一种六轮驱动高速全天候无人驾驶巡逻车系统技术方案

一种六轮驱动高速全天候无人驾驶巡逻车系统，包括巡逻车本体和控制系统；巡逻车本体具有前后两对驱动轮，一对驱动轮由六个直流电机进行驱动；直流电机连接有行星减速机；控制系统中的第一前、后方环境探测和保护系统均主要由单线激光雷达、单线激光雷达和CCD摄像机组成；第二前、后方环境探测和保护系统主要由两个微波雷达组成；前、后盲区探测和避障系统均由三个超声波传感器组成；单线激光雷达、微波雷达、CCD摄像机和辅控制器一均与主控制器连接；超声波传感器和电机驱动器分别与辅控制器一、二连接，电机驱动器分别与六个直流电机连接。该系统稳定性、可靠性和性价比高，运算处理速度快，具有快速行走功能，其灵活性高，且能有效应对恶劣天气。

A six wheel drive high speed all-weather patrol car system

A six wheel drive high-speed and all-weather unmanned patrol car system, including the patrol car body and control system; the patrol car body has two pairs of driving wheels, and a pair of driving wheels are driven by six DC motors; the DC motor is connected to a planetary reducer; the first and rear environmental detection and protection systems in the control system The system consists mainly of single line laser radar, single line laser radar and CCD camera; second front and rear environmental detection and protection systems are composed mainly of two microwave radars; both front and rear blind area detection and obstacle avoidance systems are composed of three ultrasonic sensors; single line laser radar, microwave radar, CCD video camera and auxiliary controller The one is connected with the main controller; the ultrasonic sensor and the motor drive are connected to the auxiliary controller one or two respectively, and the motor drives are connected with the six DC motors respectively. The system has high stability, reliability and high cost performance, fast processing speed, fast walking function, high flexibility and effective handling of bad weather.

【技术实现步骤摘要】
一种六轮驱动高速全天候无人驾驶巡逻车系统
本专利技术属于无人驾驶
，具体涉及一种六轮驱动高速全天候无人驾驶巡逻车系统。
技术介绍
随着现代化建设的速度加快，超级市场、大型码头、国际机场、各种会展中心、大型物流仓库、高级酒店、医院等场所的数量和规模不断增加，各种大型生活小区和活动场所日益增多，人类活动和物流运输等变得更为复杂，需要大量的人力、物力和安保资源确保这个系统安全运作。目前的安保技术主要以人力巡逻和CCD摄像机定位监控为主，这两种方式已不能满足现有大规模复杂环境的安保需求，采用安保机器人替代人类巡逻的安保巡逻自动化系统可以解决眼前的燃眉之急，因为安保巡逻自动化系统不仅可以进一步提高安保系统的稳定性、安全性和实时性，而且可有效节约人工成本。无人驾驶巡逻车作为一种新型特殊安保类机器人，能够通过传感器感知环境和本身状态并实现避障，穿梭于熙熙攘攘的人群和各种各样障碍物中，完成自主巡逻任务。无人驾驶巡逻车进行定时、定点、不间断流动式的监控与巡逻是解决安保巡逻自动化最好的解决方案。无人驾驶巡逻车系统是将环境感知、动态决策、路线规划以及行为控制集中于一体的多功能复合系统，它利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、巡逻车辆位置、障碍物和可疑危险物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在巡逻路径上行驶。无人驾驶巡逻车集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物，也是衡量一个国家科研实力和工业水平的一个重要标志，在国防和国民经济领域具有广阔的应用前景。目前，智能无人驾驶巡逻车发展还处于起步阶段，无论是何种程度的智能驾驶，第一步感知都是第一位的，也就是感知无人驾驶巡逻车周边复杂的环境，在这个基础上才能做出相应的路径规划和驾驶行为决策，感知传感器的选择是无人驾驶巡逻车成功避障的前提。多线激光雷达，顾名思义，就是通过多个激光发射器在垂直方向上的分布，通过电机的旋转形成多条线束的扫描。理论上讲，当然是线束越多、越密，对环境描述就更加充分，这样还可以降低算法的要求。3D多线激光雷达通过激光扫描可以得到机器人周围环境的3D模型，运用相关算法比对上一帧和下一帧环境的变化可以较为容易的探测出机器人周围的行人和其他障碍物信息，同时3D激光雷达另一大特性是同步建图，实时得到的全局地图通过和高精度地图中的特征物比对，可以实现导航及加强机器人的定位精度。多线激光雷达探测范围相对较广，能提供大量环境距离信息，可以为控制决策提供较大的方便，以上优点使得多线激光雷达成为了无人驾驶巡逻车感知未知环境的一个优先选择。一般普通的简易无人驾驶巡逻车驱动系统的电机机械排列结构如图1所示。无人驾驶巡逻车由多线激光雷达传感器探测系统探测环境并输送给PC机，然后PC机经过编码处理，发送控制指令给基于单片机的下位机，单片机控制模块经过通讯解码后发送控制指令给直流伺服电机控制器，控制器驱动六个直流电机运动，进而通过与直流电机直接连接的驱动轮带动无人驾驶巡逻车行走；单片机控制系统根据激光雷达采集的外围环境的变化实时调节直流电机的运动，进而控制无人驾驶巡逻车在实际环境中的位置，CCD摄像机负责实时采集无人驾驶巡逻车巡逻路径中的图像并通过PC机实时储存。现有的简易无人驾驶巡逻车控制系统均是由单个单片机控制单个多线激光雷达传感器来实现上述功能的。现有的无人驾驶巡逻车存在着诸多问题，主要有：(1)由于受直流电机本身特征影响，直流电机的体积和重量相对较大，不利于无人驾驶巡逻车动态性能的提高。(2)直流电机的电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花，使直流电机的故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大。(3)由于巡逻车的直流电机长度均较大，采用传统机械结构的无人驾驶巡逻车宽度较大，无法通过一些狭小的空间。(4)现有的无人驾驶巡逻车直流电机均是与驱动轮直接机械连接，通过控制器调节直流电机的电压来完成调速，虽然满足了行走速度的要求，但是驱动整个无人驾驶巡逻车的扭矩较小，适应室外崎岖不平路况的能力较差。(5)现有的无人驾驶巡逻车均采用低级的单片机芯片，工作频率较低，只有几十兆赫兹，无法满足无人驾驶巡逻车对各种复杂环境干扰的控制，容易引起无人驾驶巡逻车失控。(6)受无人驾驶巡逻车PC机性能影响，无人驾驶巡逻车的环境探测传感器采集数据无法快速计算和储存，影响了无人驾驶巡逻车对周围环境的判断。(7)受无人驾驶巡逻车PC机性能影响，无人驾驶巡逻车的CCD传感器图像采集数据无法实时进行快速分析和计算，总站只能通过分析存储的图像数据才能发现巡逻中的问题。(8)多线激光雷达虽然可以实现3D数据，可以判断障碍物的高度，处理地面的信息等，但是价格相对比较昂贵，无法大面积推广使用。(9)现在的无人驾驶巡逻车基本上只考虑前向探测和避障，均未考虑后方的障碍物信息，有时候巡逻车在倒车时后方出现的障碍物会进入到无人驾驶巡逻车保护区域，造成不必要的伤害。(10)基于多线激光雷达无人驾驶巡逻车在向前运动过程中存在着一个探测盲区，一旦有障碍物处于盲区，易于产生交通事故。(11)基于多线激光雷达无人驾驶巡逻车在实际倒车反向过程中也会出现探测盲区，一旦在运动过程中有障碍物进入运动盲区也会产生交通事故。(12)基于单片机的控制系统无法快速完成两轴直流电机的快速伺服调节，加大了无人驾驶巡逻车姿态的调整时间，无人巡逻车无法快速行走。(13)基于单片机的下位机控制系统，要通过无线系统完成部分图像采集处理后期的传输任务，受本身能力影响，传输时间较长，导致无人驾驶车无法快速行走。(14)双轮驱动无人驾驶巡逻车只有两个动力点，虽然可以在平整的室内路面较好的完成巡逻任务，但是一旦遇到崎岖不平的室外路面时，经常会一个动力轮打滑的现象，导致无人驾驶巡逻车失去控制。(15)双轮驱动无人驾驶巡逻车在爬坡的时候一般通过电机过载来满足功率要求，但是一旦遇到复杂状况需要长时间运行时会伤害电机的性能，造成整个无人驾驶巡逻车系统的可靠性大幅度降低。(16)无人驾驶巡逻车在许多紧急状态下需要快速加速和以较高的速度运行，在这种条件下系统需求的功率较大，满足正常行驶的电机功率无法满足系统长时间加速要求，导致整个无人驾驶巡逻车系统适应性大幅度降低。(17)对于四轮驱动的无人驾驶巡逻车来说，与地面的动力接触面积接触点只有四个，一旦遇到一个驱动轮失速时，系统又变回两轮驱动，越障能力较弱，有的时候甚至无法越过障碍物，最终无法完成巡逻任务。(18)对于采用四轮动力驱动的无人驾驶巡逻车来说，机器人的动力调整能力较两轮动力驱动有所提高，可以满足管无人驾驶巡逻车简单工况下的加速，但是遇到具有复杂工况的巡逻路径时，需求功率变化较大，容易造成系统动态性能大幅度降低。(19)对于采用两轮驱动和四轮驱动的无人驾驶巡逻车来说，一旦遇到潮湿的巡逻路面时，巡逻车的抓地力比较弱，在行走时容易出现打滑现象的出现。(20)现有的无人驾驶巡逻车均是通过前向导航传感器来实现环境探测，当遇到死胡同时，只能通过原地旋转180度的方式来实现调头，一定遇到狭小空间时，无人驾驶巡逻车将无法实现调头，导致巡逻任务失败。(21)激光雷达对有雨雾的天气非常敏感，雨雾对激光雷达吸收很厉害，所以在有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六轮驱动高速全天候无人驾驶巡逻车系统，包括巡逻车本体(1)和设置在巡逻车本体(1)上的控制系统；所述巡逻车本体(1)下部在长度方向的前部、中部和后部各装配有一对驱动轮(2)，巡逻车本体(1)内部装配有用于分别驱动六个驱动轮(2)的六个直流电机(4)；所述控制系统包括电源、电源转换模块、电机驱动器、无线通信模块、主控制器、辅控制器一和辅控制器二；其特征在于，所述巡逻车本体(1)内部还设置有分别位于六个直流电机(4)电机轴外侧的六个行星减速机(5)；所述行星减速机(5)为90度转角行星减速机；六个直流电机(4)的长度方向均延巡逻车本体(1)长度的方向延伸，且六个直流电机(4)位于四个驱动轮(2)的内侧；所述直流电机(4)为稀土永磁无刷直流伺服电机，直流电机(4)的电机轴与行星减速机(5)的输入端连接，行星减速机(5)的输出轴通过齿轮组驱动驱动轮(2)；所述齿轮组由在纵向上分布且相互啮合的齿轮一(6)和齿轮二(7)组成；所述齿轮一(6)套装于行星减速机(5)的输出轴上，所述齿轮二(7)套装于驱动轮(2)中心的转轴上；所述控制系统还包括第一前方环境探测和保护系统、第二前方环境探测和保护系统、第一后方环境探测和保护系统、第二后方环境探测和保护系统、前盲区探测和避障系统(26)、后盲区探测和避障系统(27)和设置在巡逻车本体(1)顶部中心位置的360度CCD摄像机一(8)；所述第一前方环境探测和保护系统主要由单线激光雷达L1(9)、单线激光雷达L2(10)和CCD摄像机二(11)组成；所述单线激光雷达L1(9)左低右高倾斜地设置在巡逻车本体(1)顶部靠前的位置，所述单线激光雷达L2(10)水平地设置在巡逻车本体(1)下部的前端，所述CCD摄像机二(11)设置在巡逻车本体(1)的前部，且靠近高度方向的中心位置；所述第二前方环境探测和保护系统主要由微波雷达M1(12)和微波雷达M2(13)组成；所述微波雷达M1(12)设置在巡逻车本体(1)的前部，且位于单线激光雷达L1(9)和CCD摄像机二(11)之间；所述微波雷达M2(13)设置在巡逻车本体(1)的下部的前端，且位于单线激光雷达L2(10)的下部；所述第一后方环境探测和保护系统主要由单线激光雷达L3(14)、单线激光雷达L4(15)和CCD摄像机三(16)组成；所述单线激光雷达L3(14)左高右低倾斜地设置在巡逻车本体(1)顶部靠后的位置，所述单线激光雷达L4(15)水平地设置在巡逻车本体(1)下部的后端，所述CCD摄像机三(16)设置在巡逻车本体(1)的后部，且靠近高度方向的中心位置；所述第二后方环境探测和保护系统主要由微波雷达M3(17)和微波雷达M4(18)组成；所述微波雷达M3(17)设置在巡逻车本体(1)的前后部，且位于单线激光雷达L3(14)和CCD摄像机三(16)之间；所述微波雷达M4(18)设置在巡逻车本体(1)的下部的前端，且位于单线激光雷达L4(15)的下部；所述前盲区探测和避障系统(26)和后盲区探测和避障系统(27)分别设置在巡逻车本体(1)的底部前端和底部后端；前盲区探测和避障系统(26)由超声波传感器US1、US2和US3组成，其中超声波传感器US1、US2和US3沿宽度方向均匀地分布，后盲区探测和避障系统(27)由超声波传感器US4、US5和US6组成，其中超声波传感器US4、US5和US6沿宽度方向均匀地分布；所述单线激光雷达L1～L4、微波雷达M1～M4、CCD摄像机一(8)、CCD摄像机二(11)、CCD摄像机三(16)、无线通信模块、辅控制器一和辅控制器二均与主控制器连接；所述超声波传感器US1～US6与辅控制器一连接，辅控制器二分别与辅控制器一和电机驱动器连接；电机驱动器分别与六个直流电机(4)连接；电源分别与电机驱动器和电源转换模块连接，电源转换模块用于提供直流电源的供应；无线通信模块用于通过无线方式建立与远端总站之间的通信连接。...

【技术特征摘要】
1.一种六轮驱动高速全天候无人驾驶巡逻车系统，包括巡逻车本体(1)和设置在巡逻车本体(1)上的控制系统；所述巡逻车本体(1)下部在长度方向的前部、中部和后部各装配有一对驱动轮(2)，巡逻车本体(1)内部装配有用于分别驱动六个驱动轮(2)的六个直流电机(4)；所述控制系统包括电源、电源转换模块、电机驱动器、无线通信模块、主控制器、辅控制器一和辅控制器二；其特征在于，所述巡逻车本体(1)内部还设置有分别位于六个直流电机(4)电机轴外侧的六个行星减速机(5)；所述行星减速机(5)为90度转角行星减速机；六个直流电机(4)的长度方向均延巡逻车本体(1)长度的方向延伸，且六个直流电机(4)位于四个驱动轮(2)的内侧；所述直流电机(4)为稀土永磁无刷直流伺服电机，直流电机(4)的电机轴与行星减速机(5)的输入端连接，行星减速机(5)的输出轴通过齿轮组驱动驱动轮(2)；所述齿轮组由在纵向上分布且相互啮合的齿轮一(6)和齿轮二(7)组成；所述齿轮一(6)套装于行星减速机(5)的输出轴上，所述齿轮二(7)套装于驱动轮(2)中心的转轴上；所述控制系统还包括第一前方环境探测和保护系统、第二前方环境探测和保护系统、第一后方环境探测和保护系统、第二后方环境探测和保护系统、前盲区探测和避障系统(26)、后盲区探测和避障系统(27)和设置在巡逻车本体(1)顶部中心位置的360度CCD摄像机一(8)；所述第一前方环境探测和保护系统主要由单线激光雷达L1(9)、单线激光雷达L2(10)和CCD摄像机二(11)组成；所述单线激光雷达L1(9)左低右高倾斜地设置在巡逻车本体(1)顶部靠前的位置，所述单线激光雷达L2(10)水平地设置在巡逻车本体(1)下部的前端，所述CCD摄像机二(11)设置在巡逻车本体(1)的前部，且靠近高度方向的中心位置；所述第二前方环境探测和保护系统主要由微波雷达M1(12)和微波雷达M2(13)组成；所述微波雷达M1(12)设置在巡逻车本体(1)的前部，且位于单线激光雷达L1(9)和CCD摄像机二(11)之间；所述微波雷达M2(13)设置在巡逻车本体(1)的下部的前端，且位于单线激光雷达L2(10)的下部；所述第一后方环境探测和保护系统主要由单线激光雷达L3(14)、单线激光雷达L4(15)和CCD摄像机三(16)组成；所述单线激光雷达L3(14)左高右低倾斜地设置在巡逻车本体(1)顶部靠后的位置，所述单线激光雷达L4(15)水平地设置在巡逻车本体(1)下部的后端，所述CCD摄像机三(16)设置在巡逻车本体(1)的后部，且靠近高度方向的中心位置；所述第二后...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锐敏，
申请(专利权)人：徐州艾奇机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32