例，所述驱动器为伺服电机，所述伺服电机的动力输出端与清扫车的方向转向组件连接，并用于驱动清扫车转向。

作为本申请另一实施例，每相邻两个所述磁钉的铺设间距为2-3米，所述磁钉直径为9-11mm，均且呈圆柱体型，在规划道路的转弯处设有3-4个所述磁钉。

本实用新型提供的一种磁钉自主导航系统的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型一种磁钉自主导航系统，通过磁钉和磁导航传感器之间的磁信号传递，实现导航清扫车在规划道路上进行清扫作业和无人驾驶清扫车，通过驱动器可驱动清扫车的转向组件转向，并使清扫车的行进方向在规划道路上，通过超声传感器可实现对清扫车的避障，通过角度传感器可探测清扫车的行进方向和对清扫车进行实时纠偏，解决了有人驾驶清扫车人工成本高，无人驾驶清扫车导航成本高的技术问题，具有可实现无人驾驶清扫车，对清扫车的自主导航成本低，导航准确，可避障和实时纠偏的技术效果。

本实用新型还提供了一种无人驾驶清扫车，无人驾驶清扫车包括车体以及上述的一种磁钉自主导航系统。

本实用新型提供的一种无人驾驶清扫车的有益效果在于，与现有技术相比，无人驾驶清扫车通过在车体上安装磁导航传感器、驱动器、控制器、超声传感器和角度传感器，可实现磁钉自主导航，对清扫车及时纠偏和避障，清扫车运行良好，自主导航运行成本低的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统的结构示意图(图1中虚线表示规划道路)；

图2为本实用新型实施例提供的无人驾驶清扫车在规划道路上角度传感器纠偏示意图(图2中虚线表示规划道路，图2中的H与图1中的H表示相同)；

图3为本实用新型实施例提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统安装在清扫车底部示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统的磁钉布设结构示意图(图4中上部虚线表示规划道路地面)；

图5为本实用新型实施例提供的一种无人驾驶清扫车的主视结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种无人驾驶清扫车的底部结构示意图。

图中：1、磁钉；11、循迹磁钉；12、角度补偿磁钉；2、磁导航传感器；3、驱动器；4、控制器；5、超声传感器；6、角度传感器；7、清扫车。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请一并参阅图1至图4，现对本实用新型提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统进行说明。所述一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统，包括磁钉1、磁导航传感器2、驱动器3、控制器4、超声传感器5和角度传感器6，磁钉1为多个，均匀铺设在规划道路地面下，多个磁钉1均用于发射磁信号；磁导航传感器2安装在清扫车7底盘处，用于接收多个磁钉1发射的磁信号，清扫车7借助磁导航传感器2与多个磁钉1之间信号传递在规划道路上沿多个磁钉1的布置方向行进；驱动器3安装在清扫车7驾驶室底部，与清扫车7转向组件连接，用于控制清扫车7的行驶方向或转向；控制器4安装在清扫车7底盘处，用于接收并处理磁导航传感器2的信号，并用于控制驱动器3运行；超声传感器5安装在清扫车7的前档处，与控制器4连接，用于控制清扫车7在行进中避免接触障碍物；角度传感器6安装在清扫车7底盘处，可输出角度信号并与控制器4连接，用于探测清扫车7行进方向与规划道路方向之间的积累误差并进行实时对清扫车7的行进方向纠偏。

本实用新型提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统，与现有技术相比，本实用新型一种磁钉自主导航系统，通过磁钉1和磁导航传感器2之间的磁信号传递，实现导航清扫车7在规划道路上进行清扫作业和无人驾驶清扫车7，通过驱动器3可驱动清扫车7的转向组件转向，并使清扫车7的行进方向在规划道路上，通过超声传感器5可实现对清扫车7的避障，通过角度传感器6可探测清扫车7的行进方向和对清扫车7进行实时纠偏，解决了有人驾驶清扫车7人工成本高，无人驾驶清扫车7导航成本高的技术问题，具有可实现无人驾驶清扫车7，对清扫车7的自主导航成本低，导航准确，可避障和实时纠偏的技术效果。

磁钉1埋设在规划道路的地面以下，清扫车7在该规划道路上行走，磁导航传感器2可感知地面下的磁钉1。为了保证感应效果，并且实现转弯，可在清扫车7上设置多个磁导航传感器2。磁钉1包括固定锥头和杆体，杆体插接在地面下，锤头位于杆体上端，锥头上布置有信号线圈。清扫车7在规划道路上行走时，通过磁导航传感器2感应磁钉1来确定行驶路径，相邻的磁钉1之间的清扫车7通过惯性向前行驶，处于距离计量的状态，通过设置在清扫车7上的编码器计量所行走的距离，并将数据传输给控制器4，控制器4通过编码器的计量数据判断清扫车7是否脱离预设规划道路，且通过编码器的计量数据监测经过的磁钉1的数量，当从一个磁钉1位置到下一个磁钉1位置时，通过角度传感器6来调整清扫车7的偏移，保证清扫车7的运行稳定。当清扫车7到达距转弯处最近的磁钉1位置时，清扫车7自动转向，实现自动转弯，自动化程度高，且在此种磁钉1的布设情况下，只需要在清扫车7上布置两组磁导航传感器2即可，优选为两组在清扫车7上间隔设置，间隔距离等于行驶路径上相邻磁钉1之间的间隔距离，同样为2-3米，保证磁导航传感器2与磁钉1的感应效果。

磁钉1也便于铺设和维护，在保证为清扫车7提供导航的同时降低施工成本。

作为本实用新型提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图4，磁导航传感器2通过将外界因素引起敏感元件磁性能变化，并转换成电信号和检测相应物理量，磁导航传感器2上设有用于抵抗外界干扰的抗干扰组件。磁导航传感器2基于磁感应原理而设计的传感器，磁导航传感器2可采用现有技术中的产品。

磁导航传感器2采用MPMGS200-F01数字型磁导航传感器2，该传感器的输出精度达到了1mm，非常适用于磁钉1的导航，更高的输出精度带来更可靠的磁钉1导航解决方案，1mm精度的磁导航传感器2不仅能保证系统的稳定性，同时降低了对角度传感器6的性能要求。

作为本实用新型提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图4，超声传感器5用于通过超声波在同一介质中传播速度不变的原理，根据发射和接收的时间差，用于对清扫车7避障。

作为本实用新型提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图4，控制器4上设有中央处理单元和编程控制组件，中央处理单元用于接收信号，编程控制组件用于编程，控制器4用于调节驱动驱动器3。

作为本实用新型提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图4，角度传感器6探测清扫车7的行进方向后并可向控制器4发送指令，控制器4可控制驱动器3运行，驱动器3可对清扫车7行进方向实时纠偏。角度传感器6探测到清扫车7偏离规划道路的行进方向时，立即向控制器4发送指令，控制器4控制驱动器3，使清扫车7的转向组件运行，则清扫车7的转向，使运行方向归位，即回到原始的规划行走位置，角度传感器6能控制清扫车7不发生偏航。

角度传感器6采用MP1204A惯性测量传感器，该传感器集成了32位MCU，高性能加速度传感器和高性能工业级单轴陀螺传感器，采用MEMSPlus自主研发的高性能惯性传感器融合算法，具有高灵敏度、高稳定性和高精度等特性，不依赖于外界环境而提供精确稳定的水平方位角度信息，适用于各种需要导航或标定的场所，十分适用于本实用新型作为角度传感器6使用。

作为本实用新型提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图4，超声传感器5的数量为两个，均设于清扫车7前档处，用于探测清扫车7前方障碍物。

作为本实用新型提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图4，磁钉1包括多个循迹磁钉11和角度补偿磁钉12，角度补偿磁钉12位于多个循迹磁钉11中间，多个循迹磁钉11围成封闭式规划道路。循迹磁钉11为多个，且布设形成封闭型结构，角度补偿磁钉12位于直线路段上，也可设于转弯路径上。

作为本实用新型提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图4，驱动器3为伺服电机，伺服电机的动力输出端与清扫车7的方向转向组件连接，并用于驱动清扫车7转向。伺服电机的输出端连接转向组件，可驱动转向组件顺时针旋转和逆时针旋转，从而可调整清扫车7的转向，使清扫车7始终在规划道路上行进。

作为本实用新型提供的一种用于无人驾驶清扫车的磁钉自主导航系统的一种具体实施方式，请参阅图1至图4，每相邻两个磁钉1的铺设间距为2-3米，磁钉1直径为9-11mm，均且呈圆柱体型，在规划道路的转弯处设有3-4个磁钉1。

在规划道路的转弯处，设置至少三个磁钉1，且分别在弯道的起始位置、中间位置和终止位置，弯道的起始位置、中间位置和终止位置之间的磁钉1间距小于2-3米。清扫车7上的两个磁导航传感器2的直线间距等于弯道起始位置和弯道中间位置的磁钉1之间的最短间距，而且角度传感器6设置在两个磁导航传感器2之间。当清扫车7行驶至弯道处时，进入弯道后，两个磁导航传感器2将会检测到磁钉1，控制器4控制驱动器3对清扫车7的转向组件进行转向，使清扫车7行驶方向得到转向。

如图1、图2所示，也可在规划道路的转弯处设置角度补偿磁钉1，角度传感器6的航向为H，清扫车7的航向为h，设定与磁钉1位置重合的磁导航传感器2在该磁钉1位置的输出偏距为A，与角度补偿磁钉1位置重合的磁导航传感器2在角度补偿磁钉1位置的输出偏距为B，又已知角度传感器6的航向H和清扫车7的实际航向h，此时H与h之间的夹角等于清扫车7经过磁钉1与角度补偿磁钉1所处位置时实际航向与路径的夹角α，且已知A和B，通过勾股定理和反三角函数即可求得H与h之间的夹角，即可知夹角α，由得出的α可知此时角度传感器6的航向误差，并由此进行转向操作以顺利通过弯道，因此在每个弯道起始位置的磁钉1后加设有角度补偿磁钉1，每当清扫车7经过角度补偿磁钉1时，角度传感器6就会被消除误差，为无人驾驶接下来的行进提供持续性对准确的导航，不至于长时间的误差积累，而导致无人驾驶清扫车7脱离行驶路径，相较于只在直线路径上设置磁钉1的方案，此种方案下的无人驾驶清扫车7转弯更为平稳顺利，转向角度更为精准。

本实用新型还提供一种无人驾驶清扫车。请参阅图5至图6，无人驾驶清扫车包括车体以及上述的一种磁钉1自主导航系统。

本实用新型提供的无人驾驶清扫车的有益效果在于，与现有技术相比，无人驾驶清扫车7通过在车体上安装磁导航传感器2、驱动器3、控制器4、超声传感器5和角度传感器6，可实现磁钉1自主导航，对清扫车7及时纠偏和避障，清扫车7运行良好，自主导航运行成本低的技术效果。

作为本实用新型提供的无人驾驶清扫车的一种具体实施方式，参阅图5及图6，清扫器为两组，分别设置在清扫车7的前部两侧，用于对规划道路地面进行清扫，可将清扫后的垃圾直接吸入到车体内部的垃圾箱内，在车体上设有吸尘器，可对地面上的杂质、垃圾等进行吸引，便于清扫。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁钉自主导航系统，其特征在于，包括：

磁钉，为多个，均匀铺设在规划道路地面下，多个所述磁钉均用于发射磁信号；

磁导航传感器，安装在清扫车底盘处，用于接收多个所述磁钉发射的磁信号，清扫车借助所述磁导航传感器与多个所述磁钉之间信号传递在规划道路上沿多个所述磁钉的布置方向行进；

驱动器，安装在清扫车驾驶室底部，与清扫车转向组件连接，用于控制清扫车的行驶方向或转向；

控制器，安装在清扫车底盘处，用于接收并处理所述磁导航传感器的信号，并用于控制所述驱动器运行；

超声传感器，安装在清扫车的前档处，与所述控制器连接，用于控制清扫车在行进中避免接触障碍物；以及

角度传感器，安装在清扫车底盘处，可输出角度信号并与所述控制器连接，用于探测清扫车行进方向与规划道路方向之间的积累误差并进行实时对清扫车的行进方向纠偏。

2.如权利要求1所述的一种磁钉自主导航系统，其特征在于，所述磁导航传感器通过将外界因素引起敏感元件磁性能变化，并转换成电信号和检测相应物理量，所述磁导航传感器上设有用于抵抗外界干扰的抗干扰组件。

3.如权利要求1所述的一种磁钉自主导航系统，其特征在于，所述超声传感器用于通过超声波在同一介质中传播速度不变的原理，根据发射和接收的时间差，用于对清扫车避障。

4.如权利要求1所述的一种磁钉自主导航系统，其特征在于，所述控制器上设有中央处理单元和编程控制组件，所述中央处理单元用于接收信号，所述编程控制组件用于编程，所述控制器用于调节驱动所述驱动器。

5.如权利要求1所述的一种磁钉自主导航系统，其特征在于，所述角度传感器探测清扫车的行进方向后并可向所述控制器发送指令，所述控制器可控制所述驱动器运行，所述驱动器可对清扫车行进方向实时纠偏。

6.如权利要求3所述的一种磁钉自主导航系统，其特征在于，所述超声传感器的数量为两个，均设于清扫车前档处，用于探测清扫车前方障碍物。

7.如权利要求1所述的一种磁钉自主导航系统，其特征在于，所述磁钉包括多个循迹磁钉和角度补偿磁钉，所述角度补偿磁钉位于多个所述循迹磁钉中间，多个所述循迹磁钉围成封闭式规划道路。

8.如权利要求1所述的一种磁钉自主导航系统，其特征在于，所述驱动器为伺服电机，所述伺服电机的动力输出端与清扫车的方向转向组件连接，并用于驱动清扫车转向。

9.如权利要求1所述的一种磁钉自主导航系统，其特征在于，每相邻两个所述磁钉的铺设间距为2-3米，所述磁钉直径为9-11mm，均且呈圆柱体型，在规划道路的转弯处设有3-4个所述磁钉。

10.一种无人驾驶清扫车，其特征在于，包括车体以及如权利要求1-9中任意一项所述的一种磁钉自主导航系统。

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