CN107585221A - 无人配送小车的智能转向控制方法及智能转向*** - Google Patents
无人配送小车的智能转向控制方法及智能转向*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种无人配送小车的智能转向控制方法及智能转向***，涉及无人配送小车技术领域，解决了无人配送小车面对复杂工况无法智能安全转向的技术问题。该智能转向***包括障碍物检测装置、转向电机、小车控制***、电机驱动器、编码器、无线信号收发器以及云计算***，其中：所述障碍物检测装置与所述小车控制***电连接；所述小车控制***通过所述电机驱动器与所述转向电机电连接；所述编码器的信号输入端口与所述转向电机的输出轴相连接，所述编码器的信号输出端口与所述小车控制***电连接；所述小车控制***通过所述无线信号收发器与所述云计算***通讯连接。本发明用于实现无人配送小车的智能安全转向。
Description
技术领域
本发明涉及无人配送小车技术领域，尤其是涉及一种无人配送小车的智能转向控制方法及智能转向***。
背景技术
随着经济发展的日新月异，人们消费能力的不断提高，物流配送市场得到蓬勃发展。远程集中配送已成体系，而市内配送、园区配送、生活区配送，往往需要大量的人力物力，同时时效性随着配送量的不断增加而受到制约。为满足广大消费人群对配送服务要求的提高，一种无人配送小车应运而生。
本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：
无人配送小车在进行区域内配送时尤其是给居民区配送时，面临工况比较复杂，比如人群密集障碍物繁多、空间狭小不易通行等。这种情况下很多无人配送小车无法实现智能安全转向完成配送任务。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人配送小车的智能转向控制方法及智能转向***，以解决现有技术中存在的无人配送小车面对复杂工况无法智能安全转向的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种无人配送小车的智能转向控制方法，包括如下步骤：
障碍物检测步骤：检测配送小车前方的障碍物相对于配送小车的方位和距离；
计算安全行驶区域步骤：云计算***根据所述障碍参数计算出相对于配送小车当前位置的一安全行驶区域；
转向参数确定步骤：小车控制***根据云计算***计算出的安全行驶区域设计在安全行驶区域内的行驶路线以及计算转向参数；所述转向参数包括转向方向、转向角度值以及转向速度；
转向执行步骤：电机驱动器接收到转向参数后控制转向电机驱动配送小车车轮进行转向。
本发明还提供了一种无人配送小车的智能转向***，包括障碍物检测装置、转向电机、小车控制***、电机驱动器、编码器、无线信号收发器以及云计算***，其中：
所述障碍物检测装置与所述小车控制***电连接；
所述小车控制***通过所述电机驱动器与所述转向电机电连接；
所述编码器的信号输入端口与所述转向电机的输出轴相连接，所述编码器的信号输出端口与所述小车控制***电连接；
所述小车控制***通过所述无线信号收发器与所述云计算***通讯连接。
可选地，所述小车控制***包括中央处理器、信号采集模块、通讯模块、速度信号发生器、方向信号发生器以及使能信号发生器，其中：
所述速度信号发生器、所述方向信号发生器以及所述使能信号发生器均与所述电机驱动器和所述中央处理器电连接；
所述障碍物检测装置和所述编码器均与所述信号采集模块电连接，所述信号采集模块与所述通讯模块电连接，所述通讯模块与所述无线信号收发器电连接；
所述通讯模块还与所述中央处理器电连接。
可选地，所述障碍物检测装置包括图像识别***和超声波测距识别***。
可选地，所述图像识别***包括均匀分布在配送小车四周的图像识别摄像头，所述超声波测距识别***包括均匀分布在配送小车四周的超声波测距传感器，且所述图像识别摄像头与所述超声波测距传感器均至少为2个。
可选地，所述转向电机为正反转步进电机，所述步进电机的数量至少为2个。
可选地，所述转向电机包括前轴转向电机和后轴转向电机，所述编码器包括前轴编码器和后轴编码器，所述前轴编码器与所述前轴转向电机的输出轴相连接，所述后轴编码器与所述后轴转向电机的输出轴相连接，所述前轴编码器和所述后轴编码器均与所述小车控制***电连接，所述前轴转向电机和所述后轴转向电机均与所述电机驱动器电连接。
可选地，所述前轴转向电机与配送小车的前轮相连接，所述后轴转向电机与配送小车的后轮相连接，且所述前轴转向电机与所述后轴转向电机均为一个。
可选地，还包括传动机构，所述传动机构的数量为两套，两个所述传动机构分别与配送小车的两个前轮和两个后轮连接，所述前轴转向电机通过所述传动机构控制配送小车的两个前轮转向，所述后轴转向电机通过所述传动机构控制配送小车的两个后轮转向。
可选地，所述前轴转向电机和所述后轴转向电机分别独立运行，通过所述小车控制***实现所述前轴转向电机和所述后轴转向电机之间的同步旋转或异步旋转，进而实现所述前轮和所述后轮之间的同步转向或异步转向。
相对于现有无人配送小车本发明采用障碍物检测检测配送小车前方的障碍物相对于配送小车的方位和距离，云计算***根据实时配送小车的障碍物检测信息规划安全行驶区域，然后由小车控制***根据安全行驶区域自主设计在安全行驶区域内的行驶路线以及计算转向参数，完成转向操作，避开障碍物，从而实现智能安全转向，即可以保障配送小车的安全行驶又可以实现对配送小车的实时监控完成配送任务，解决了复杂工况下无人配送小车无法智能安全转向的技术问题。
本发明还提供了一种无人配送小车的智能转向***，包括障碍物检测装置、转向电机、小车控制***、电机驱动器、编码器、无线信号收发器以及云计算***，其中：
障碍物检测装置与小车控制***电连接；
小车控制***通过电机驱动器与转向电机电连接；
编码器的信号输入端口与转向电机的输出轴相连接，编码器的信号输出端口与小车控制***电连接；
小车控制***通过无线信号收发器与云计算***通讯连接。
基于无人配送小车的智能转向控制方法实现的智能转向***通过障碍物检测装置、转向电机、小车控制***、电机驱动器、编码器、无线信号收发器以及云计算***进行模块化组装完成***搭建，有利于整体***的维护和模块更换，更好的实现配送小车智能安全转向。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是无人配送小车的智能转向***流程图；
图2是无人配送小车的智能转向***具体流程图；
图3是本发明中无人配送小车的小车控制***结构流程图；
图4是无人配送小车的智能转向***的直向行驶示意图；
图5是无人配送小车的智能转向***的横向行驶示意图；
图6是无人配送小车的智能转向***的斜向行驶示意图；
图7是无人配送小车的智能转向***的前轮独立转向示意图；
图8是无人配送小车及传动机构示意图。
图中1、传动杆；2、转向连杆；3、倒U型支撑座；4、前轴转向电机；5、后轴转向电机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明提供了一种无人配送小车的智能转向控制方法，包括如下步骤：
障碍物检测步骤：检测配送小车前方的障碍物相对于配送小车的方位和距离；
计算安全行驶区域步骤：云计算***根据所述障碍参数计算出相对于配送小车当前位置的一安全行驶区域；
转向参数确定步骤：小车控制***根据云计算***计算出的安全行驶区域设计在安全行驶区域内的行驶路线以及计算转向参数；转向参数包括转向方向、转向角度值以及转向速度；
转向执行步骤：电机驱动器接收到转向参数后控制转向电机驱动配送小车车轮进行转向。该智能转向控制方法一共分为4步，首先进行障碍物检测，通过障碍物检测装置实时检测配送小车前方的障碍物相对于配送小车的方位和距离，其次计算安全行驶区域，通过后台云端的云计算***根据障碍物检测结果计算出相对于配送小车当前位置的一安全行驶区域，然后小车控制***根据云计算***计算出的安全行驶区域设计在安全行驶区域内的行驶路线以及计算转向参数包括转向方向、转向角度值以及转向速度，最后执行转向完成智能转向任务，在安全区域进行智能转向，从而在复杂工况情况下避开障碍物实现智能安全转向。
如图1所示，本发明还提供了一种无人配送小车的智能转向***，包括障碍物检测装置、转向电机、小车控制***、电机驱动器、编码器、无线信号收发器以及云计算***，其中：
障碍物检测装置与小车控制***电连接；
小车控制***通过电机驱动器与转向电机电连接；
编码器的信号输入端口与转向电机的输出轴相连接，编码器的信号输出端口与小车控制***电连接；
小车控制***通过无线信号收发器与云计算***通讯连接。该无人配送小车的智能转向***基于上述智能转向控制方法实现***搭建，障碍物检测装置用来执行障碍物检测步骤完成障碍物信息收集，障碍物检测装置与小车控制***电连接，使得障碍物检测装置可以把收集到的障碍物信息传输给小车控制***，小车控制***通过无线信号收发器与云计算***通讯连接，使得小车控制***可以通过无线信号收发器将障碍物检测装置传输过来的障碍物信息以无线信号的形式传输给云计算***供云计算***计算安全行驶区域，云计算***也可以通过无线信号收发器将安全行驶区域传输给小车控制***，然后小车控制***根据接收到的安全行驶区域确定转向参数。
小车控制***通过电机驱动器与转向电机电连接，首先小车控制***与电机驱动器电连接，然后电机驱动器与转向电机电连接，使得小车控制***可以将转向参数直接传输给电机驱动器，从而使电机驱动器直接驱动电机转向。
编码器的信号输入端口与转向电机的输出轴相连接，使得转向电机的转向信息包括转向方向和转向角度通过编码器的信号输入端口传输给编码器，编码器的信号输出端口与小车控制***电连接，使得转向电机传输给编码器的转向信息通过编码器的信号输出端口反馈给小车控制***，使得小车控制***根据反馈的转向信息与确定的转向参数进行比较来进一步调整转向参数从而实现精确转向，达到智能安全转向的目的。
作为可选地实施方式，如图3所示，小车控制***包括中央处理器、信号采集模块、通讯模块、速度信号发生器、方向信号发生器以及使能信号发生器，其中：
中央处理器用于确定转向参数，速度信号发生器、方向信号发生器以及使能信号发生器均同时与电机驱动器和中央处理器电连接，中央处理器用于确定转向参数，使得中央处理器可以将转向参数通过速度信号发生器、方向信号发生器以及使能信号发生器传输给电机驱动器来执行转向，速度信号发生器用来发送转向速度信号，方向信号发生器用来发送转向方向信号，使能信号发生器用来发送启动、停止信号。电机采用步进电机时，需要通过设定的脉冲数来驱动步进电机完成360度旋转，单位脉冲决定一定的转向角度，速度信号发生器可通过对电机驱动器发出的脉冲频率来确定转向速度值，通过转向时间、脉冲频率以及单位脉冲决定的转向角度来确定转向角度值，方向信号发生器可通过正负符号来确定转向方向即左转还是右转或者正转还是反转，使能信号发生器可通过高电平低电平信号来确定启动还是停止。
障碍物检测装置和编码器均与信号采集模块电连接，信号采集模块与通讯模块电连接，通讯模块与无线信号收发器电连接，通讯模块还与中央处理器电连接，使得障碍物检测装置收集到的障碍物信息通过信号采集模块、通讯模块电连接以及无线信号收发器传输给云计算***来计算安全行驶区域，编码器采集到的转向信息可以通过信号采集模块与通讯模块传输给中央处理器来矫正转向参数。
作为可选地实施方式，障碍物检测装置包括图像识别***和超声波测距识别***。图像识别***可以用图像捕捉设备获取配送小车前方的障碍物图像信息其中包括障碍物相对于配送小车的位置并以图像的形式传输给配送小车的小车控制***，超声波测距识别***可以通过超声波测距测量配送小车前方的障碍物距离配送小车的距离，并将障碍物与配送小车的距离信息传输给配送小车的小车控制***。
作为可选地实施方式，图像识别***包括均匀分布在配送小车四周的图像识别摄像头，超声波测距识别***包括均匀分布在配送小车四周的超声波测距传感器，且图像识别摄像头与超声波测距传感器均至少为2个，如此配送小车可以利用图像识别摄像头获取配送小车前方的障碍物图像信息其中包括障碍物相对于配送小车的位置并以图像的形式传输给配送小车的小车控制***，利用超声波测距传感器通过超声波测距测量配送小车前方的障碍物距离配送小车的距离，并将障碍物与配送小车的距离信息传输给配送小车的小车控制***来监测收集配送小车四周全方位的障碍物信息从而保证安全行驶。
作为可选地实施方式，转向电机为正反转步进电机，步进电机的数量至少为2个，由于正反转步进电机可以正反转而且转动精度高，因此选用正反转步进电机作为配送小车的动力输出装置，从而使得配送小车可以实现高精度转向，保证配送小车安全行驶。步进电机的数量至少为2个，可以选用2个步进电机，一个电机控制2个前轮，另一个电机控制2个后轮，也可以选用4个步进电机，一个电机控制1个轮子，或者选用3个其中一个电机控制2个前轮或者2个后轮，另外两个电机控制其余的两个轮子。
作为可选地实施方式，如图2所示，转向电机包括前轴转向电机4和后轴转向电机5，编码器包括前轴编码器和后轴编码器，前轴编码器与前轴转向电机4的输出轴相连接，后轴编码器与后轴转向电机5的输出轴相连接，前轴编码器和后轴编码器均与小车控制***电连接，前轴转向电机4和后轴转向电机5均与电机驱动器电连接，如此实现前轴转向电机4和后轴转向电机5的转向信息都可以实时传输给小车控制***来完成对转向电机转向信息监测和转向参数矫正。
作为可选地实施方式，前轴转向电机4与配送小车的前轮相连接，后轴转向电机5与配送小车的后轮相连接，且前轴转向电机4与后轴转向电机5均为一个，使得前轴转向电机4可以同时控制2个前轮，后轴转向电机5同时控制2个后轮来完成转向电机对车轮的转向控制。
作为可选地实施方式，还包括传动机构，传动机构的数量为两套，两个传动机构分别与配送小车的两个前轮和两个后轮连接，前轴转向电机4通过传动机构控制配送小车的两个前轮转向，后轴转向电机5通过传动机构控制配送小车的两个后轮转向，该传动机构为两套分别加装在两个前轮之间以及两个后轮之间，使得前轴转向电机4控制一个前轮转向时，另一个前轮也进行相同的转向，使得两个前轮转向状态相同，后轴转向电机5控制一个后轮转向时，另一个后轮也进行相同的转向，使得两个后轮转向状态也相同。
作为可选地实施方式，如图8所示，传动机构包括传动杆1、转向连杆2以及倒U型支撑座3，传动杆包括传动连接端以及转动连接端，传动连接端与倒U型支撑座1顶端固定连接，转动连接端开设有连接孔，转向连杆2通过所述连接孔与传动杆转动连接且转向连杆2两端各连接一个传动杆1，倒U型支撑座3的两个臂上分别设置有一个车轮固定孔，倒U型支撑座3通过车轮固定孔与车轮可拆卸固定连接，前轴转向电机4或后轴转向电机5与两个所述倒U型支撑座3中的一个固定连接。
上述传动机构中传动杆1的传动连接端与倒U型支撑座3固定连接，转动连接端开设有连接孔，转向连杆2通过所述连接孔与传动杆转动连接且转向连杆2两端各连接一个传动杆1，倒U型支撑座3的两个臂上分别设置有一个车轮固定孔，倒U型支撑座3通过车轮固定孔与车轮可拆卸固定连接，前轴转向电机4或后轴转向电机5与两个所述倒U型支撑座3中的一个固定连接，使得配送小车的两个前轮可以通过传动机构连接在一起，并且在同一个前轴转向电机4驱动下转向一致，同理配送小车的两个后轮可以通过传动机构连接在一起在同一个后轴转向电机5驱动下转向一致。
作为可选地实施方式，前轴转向电机4和后轴转向电机5分别独立运行，通过小车控制***实现前轴转向电机4和后轴转向电机5之间的同步转向或异步转向，进而实现前轮和后轮之间的同步旋转或异步旋转，前轴转向电机4和后轴转向电机5分别独立运行，使得小车控制***可以单独分开控制前轴转向电机4和后轴转向电机5的转向，从而实现前轴转向电机4和后轴转向电机5之间的转向状态(包括转向方向和转向角度)相同即实现同步转向，进而实现前轮和后轮之间的同步旋转也可以实现前轴转向电机4和后轴转向电机5之间的转向状态不同(转向方向和转向角度任一不相同)即实现异步转向，进而实现前轮和后轮之间的异步旋转，如图4-7所示，前轮和后轮之间的同步旋转或异步旋转可以实现配送小车直向行驶、横向行驶、斜向行驶以及前轮独立转向。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种无人配送小车的智能转向控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
障碍物检测步骤：检测配送小车前方的障碍物相对于配送小车的方位和距离；
计算安全行驶区域步骤：云计算***根据所述障碍参数计算出相对于配送小车当前位置的一安全行驶区域；
转向参数确定步骤：小车控制***根据云计算***计算出的安全行驶区域设计在安全行驶区域内的行驶路线以及计算转向参数；所述转向参数包括转向方向、转向角度值以及转向速度；
转向执行步骤：电机驱动器接收到转向参数后控制转向电机驱动配送小车车轮进行转向。
2.一种无人配送小车的智能转向***，其特征在于，包括障碍物检测装置、转向电机、小车控制***、电机驱动器、编码器、无线信号收发器以及云计算***，其中：
所述障碍物检测装置与所述小车控制***电连接；
所述小车控制***通过所述电机驱动器与所述转向电机电连接；
所述编码器的信号输入端口与所述转向电机的输出轴相连接，所述编码器的信号输出端口与所述小车控制***电连接；
所述小车控制***通过所述无线信号收发器与所述云计算***通讯连接。
3.根据权利要求2所述的无人配送小车的智能转向***，其特征在于，所述小车控制***包括中央处理器、信号采集模块、通讯模块、速度信号发生器、方向信号发生器以及使能信号发生器，其中：
所述速度信号发生器、所述方向信号发生器以及所述使能信号发生器均同时与所述电机驱动器和所述中央处理器电连接；
所述障碍物检测装置和所述编码器均与所述信号采集模块电连接，所述信号采集模块与所述通讯模块电连接，所述通讯模块与所述无线信号收发器电连接；
所述通讯模块还与所述中央处理器电连接。
4.根据权利要求2所述的无人配送小车的智能转向***，其特征在于，所述障碍物检测装置包括图像识别***和超声波测距识别***。
5.根据权利要求4所述的无人配送小车的智能转向***，其特征在于，所述图像识别***包括均匀分布在配送小车四周的图像识别摄像头，所述超声波测距识别***包括均匀分布在配送小车四周的超声波测距传感器，且所述图像识别摄像头与所述超声波测距传感器均至少为2个。
6.根据权利要求2所述的无人配送小车的智能转向***，其特征在于，所述转向电机为正反转步进电机，所述步进电机的数量至少为2个。
7.根据权利要求2所述的无人配送小车的智能转向***，其特征在于，所述转向电机包括前轴转向电机和后轴转向电机，所述编码器包括前轴编码器和后轴编码器，所述前轴编码器与所述前轴转向电机的输出轴相连接，所述后轴编码器与所述后轴转向电机的输出轴相连接，所述前轴编码器和所述后轴编码器均与所述小车控制***电连接，所述前轴转向电机和所述后轴转向电机均与所述电机驱动器电连接。
8.根据权利要求7所述的一种无人配送小车的智能转向***，其特征在于，所述前轴转向电机与配送小车的前轮相连接，所述后轴转向电机与配送小车的后轮相连接，且所述前轴转向电机与所述后轴转向电机均为一个。
9.根据权利要求8所述的一种无人配送小车的智能转向***，其特征在于，还包括传动机构，所述传动机构的数量为两套，两个所述传动机构分别与配送小车的两个前轮和两个后轮连接，所述前轴转向电机通过所述传动机构控制配送小车的两个前轮转向，所述后轴转向电机通过所述传动机构控制配送小车的两个后轮转向。
10.根据权利要求9所述的一种无人配送小车的智能转向***，其特征在于，所述前轴转向电机和所述后轴转向电机分别独立运行，通过所述小车控制***实现所述前轴转向电机和所述后轴转向电机之间的同步旋转或异步旋转，进而实现所述前轮和所述后轮之间的同步转向或异步转向。
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