一种智能太阳能无人物流配送系统控制方法及配送车-CN109782764A

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201910053772.4(22)申请日2019.01.21(71)申请人湖北汽车工业学院地址442002湖北省十堰市红卫教育口车城西路167号(72)发明人张金亮　陈宇峰　向郑涛　张涛　江学焕　贾蓉　车凯　彭国生　简炜　周鹏　黄海波　(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401代理人杨采良(51)Int.Cl.G05D1/02(2006.01)(54)发明名称一种智能太阳能无人物流配送系统、控制方法及配送车(57)摘要本发明属于智能物流机器人技术领域，公开了一种智能太阳能无人物流配送系统、控制方法及配送车，对当前的道路环境进行采集分析，当车身检测到障碍物时，车体根据超声波检测的距离自动停止或者绕弯避障并运行到安全区域；通过USB摄像头采集车道边线路标，将采集到的图片进行二值化的处理，通过边缘检测的方法确定车道边线的位置，求出车道边线区域的面积，然后利用阈值判断的方法控制车体沿着车道边线区域行驶；实时显示车体的经纬度、速度、方位角、电池电量等车辆状态信息，并通过无线模块发送至远程服务中心。本发明降低了车辆对外界感知的不确定性，大大的提高了无人车控制系统决策的正确性。权利要求书3页说明书21页附图15页CN109782764A2019.05.21CN109782764A1.一种智能太阳能无人物流配送系统的控制方法，其特征在于，所述能太阳能无人物流配送系统的控制方法包括：采用太阳能和蓄电池混合动力，为车体及相关设备提供动力能源；将采集到的图片进行二值化的处理，通过边缘检测的方法确定车道边线的位置，求出车道边线区域的面积，然后利用阈值判断的方法控制车体沿着车道边线区域行驶；检测到障碍物时，根据超声波检测的距离自动停止或者绕弯避障并运行到安全区域；实时显示车体的经纬度、速度、方位角、电池电量车辆状态信息，并通过无线模块发送至远程服务中心。2.如权利要求1所述的智能太阳能无人物流配送系统的控制方法，其特征在于，超声波测距方法包括：从发射超声波的时刻开始计数，检测到障碍物时，超声波立刻返回，小车主控模块的接收器进行接收、返回信号，同时停止计数，将接收到的信号进行处理，与预先设定的测量距离进行处理，由计时的时间t，算出车体距离障碍物的距离D：D＝ct/2其中c＝340m/s为超声波在空气介质条件中的传播速率；进而控车体的转向或者停止；无线通信通过WIFI和Internet网络传输，与手机及PC机服务器建立连接；通过USB摄像头采集黄线路标，将采集到的图片进行二值化的处理方法包括：读入二值边缘图像A(m×n)；初始化累sfp,加矩阵A(θ，ρ)；设置尺度系数sfp，，以控制累加矩阵A(θ，ρ)的大小；对于每一个边缘像素点(xi，yi)，θ∈[0，90]，计算下列参数：θi＝θi×sθ；ρ＝xicosθi+yisinθi；ρ1＝ρ×sρ；有所得的参数对累加矩阵进行累加计算；A(θ1，ρ1)＝A(θ1，ρ1)+1；对当前的道路环境进行分析方法包括：通过调节两个车轮的输入PWM调节信号的占空比，使两个车轮达到同速直行；通过编码器检测两个车轮的速度值并作为控制模块的反馈输入量，传入直行控制系统，并经过控制算法计算后输出PWM信号到电机驱动器中，使无人物流配送车的车体在辅助直行过程中达到动态的同速直行；控制算法选用位置型PID算法。3.如权利要求1所述的智能太阳能无人物流配送系统的控制方法，其特征在于，所述能太阳能无人物流配送系统的控制方法进一步包括：对姿态位置测量模块集成的各个传感器进行初始化操作，小车主控模块串行采集传感数据，读取GPS数据，给电机一个初始的脉冲，利用编码器端读取电机运行的速度，实现在无障碍时进行简单的固定轨迹行走，判断车体的倾斜角度、运动加速度、超声波数据、USB摄像头数据，对采集的数据进行数据融合处理，当车体倾斜角度超限时，车辆停止运动，当运动加速度超限时，物流小车停止权　利　要　求　书1/3页2CN109782764A2运动，当车体超声波传感器数据超限时，检测到障碍物；小车主控模块控制电机进行差速转向避开障碍物，USB摄像头采集图像数据，进行二值化的数据处理，将数据传输至小车主控模块进行数据处理，控制电机进行转向操作，最后判断电机是否到达目的地，若没有，重新检测传感器数据，重新进行传感器初始化操作。4.一种如权利要求1所述控制方法的智能太阳能无人物流配送系统，其特征在于，所述智能太阳能无人物流配送系统包括：姿态位置测量模块，与小车主控模块连接，用于检测车辆的行车状态信息，判断车体是否侧翻或者处于上下坡阶段；安全预警辅助模块，与小车主控模块连接，用于检测行驶途中的障碍物，进行安全避障；数据通信模块，与小车主控模块连接，将融合处理后的数据发送至后台管理终端；动力模块，与小车主控模块连接，为电机提供动力来源，实现车体的直行或者差速转向；能量管理模块，与小车主控模块连接，为电池和姿态位置测量模块、安全预警辅助模块、数据通信模块、动力模块、图像采集与处理模块供电，进行能量管理；图像采集预处理模块，与小车主控模块连接，将处理后的数据发送给小车主控模块进行融合处理；小车主控模块，用于将采集的数据进行融合处理。5.如权利要求4所述的智能太阳能无人物流配送系统，其特征在于，所述智能太阳能无人物流配送系统包括：太阳能电池板，与动力模块连接，对蓄电池进行充电，为车体及相关设备提供运行能源。6.一种如权利要求1所述控制方法的智能太阳能无人物流配送车，其特征在于，所述智能太阳能无人物流配送车包括：车体，使用Solidworks三维画图软件制作工具，在软件中建立小车的等比例三维模型，然后导出到cad软件平台进行尺寸修改，通过相应的紧固件和连接件进行组装而成；联轴器与光电编码器：使用3D打印技术打印光电传感器连接齿轮，通过联轴器连接电机传输动力，带动光电编码器转动，光电编码器再将采集的信号转换成脉冲信号反馈给小车主控模块的单片机实现车速反馈。7.如权利要求6所述的智能太阳能无人物流配送车，其特征在于，所述智能太阳能无人物流配送车进进一步包括：电机驱动电路、数据通信电路、传感器电路、系统电源电路、JTAG调试接口、能量管理电路；电机驱动电路包括：自带死区的桥式电路芯片和N沟道增强型MOS管；自带死区的桥式电路芯片的电容C1、C3并联连接，用于电源的滤波，C2为自举电容VCC经过二极管D1给电容C2充电，2片IR2110控制芯片与4个MOS管构成H桥以驱动电机运转；数据通信电路包括：WiFi无线发射模块和串口通信模块；WiFi无线发射模块EPS8266由电源3.3V模块供电，GPIO15下拉和GPIO0上拉设置保证模块的正常工作模式，RXD和TXD分别与主控芯片USART4_RX和USART4_TX连接进行数据收发；权　利　要　求　书2/3页3CN109782764A3串口通信模块用于实现USB电平转换为TTL电平，由电源5V模块供电，串口通信模块内置USB总线上拉电阻和片内信号端，UD+和UD-引脚直接连接到USB总线上，RXD和TXD分别与主控芯片USART1_RX和USART1_TX连接进行数据收发；传感器电路包括：超声波模块、GPS模块、陀螺仪模块和光电编码器；超声波模块HC-SR04由电源5V模块供电，J1接口的Trig和Echo引脚分别与主控PA0、PE2、PA1、PB0、PA2、PB1、PA3、PE3引脚相连，主控通过Trig发送脉冲触发信号，并通过Echo检测回波信号确定障碍物的距离；GPS模块NEO-6M由电源3.3V模块供电，RF_IN外接GPS天线用于接收卫星信号并提供串行数据输出接口，RXD1和TXD1分别与主控芯片USART3_RX和USART3_TX连接进行数据收发；陀螺仪模块MPU6050由电源5V模块供电，其I2C接口的SCL和SDL引脚分别与主控芯片I2C1_SCL和I2C1_SDL引脚相连进行数据发送接收；光电编码器由5V模块供电，输出接口通过两个电阻串联，点连接至主控PB10和PB11引脚，通过测量管脚的高低电平脉冲数计算车轮转速；系统电源电路包括24V供电模块、5V供电模块和3.3V供电模块；24V供电模块采用两节12V蓄电池串联，直接为电机供电；5V供电模块采用LM2596开关电源芯片，输入IN管脚24连接蓄电池，输出通过滤波器件输出稳定5V电压，为其他5V模块供电；3.3V供电模块采用AMS1117线性稳压芯片，输入IN管脚连接5V供电的输出，输出通过滤波器件输出稳定3.3V电压，为其他3.3V模块供电；JTAG调试接口直接从主控相应的管脚引出，通过JTAG调试器与上位机相连，以实现程序下载及在线跟踪调试；能量管理电路采用AMC1200隔离运放芯片，通过R24、R25、R26、R27电阻构成分压电路与运放的VINN和VINP相连，运放的输出VOUTP与主控的ADC123_IN10和ADC123_IN11连接，实时采集电压信号实现能量管理。权　利　要　求　书3/3页4CN109782764A4一种智能太阳能无人物流配送系统、控制方法及配送车技术领域[0001]本发明属于智能物流机器人技术领域，尤其涉及一种智能太阳能无人物流配送系统、控制方法及配送车。背景技术[0002]网络购物爆炸式发展，物流配送、快递收发等业务量也同步大幅增加，对物流配送和快递企业在物品包裹、快件的处理和配送投放上形成了非常大的压力，“最后一公里”问题逐渐成为制约快递企业发展的短板。在国内，智能快递终端业务尚处于快速发展阶段，不少国内高新科技公司纷纷推出了各种快递无人配送车，例如清华大学校内运行的智行者公司的“蜗必达-无人配送物流车”、京东的校园无人车等等。创新发展传统的快件收发模式，提高物流配送种类和服务质量已经成为当前热门的研究课题之一。[0003]随着电子商务的迅速发展，网购成为大学生消费不可或缺的一部分，而近些年来校园物流“最后一公里”配送现状不尽人意。据统计，2017年我国快递业务量突破400亿件、同比增长28％，继续稳居世界第一。我国拥有在校大学生近3700万，在校生作为网购的重要力量，网购比例高达96％，每天国内高校的快递件数平均500万件以上。网络购物爆炸式发展，物流配送、快递收发等业务量也同步大幅增加，对整个物流环节带来了非常大的压力。此外，由于学校的封闭性，多年来校园快递问题突出，快递还是采用“摆摊儿”的方法等待学生自提；由于管理上的混乱，丢件问题也是时有发生，快件变“慢件”等。近年来，国家也在节能减排和环境治理等方面加大投入力度，践行绿色发展理念，改善生态环境。因此，采用最新科学技术装备物流快递业，尤其是新型能源与物联网等技术结合已经成为行业发展的主流。[0004]针对目前快递行业“最后一公里”的现状，目前最常见的做法是：用无人机来代替传统汽车的配送方式来解决短距离运输的问题，虽然目前国外的亚马逊以及国内的京东已经采用这种方式测试成功，能在乡村小道进行小件短途配送，但是要想实现在复杂的城市环境中实现精准送达还为时尚早，相比于空中进行快递的配送，采用地面运输的方式是一种更加靠谱的方式。[0005]目前，越来越广泛的行业和越来越多的企业选择使用物流自动化设备及系统，智能物流汽车作为21世纪的人工智能化领域的重大成就，在人类社会的生产、生活中具有密不可分的作用，其使用范围越来越广，与其他物流信息技术结合，形成一个完整智能化的物流系统，这种趋势越来越也明显。[0006]汽车的智能化使得智能物流小车成为具有环境感知，自主学习的移动机器人，移动机器人作为21世纪现代高科技的集成体之一，使其从以仿真模拟为主转向实际的道路行驶测试实验，到目前为止具有在公路上自主行使的能力的测试无人驾驶汽车，然而智能驾驶汽车对外界环境的感知能力、决策判断能力及行车计划等方面的智能效果仍然不能很好的与人类的自主决策能力相媲美。因此，无人驾驶智能汽车的研发，仍然存在着巨大的开发潜力和空间。较好的无人驾驶智能汽车基础开发平台不