[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统及控制方法，属于智能环卫机械技术领域。

背景技术

目前清扫车无论是室内还是城市街道环卫，基本上都需要人工操作，而随着城市规模的发展，人力成本的不断提高，智能化无人驾驶自主行驶清扫车的需求增多，如何实现自主清扫的控制系统显得尤为关键，目前，在全自动无人驾驶的控制系统方面，国内已经有相关企业和机构进行了研究，通常采用三种方法实现：(1)基于3G/4G或GPRS网络，通过终端设备进行路径的规划，并对设备状态进行实时监控；(2)基于机器视觉的图像识别技术；(3)采用在地面铺设导轨、磁轨，车辆在固定轨道上行驶，即轨道式全自动无人驾驶控制技术。虽然无人驾驶领域已经有相关的控制技术，但是在无人清扫控制系统方面技术还未成熟，在现有技术中没有得到推广应用。

例如，授权公开号为：CN204644936U公开的一种无人驾驶式自动商用洗/扫地机，在控制技术上存在一定的不足，当遇到障碍物后，需将激光传感器、超声或防撞条信息送至导航模块，导航模块根据具体情况，发送停止指令于控制模块，并需人工再次干预，重新规划路径，费时且不能做到整个过程完全无人干涉，不适于在大型路面进行清扫作业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统及控制方法，在无人驾驶的情况下能够自主进行路径规划和导航定位，控制实现路面的清扫作业，降低城市环卫工人的劳动强度、减少城市二氧化碳排放和环境污染、优化能源结构。

本发明所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，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。

底层控制系统用于实现运动、清扫和电源管理，激光及视觉导航定位系统用于实现路径规划和导航定位，无线数据传输基站网络用于实现数据的传输，具有3G、4G、WIFI及专用无线数传网络等多种可选通信方式，实现位置和状态数据通信传输，人机交互平台用于接收无线数据传输基站网络传输的信息，并且实现动作操控，以及远程监控，底层控制系统和激光及视觉导航定位系统之间通过USBCAN适配器实现数据协议转换。

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，所述的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，电源管理系统用于实现电源管理，运动控制系统用于实现前进、后退、左转、右转、加速、减速、停车、刹车等运动的控制，超声波自动避障系统用于实现自动避障，清扫控制系统用于实现清扫动作。

超声波测距传感器利用超声波的特性研制而成的传感器，用于检测周围的超声波信号，通过智能控制算法如障碍物识别与避障算法实现自动避障。

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。

激光扫描测距雷达用于检测前方道路两侧路沿石边沿，提取和拟合道路边沿直线段，为沿道路平行前进和道路定位提供传感数据，并利用前方180度范围内的激光检测数据，辅助完成自主避障；摄像头为网络高清摄像头，用于采集前方图像信息，在无路沿石的路段，通过图像处理算法，与激光扫描测距雷达互补完成道路边沿识别；车载电脑主板主要承载上位机智能算法处理软件，通过接收底层控制系统上传的超声波测距传感器数据、激光扫描测距雷达数据、摄像头采集的图像等，利用传感器融合算法、图像处理算法、自动避障算法、自主定位与导航算法等各种智能控制算法，实现自主驾驶。

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。