一种自动驾驶实验AGV车辆平台转让专利
申请号 : CN202010872136.7
文献号 : CN112147999B
文献日 : 2021-09-21
发明人 : 张辉 , 周绍栋 , 张思龙
申请人 : 北京航空航天大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种自动驾驶实验AGV车辆平台,其特征在于:包括环境感知系统、定位导航系统、路径规划系统、控制决策系统、运动控制系统、人工接管系统与人机交互系统、数据传输总线、路由器、可拓展支架与电池组;
所述环境感知系统用于感知复杂交通环境的变化,通过对多传感器的融合和数据处理,识别交通场景、道路、行人、红绿灯、障碍物和基础设置;
所述定位导航系统用于精准定位;定位导航系统包括GNSS天线与惯导模块;其中, GNSS天线用来进行GNSS‑RTK的差分定位;惯导模块共有两个GNSS天线的插口,GNSS天线的数据传输给惯导模块结合使用实现更精准的定位;惯导模块表面下方还有一个综合的线束插口,分出多个接口与其他设备相连,具体为:惯导模块综合线束中的一个网线接口与路由器相连,通过路由器接收附近基站传来的GNSS差分信息,减少定位误差;惯导模块综合线束分出的另一个USB接口与工控机相连,为工控机传输融合GNSS天线和惯导模块数据后的定位信息;惯导模块综合线束有激光雷达的授时分线束,对激光雷达进行授时,统一惯导模块与激光雷达的同步时间;
所述路径规划系统为工控机内设计的路径规划模块,用于在电子地图中进行路径规划;
所述控制决策系统为工控机内设计的控制决策模块,依靠工控机通过对当前车辆位置与规划轨迹的偏差,计算控制量,从而得到车辆的目标速度与目标转角,实现车辆的横纵向控制,再将控制指令变为CAN报文下发给AGV电动车底盘执行;
上述工控机通过接收来自惯导模块的定位数据、激光雷达采集的激光点云数据、相机的图像数据、毫米波雷达的前方障碍物距离数据、超声波雷达采集超声波反射的距离数据、路由器的网络数据以及车辆反馈的转向数据和加减速数据;同时,工控机输出指令控制车辆的转向控制系统、油门系统和制动系统以及各个传感器的可视化图形界面;
所述运动控制系统用于对AGV电动车底盘进行控制;
所述人机交互系统用于工控机数据及控制指令的输入,以及为用户提供可视化操作界面;人机交互系统包括显示器与键盘;其中,显示器用于显示车辆状态和传感器数据处理结果,包括对激光点云数据进行可视化、车道线识别结果、多目标的识别和分类、自动驾驶循迹和各个传感器的可视化图形界面,为使用者提供实验结果;键盘用于向工控机输入数据或控制指令的输入,采用无线键盘,通过无线USB模块与工控机相连;使用者通过键盘设置AGV电动车底盘数据和发送油门、制动和转向指令,也可以过键盘输入其他实验程序代码,操作自动驾驶实验AGV车辆平台的系统运行;
所述人工接管系统为遥控器,拥有控制的最高权限,在紧急情况下实现对AGV电动车底盘的一键接管;
所述数据传输总线主要用于传输车辆实时数据包括速度和转向参数;数据传输总线发送给AGV电动车底盘的执行机构指令,反馈来自AGV电动车底盘的速度和转角,使用者可以通过遥控器或者工控机发送控制命令控制AGV电动车底盘,反馈信号也通过数据传输总线反馈电机转速、电机扭矩和故障信息;
所述路由器用于为工控机提供可移动的网络数据;
所述电池组用于为上述设备供电;
所述可拓展支架安装于AGV电动车底盘前部与后部的GNSS支撑架上表面固定的横梁左右两端,分别位于AGV电动车底盘周向四角位置,设计为可安装各类传感器的矩形平台,使用者可根据自身研究工作需要增设超声波雷达或者毫米波雷达,同时起到碰撞防护、保护车载设备受损的作用;
上述提及的AGV电动车底盘尺寸长度位于1米 1.4米,宽度0.5米 0.7米,高度不高于~ ~
0.4米,质量小于40kg,最大速递85km/h,日常实验常规速度不大于30km/h;AGV电动车底盘包括车身、悬架、数据传输总线、前轮、后轮;所述前轮为转向轮,所述后轮为驱动轮,两个驱动轮分别由两个驱动电机提供动力;悬架为赛车三弹簧设计,可有效抑制车辆俯仰和侧倾;
AGV电动车底盘具有运动控制系统进行控制,包括速度控制系统、转向控制系统;其中,速度控制系统包括油门系统和制动系统;油门系统通过油门机构进行执行,独立驱动两个驱动轮的驱动电机;制动系统通过电机减速执行;转向控制系统,依靠转向机构执行,直接作用于前轮;
环境感知系统包括激光雷达、相机、毫米波雷达、超声波雷达与信息处理系统; 其中,激光雷达用来实时采集并发送周围物体与激光雷达间的距离,在ROS系统中构建实时地图或录制三维数据;相机用于进行车道线检测、车道线保持、多目标识别与分类的实验;毫米波雷达通过发送与接收的电磁波相位差,检测得到原始数据,通过毫米波雷达内部处理芯片与算法,得到有效目标的距离、相对速度和两个对象的角度关系;超声波雷达通过采集处理超声波信号和对采集到的信号进行避障算法处理,实时检测AGV电动车底盘前端与前方障碍物的距离;信息处理系统为工控机中设计的信息处理模块,用于实现前述激光雷达采集数据、相机采集图像信号、毫米波雷达采集的有效目标的距离、相对速度和两个对象的角度关系以及超声波雷达采集到的超声波信号进行过处理;其中,激光雷达为线激光雷达,通过传感器支架架设在AGV电动车底盘中部安装的竖直设置的支架顶端,有效测量范围可达
100m,垂直测量角度为30°;激光雷达的连接线束两端,一端接在激光雷达上,另一端接在激光雷达的分线盒上;分线盒的数据传输线通过以太网接口RJ45接口与工控机相连,将激光雷达采集的数据处理后发送给工控机做进一步处理;分线盒由电池组提供12V直流电压进行供电;
相机安装于前述AGV电动车底盘中部的竖直支架上,靠近支架顶端处分支处的传感器支架上,使相机位于激光雷达下方;相机分辨率不小于1920*1080,支持H.264、SVC、UVC 1.5视频编码,相机可增设为双目甚至三目,前瞻角能够覆盖前方道路;毫米波雷达安装于车辆前端面上方,为长距离77GHz毫米波雷达;毫米波雷达通过CAN结构,以CAN报文的形式,将有效目标的距离、相对速度和两个对象的角度关系发送给工控机;
超声波雷达安装于AGV电动车底盘前端面下方安装的支架前端;GNSS天线安装于AGV电动车底盘前部与后部的支撑架上,通过GNSS天线底部强吸力磁铁吸附固定于支撑架顶面;
惯导模块安装于AGV电动车底盘后轴正中心位置上方,固定于前述AGV电动车底盘后部GNSS天线所在的支撑架顶面下表面上;工控机安装固定于AGV电动车底盘一侧的平台上;电池组安装于AGV电动车底盘一侧的安装平台上,位置与工控机相对。
2.如权利要求1所述一种自动驾驶实验AGV车辆平台,其特征在于:电池组能提供5V,
12V和24V多种直流和220v交流电源输出,24V的直流电源输出为工控机供电,12V直流电源分别为环境感知系统的传感器供电和4G路由器供电,220V交流电源主要为显示器8供电,
220V交流电是通过逆变器进行的转换。
说明书 :
一种自动驾驶实验AGV车辆平台
技术领域
背景技术
和学术机构研究的热点。而自动驾驶相关领域的产品开发、技术测试、功能验证以及人才培
养也随之成为推动技术进步和市场应用的关键。
算法提升和技术研究成果的论证。二是基于仿真环境的,通过虚拟的仿真软件如Carsim、
Panosim与Matlab,Simulink联合在虚拟环境中进行自动驾驶模型和算法的验证。三是基于
硬件在环的仿真实验。将车辆全部或部分关键硬件在仿真的软件虚拟环境中进行测试和开
发。四是用小型模型车在搭建的微型赛道和按比例缩小版场景中进行测试算法以取得更直
观的演示效果。五是在封闭测试场测试,采用实车改造的方式,通过对真车加装传感器和工
控机进行自动驾驶试验。六是在开放道路的测试,通过对现有道路和交通环境进行一定的
改造升级,在划出的开放式道路区域内进行试验。以上可以总结为仿真实验、硬件在环实验
和实车测试。以上各有优点也都存在严重不足。仿真实验存在数据量有限以及与真实环境
存在差异的弊端,硬件在环虽能够结合硬件,但依然无法面向真实的复杂的交通场景。实车
测试又存在安全性、成本高、改造技术门槛高的问题。
开发,还是更加实际和直观的进行车辆学科、计算机学科、自动化学科的人才培养都具有积
极意义。
发明内容
与电池组;
定位。所述路径规划系统为工控机内设计的路径规划模块,用于在电子地图中进行路径规
划。所述控制决策系统为工控机内设计的控制决策模块,依靠工控机通过对当前车辆位置
与规划轨迹的偏差,计算控制量,从而得到车辆的目标速度与目标转角,实现车辆的横纵向
控制,再将控制指令变为CAN报文下发给AGV电动车底盘执行。
数据、路由器的网络数据以及车辆反馈的转向数据和加减速数据。同时,工控机输出指令控
制车辆的转向控制系统、油门系统和制动系统以及各个传感器的可视化图形界面。
拥控制的最高权限,在紧急情况下实现对AGV电动车底盘的一键接管。所述数据传输总线主
要用于传输车辆实时数据包括速度、转向等参数。数据传输总线发送给AGV电动车底盘的执
行机构指令,反馈来自AGV电动车底盘的速度和转角,使用者可以通过遥控器或者工控机发
送控制命令控制AGV电动车底盘,反馈信号也通过数据传输总线反馈电机转速、电机扭矩和
故障信息。所述路由器用于为工控机提供可移动的网络数据。所述电池组用于为上述设备
供电。
装,加速自动驾驶研发进程。
附图说明
具体实施方式
由器15与电池组9;
景、道路、行人、红绿灯、障碍物和基础设施。
用来实时采集并发送周围物体与激光雷达1间的距离,有效测量范围可达100m,垂直测量角
度为30°,在ROS系统中构建实时地图或录制三维数据。也可根据使用者需求在AGV电动车底
盘16前端与后端安装的支架顶部安装激光雷达1。上述激光雷达1的连接线束两端,一端接
在激光雷达1上,另一端接在激光雷达1的分线盒上。分线盒的数据传输线通过以太网接口
RJ45接口与工控机5相连,将激光雷达1采集的数据处理后发送给工控机5做进一步处理。分
线盒由电池组9提供12V直流电压进行供电。
SVC、UVC 1.5视频编码,相机7亦可增设为双目甚至三目,前瞻角能够覆盖前方道路。相机7
用于进行车道线检测、车道线保持、多目标识别与分类的实验。相机7所采集的图像信号传
输到工控机5中做进一步的图像处理。
接收电磁波,通过发送与接收的电磁波相位差,检测得到原始数据,通过毫米波雷达10内部
处理芯片与算法,得到有效目标的距离、相对速度和两个对象的角度关系。毫米波雷达10通
过CAN结构,以CAN报文的形式,将有效目标的距离、相对速度和两个对象的角度关系发送给
工控机5。
算法处理等,实时检测AGV电动车底盘16前端与前方障碍物的距离,或后端与后方障碍物的
距离,可开展基于超声波雷达12的测距与避障实验等。
的角度关系以及超声波雷达12采集到的超声波信号进行过处理。
楼、隧道等遮蔽物遮挡信号条件良好的情况下定位精度能够达到厘米级,与惯导模块3配合
使用,GNSS天线2线束均与惯导模块3相连。
插口,GNSS天线2的数据传输给惯导模块3结合使用实现更精准的定位。惯导模块3表面下方
还有一个综合的线束插口,分出多个接口与其他设备相连,具体为:惯导模块3综合线束中
的一个网线接口与路由器15相连,通过路由器15接收附近基站传来的GNSS差分信息,减少
定位误差。惯导模块3综合线束分出的另一个USB接口与工控机5相连,为工控机5传输融合
GNSS天线2和惯导模块3数据后的定位信息。惯导模块3综合线束有激光雷达1的授时分线
束,主要是对激光雷达1进行授时,统一惯导模块3与激光雷达1的同步时间。
以是通过本实验平台的激光雷达1或相机7录制的数据。
辆的横纵向控制,再将控制指令变为CAN报文下发给AGV电动车底盘16执行。
形界面等可视化操作界面,为使用者提供实验结果。
送油门、制动和转向指令,也可以过键盘输入其他实验程序代码,操作自动驾驶实验AGV车
辆平台的系统运行。
能的计算处理条件,提供丰富的包括可扩展CAN总线的采集卡插槽。工控机5分别通过接收
来自惯导模块3的定位数据、激光雷达1采集的激光点云数据、相机7的图像数据、毫米波雷
达毫米波雷达10的前方障碍物距离数据、超声波雷达12采集超声波反射的距离数据、路由
器15的网络数据以及车辆反馈的转向数据和加减速数据。同时,工控机5输出指令控制车辆
的转向控制系统、油门系统和制动系统以及各个传感器的可视化图形界面。
控机5相连,为工控机5提供可移动的网络数据。路由器15由电池组9提供12V电源。
控机5供电,12V直流电源分别为环境感知系统的传感器供电和4G路由器15供电,220V交流
电源主要为显示器8供电,220V交流电是通过逆变器进行的转换。
形平台,使用者可根据自身研究工作需要增设超声波雷达12或者毫米波雷达10,同时起到
碰撞防护、保护车载设备受损的作用。
车底盘16包括车身、悬架、数据传输总线(can)、前轮14、后轮6。所述前轮14为转向轮,所述
后轮6为驱动轮,两个驱动轮分别由两个驱动电机提供动力。悬架为赛车三弹簧设计,可有
效抑制车辆俯仰和侧倾。
驱动两个驱动轮的驱动电机。制动系统通过电机减速执行。转向控制系统,依靠转向机构执
行,直接作用于前轮14。
通过无线信号与车辆数据总线上的信号接收器通信,可以控制车辆的油门系统和制动系统
进行加减速和刹车,控制转向控制系统操控AGV电动车底盘16转向。
令,反馈来自AGV电动车底盘16的速度和转角,使用者可以通过遥控器或者工控机5发送控
制命令控制AGV电动车底盘16,反馈信号也通过数据传输总线反馈电机转速、电机扭矩和故
障信息。
超声波避障实验、激光雷达1实验、基于RTK的自动驾驶循迹实验等教学实验,可以开展自动
驾驶感知算法的试验测试和控制理论和算法的研究验证。