本发明公开了一种高速履带式无人车平台，包括：履带式车体，其内安装车载主控计算机；行驶遥控端，其与车载主控计算机通信连接；主控计算机，其与车载主控计算机通信连接；光电载荷，其安装在履带式车体上与车载主控计算机连接；支撑架，其与履带式车体固定，为两层结构；能源系统，其包括安装在支撑架上层的油箱和备用电池，及安装履带式车体上的车载电源；开关系统，其包括安装在支撑架上的电源开关，及安装在履带式车体内部的电机、点火装置和两个继电器；动力系统，其包括安装在支撑架上层的油门舵机和刹车舵机，及安装在支撑架下层的转向舵机。本发明还提供了一种高速履带式无人车平台的控制方法。本发明的有益效果：实现履带车的无人驾驶。
行驶遥控端，其与所述车载主控计算机通信连接，用于手动控制所述履带式车体；
主控计算机，其与所述车载主控计算机通过CAN总线通信连接，用于自动控制所述履带式车体；
光电载荷，其安装在所述履带式车体上且位于所述履带式车体前方，所述光电载荷与所述车载主控计算机连接，用于采集所述履带式车体行进过程中的图像信息；
支撑架，其通过履带式车体上的把手转轴安装孔（1）、铰链安装孔（2）、前枢轴管（3）及后枢轴管（4）与所述履带式车体固定，所述支撑架为两层结构；
能源系统，其包括安装在所述支撑架上层的油箱（5）和备用电池（6），以及安装在所述履带式车体上的车载电源，所述油箱（5）和油门连接，所述车载电源、所述备用电池（6）与所述车载主控计算机连接；
开关系统，其包括安装在所述支撑架上的电源开关，以及安装在所述履带式车体内部的电机、点火装置和两个继电器，所述电源开关与所述车载电源连接，所述两个继电器均与所述车载主控计算机连接，所述电机和所述两个继电器连接并控制所述点火装置；
动力系统，其包括安装在所述支撑架上层的油门舵机（7）和刹车舵机（8），以及安装在所述支撑架下层的转向舵机（9），所述油门舵机（7）与所述履带式车体的油门连接，所述刹车舵机（8）与所述履带式车体的刹车连接，所述转向舵机（9）通过齿轮（10）与所述履带式车体的转向轴连接。
2.根据权利要求1所述的高速履带式无人车平台，其特征在于，所述两个继电器分别为：电机启动继电器，其用于控制所述电机开启，并控制所述点火装置点火；
电机关闭继电器，其用于控制所述电机关闭，并控制所述点火装置熄火。
3.根据权利要求1所述的高速履带式无人车平台，其特征在于，所述两个继电器采用插拔式中间继电器。
4.根据权利要求1所述的高速履带式无人车平台，其特征在于，所述油门舵机（7）、所述刹车舵机（8）和所述转向舵机（9）采用伺服舵机。
5.根据权利要求1所述的高速履带式无人车平台，其特征在于，所述行驶遥控端上设置启动、关闭、前进、后退、油门、刹车、左转和右转按键。
6.根据权利要求1所述的高速履带式无人车平台，其特征在于，所述支撑架通过管夹（11）与所述前枢轴管及后枢轴管连接。
7.根据权利要求1所述的高速履带式无人车平台，其特征在于，还包括：设置在所述履带式车体上的红外探测器及激光雷达。
8.根据权利要求1所述的高速履带式无人车平台，其特征在于，所述车载主控计算机上设置有：电源模块，其与所述车载电源和所述备用电池（6）连接获取输入电源，并与所述光电载荷、所述电机和所述两个继电器连接输出电源；
无线电接收模块，其与所述电源开关连接，并与所述行驶遥控端上的无线电发送模块通信连接，用于获取所述电源开关及所述行驶遥控端的开关信号；
定位模块，其用于对所述履带式车体进行定位，获取所述履带式车体的三维姿态信息；
图像处理模块，其用于对所述光电载荷采集到的图像信息进行处理，获取履带式车体行进过程中的环境；
计算处理模块，其用于根据所述三维姿态信息和所述主控计算机所规划的路径计算出所述履带式车体的行进路线、速度和航向，并转换成控制指令下发至控制模块；
控制模块，其用于根据接收所述两个继电器的通断信号，并根据通断信号控制所述电机开启或关闭，同时，用于接收所述计算处理模块以及所述行驶遥控端的控制指令，并将控制指令下发至所述油门舵机（7）、所述刹车舵机（8）和所述转向舵机（9），控制所述油门舵机（7）、所述刹车舵机（8）和所述转向舵机（9）进行动作或停止动作。
9.一种高速履带式无人车平台的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，按下支撑架上的电源开关，履带式车体上的车载主控计算机接收到所述电源开关的开关信号，按下行驶遥控端上的启动键，所述车载主控计算机通过无线电接收模块接收到所述行驶遥控端上无线电发送模块发送的开关信号，此时，履带式车体上的车载电源开始供电，将履带式车体上电；
步骤2，所述车载电源将电流信号送出，所述车载主控计算机控制所述履带式车体上的电机启动继电器吸合，电流经过所述电机启动继电器触点后，所述履带式车体上的电机启动运行，完成点火；
步骤3，所述车载主控计算机对所述履带式车体进行定位，获取所述履带式车体的三维姿态信息；
步骤4，主控计算机根据所述履带式车体上的光电载荷实时采集到的图像信息对规划的路径进行实时优化，获得优化路径；
步骤5，所述车载主控计算机根据步骤3中的三维姿态信息以及步骤4中的优化路径，计算出所述履带式车体行进的路线、航向和速度；
步骤6，所述车载主控计算控制所述履带式车体上的油门舵机（7）、刹车舵机（8）和转向舵机（9）进行相应的动作；
步骤7，结束动作后，所述车载主控计算控制所述履带式车体上电机关闭继电器吸合，电流经过所述电机关闭继电器触点后，所述履带式车体上点火装置的熄火线与搭铁线接通，点火线圈的电流直接流向搭铁，火花塞无法得电，此时，所述电机关闭运行，完成熄火；
步骤8，关闭所述电源开关，并按下行驶遥控端上的关闭键。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，步骤3-6替换为：所述行驶遥控端下发控制指令至所述车载主控计算机，所述车载主控计算机接收后控制所述履带式车体上的油门舵机（7）、刹车舵机（8）和转向舵机（9）进行相应的动作。
一种高速履带式无人车平台及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及无人驾驶技术领域，具体而言，涉及一种高速履带式无人车平台及其控制方法。
背景技术
[0002] 小型履带式无人车可以协助或取代人类完成很多工作。首先，它可以在恶劣地形或危险情况下进行侦察、攻击等工作；其次，它可对危险物品进行排查，战场救护等；另外在网络通信、人工智能等先进技术应用的基础上，无人车能够从事控制精度和实时性高、复杂性强的工作。但现有的履带车在满足8m/s行驶速度的前提下只有手动履带式滑板车，这种履带车需要有人来操作，并通过的特殊的滑板操作原理进行转向控制的，无法实现无人驾驶的功能。
发明内容
[0003] 为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高速履带式无人车平台及其控制方法，可以实现履带车的无人驾驶。
[0004] 本发明提供了一种高速履带式无人车平台，包括：
[0005] 履带式车体，其内部安装有车载主控计算机；
[0006] 行驶遥控端，其与所述车载主控计算机通信连接，用于手动控制所述履带式车体；
[0007] 主控计算机，其与所述车载主控计算机通过CAN总线通信连接，用于自动控制所述履带式车体；
[0008] 光电载荷，其安装在所述履带式车体上且位于所述履带式车体前方，所述光电载荷与所述车载主控计算机连接，用于采集所述履带式车体行进过程中的图像信息；
[0009] 支撑架，其通过履带式车体上的把手转轴安装孔、铰链安装孔、前枢轴管及后枢轴管与所述履带式车体固定，所述支撑架为两层结构；
[0010] 能源系统，其包括安装在所述支撑架上层的油箱和备用电池，以及安装所述履带式车体上的车载电源，所述油箱和所述油门连接，所述车载电源、所述备用电池与所述车载主控计算机连接；
[0011] 开关系统，其包括安装在所述支撑架上的电源开关，以及安装在所述履带式车体内部的电机、点火装置和两个继电器，所述电源开关与所述车载电源连接，所述两个继电器均与所述车载主控计算机连接，所述电机和所述两个继电器连接并控制所述点火装置；
[0012] 动力系统，其包括安装在所述支撑架上层的油门舵机和刹车舵机，以及安装在所述支撑架下层的转向舵机，所述油门舵机与所述履带式车体的油门连接，所述刹车舵机与所述履带式车体的刹车连接，所述转向舵机通过齿轮与所述履带式车体的转向轴连接。
[0013] 作为本发明进一步的改进，所述两个继电器分别为：
[0014] 电机启动继电器，其用于控制所述电机开启，并控制所述点火装置点火；
[0015] 电机关闭继电器，其用于控制所述电机关闭，并控制所述点火装置熄火。
[0016] 作为本发明进一步的改进，所述两个继电器采用插拔式中间继电器。
[0017] 作为本发明进一步的改进，所述油门舵机、所述刹车舵机和所述转向舵机采用伺服舵机。
[0018] 作为本发明进一步的改进，所述行驶遥控端上设置启动、关闭、前进、后退、油门、刹车、左转和右转按键。
[0019] 作为本发明进一步的改进，所述支撑架通过管夹与所述前枢轴管及后枢轴管连接。
[0020] 作为本发明进一步的改进，还包括：设置在所述履带式车体上的红外探测器及激光雷达。
[0021] 作为本发明进一步的改进，所述车载主控计算机上设置有：
[0022] 电源模块，其与所述车载电源和所述备用电池连接获取输入电源，并与所述光电载荷、所述电机和所述两个继电器连接输出电源；
[0023] 无线电接收模块，其与所述电源开关连接，并与所述行驶遥控端上的无线电发送模块通信连接，用于获取所述电源开关及所述行驶遥控端的开关信号；
[0024] 定位模块，其用于对所述履带式车体进行定位，获取所述履带式车体的三维姿态信息；
[0025] 图像处理模块，其用于对所述光电载荷采集到的图像信息进行处理，获取履带式车体行进过程中的环境；
[0026] 计算处理模块，其用于根据所述三维姿态信息和所述主控计算机所规划的路径计算出所述履带式车体的行进路线、速度和航向，并转换成控制指令下发至控制模块；
[0027] 控制模块，其用于根据接收所述两个继电器的通断信号，并根据通断信号控制所述电机开启或关闭，同时，用于接收所述计算处理模块以及所述行驶遥控端的控制指令，并将控制指令下发至所述油门舵机、所述刹车舵机和所述转向舵机，控制所述油门舵机、所述刹车舵机和所述转向舵机进行动作或停止动作。
[0028] 本发明还提供了一种高速履带式无人车平台，包括以下步骤：
[0029] 步骤1，按下支撑架上的电源开关，履带式车体上的车载主控计算机接收到所述电源开关的开关信号，按下行驶遥控端上的启动键，所述车载主控计算机通过无线电接收模块接收到所述行驶遥控端上无线电发送模块发送的开关信号，此时，履带式车体上的车载电源开始供电，将履带式车体上电；
[0030] 步骤2，所述车载电源将电流信号送出，所述车载主控计算机控制所述履带式车体上的电机启动继电器吸合，电流经过所述电机启动继电器触点后，所述履带式车体上的电机启动运行，完成点火；
[0031] 步骤3，所述车载主控计算机对所述履带式车体进行定位，获取所述履带式车体的三维姿态信息；
[0032] 步骤4，主控计算机根据所述履带式车体上的光电载荷实时采集到的图像信息对规划的路径进行实时优化，获得优化路径；
[0033] 步骤5，所述车载主控计算机根据步骤3中的三维姿态信息以及步骤4中的优化路径，计算出所述履带式车体行进的路线、航向和速度；
[0034] 步骤6，所述车载主控计算控制所述履带式车体上的油门舵机、刹车舵机和转向舵机进行相应的动作；
[0035] 步骤7，结束动作后，所述车载主控计算控制所述履带式车体上电机关闭继电器吸合，电流经过所述电机关闭继电器触点后，所述履带式车体上点火装置的熄火线与搭铁线接通，点火线圈的电流直接流向搭铁，火花塞无法得电，此时，所述电机关闭运行，完成熄火；
[0036] 步骤8，关闭所述电源开关，并按下行驶遥控端上的关闭键。
[0037] 作为本发明进一步的改进，步骤3-6替换为：所述行驶遥控端下发控制指令至所述车载主控计算机，所述车载主控计算机接收后控制所述履带式车体上的油门舵机、刹车舵机和转向舵机进行相应的动作。
[0038] 本发明的有益效果为：
[0039] 可通过行驶遥控端的手动控制和主控计算机的自动控制实现对履带式车体的控制，实现履带式车体的无人驾驶；
[0040] 在履带式车体上增加支撑架，用于在履带式车体上放置更多的设备，便于对履带式车体的控制；
[0041] 将油箱设置在了支撑架上层，远离了履带式车体排气筒的位置，避免油箱在工作过程中发生危险，保障整个无人车平台的运行安全；
[0042] 减少了现有履带式车体的人为控制的把手，因此减少了齿轮闭合开关，简化了结构，无需特殊的滑板操控即可实现对履带式车体的控制；
[0043] 设置了备用电池，以便在车载电源没有电或供电需求超出车载电源承载范围内时及时参与供电，避免断电；
[0044] 电源开关打开后无法实现所有设备的供电，必须结合行驶遥控端下发的开关信号才能对整个设备进行上电，避免了误操作；
[0045] 履带式车体可在结构路面(水泥)和非结构路面(土坡或草地)上正常行驶，可沿30°斜坡向上正常行驶，最大行驶速度不低于8m/s，可携带光电载荷的重量不小于5kg。
附图说明
[0046] 图1为本发明中支撑架和履带式车体的安装示意图；
[0047] 图2为本发明中履带式车体的部分示意图；
[0048] 图3为本发明对高速履带式无人车平台的控制示意图。
[0049] 图中，
[0050] 1、手转轴安装孔；2、铰链安装孔；3、前枢轴管；4、后枢轴管；5、油箱；6、备用电池；7、油门舵机；8、刹车舵机；9、舵机；10、齿轮；11、管夹。
具体实施方式
[0051] 下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0052] 实施例1，如图1-2所示，本发明实施例的一种高速履带式无人车平台，包括：
[0053] 履带式车体，其内部安装有车载主控计算机；
[0054] 行驶遥控端，其与车载主控计算机通信连接，用于手动控制履带式车体；
[0055] 主控计算机，其与车载主控计算机通过CAN总线通信连接，用于自动控制履带式车体；
[0056] 光电载荷，其安装在履带式车体上且位于履带式车体前方，光电载荷与车载主控计算机连接，用于采集履带式车体行进过程中的图像信息；
[0057] 支撑架，其通过履带式车体上的把手转轴安装孔1、铰链安装孔2、前枢轴管3及后枢轴管4与履带式车体固定，支撑架为两层结构；
[0058] 能源系统，其包括安装在支撑架上层的油箱5和备用电池6，以及安装履带式车体上的车载电源，油箱5和油门连接，车载电源、备用电池6与车载主控计算机连接；
[0059] 开关系统，其包括安装在支撑架上的电源开关，以及安装在履带式车体内部的电机、点火装置和两个继电器，电源开关与车载电源连接，两个继电器均与车载主控计算机连接，电机和所述两个继电器连接并控制点火装置；
[0060] 动力系统，其包括安装在支撑架上层的油门舵机7和刹车舵机8，以及安装在支撑架下层的转向舵机9，油门舵机7与履带式车体的油门连接，刹车舵机8与履带式车体的刹车连接，转向舵机9通过齿轮10与履带式车体的转向轴连接。
[0061] 现有的履带车油箱在把手下侧，行进过程中需要人工给油，不能满足履带车遥控方式。同时由于排气筒在工作过程中温度过高，为了避免油箱在工作过程中发生危险，应将油箱放在远离排气筒的位置，保证设备运行安全，因此，本发明将油箱放置在了支撑架上层，远离了排气筒，避免了现有技术中的油箱的安全问题。
[0062] 车载电源为主要供电设备，本发明设置备用电池6，以便在车载电源没有电或供电需求超出车载电源承载范围内时及时参与供电，避免断电。
[0063] 进一步的，支撑架通过管夹11与前枢轴管3及后枢轴管4连接，中间部分与铰链安装孔3进行加固连接，这样能够保证支架的稳定性，同时增大安装空间，便于在步履带车上放置更多的设备。
[0064] 进一步的，两个继电器分别为：电机启动继电器，其用于控制电机开启，并控制点火装置点火；电机关闭继电器，其用于控制电机关闭，并控制点火装置熄火。更进一步的，两个继电器采用插拔式中间继电器，具有体积小、安装方便、快速更换、动作迅速、持久耐用等特点。
[0065] 进一步的，油门舵机7、刹车舵机8和转向舵机9采用伺服舵机，舵机参数如表1所示，具有体积小、扭矩大、持久耐用、角度精确、控制范围大、装配方便、高速通讯、过热保护等特点。
[0066] 表1舵机参数表
[0067]
[0068]
[0069] 进一步的，本发明设计了两种控制方式，第一种为自动控制方式：即主控计算机将规划好的路径直接发送至车载主控计算机，车载主控计算机控制油门舵机7、刹车舵机8和转向舵机9按照计算好的行进路线、速度和航向进行相应的动作；第二种为手动控制方式：即行驶遥控端直接对车载主控计算机下发控制指令，车载主控计算机控制油门舵机7、刹车舵机8和转向舵机9按照行驶遥控端的控制指令进行相应的动作，具体的，在行驶遥控端上设置启动、关闭、前进、后退、油门(油门增大或减小，改变行进速度)、刹车(减速)、左转和右转按键以实现相应的动作。第二种控制方式可以在主控计算机无法连接上时使用，尤其适合在近距离行驶过程中使用，简单易控。
[0070] 进一步的，还包括：设置在履带式车体上的红外探测器及激光雷达。红外探测器无需借助环境光，可以弥补光电载荷在夜间光线不足导致的图像不清晰，而激光雷达可以快速探测出障碍物的距离，主控计算机将这两种传感器与光电载荷采集到的信息融合处理后，可以获取更为精确的三维空间信息，以便能更加实时的更新规划路径，获得更加优化的路径，避免履带式车体遇到障碍物或者翻车等等。
[0071] 进一步的，车载主控计算机上设置有：
[0072] 电源模块，其与车载电源和备用电池6连接获取输入电源，并与光电载荷、电机和两个继电器连接输出电源；
[0073] 无线电接收模块，其与电源开关连接，并与行驶遥控端上的无线电发送模块通信连接，用于获取电源开关及行驶遥控端的开关信号；
[0074] 定位模块，其用于对履带式车体进行定位，获取履带式车体的三维姿态信息；
[0075] 图像处理模块，其用于对光电载荷采集到的图像信息进行处理，获取履带式车体行进过程中的环境；
[0076] 计算处理模块，其用于根据三维姿态信息和主控计算机所规划的路径计算出履带式车体的行进路线、速度和航向，并转换成控制指令下发至控制模块；
[0077] 控制模块，其用于根据接收两个继电器的通断信号，并根据通断信号控制电机开启或关闭，同时，用于接收计算处理模块以及行驶遥控端的控制指令，并将控制指令下发至油门舵机7、刹车舵机8和转向舵机9，控制油门舵机7、刹车舵机8和转向舵机9进行动作或停止动作。
[0078] 本发明的履带式车体相比较现有的履带车，减少了人为控制的把手，因此减少了齿轮闭合开关，同时，本发明的电源开关打开后无法实现所有设备的供电，必须结合行驶遥控端下发的开关信号才能对整个设备进行上电，避免了误操作。本发明的履带式车体完全为无人驾驶，减少了危险。
[0079] 实施例2，如图3所示，本发明的一种高速履带式无人车平台的控制方法，包括以下步骤：
[0080] 步骤1，按下支撑架上的电源开关，履带式车体上的车载主控计算机接收到电源开关的开关信号，按下行驶遥控端上的启动键，车载主控计算机通过无线电接收模块接收到行驶遥控端上无线电发送模块发送的开关信号，此时，履带式车体上的车载电源开始供电，将履带式车体上电；
[0081] 步骤2，车载电源将电流信号送出，车载主控计算机控制履带式车体上的电机启动继电器KA1吸合，电流经过电机启动继电器KA1触点后，履带式车体上的电机M4启动运行，完成点火；
[0082] 步骤3，车载主控计算机对履带式车体进行定位，获取履带式车体的三维姿态信息；
[0083] 步骤4，主控计算机根据所述履带式车体上的光电载荷实时采集到的图像信息对规划的路径进行实时优化，获得优化路径；
[0084] 步骤5，车载主控计算机根据步骤3中的三维姿态信息以及步骤4中的优化路径，计算出履带式车体行进的路线、航向和速度；
[0085] 步骤6，车载主控计算控制履带式车体上的油门舵机M1、刹车舵机M2和转向舵机M3进行相应的动作；
[0086] 步骤7，结束动作后，车载主控计算控制履带式车体上电机关闭继电器KA2吸合，电流经过电机关闭继电器KA2触点后，履带式车体上点火装置的熄火线N1与搭铁线N2接通，点火线圈L1的电流直接流向搭铁，火花塞无法得电，此时，电机M4关闭运行，完成熄火；
[0087] 步骤8，关闭电源开关，并按下行驶遥控端上的关闭键。
[0088] 上述操作为自动控制模式下的控制方法，当需要手动控制时，步骤3-6替换为：行驶遥控端下发控制指令至车载主控计算机，车载主控计算机接收后控制履带式车体上的油门舵机、刹车舵机和转向舵机进行相应的动作。
[0089] 本发明的高速履带式无人车平台进行了试验测试，测试条件为：环境温度-10℃～45℃、相对湿度45％～90％。
[0090] 1、复杂路面行驶测试：
[0091] 将履带式车体停置在水平路面，启动行驶遥控端，将整个平台上电，启动履带式车体，使用行驶遥控端操控履带式车体执行前进、加速、左转、右转等操作；
[0092] 将履带式车体停置在土坡或草地路面，启动行驶遥控端，将整个平台上电，启动履带式车体，使用行驶遥控端操控履带式车体执行前进、加速、左转、右转等操作。
[0093] 测试结果表明，履带式车体在结构路面(水泥路面)和非结构路面(草地)上进行的前进、加速、左转、右转等操作，履带式车体的一切运转功能正常，满足指标要求。
[0094] 2、30°斜坡形式测试：
[0095] 将履带式车体置于坡度达到30°的斜坡路面下(或人为制造30°的斜坡以供试验使用)，启动行驶遥控端，将整个平台上电，启动履带式车体，使其沿30°斜坡的路面向上行驶。
[0096] 测试结果表明，履带式车体在30°的斜坡上进行的前进、加速、左转、右转等操作，履带式车体的一切运转功能正常，满足指标要求。
[0097] 3、最大行驶速度不低于8m/s测试：
[0098] 选择宽阔场地，分别确定测试点1、测试点2，保证两测试点之间的距离为50m，将履带式车体放置在起点(起点与测试点1的距离应保证履带式车体可加速到最大速度)，选择两块秒表，将其清零，由两名测试人员甲、乙分别拿秒表站在测试点1和测试点2上，在起点发动履带式车体，使其向测试点1加速行驶，待其速度达到最大后使其行驶至测试点1，到达测试点1时，测试人员甲按下秒表，待其行驶至测试点2时，测试人员乙按下秒表，待结束后，两名测试人员同时将秒表暂停，分别记录秒表上显示的时间α、β，取T＝|α-β|，则V＝50/T，即为最大行驶速度。
[0099] 测试结果表明，履带式车体在50m的距离内，用时5.35s，通过公式计算，在该段距离内的最大行驶速度可达到9.35m/s，满足不低于8m/s的指标要求。
[0100] 4、可携带光电载荷的重量不小于5kg测试：
[0101] 使用通过计重设备测量的配重物(不小于5kg)放置在履带式车体上，启动行驶遥控端，将整个平台上电，启动履带式车体，使用行驶遥控端操控履履带式车体执行前进、左转、右转等操作。
[0102] 测试结果表明，履带式车体在携带15kg光电载荷的负载下，履带式车体正常完成了启动、前进、加速、左转、右转、停车等操作，满足指标要求。
[0103] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
