[发明专利]基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，其特征在于：所述的自主清扫控制系统包括底层控制系统、激光及视觉导航定位系统、无线数据传输基站网络和人机交互平台，其中底层控制系统和激光及视觉导航定位系统相连接实现数据协议转换，底层控制系统和激光及视觉导航定位系统通过无线数据传输基站网络与人机交互平台实现数据通讯。

2.根据权利要求1所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，其特征在于：所述的底层控制系统包括电源管理系统、运动控制系统、超声波自动避障系统和清扫控制系统，上述各个系统之间通过CAN总线进行数据通信，超声波自动避障系统包括超声波测距传感器，超声波测距传感器包括至少一个。

3.根据权利要求1所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，其特征在于：所述的激光及视觉导航定位系统包括车载电脑主板、激光扫描测距雷达、摄像头和GPS定位模块，车载电脑主板连接激光扫描测距雷达和GPS定位模块并通过路由器连接摄像头，所述的激光扫描测距雷达包括2个，一个激光扫描测距雷达用于检测前方道路两侧路沿石边沿及较矮的障碍物，另一个激光扫描测距雷达用于检测较高的障碍物。

4.根据权利要求1所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，其特征在于：所述的人机交互平台包含遥控器和远程监控界面，遥控器通过数据传输模块与底层控制系统实现数据通讯，远程监控界面通过无线数据传输基站网络与底层控制系统和激光及视觉导航定位系统实现数据通讯。

5.一种基于激光和视觉的道路自主清扫控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括以下步骤：

S1：底层控制系统和激光及视觉导航定位系统配合控制实现相应清扫车以正常行驶模式行驶并清扫，其中根据路况通过采集激光扫描测距雷达的数据实现沿路沿石行驶模式；通过采集摄像头的数据实现沿标记线行驶模式；采集摄像头和GPS定位模块的信息实现掉头模式；

S2：根据需要外部人员在手动控制模式下通过遥控器实现运动和清扫动作，在自主控制模式下通过激光及视觉导航定位系统进行路径规划与自主导航，实现无人驾驶和自动清扫，工作人员通过远程监控界面监控运动和控制状态；

S3：在自主控制模式下，当系统监测到前方有障碍物时，采用超声波测距传感器和激光扫描测距雷达采集数据，进入避障模式，避障模式结束后，返回步骤S1，直至完成所有规划路径清扫作业。

6.根据权利要求5所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制方法，其特征在于：所述的沿路沿石行驶模式的控制方法包括以下步骤：

S11：车载电脑主板实时采集其中一个激光扫描测距雷达返回的数据，去除由于干扰造成的无效数据点，并选取与激光扫描测距雷达的距离为5m范围内的数据点；

S12：采用HOUGH算法，在极坐标空间下，直线参数空间表示为：ρ＝xcosθ+yisnθ，将参数空间离散化成一个累加器阵列A(ρ,θ)，按照极坐标方程，将得到的每一点的坐标值(x,y)映射到参数空间对应的一系列累加器中，将对应的累加器加1；

S13：检测这个局部最大值即可确定与该直线对应的一对(ρ,θ)参数，从而检测出直线，该直线即为路沿石边缘线；

S14：对步骤S13中得到的直线进行量化：根据检测到的直线上两点的坐标P₁(X₁.Y₁)、P₂(X₂，Y₂)'由公式：k＝(Y2-Y1)/(X₂-X₁)和d＝Y₁-kX₁，得到直线参数k、d；

S15：利用步骤S14计算出的直线参数k、d，根据公式D＝|d|/√(1+k^2)和α＝αrctαnk得到激光扫描测距雷达当前到路沿石的距离D以及当前的行驶方向与路沿石的夹角α；

S16：根据距离D以及夹角α，判断前进偏转角度，并控制转向机构进行转向，从而实现以固定距离沿路沿石行驶。