[发明专利]一种新型的两轮驱动低速全天候无人驾驶巡逻车系统

说明书

一种新型的两轮驱动低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端和底部后端的前、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、和辅控制器均与主控制器连接；超声波传感器、CCD摄像机和电机驱动器均与辅控制器连接；电源分别与电机驱动器和电源转换模块连接，电源转换模块用于提供直流电源的供应。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。

技术领域

本发明属于无人驾驶技术领域，具体涉及一种新型的两轮驱动低速全天候无人驾驶巡逻车系统。

背景技术

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。