一种新型的两轮驱动高速全天候无人驾驶巡逻车系统技术方案

一种新型的两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；巡逻车本体具有驱动轮和从动轮，一对驱动轮由交错设置的两个直流电机进行驱动；直流电机连接有行星减速机；控制系统包括设置在顶部的CCD摄像机、设置在前部的前方环境探测和保护系统、分别设置在巡逻车本体的底部前、后端的前、后盲区探测和避障系统；单线激光雷达L1、微波雷达M1、无线通信模块和辅控制器一、二均与主控制器连接；超声波传感器、CCD摄像机均与辅控制器一连接；辅控制器二与电机驱动器连接；电源分别与电机驱动器和电源转换模块连接，电源转换模块用于供应直流电源。该系统稳定性、可靠性和性价比高，运算处理速度快，灵活性高，且能有效应对恶劣天气。

【技术实现步骤摘要】
一种新型的两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
，具体涉及一种新型的两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，采用大量简易的安保机器人替代人类进行定时、定点、不间断流动式的监控与巡逻可以解决眼前的燃眉之急，因为这样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。智能无人驾驶巡逻车第一步都是感知，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。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，控制器驱动两个直流电机运动，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图像传输系统，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。单线激光雷达只有一路发射和一路接收，具有扫描周期较短，角度分辨率较高，体积较小，重量相对较轻，功耗也比较低，可靠性较高，成本相对低廉等优点，以上优点使得单线激光雷达可以作为无人驾驶巡逻车感知未知环境的一个替换选择。但是不论是多线激光雷达或是单线激光雷达，对待恶劣天气均有其弱点：(1)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，所以在有雨有雾的天气，激光雷达性能会大大下降，对无人驾驶巡逻车的安全性造成较大的影响。(2)激光雷达对有烟雾的环境非常敏感，烟雾对激光雷达吸收很厉害，所以在有烟雾的工况下，激光雷达性能会大大下降，对无人驾驶巡逻车的安全性造成较大的影响。(3)激光雷达对有灰尘的环境非常敏感，灰尘对激光雷达吸收很厉害，所以在有灰尘的工况下，激光雷达性能会大大下降，对无人驾驶巡逻车的安全性造成较大的影响。(4)激光雷达对有强光的天气非常敏感，强烈的阳光有时候可以使激光雷达性能会大大下降，有时候甚至没有信号输出，对无人驾驶巡逻车的安全性造成较大的影响。因此，需要对现有的基于单片机控制的多线激光雷达无人驾驶巡逻车系统进行重新设计，寻求一种价格低廉、性价比相对较高、多类传感器融合的实用型全天候无人驾驶巡逻车系统。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种新型的两轮驱动高速全天候无人驾驶巡逻车系统，该系统能有效提高无人驾驶巡逻车的稳定性和可靠性，并能降低无人驾驶巡逻车的维护频率；该系统能提高无人驾驶巡逻车的控制运算处理速度，并能有效缩短数据传输的时间，使无人驾驶巡逻车快速地对周围环境进行准确的判断并具有快速行走功能；该系统能有效提高抗干扰能力，能提高无人驾驶巡逻车应对恶劣天气的能力，且其具有后方探测和避障功能，能有效消除探测盲区，使无人驾驶巡逻车行走时的安全性和可靠性更高；该系统能有效缩短无人驾驶巡逻车的姿态调整时间、有效提高无人驾驶巡逻车的控制性能、有效提高无人加强巡逻车运动过程中的灵活性和动态性能，使无人驾驶巡逻车的通过性更好、且不易出现打滑现象、并能提升无人驾驶巡逻车对室外崎岖不平路况的适应能力；该系统能有效提高无人驾驶巡逻车的性价比，有利于无人驾驶巡逻车的大面积推广。为了实现上述目的，本专利技术提供一种新型的两轮驱动高速全天候无人驾驶巡逻车系统，包括巡逻车本体和设置在巡逻车本体上的控制系统；所述巡逻车本体下部在长度方向的中部装配一对驱动轮、在的长度方向中部和后部各装配有一对从动轮，巡逻车本体内部装配有用于分别驱动两个驱动轮的两个直流电机；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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的两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)下部在长度方向的中部装配一对驱动轮(2)、在的长度方向中部和后部各装配有一对从动轮(3)，巡逻车本体(1)内部装配有用于分别驱动两个驱动轮(2)的两个直流电机(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两个直流电机(4)电机轴外侧的两个行星减速机(5)；所述行星减速机(5)为90度转角行星减速机；两个直流电机(4)的长度方向均延巡逻车本体(1)宽度的方向延伸，且两个直流电机(4)在纵向上相间隔地设置，两个直流电机(4)的电机轴相背向地设置；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设置在巡逻车本体(1)顶部中心位置的360度CCD摄像机(8)、设置在巡逻车本体(1)前部的前方环境探测和保护系统、分别设置在巡逻车本体(1)的底部前端和底部后端的前盲区探测和避障系统(11)和后盲区探测和避障系统(12)；所述前方环境探测和保护系统主要由单线激光雷达L1(9)和微波雷达M1组成；所述前盲区探测和避障系统(11)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，所述后盲区探测和避障系统(12)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、微波雷达M1、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、CCD摄像机(8)均与辅控制器一连接，所述辅助控制器二分别与辅控制器一和电机驱动器电机驱动器连接；电机驱动器分别与两个直流电机(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】
1.一种新型的两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)下部在长度方向的中部装配一对驱动轮(2)、在的长度方向中部和后部各装配有一对从动轮(3)，巡逻车本体(1)内部装配有用于分别驱动两个驱动轮(2)的两个直流电机(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两个直流电机(4)电机轴外侧的两个行星减速机(5)；所述行星减速机(5)为90度转角行星减速机；两个直流电机(4)的长度方向均延巡逻车本体(1)宽度的方向延伸，且两个直流电机(4)在纵向上相间隔地设置，两个直流电机(4)的电机轴相背向地设置；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设置在巡逻车本体(1)顶部中心位置的360度CCD摄像机(8)、设置在巡逻车本体(1)前部的前方环境探测和保护系统、分别设置在巡逻车本体(1)的底部前端和底部后端的前盲区探测和避障系统(11)和后盲区探测和避障系统(12)；所述前方环境探测和保护系统主要由单线激光雷达L1(9)和微波雷达M1组成；所述前盲区探测和避障系统(11)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，所述后盲区探测和避障系统(12)由超声波传感器US...

【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