[發(fā)明專利]基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)及控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610218559.0
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN105759820A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李衛(wèi)民;孟慶志;任傳德;閆懷仁;劉國慶
• 申請（專利權(quán)）人: 濟寧中科先進技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;E01H1/00
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 盧登濤

1.一種基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的自主清掃控制系統(tǒng)包括底層控制系統(tǒng)、激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)和人機交互平臺，其中底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)相連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換，底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)通過無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)與人機交互平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的底層控制系統(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)、超聲波自動避障系統(tǒng)和清掃控制系統(tǒng)，上述各個系統(tǒng)之間通過CAN總線進行數(shù)據(jù)通信，超聲波自動避障系統(tǒng)包括超聲波測距傳感器，超聲波測距傳感器包括至少一個。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括車載電腦主板、激光掃描測距雷達、攝像頭和GPS定位模塊，車載電腦主板連接激光掃描測距雷達和GPS定位模塊并通過路由器連接攝像頭，所述的激光掃描測距雷達包括2個，一個激光掃描測距雷達用于檢測前方道路兩側(cè)路沿石邊沿及較矮的障礙物，另一個激光掃描測距雷達用于檢測較高的障礙物。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光和視覺的道路自主清掃控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的人機交互平臺包含遙控器和遠程監(jiān)控界面，遙控器通過數(shù)據(jù)傳輸模塊與底層控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，遠程監(jiān)控界面通過無線數(shù)據(jù)傳輸基站網(wǎng)絡(luò)與底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

5.一種基于激光和視覺的道路自主清掃控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括以下步驟：

S1：底層控制系統(tǒng)和激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)配合控制實現(xiàn)相應(yīng)清掃車以正常行駛模式行駛并清掃，其中根據(jù)路況通過采集激光掃描測距雷達的數(shù)據(jù)實現(xiàn)沿路沿石行駛模式；通過采集攝像頭的數(shù)據(jù)實現(xiàn)沿標(biāo)記線行駛模式；采集攝像頭和GPS定位模塊的信息實現(xiàn)掉頭模式；

S2：根據(jù)需要外部人員在手動控制模式下通過遙控器實現(xiàn)運動和清掃動作，在自主控制模式下通過激光及視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)進行路徑規(guī)劃與自主導(dǎo)航，實現(xiàn)無人駕駛和自動清掃，工作人員通過遠程監(jiān)控界面監(jiān)控運動和控制狀態(tài)；

S3：在自主控制模式下，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到前方有障礙物時，采用超聲波測距傳感器和激光掃描測距雷達采集數(shù)據(jù)，進入避障模式，避障模式結(jié)束后，返回步驟S1，直至完成所有規(guī)劃路徑清掃作業(yè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于激光和視覺的道路自主清掃控制方法，其特征在于：所述的沿路沿石行駛模式的控制方法包括以下步驟：

S11：車載電腦主板實時采集其中一個激光掃描測距雷達返回的數(shù)據(jù)，去除由于干擾造成的無效數(shù)據(jù)點，并選取與激光掃描測距雷達的距離為5m范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)點；

S12：采用HOUGH算法，在極坐標(biāo)空間下，直線參數(shù)空間表示為：ρ＝xcosθ+yisnθ，將參數(shù)空間離散化成一個累加器陣列A(ρ,θ)，按照極坐標(biāo)方程，將得到的每一點的坐標(biāo)值(x,y)映射到參數(shù)空間對應(yīng)的一系列累加器中，將對應(yīng)的累加器加1；

S13：檢測這個局部最大值即可確定與該直線對應(yīng)的一對(ρ,θ)參數(shù)，從而檢測出直線，該直線即為路沿石邊緣線；

S14：對步驟S13中得到的直線進行量化：根據(jù)檢測到的直線上兩點的坐標(biāo)P₁(X₁.Y₁)、P₂(X₂，Y₂)'由公式：k＝(Y2-Y1)/(X₂-X₁)和d＝Y(jié)₁-kX₁，得到直線參數(shù)k、d；

S15：利用步驟S14計算出的直線參數(shù)k、d，根據(jù)公式D＝|d|/√(1+k^2)和α＝αrctαnk得到激光掃描測距雷達當(dāng)前到路沿石的距離D以及當(dāng)前的行駛方向與路沿石的夾角α；

S16：根據(jù)距離D以及夾角α，判斷前進偏轉(zhuǎn)角度，并控制轉(zhuǎn)向機構(gòu)進行轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)以固定距離沿路沿石行駛。