CN106702937A - 一种自动清扫的清洁车及其自动驾驶方法 - Google Patents

Abstract

一种自动清扫的清洁车及其自动驾驶方法，底板的上方设有垃圾箱，底板的一侧设有储水箱，底板的底部设有滚筒式扫帚和吸风罩，吸风罩的进口对准,滚筒式扫帚，吸风罩的出口通入底板的内腔内，底板的内腔内设有风机；吸风罩的出口通过输送装置与垃圾箱连通；储水箱的底部设有喷头，驾驶室内设有中央控制器。采集子模块采集车辆状态和驾驶环境信息，感知识别子模块计算出驾驶前方的障碍物信息及跟踪移动目标信息，地图子模块生成局部地图，路径规划子模块生成局部路径规划，行驶控制子模块根据局部路径规划生成控制指令，并根据控制指令控制方向盘、油门和档位。本发明自动清扫、自动洒水、还可自动驾驶，方便高效，节省人力。

Description

一种自动清扫的清洁车及其自动驾驶方法

技术领域

本发明涉及一种自动清扫的清洁车及其自动驾驶方法。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，城市环境保护意识日益增强，道路清扫用清洁车作为城市环卫工作重要的一环也迎来了良好的发展机遇。

道路清扫用清洁车的出现是城市文明的一项重要的标志，它给人们生活环境以及城市面貌带来了诸多益处，如提高了路面清扫的工作效率，同时提高了操作者的工作积极性，并且大大节约了人力和财力，保证了一个良好整洁的环境，这不仅提高了城市形象，而且更有利于城市文化的建设及市民工作的积极性等等。

然而环卫服务业存在的一个困境是环卫从业人员的年龄普遍偏高，很多已经超过退休年龄，且中国目前正处于快速老龄化阶段，老龄化时代到来必然伴随着劳动力短缺，尤其是环卫服务领域，极少有年轻人参与进来，可能造成环卫行业从业人员后继乏人，劳动力短缺在所难免。环卫行业要保持快速健康发展，就要提高机械化率和自动化率，最大程度缓解从业人员短缺压力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种自动清扫的清洁车及其自动驾驶方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自动清扫的清洁车，其特征在于：包括车体和驾驶室，所述车体的底部设有底板，所述底板的上方设有垃圾箱，所述底板靠近车尾的一侧设有储水箱；

所述底板具有中空的内腔，所述底板的底部可转动地设有面向地面的滚筒式扫帚，且所述滚筒式扫帚连接有动力装置；所述底板的底部还设有用于吸入所述滚筒式扫帚扫起的灰尘的吸风罩，所述吸风罩的进口对准所述滚筒式扫帚，所述吸风罩的出口通入所述底板的内腔内，且底板的内腔内设有用于给所述内腔提供负压的风机；吸风罩的出口处通过输送装置与所述垃圾箱连通；

所述输送装置包括第一输送部和第二输送部，所述第一输送部包括第一主动轴、从动轴和张拉在第一主动轴和从动轴上的第一输送带，且所述第一主动轴可转动地设置在吸风罩内，所述从动轴可转动地设置在垃圾箱内，所述第一输送带自吸风罩向垃圾箱内倾斜延伸；所述第二输送部包括第二主动轴和张拉在第二主动轴和从动轴上的第二输送带，所述第二主动轴可转动地设置在垃圾箱内，且所述第二输送带自垃圾箱的中部向垃圾箱的一端水平延伸；

所述第一主动轴的一端与第一电机的输出轴同轴相连，所述第二主动轴的一端与第二电机的输出轴同轴相连；

所述储水箱的底部设有垂直向下的喷头，喷头的喷嘴面向地面，且喷头设有开关阀；所述驾驶室内还设有中央控制器，所述中央控制器分别与动力装置、风机、开关阀、第一电机和第二电机一一相连。

进一步，所述动力装置为第三电机，所述第三电机的输出轴与滚筒式扫帚的转轴同轴相连，且中央控制器与第三电机相连。

进一步，所述中央控制器内具有用于采集车辆状态信息和驾驶环境信息的采集子模块、用于从车辆状态信息和驾驶环境信息中提取出障碍物信息及跟踪移动目标信息的感知识别子模块、基于障碍物信息及跟踪移动目标信息绘制局部地图的地图子模块、根据地图子模块输出的局部地图生成局部路径规划的路径规划子模块以及控制车轮按照局部路径规划行驶的行驶控制子模块。

进一步，所述采集子模块、感知识别子模块、地图子模块、路径规划子模块和行驶控制子模块依次相连。

采用本发明所述的一种自动清扫的清洁车实施的自动驾驶方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集子模块采集车辆状态信息和驾驶环境信息，并将采集到的所述车辆状态信息和驾驶环境信息输送给感知识别子模块；

步骤2，感知识别子模块基于所述车辆状态信息和驾驶环境信息，计算出驾驶前方的障碍物信息及跟踪移动目标信息，且感知识别子模块将所述的障碍物信息及跟踪移动目标信息输送给地图子模块；

步骤3，地图子模块根据接收到的障碍物信息及跟踪移动目标信息生成局部地图，且将生成的所述局部地图输送给路径规划子模块；

步骤4，路径规划子模块根据预设的清扫道路信息和所述局部地图生成待清扫路线，并根据待清扫路线、障碍物信息、跟踪移动目标信息和交通规程生成局部路径规划，且路径规划子模块将局部路径规划输送给行驶控制子模块；

步骤5，行驶控制子模块根据接收到的所述的局部路径规划生成控制指令，并根据所述控制指令控制方向盘、油门和档位。

本发明的有益效果主要表现在：

1、自动清扫、自动洒水、还可自动驾驶，方便高效，节省人力；

2、垃圾自吸风罩经第一输送部输送至垃圾箱内，并经第二输送部平整垃圾箱内的垃圾；

3、通过采集子模块中的各种传感器可随时探测清洁车周围近距离(如50米)内的道路状况，并通过不同距离、不同物体的移动速度针对不同传感器进行处理分析，使得采集的数据更加准确；

4、在行驶过程中，车内安装的全球定位仪将随时获取清洁车所在准确方位，进一步提高安全性；

5、通过感知识别子模块能够识别各种交通标志，保证清洁车在遵守交通规则的前提下安全行驶。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

参照附图，一种自动清扫的清洁车，包括车体和驾驶室3，所述车体的底部设有底板，所述底板的上方设有垃圾箱5，所述底板靠近车尾的一侧设有储水箱7；底板下还设有车轮9；

所述底板具有中空的内腔，所述底板的底部可转动地设有面向地面的滚筒式扫帚12，且所述滚筒式扫帚12连接有动力装置；所述底板的底部还设有用于吸入所述滚筒式扫帚12扫起的灰尘的吸风罩10，所述吸风罩10的进口对准所述滚筒式扫帚12，所述吸风罩10的出口通入所述底板的内腔内，且底板的内腔内设有用于给所述内腔提供负压的风机11；吸风罩10的出口处通过输送装置与所述垃圾箱5连通；

所述输送装置包括第一输送部和第二输送部，所述第一输送部包括第一主动轴63、从动轴62和张拉在第一主动轴63和从动轴62上的第一输送带65，且所述第一主动轴63可转动地设置在吸风罩10内，所述从动轴62可转动地设置在垃圾箱5内，所述第一输送带65自吸风罩10向垃圾箱5内倾斜延伸；所述第二输送部包括第二主动轴61和张拉在第二主动轴61和从动轴62上的第二输送带64，所述第二主动轴61可转动地设置在垃圾箱5内，且所述第二输送带64自垃圾箱5的中部向垃圾箱5的一端水平延伸；

所述第一主动轴63的一端与第一电机的输出轴同轴相连，所述第二主动轴61的一端与第二电机的输出轴同轴相连；

所述储水箱7的底部设有垂直向下的喷头，喷头的喷嘴面向地面，且喷头设有开关阀8；所述驾驶室3内还设有中央控制器13，所述中央控制器13分别与动力装置、风机11、开关阀8、第一电机和第二电机一一相连。

所述动力装置为第三电机，所述第三电机的输出轴与滚筒式扫帚12的转轴同轴相连。

所述驾驶室3的前方设有用于探测前方路况的激光雷达1和摄像头2，所述驾驶室3的顶部设有GPS卫星定位装置4；

所述驾驶室3内还设有中央控制器13和车速传感器14，所述中央控制器13分别与第一电机、第二电机、风机、开关阀、激光雷达、摄像头、车速传感器和GPS卫星定位装置一一相连。

所述中央控制器13通过控制第三电机动作进而控制滚筒式扫帚12动作，滚筒式扫帚12扫起的灰尘和垃圾，自吸风罩10的进口吸入并经第一输部输送至垃圾箱5内，堆积在第一输部附近的垃圾经第二输送部输送至垃圾箱其他部位，以平整垃圾。

所述中央控制器13控制开关阀8动作，以控制洒水或停止洒水。

所述中央控制器13控制第一电机、第二电机动作，以控制输送装置动作或停止动作。

采用本发明所述的一种自动清扫的清洁车实施的自动驾驶方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集子模块采集车辆状态信息和驾驶环境信息，并将采集到的所述车辆状态信息和驾驶环境信息输送给感知识别子模块；

步骤2，感知识别子模块基于所述车辆状态信息和驾驶环境信息，计算出本发明周边的障碍物信息及跟踪移动目标信息，且感知识别子模块将所述的障碍物信息及跟踪移动目标信息输送给地图子模块；

步骤3，地图子模块根据接收到的障碍物信息及跟踪移动目标信息生成局部地图，且将生成的所述局部地图输送给路径规划子模块；

步骤4，路径规划子模块根据预设的清扫道路信息和所述局部地图生成待清扫路线，并根据待清扫路线、障碍物信息、跟踪移动目标信息和交通规程生成局部路径规划，且路径规划子模块将局部路径规划输送给行驶控制子模块；

步骤5，行驶控制子模块根据接收到的所述的局部路径规划生成控制指令，并根据所述控制指令控制方向盘、油门和档位。

本发明的中央控制器内设置有采集子模块、感知识别子模块、地图子模块、路径规划子模块和行驶控制子模块。

所述采集子模块，基于激光雷达1和摄像头2用于采集本发明的车辆状态信息和驾驶环境信息。

所述感知识别子模块，用于分析采集子模块采集的车辆状态信息和驾驶环境信息，以提取障碍物信息及跟踪移动目标信息。

所述地图子模块根据所述感知识别子模块输出的障碍物信息及跟踪移动目标信息，建立以本发明为中心的局部地图。

所述路径规划子模块，根据预设的清扫道路信息(可借助导航地图)和地图子系统输出的局部地图生成待清扫路线，并根据所述待清扫路线、所述障碍物信息及跟踪目标信息和交通规程生成局部路径规划。

所述行驶控制子模块根据路径规划子模块输出的局部路径规划控制本发明行驶。

所述采集子模块需要借助多个不同类型的传感器，如摄像头2、激光雷达1、超声波雷达和毫米波雷达等。采集子模块与安装在本发明上的摄像头2、激光雷达1、超声波雷达和毫米波雷达连接。采集子模块可根据不同传感器的特点，分别采集本发明的车辆状态信息和驾驶环境信息。例如，采集子模块可利用摄像头2获取本发明50米以内的环境信息，可利用激光雷达获取本发明20米以内的高程信息，可利用超声波传感器获取周围多车道的车辆行驶信息，可利用毫米波雷达获取本发明10毫米以内的高速运动物体的信息。本发明的前端和后端均设有摄像头2、激光雷达1、超声波雷达和毫米波雷达包括，前端的设置在在前保险杠上，探头均以大约45度角辐射，上下左右搜寻目标，能探索到低于保险杠的障碍物，如花坛、玩耍的小孩等。前端的设置安装在后保险杠上，当挡位杆挂入倒挡时，自动开始工作，探头侦测到后方物体时清洁车将不再倒车。

感知识别子模块基于采集子模块采集的车辆状态信息和驾驶环境信息(如移动物体的速度、路面平整度、静动态物体的色差、热分布、特征温度等)，计算出物、人、路面的状态，并通过统计和一些优化算法分析采集到的各类数据，识别并提取出处理后的识别信息，即本发明的外部环境信息(即障碍物信息及跟踪移动目标信息等)。这些外部环境信息是建立局部地图子模块的重要数据来源。感知识别子模块还可通过自定义编制的优化算法分析各个传感器采集的数据。车辆外部环境信息还可包括石块、路障、水坑、车辆、行人等。

局部地图子模块根据本发明的外部环境信息来绘制不同的特征地图，建立以本发明为中心的局部地图(如激光雷达局部地图、视觉光学局部地图、雷达感知局部地图等)。局部地图子模块还可与GPS信息和已知的道路信息进行叠加，提供一种可以直观了解行车环境各种信息处理结果的实时二维和三维的综合数字化地图。

路径规划子模块根据局部地图(或综合数字化地图)和驾驶员设定的需清扫道路的导航地图来分析可供清扫的道路范围及车速、道路复杂度从而生成一条可行的待清扫路线，并根据待清扫路线、车辆外部信息和交通规程生成局部路径规划，该局部路径规划直接控制车辆行驶的动向。

行驶控制子模块根据上述局部路径规划生成控制指令，来执行对本发明的档位(如R\N\P\D档)、油门(如0％～100％)、方向(如左右转向等)的控制，来保持本发明的平稳高速行驶，实现无人驾驶功能。

中央控制器内还设有通信子模块，通信子模块可用于建立采集子模块与感知识别子模块的通信连接以提供实时通信服务，使采集子模块通过通信连接将采集到的车辆状态信息和驾驶环境信息传递到感知识别子模块中。同时，还可包括状态估计子模块，该模块包括全球定位模块(采集该清洁车的行驶环境信息)、惯性测量单元(测量该清洁车的车辆姿态)和速度计(测量该清洁车的当前速度)。通信子模块根据驾驶环境信息、车辆姿态和当前速度获取当前本发明的状态估计信息，并通过通信子模块与路径规划子模块建立通信连接，以将状态估计信息传递到路径规划子模块，以使路径规划子模块根据该状态估计信息生成局部路径规划。

中央控制器内还设有辅助服务子模块，辅助服务子模块可用于对采集子模块、感知识别子模块、局部地图子模块、路径规划子模块及行驶控制子模块之间的实时高速通信及数据和命令传输进行辅助服务，还可对模块的状态进行检测等各种辅助服务，以使本发明更加能够安全行驶。

本发明通过激光雷达、毫米波雷达、视觉传感器等采集本发明周围的行驶环境，之后可通过实时通信服务分别传递到感知识别子模块，感知识别子模块根据该行驶环境和车辆状态提取出车辆行驶环境(静态障碍物表、动态障碍物表及道路范围识别)等信息，局部地图子模块可根据这些信息建立以本发明为中心的激光雷达局部地图、视觉光学局部地图、雷达感知局部地图等。GPS、IMU及速度计分别采集本发明的行驶环境信息、车辆姿态和当前速度等状态估计信息，通过实时通信服务传递至路径规划子模块，路径规划子模块可根据上述局部地图、已知地图及该状态估计信息生成局部路径规划。行驶控制子模块根据该局部路径规划生成控制指令，以实现档位控制、油门控制、方向控制等。最后将各个子模块间生成的数据命令记录至中央控制器的控制平台，并可通过离线仿真调试对这些数据命令进行调试，以使本发明更加安全、更加可靠。

本发明根据感知识别子模块感知到的障碍物信息及跟踪移动目标信息，建立以本发明为中心的局部地图，路径规划子模块根据驾驶员设定的需清扫道路和局部地图生成待清扫路线，并根据待清扫路线、障碍物信息、跟踪目标信息和交通规程生成局部路径规划，行驶控制子模块根据所述的局部路径规划生成控制指令，并根据该控制指令对无人驾驶清洁车进行控制。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种自动清扫的清洁车，其特征在于：包括车体和驾驶室，所述车体的底部设有底板，所述底板的上方设有垃圾箱，所述底板靠近车尾的一侧设有储水箱；

所述底板具有中空的内腔，所述底板的底部可转动地设有面向地面的滚筒式扫帚，且所述滚筒式扫帚连接有动力装置；所述底板的底部还设有用于吸入所述滚筒式扫帚扫起的灰尘的吸风罩，所述吸风罩的进口对准所述滚筒式扫帚，所述吸风罩的出口通入所述底板的内腔内，且底板的内腔内设有用于给所述内腔提供负压的风机；吸风罩的出口处通过输送装置与所述垃圾箱连通；

所述输送装置包括第一输送部和第二输送部，所述第一输送部包括第一主动轴、从动轴和张拉在第一主动轴和从动轴上的第一输送带，且所述第一主动轴可转动地设置在吸风罩内，所述从动轴可转动地设置在垃圾箱内，所述第一输送带自吸风罩向垃圾箱内倾斜延伸；所述第二输送部包括第二主动轴和张拉在第二主动轴和从动轴上的第二输送带，所述第二主动轴可转动地设置在垃圾箱内，且所述第二输送带自垃圾箱的中部向垃圾箱的一端水平延伸；

所述第一主动轴的一端与第一电机的输出轴同轴相连，所述第二主动轴的一端与第二电机的输出轴同轴相连；

所述储水箱的底部设有垂直向下的喷头，喷头的喷嘴面向地面，且喷头设有开关阀；所述驾驶室内还设有中央控制器，所述中央控制器分别与动力装置、风机、开关阀、第一电机和第二电机一一相连。

2.如权利要求1所述的一种自动清扫的清洁车，其特征在于：所述动力装置为第三电机，所述第三电机的输出轴与滚筒式扫帚的转轴同轴相连，且中央控制器与第三电机相连。

3.如权利要求2所述的一种自动清扫的清洁车，其特征在于：所述中央控制器内具有用于采集车辆状态信息和驾驶环境信息的采集子模块、用于从车辆状态信息和驾驶环境信息中提取出障碍物信息及跟踪移动目标信息的感知识别子模块、基于障碍物信息及跟踪移动目标信息绘制局部地图的地图子模块、根据地图子模块输出的局部地图生成局部路径规划的路径规划子模块以及控制车轮按照局部路径规划行驶的行驶控制子模块。

4.如权利要求3所述的一种自动清扫的清洁车，其特征在于：所述采集子模块、感知识别子模块、地图子模块、路径规划子模块和行驶控制子模块依次相连。

5.采用如权利要求4所述的一种自动清扫的清洁车实施的自动驾驶方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集子模块采集车辆状态信息和驾驶环境信息，并将采集到的所述车辆状态信息和驾驶环境信息输送给感知识别子模块；

步骤2，感知识别子模块基于所述车辆状态信息和驾驶环境信息，计算出障碍物信息及跟踪移动目标信息，且感知识别子模块将所述的障碍物信息及跟踪移动目标信息输送给地图子模块；

步骤3，地图子模块根据接收到的障碍物信息及跟踪移动目标信息生成局部地图，且将生成的所述局部地图输送给路径规划子模块；

步骤4，路径规划子模块根据预设的清扫道路信息和所述局部地图生成待清扫路线，并根据待清扫路线、障碍物信息、跟踪移动目标信息和交通规程生成局部路径规划，且路径规划子模块将局部路径规划输送给行驶控制子模块；

步骤5，行驶控制子模块根据接收到的所述的局部路径规划生成控制指令，并根据所述控制指令控制方向盘、油门和档位。