CN112947192B - 一种遥操作车辆驾驶*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种遥操作车辆驾驶***，包括操控装置和执行装置；操控装置包括驾驶模拟器、数据采集***、显示器、通信***和控制***，数据采集***与驾驶模拟器的各功能数据输出端相连，控制***与数据采集***、显示器和通信***相连；执行装置包括固定架、方向盘控制组件、档位控制组件、踏板控制组件、图像采集组件、通信***和控制***；本发明通过远程操作代替工人高效完成作业，打破了空间间隔的局限性，让操作者远离危险事发地，使得操作者能在较远的距离对车辆进行控制，保证了操作者的人身安全，降低了意外事故以及伤亡的概率。本发明适应性更强，普适性更高，能够适用于不同大小、规格的车辆，故障率更低，具有显著的进步。

Description

一种遥操作车辆驾驶***

技术领域

本发明涉及一种车辆驾驶***，特别涉及一种遥操作车辆驾驶***。

背景技术

随着科学技术水平的不断发展，人们对工作环境以及工作条件的要求越来越高，考虑到在许多极端恶劣的环境下，人类无法安全有效地到达指定工作地点开展工作。比如发生地震、山洪、泥石流等自然灾害时，正常交通道路受损，救援人员依靠正常的救***通工具很难安全快速的到达救援地点；在发生一些火灾、核泄漏等重大意外事故时，救援人员很难做到安全有效地开展工作。因此，如何有效解决在确保救援人员人身安全的情况下开展救援工作，成为了人们急需解决的问题。近年来，地震、海啸、核泄漏等灾难频发，给人类带来了沉重打击和损失，让机器人来代替人类进入救援现场或高危施工现场来完成工作是十分必要的。工程车辆和机械是现代工程作业的主力，如果能够在不改变原车辆结构的前提下，实现各种车辆的遥控驾驶或操作，则既节约了成本(批量设备比专用设备成本低)，又能使驾驶员远离危险，因此研制一套遥操作车辆驾驶机器人***，实现对车辆驾驶机器人的遥操作控制，使在危险工况下工作的驾驶员远离危险便十分重要。现有的一些驾驶机器人缺少遥操作控制，对于档位或踏板的操控精度低，连接部件较多，容易导致机械故障率高，或者实用性和适应性低，只能适用于专有车辆或少数型号车辆，且往往需要改变驾驶室结构，导致成本较高。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种遥操作车辆驾驶***，包括操控装置和执行装置；

所述的操控装置包括驾驶模拟器、数据采集***、显示器、通信***和控制***，数据采集***与驾驶模拟器的各功能数据输出端相连，控制***与数据采集***、显示器和通信***相连；

所述的执行装置包括固定架、方向盘控制组件、档位控制组件、踏板控制组件、图像采集组件、通信***和控制***；

所述的固定架固定在被控车辆座椅上，方向盘控制组件和图像采集组件分别设在固定架上部，图像采集组件位于方向盘控制组件后方，档位控制组件设在固定架中部，踏板控制组件设在固定架下部，控制***与方向盘控制组件、档位控制组件、踏板控制组件、图像采集组件和通信***相连；

操控装置与执行装置通过通信***和通信***之间建立连接。

其中，所述的固定架包括主架体、底部固定板和后部固定板，所述的主架体上部设有上下两层平台，方向盘控制组件设在上平台，档位控制组件设在下平台，踏板控制组件设在主架体下部；主架体扣在车辆驾驶室的座椅上，底部固定板位于座椅下部，通过连接栓杆与主架体相连，后部固定板位于座椅靠背后部，通过连接栓杆与主架体相连。底部和后部同时将固定架固定在被控车辆座椅上，将整个执行装置进行定位，以便其他控制组件进行安装，不用拆卸座椅和改变驾驶室内结构。

所述的方向盘控制组件包括第一支架、第二支架、电机、第一万向节、第二万向节、伸缩杆和方向盘连接架，所述的第一支架固定在固定架主架体的上平台，第二支架位于第一支架的上部，第一支架的上部和第二支架的下部分别设有横向的连接孔，第一支架与第二支架通过螺栓穿过连接孔进行连接，可以根据方向盘的角度调节第一支架与第二支架之间的角度，即调节第二支架的倾斜角以适应方向盘；电机设在第二支架上部，电机的输出轴与第一万向节相连，第一万向节与第二万向节之间通过伸缩杆相连，第二万向节的另一端与方向盘连接架相连，可以根据电机与方向盘之间的距离调整伸缩杆的长度，第一万向节和第二万向节共同作用，以适应方向盘转动过程中的角度变化。

所述的方向盘连接架为十字形，方向盘连接架的末端设有可调节卡箍，通过可调节卡箍固定在汽车方向盘上，通过调整可调节卡箍的卡扣及松紧度进行连接或拆卸。

所述的档位控制组件包括纵向电动缸、横向电动缸和档杆套筒，所述的纵向电动缸纵向设在固定架主架体的下平台上，纵向电动缸外壳的前端设有第一固定板，第一固定板中间设有推杆通孔，两侧设有光滑通孔，纵向电动缸的推杆穿过第一固定板的推杆通孔与第一连接板相连，第一连接板的两侧设有光滑杆，两光滑杆分别穿过第一固定板两侧的光滑通孔，起到定向移动的作用；横向电动缸水平固定在第一连接板上，与纵向电动缸相互垂直；横向电动缸外壳的前端设有第二固定板，第二固定板中间设有推杆通孔，两侧设有光滑通孔，横向电动缸的推杆穿过第二固定板的推杆通孔与第二连接板相连，第二连接板的两侧设有光滑杆，两光滑杆分别穿过第二固定板两侧的光滑通孔，起到定向移动的作用。档杆套筒固定在第二连接板上，档杆套筒为竖向设置的圆柱筒，档杆套筒套在汽车的档杆上，档杆套筒设计为圆柱筒是为了适用于不同形状的档杆。纵向电动缸的推杆推动横向电动缸纵向移动，横向电动缸的推杆推动档杆套筒横向移动，以操作换挡档杆进行档位变换。

所述的踏板控制组件包括推杆固定架、第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸和踏板连接件，推杆固定架的两端与固定架主架体相连，第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸并排设置在推杆固定架上，第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸的伸缩杆前端分别设有踏板连接件。

所述的推杆固定架包括连接杆、第一推杆夹板、第二推杆夹板和第三推杆夹板，连接杆的两端与主架体两侧相连，第一推杆夹板、第二推杆夹板、第三推杆夹板的上部为夹持部，下部设有通孔，第一推杆夹板、第二推杆夹板、第三推杆夹板通过下部的通孔并排套设在连接杆上，能够在连接杆上横向移动调节间距及调节角度，以适应不同踏板间距和高度的汽车；第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸分别固定在第一推杆夹板、第二推杆夹板、第三推杆夹板的夹持部上；所述的踏板连接件包括固定连接部和转动连接部，第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸的推杆分别与固定连接部相连，固定连接部与转动连接部通过枢轴连接，转动连接部上设有可调节卡箍，通过可调节卡箍固定在汽车踏板上，通过调整可调节卡箍的卡扣及松紧度进行连接或拆卸。第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸的推杆的伸缩实现对踏板的踩踏。

所述的图像采集组件包括支杆和摄像头，支杆设在固定架主架体的上平台，位于方向盘控制组件的后部，摄像头设在支杆的上部。

本发明还包括电机驱动器和电动缸驱动器，控制***分别与电机驱动器和电动缸驱动器相连，电机驱动器与电机相连，电动缸驱动器分别与纵向电动缸、横向电动缸、第一电动缸、第二电动缸和第三电动缸相连，由控制***发出控制信号，通过电机驱动器控制电机运转，通过电动缸驱动器控制纵向电动缸、横向电动缸、第一电动缸、第二电动缸和第三电动缸运行。

本发明的工作原理：

本发明将执行装置安装在被控车辆上，操控装置设在安全区域，执行装置中的图像采集组件通过摄像头将被控车辆所处环境进行拍摄，汇总到控制***，并通过通信***将图像数据传输回操控装置并显示在显示器上，操作人员根据图像在操控装置的驾驶模拟器上进行驾驶操作，数据采集***采集驾驶模拟器各功能输出的数据，汇总到控制***，并通过通信***将操作数据传输到执行装置的控制***中，由执行装置的控制***发出控制信号给电机驱动器和电动缸驱动器，控制电机、纵向电动缸、横向电动缸、第一电动缸、第二电动缸和第三电动缸按照操作人员的操作意图执行指令，驾驶被控车辆进行无人驾驶的远程遥操作作业。

本发明的有益效果：

本发明消除了人工在恶劣工作条件下作业的危险因素，通过远程操作代替工人高效完成作业，打破了空间间隔的局限性，让操作者远离危险事发地，而将执行端置于相对危险的工作点，使得操作者能在较远的距离对车辆进行控制，在很大程度上既实现了工作的顺利开展，又保证了操作者的人身安全，极大的降低了意外事故以及伤亡的概率。本发明适应性更强，普适性更高，能够适用于不同大小、规格的车辆，不用改变车辆原有驾驶室的结构，并能够根据具体方向盘、档位、踏板的结构进行调整，并且对于档位、踏板的控制精度更高；机械连接部件更少，因此故障率更低，具有显著的进步。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明执行装置部分结构示意图；

图3为本发明方向盘控制组件和图像采集组件侧视结构示意图；

图4为本发明方向盘控制组件和图像采集组件正视结构示意图；

图5为本发明档位控制组件结构示意图；

图6为本发明踏板控制组件结构示意图；

1、操控装置 2、执行装置 3、固定架 4、方向盘控制组件

5、档位控制组件 6、踏板控制组件 7、图像采集组件 8、座椅

11、驾驶模拟器 12、显示器 13、数据采集***

14、操控端通信*** 15、操控端控制*** 16、执行端通信***

17、执行端控制*** 18、电机驱动器 19、电动缸驱动器

31、主架体 32、底部固定板 33、后部固定板 34、上平台

35、下平台 36、连接栓杆

41、第一支架 42、第二支架 43、电机 44、第一万向节

45、第二万向节 46、伸缩杆 47、方向盘连接架 48、连接孔

49、可调节卡箍

51、纵向电动缸 52、横向电动缸 53、档杆套筒 54、第一固定板

55、第一连接板 56、滑杆 57、第二固定板 58、第二连接板

61、推杆固定架 62、第一电动缸 63、第二电动缸 64、第三电动缸

65、踏板连接件

611、连接杆 612、第一推杆夹板 613、第二推杆夹板

614、第三推杆夹板 651、固定连接部 652、转动连接部

71、支杆 72、摄像头

具体实施方式

请参阅图1-6所示：本发明提供一种遥操作车辆驾驶***，包括操控装置1和执行装置2；

所述的操控装置1包括驾驶模拟器11、显示器12、数据采集***13、操控端通信***14和操控端控制***15，数据采集***13与驾驶模拟器11的各功能数据输出端相连，操控端控制***15分别与显示器12、数据采集***13、操控端通信***14相连；

所述的执行装置2包括固定架3、方向盘控制组件4、档位控制组件5、踏板控制组件6、图像采集组件7、执行端通信***16和执行端控制***17；

所述的固定架3固定在被控车辆座椅8上，方向盘控制组件4和图像采集组件7分别设在固定架3上部，图像采集组件7位于方向盘控制组件4后方，档位控制组件5设在固定架3中部，踏板控制组件6设在固定架3下部，执行端控制***17分别与方向盘控制组件4、档位控制组件5、踏板控制组件6、图像采集组件7、执行端通信***16相连；

操控装置1与执行装置2通过操控端通信***14和执行端通信***16之间建立连接。

其中，所述的固定架3包括主架体31、底部固定板32和后部固定板33，所述的主架体31上部设有上下两层平台，方向盘控制组件4设在上平台34，档位控制组件5设在下平台35，踏板控制组件6设在主架体31下部；主架体31扣在车辆驾驶室的座椅8上，底部固定板32位于座椅8下部，通过连接栓杆36与主架体31相连，后部固定板33位于座椅8靠背后部，通过连接栓杆36与主架体31相连。底部和后部同时将固定架3固定在被控车辆座椅8上，将整个执行装置2进行定位，以便其他控制组件进行安装，不用拆卸座椅8和改变驾驶室内结构。

所述的方向盘控制组件4包括第一支架41、第二支架42、电机43、第一万向节44、第二万向节45、伸缩杆46和方向盘连接架47，所述的第一支架41固定在固定架3主架体31的上平台34，第二支架42位于第一支架41的上部，第一支架41的上部和第二支架42的下部分别设有横向的连接孔48，第一支架41与第二支架42通过螺栓穿过连接孔48进行连接，可以根据方向盘的角度调节第一支架41与第二支架42之间的角度，即调节第二支架42的倾斜角以适应方向盘；电机43设在第二支架42上部，电机43的输出轴与第一万向节44相连，第一万向节44与第二万向节45之间通过伸缩杆46相连，第二万向节45的另一端与方向盘连接架47相连，可以根据电机43与方向盘之间的距离调整伸缩杆46的长度，第一万向节44和第二万向节45共同作用，以适应方向盘转动过程中的角度变化。

所述的方向盘连接架47为十字形，方向盘连接架47的末端设有可调节卡箍49，通过可调节卡箍49固定在汽车方向盘上，通过调整可调节卡箍49的卡扣及松紧度进行连接或拆卸。

所述的档位控制组件5包括纵向电动缸51、横向电动缸52和档杆套筒53，所述的纵向电动缸51纵向设在固定架3主架体31的下平台35上，纵向电动缸51外壳的前端设有第一固定板54，第一固定板54中间设有推杆通孔，两侧设有光滑通孔，纵向电动缸51的推杆穿过第一固定板54的推杆通孔与第一连接板55相连，第一连接板55的两侧设有光滑杆56，两光滑杆56分别穿过第一固定板54两侧的光滑通孔，起到定向移动限位的作用；横向电动缸52水平固定在第一连接板55上，与纵向电动缸51相互垂直；横向电动缸52外壳的前端设有第二固定板57，第二固定板57中间设有推杆通孔，两侧设有光滑通孔，横向电动缸52的推杆穿过第二固定板57的推杆通孔与第二连接板58相连，第二连接板58的两侧设有光滑杆56，两光滑杆56分别穿过第二固定板57两侧的光滑通孔，起到定向移动限位的作用。档杆套筒53固定在第二连接板58上，档杆套筒53为竖向设置的圆柱筒，档杆套筒53套在汽车的档杆上，档杆套筒53设计为圆柱筒是为了适用于不同形状的档杆。纵向电动缸51的推杆推动横向电动缸52纵向移动，横向电动缸52的推杆推动档杆套筒53横向移动，以操作换挡档杆进行档位变换。

所述的踏板控制组件6包括推杆固定架61、第一电动缸62、第二电动缸63、第三电动缸64和踏板连接件65，推杆固定架61的两端与固定架3主架体31相连，第一电动缸62、第二电动缸63、第三电动缸64并排设置在推杆固定架61上，第一电动缸62、第二电动缸63、第三电动缸64的推杆前端分别设有踏板连接件65。

所述的推杆固定架61包括连接杆611、第一推杆夹板612、第二推杆夹板613和第三推杆夹板614，连接杆611的两端与主架体31两侧相连，第一推杆夹板612、第二推杆夹板613、第三推杆夹板614的上部为夹持部，下部设有通孔，第一推杆夹板612、第二推杆夹板613、第三推杆夹板614通过下部的通孔并排套设在连接杆611上，能够在连接杆611上横向移动调节间距及调节角度，以适应不同踏板间距和高度的汽车；第一电动缸62、第二电动缸63、第三电动缸64分别固定在第一推杆夹板612、第二推杆夹板613、第三推杆夹板614的夹持部上；所述的踏板连接件65包括固定连接部651和转动连接部652，第一电动缸62、第二电动缸63、第三电动缸64的推杆分别与固定连接部651相连，固定连接部651与转动连接部652通过枢轴连接，转动连接部652上设有可调节卡箍49，通过可调节卡箍49固定在汽车踏板上，通过调整可调节卡箍49的卡扣及松紧度进行连接或拆卸。第一电动缸62、第二电动缸63、第三电动缸64的推杆的伸缩实现对踏板的踩踏。

所述的图像采集组件7包括支杆71和摄像头72，支杆71设在固定架3主架体31的上平台34，位于方向盘控制组件4的后部，摄像头72设在支杆71的上部。

本发明还包括电机驱动器18和电动缸驱动器19，执行端控制***17分别与电机驱动器18和电动缸驱动器19相连，电机驱动器18与电机43相连，电动缸驱动器19分别与纵向电动缸51、横向电动缸52、第一电动缸62、第二电动缸63和第三电动缸64相连，由执行端控制***17发出控制信号，通过电机驱动器18控制电机43运转，通过电动缸驱动器19控制纵向电动缸51、横向电动缸52、第一电动缸62、第二电动缸63和第三电动缸64运行。

所述的操控端控制***和执行端控制***均为微型计算机，为现有设备。

本发明的工作原理：

本发明将执行装置2安装在被控车辆上，操控装置1设在安全区域，执行装置2中的图像采集组件7通过摄像头72将被控车辆所处环境进行拍摄，汇总到执行端控制***17，并通过执行端通信***16将图像数据传输回操控装置1并显示在显示器12上，操作人员根据图像在操控装置1的驾驶模拟器11上进行驾驶操作，数据采集***13采集驾驶模拟器11各功能输出的数据，汇总到操控端控制***15，并通过操控端通信***14将操作数据传输到执行装置2的执行端控制***17中，由执行端控制***17发出控制信号给电机驱动器18和电动缸驱动器19，控制电机43、纵向电动缸51、横向电动缸52、第一电动缸62、第二电动缸63和第三电动缸64按照操作人员的操作意图执行指令，驾驶被控车辆进行无人驾驶的远程遥操作作业。

Claims (5)

1.一种遥操作车辆驾驶***，其特征在于：包括操控装置和执行装置；

所述的操控装置包括驾驶模拟器、数据采集***、显示器、通信***和控制***，数据采集***与驾驶模拟器的各功能数据输出端相连，控制***与数据采集***、显示器和通信***相连；

所述的执行装置包括固定架、方向盘控制组件、档位控制组件、踏板控制组件、图像采集组件、通信***和控制***；

所述的固定架固定在车辆座椅上，方向盘控制组件和图像采集组件分别设在固定架上部，图像采集组件位于方向盘控制组件后方，档位控制组件设在固定架中部，踏板控制组件设在固定架下部，控制***与方向盘控制组件、档位控制组件、踏板控制组件、图像采集组件和通信***相连；

操控装置与执行装置通过通信***和通信***之间建立连接；

所述的固定架包括主架体、底部固定板和后部固定板，所述的主架体上部设有上下两层平台，方向盘控制组件设在上平台，档位控制组件设在下平台，踏板控制组件设在主架体下部；主架体扣在车辆驾驶室的座椅上，底部固定板位于座椅下部，通过连接栓杆与主架体相连，后部固定板位于座椅靠背后部，通过连接栓杆与主架体相连；

档位控制组件包括纵向电动缸、横向电动缸和档杆套筒，所述的纵向电动缸纵向设在固定架主架体的下平台上，纵向电动缸外壳的前端设有第一固定板，第一固定板中间设有推杆通孔，两侧设有光滑通孔，纵向电动缸的推杆穿过第一固定板的推杆通孔与第一连接板相连，第一连接板的两侧设有光滑杆，两光滑杆分别穿过第一固定板两侧的光滑通孔；横向电动缸水平固定在第一连接板上，与纵向电动缸相互垂直；横向电动缸外壳的前端设有第二固定板，第二固定板中间设有推杆通孔，两侧设有光滑通孔，横向电动缸的推杆穿过第二固定板的推杆通孔与第二连接板相连，第二连接板的两侧设有光滑杆，两光滑杆分别穿过第二固定板两侧的光滑通孔；档杆套筒固定在第二连接板上，档杆套筒为竖向设置的圆柱筒；纵向电动缸的推杆推动横向电动缸纵向移动，横向电动缸的推杆推动档杆套筒横向移动，以操作换挡档杆进行档位变换；

踏板控制组件包括推杆固定架、第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸和踏板连接件，推杆固定架的两端与固定架主架体相连，第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸并排设置在推杆固定架上，第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸的伸缩杆前端分别设有踏板连接件；

所述的推杆固定架包括连接杆、第一推杆夹板、第二推杆夹板和第三推杆夹板，连接杆的两端与主架体两侧相连，第一推杆夹板、第二推杆夹板、第三推杆夹板的上部为夹持部，下部设有通孔，第一推杆夹板、第二推杆夹板、第三推杆夹板通过下部的通孔并排套设在连接杆上，能够在连接杆上横向移动调节间距及调节角度；第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸分别固定在第一推杆夹板、第二推杆夹板、第三推杆夹板的夹持部上；所述的踏板连接件包括固定连接部和转动连接部，第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸的推杆分别与固定连接部相连，固定连接部与转动连接部通过枢轴连接，转动连接部上设有可调节卡箍。

2.根据权利要求1所述的一种遥操作车辆驾驶***，其特征在于：方向盘控制组件包括第一支架、第二支架、电机、第一万向节、第二万向节、伸缩杆和方向盘连接架，所述的第一支架固定在固定架主架体的上平台，第二支架位于第一支架的上部，第一支架的上部和第二支架的下部分别设有横向的连接孔，第一支架与第二支架通过螺栓穿过连接孔进行连接；电机设在第二支架上部，电机的输出轴与第一万向节相连，第一万向节与第二万向节之间通过伸缩杆相连；第二万向节的另一端与方向盘连接架相连。

3.根据权利要求2所述的一种遥操作车辆驾驶***，其特征在于：所述的方向盘连接架为十字形，方向盘连接架的末端设有可调节卡箍。

4.根据权利要求1所述的一种遥操作车辆驾驶***，其特征在于：图像采集组件包括支杆和摄像头，支杆设在固定架主架体的上平台，位于方向盘控制组件的后部，摄像头设在支杆的上部。

5.根据权利要求1所述的一种遥操作车辆驾驶***，其特征在于：还包括电机驱动器和电动缸驱动器，控制***分别与电机驱动器和电动缸驱动器相连，电机驱动器与电机相连，电动缸驱动器分别与纵向电动缸、横向电动缸、第一电动缸、第二电动缸和第三电动缸相连。