[发明专利]一种用于车辆道路试验的自动驾驶机器人

摘要

本发明公开了一种用于车辆道路试验的自动驾驶机器人，包括执行单元、环境感知单元、车辆运行状态检测单元、用户交互单元和控制单元。环境感知单元检测试验车辆的运行环境，车辆运行状态检测单元实时检测车辆的运行状态。用户交互单元用于在进行道路试验前进行试验相关设定；所述控制单元包括驾驶控制单元与安全控制单元；驾驶控制单元驱动执行单元控制车辆的运行，可使车辆按照用户预设的试验项目进行试验，安全控制单元检测环境传感器信息、车辆故障信息、车辆运动状态信息，及时发现安全问题，实现车辆安全控制。本发明可代替人工驾驶完成各种汽车道路试验，具有控制准确、持续工作时间长、试验效率高和重复性好的优点。

主权项

一种用于车辆道路试验的自动驾驶机器人，其特征在于：包括执行单元、环境感知单元、车辆运行状态检测单元、用户交互单元和控制单元；其中，执行单元包括转向机械手、换挡机械手、制动机械腿、油门机械腿和底座；其中，底座为矩形框架结构，设置在车辆中的驾驶座位上；底座的前后两侧边间安装有换挡机械手，底座上方安装有转向机械手、底座的前部安装有制动机械腿与油门机械腿；所述转向机械手包括固定板、可调支架、方向盘机械抓手、转向电机以及电机夹具；可调支架为杆状结构，一端铰接在固定板上，另一端与电机夹具铰接；电机夹具中设置有转向电机，转向电机通过电机夹具夹紧固定；转向电机的输出端朝向底座的前方，输出端上连接有行星减速器，行星减速器的输出端固定有方向盘机械抓手，方向盘机械抓手与车辆方向盘固定安装；所述固定板与底座前后侧边垂直滑动连接，使固定板在底座前后侧边间左右滑动。所述换挡机械手包括换挡抓手、滚珠丝杠、换挡电机；换挡电机固定安装在一支撑板上，支撑板水平固定在底座前后两侧边间，换挡电机位于底座后部侧边处，滚珠丝杠上套接有一个支承架，支承架固定在支撑板上；滚珠丝杠的一端与换挡电机的输出轴连接；滚珠丝杠上螺纹套接有丝杠螺母A，丝杠螺母A与螺纹套接在滚珠丝杠上的换挡抓手连接杆固连；底座侧边上开有横向滑道，换挡抓手连接杆穿过横向滑道与换挡抓手固连；换挡抓手与车辆的换挡杆固连；所述制动机械腿与油门机械腿结构完全相同，均包括机器腿、制动踏板连接件、驱动电机、驱动丝杠以及安装板；其中，驱动电机固定安装在安装板上；驱动丝杠上套接有支架；支架固定在安装板上；驱动丝杠的一端与驱动电机的输出轴连接；驱动丝杠上螺纹套接有滑块；机器腿为一支杆结构，机器腿的一端与驱动丝杠上的滑块铰接，滑块与驱动丝杠上螺纹套接的丝杠螺母B固定；机器腿的另一端与踏板连接件铰接，通过踏板连接件与车辆内的制动踏板或油门踏板固定；所述安装板与底座前方侧边间滑动连接；所述机器腿为n段，各段间采用螺纹连接，n为正整数；所述接滑块的一侧设置有光电开关，光电开关与安装板固定，光电开关与滑块间设置有遮光片，通过光电开关的通断判断车辆内制动踏板是否位于初始位置；所述环境感知单元用于检测试验车辆的运行环境，包括差分GPS和CCD摄像头；其中， 差分GPS安装在车辆上，用来实时获取车辆位置信息；CCD摄像头安装在车辆前部，用来实时获取道路视频信息；所述车辆运行状态检测单元用来实时检测车辆的运行状态，包括车速传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器及位置反馈传感器；其中，车速传感器安装在驱动桥壳内，用来实时获取车辆速度信息；侧向加速度传感器与横摆角速度传感器均安装在车辆的质心处，分别用来实时获取车辆的侧向加速度与车辆的横摆角速度；所述位置反馈传感器有四个，分别安装在转向机械手、换挡机械手、制动机械腿与油门机械腿上，且分别用来实时获取车辆当前方向盘转动角度、换挡杆的位移、制动踏板位移以及油门踏板位移；所述用户交互单元用于在进行道路试验前，用户进行试验类型的设定，并且根据所设定的试验类型，进行车辆行驶线路、车速、行驶距离以及车辆与车道中心线的偏离误差允许值的设定；所述控制单元主要包括驾驶控制单元和安全控制单元；驾驶控制单元对执行单元中各个伺服电机进行控制，从而通过执行单元控制车辆中的方向盘、制动踏板、油门踏板以及换挡杆进行操作，实现对车辆的运行控制；当用户在用户交互单元中预设车辆行驶线路时，驾驶控制单元将从用户交互单元中提取预设的车辆行驶线路及车速，与由差分GPS采集的车辆的位置信息以及由车辆运行状态检测单元中提取的的车辆当前运行状态进行综合分析，从而控制执行单元对车辆进行制动、加速、转向操作，使车辆按照预设的行驶路线行驶；当用户没有在用户交互单元中预设的车辆行驶线路时，驾驶控制单元通过CCD摄像头采集道路视频信息，对视频进行处理，提取车道线信息，并根据车辆在车道线的位置和车道线与车辆行驶方向的夹角，控制执行机构中的伺服电机对车辆的方向进行控制，确保车辆能够跟踪车道线；安全控制单元实时监测车辆当前的运行状态，进行车辆状态估算，判断车辆是否有发生危险状况的可能；若有发生危险的可能，则安全控制单元向执行控制单元发送危险预警信号，驾驶控制单元接收到此危险预警信号后控制执行单元操控车辆，使车辆行驶在安全范围；安全控制单元从车辆自身的故障诊断接口提取车辆的故障信息，当车辆有故障发生时，能够控制执行单元对车辆进行制动；安全控制单元与驾驶控制单元保持实时通信，当驾驶控制单元与安全控制单元中的一个发生故障时，则通信中断，此时由另一个来控制执行单元进行制动操作，保证车辆安全停车。