本發(fā)明涉及一種自動清掃的清潔車及其自動駕駛方法。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平的不斷提高，城市環(huán)境保護(hù)意識日益增強(qiáng)，道路清掃用清潔車作為城市環(huán)衛(wèi)工作重要的一環(huán)也迎來了良好的發(fā)展機(jī)遇。

道路清掃用清潔車的出現(xiàn)是城市文明的一項(xiàng)重要的標(biāo)志，它給人們生活環(huán)境以及城市面貌帶來了諸多益處，如提高了路面清掃的工作效率，同時(shí)提高了操作者的工作積極性，并且大大節(jié)約了人力和財(cái)力，保證了一個(gè)良好整潔的環(huán)境，這不僅提高了城市形象，而且更有利于城市文化的建設(shè)及市民工作的積極性等等。

然而環(huán)衛(wèi)服務(wù)業(yè)存在的一個(gè)困境是環(huán)衛(wèi)從業(yè)人員的年齡普遍偏高，很多已經(jīng)超過退休年齡，且中國目前正處于快速老齡化階段，老齡化時(shí)代到來必然伴隨著勞動力短缺，尤其是環(huán)衛(wèi)服務(wù)領(lǐng)域，極少有年輕人參與進(jìn)來，可能造成環(huán)衛(wèi)行業(yè)從業(yè)人員后繼乏人，勞動力短缺在所難免。環(huán)衛(wèi)行業(yè)要保持快速健康發(fā)展，就要提高機(jī)械化率和自動化率，最大程度緩解從業(yè)人員短缺壓力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種自動清掃的清潔車及其自動駕駛方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種自動清掃的清潔車，其特征在于：包括車體和駕駛室，所述車體的底部設(shè)有底板，所述底板的上方設(shè)有垃圾箱，所述底板靠近車尾的一側(cè)設(shè)有儲水箱；

所述底板具有中空的內(nèi)腔，所述底板的底部可轉(zhuǎn)動地設(shè)有面向地面的滾筒式掃帚，且所述滾筒式掃帚連接有動力裝置；所述底板的底部還設(shè)有用于吸入所述滾筒式掃帚掃起的灰塵的吸風(fēng)罩，所述吸風(fēng)罩的進(jìn)口對準(zhǔn)所述滾筒式掃帚，所述吸風(fēng)罩的出口通入所述底板的內(nèi)腔內(nèi)，且底板的內(nèi)腔內(nèi)設(shè)有用于給所述內(nèi)腔提供負(fù)壓的風(fēng)機(jī)；吸風(fēng)罩的出口處通過輸送裝置與所述垃圾箱連通；

所述輸送裝置包括第一輸送部和第二輸送部，所述第一輸送部包括第一主動軸、從動軸和張拉在第一主動軸和從動軸上的第一輸送帶，且所述第一主動軸可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在吸風(fēng)罩內(nèi)，所述從動軸可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在垃圾箱內(nèi)，所述第一輸送帶自吸風(fēng)罩向垃圾箱內(nèi)傾斜延伸；所述第二輸送部包括第二主動軸和張拉在第二主動軸和從動軸上的第二輸送帶，所述第二主動軸可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在垃圾箱內(nèi)，且所述第二輸送帶自垃圾箱的中部向垃圾箱的一端水平延伸；

所述第一主動軸的一端與第一電機(jī)的輸出軸同軸相連，所述第二主動軸的一端與第二電機(jī)的輸出軸同軸相連；

所述儲水箱的底部設(shè)有垂直向下的噴頭，噴頭的噴嘴面向地面，且噴頭設(shè)有開關(guān)閥；所述駕駛室內(nèi)還設(shè)有中央控制器，所述中央控制器分別與動力裝置、風(fēng)機(jī)、開關(guān)閥、第一電機(jī)和第二電機(jī)一一相連。

進(jìn)一步，所述動力裝置為第三電機(jī)，所述第三電機(jī)的輸出軸與滾筒式掃帚的轉(zhuǎn)軸同軸相連，且中央控制器與第三電機(jī)相連。

進(jìn)一步，所述中央控制器內(nèi)具有用于采集車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息的采集子模塊、用于從車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息中提取出障礙物信息及跟蹤移動目標(biāo)信息的感知識別子模塊、基于障礙物信息及跟蹤移動目標(biāo)信息繪制局部地圖的地圖子模塊、根據(jù)地圖子模塊輸出的局部地圖生成局部路徑規(guī)劃的路徑規(guī)劃子模塊以及控制車輪按照局部路徑規(guī)劃行駛的行駛控制子模塊。

進(jìn)一步，所述采集子模塊、感知識別子模塊、地圖子模塊、路徑規(guī)劃子模塊和行駛控制子模塊依次相連。

采用本發(fā)明所述的一種自動清掃的清潔車實(shí)施的自動駕駛方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，采集子模塊采集車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息，并將采集到的所述車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息輸送給感知識別子模塊；

步驟2，感知識別子模塊基于所述車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息，計(jì)算出駕駛前方的障礙物信息及跟蹤移動目標(biāo)信息，且感知識別子模塊將所述的障礙物信息及跟蹤移動目標(biāo)信息輸送給地圖子模塊；

步驟3，地圖子模塊根據(jù)接收到的障礙物信息及跟蹤移動目標(biāo)信息生成局部地圖，且將生成的所述局部地圖輸送給路徑規(guī)劃子模塊；

步驟4，路徑規(guī)劃子模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的清掃道路信息和所述局部地圖生成待清掃路線，并根據(jù)待清掃路線、障礙物信息、跟蹤移動目標(biāo)信息和交通規(guī)程生成局部路徑規(guī)劃，且路徑規(guī)劃子模塊將局部路徑規(guī)劃輸送給行駛控制子模塊；

步驟5，行駛控制子模塊根據(jù)接收到的所述的局部路徑規(guī)劃生成控制指令，并根據(jù)所述控制指令控制方向盤、油門和檔位。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

1、自動清掃、自動灑水、還可自動駕駛，方便高效，節(jié)省人力；

2、垃圾自吸風(fēng)罩經(jīng)第一輸送部輸送至垃圾箱內(nèi)，并經(jīng)第二輸送部平整垃圾箱內(nèi)的垃圾；

3、通過采集子模塊中的各種傳感器可隨時(shí)探測清潔車周圍近距離(如50米)內(nèi)的道路狀況，并通過不同距離、不同物體的移動速度針對不同傳感器進(jìn)行處理分析，使得采集的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確；

4、在行駛過程中，車內(nèi)安裝的全球定位儀將隨時(shí)獲取清潔車所在準(zhǔn)確方位，進(jìn)一步提高安全性；

5、通過感知識別子模塊能夠識別各種交通標(biāo)志，保證清潔車在遵守交通規(guī)則的前提下安全行駛。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖，一種自動清掃的清潔車，包括車體和駕駛室3，所述車體的底部設(shè)有底板，所述底板的上方設(shè)有垃圾箱5，所述底板靠近車尾的一側(cè)設(shè)有儲水箱7；底板下還設(shè)有車輪9；

所述底板具有中空的內(nèi)腔，所述底板的底部可轉(zhuǎn)動地設(shè)有面向地面的滾筒式掃帚12，且所述滾筒式掃帚12連接有動力裝置；所述底板的底部還設(shè)有用于吸入所述滾筒式掃帚12掃起的灰塵的吸風(fēng)罩10，所述吸風(fēng)罩10的進(jìn)口對準(zhǔn)所述滾筒式掃帚12，所述吸風(fēng)罩10的出口通入所述底板的內(nèi)腔內(nèi)，且底板的內(nèi)腔內(nèi)設(shè)有用于給所述內(nèi)腔提供負(fù)壓的風(fēng)機(jī)11；吸風(fēng)罩10的出口處通過輸送裝置與所述垃圾箱5連通；

所述輸送裝置包括第一輸送部和第二輸送部，所述第一輸送部包括第一主動軸63、從動軸62和張拉在第一主動軸63和從動軸62上的第一輸送帶65，且所述第一主動軸63可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在吸風(fēng)罩10內(nèi)，所述從動軸62可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在垃圾箱5內(nèi)，所述第一輸送帶65自吸風(fēng)罩10向垃圾箱5內(nèi)傾斜延伸；所述第二輸送部包括第二主動軸61和張拉在第二主動軸61和從動軸62上的第二輸送帶64，所述第二主動軸61可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在垃圾箱5內(nèi)，且所述第二輸送帶64自垃圾箱5的中部向垃圾箱5的一端水平延伸；

所述第一主動軸63的一端與第一電機(jī)的輸出軸同軸相連，所述第二主動軸61的一端與第二電機(jī)的輸出軸同軸相連；

所述儲水箱7的底部設(shè)有垂直向下的噴頭，噴頭的噴嘴面向地面，且噴頭設(shè)有開關(guān)閥8；所述駕駛室3內(nèi)還設(shè)有中央控制器13，所述中央控制器13分別與動力裝置、風(fēng)機(jī)11、開關(guān)閥8、第一電機(jī)和第二電機(jī)一一相連。

所述動力裝置為第三電機(jī)，所述第三電機(jī)的輸出軸與滾筒式掃帚12的轉(zhuǎn)軸同軸相連。

所述駕駛室3的前方設(shè)有用于探測前方路況的激光雷達(dá)1和攝像頭2，所述駕駛室3的頂部設(shè)有GPS衛(wèi)星定位裝置4；

所述駕駛室3內(nèi)還設(shè)有中央控制器13和車速傳感器14，所述中央控制器13分別與第一電機(jī)、第二電機(jī)、風(fēng)機(jī)、開關(guān)閥、激光雷達(dá)、攝像頭、車速傳感器和GPS衛(wèi)星定位裝置一一相連。

所述中央控制器13通過控制第三電機(jī)動作進(jìn)而控制滾筒式掃帚12動作，滾筒式掃帚12掃起的灰塵和垃圾，自吸風(fēng)罩10的進(jìn)口吸入并經(jīng)第一輸部輸送至垃圾箱5內(nèi)，堆積在第一輸部附近的垃圾經(jīng)第二輸送部輸送至垃圾箱其他部位，以平整垃圾。

所述中央控制器13控制開關(guān)閥8動作，以控制灑水或停止灑水。

所述中央控制器13控制第一電機(jī)、第二電機(jī)動作，以控制輸送裝置動作或停止動作。

采用本發(fā)明所述的一種自動清掃的清潔車實(shí)施的自動駕駛方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，采集子模塊采集車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息，并將采集到的所述車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息輸送給感知識別子模塊；

步驟2，感知識別子模塊基于所述車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息，計(jì)算出本發(fā)明周邊的障礙物信息及跟蹤移動目標(biāo)信息，且感知識別子模塊將所述的障礙物信息及跟蹤移動目標(biāo)信息輸送給地圖子模塊；

步驟3，地圖子模塊根據(jù)接收到的障礙物信息及跟蹤移動目標(biāo)信息生成局部地圖，且將生成的所述局部地圖輸送給路徑規(guī)劃子模塊；

步驟4，路徑規(guī)劃子模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的清掃道路信息和所述局部地圖生成待清掃路線，并根據(jù)待清掃路線、障礙物信息、跟蹤移動目標(biāo)信息和交通規(guī)程生成局部路徑規(guī)劃，且路徑規(guī)劃子模塊將局部路徑規(guī)劃輸送給行駛控制子模塊；

步驟5，行駛控制子模塊根據(jù)接收到的所述的局部路徑規(guī)劃生成控制指令，并根據(jù)所述控制指令控制方向盤、油門和檔位。

本發(fā)明的中央控制器內(nèi)設(shè)置有采集子模塊、感知識別子模塊、地圖子模塊、路徑規(guī)劃子模塊和行駛控制子模塊。

所述采集子模塊，基于激光雷達(dá)1和攝像頭2用于采集本發(fā)明的車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息。

所述感知識別子模塊，用于分析采集子模塊采集的車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息，以提取障礙物信息及跟蹤移動目標(biāo)信息。

所述地圖子模塊根據(jù)所述感知識別子模塊輸出的障礙物信息及跟蹤移動目標(biāo)信息，建立以本發(fā)明為中心的局部地圖。

所述路徑規(guī)劃子模塊，根據(jù)預(yù)設(shè)的清掃道路信息(可借助導(dǎo)航地圖)和地圖子系統(tǒng)輸出的局部地圖生成待清掃路線，并根據(jù)所述待清掃路線、所述障礙物信息及跟蹤目標(biāo)信息和交通規(guī)程生成局部路徑規(guī)劃。

所述行駛控制子模塊根據(jù)路徑規(guī)劃子模塊輸出的局部路徑規(guī)劃控制本發(fā)明行駛。

所述采集子模塊需要借助多個(gè)不同類型的傳感器，如攝像頭2、激光雷達(dá)1、超聲波雷達(dá)和毫米波雷達(dá)等。采集子模塊與安裝在本發(fā)明上的攝像頭2、激光雷達(dá)1、超聲波雷達(dá)和毫米波雷達(dá)連接。采集子模塊可根據(jù)不同傳感器的特點(diǎn)，分別采集本發(fā)明的車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息。例如，采集子模塊可利用攝像頭2獲取本發(fā)明50米以內(nèi)的環(huán)境信息，可利用激光雷達(dá)獲取本發(fā)明20米以內(nèi)的高程信息，可利用超聲波傳感器獲取周圍多車道的車輛行駛信息，可利用毫米波雷達(dá)獲取本發(fā)明10毫米以內(nèi)的高速運(yùn)動物體的信息。本發(fā)明的前端和后端均設(shè)有攝像頭2、激光雷達(dá)1、超聲波雷達(dá)和毫米波雷達(dá)包括，前端的設(shè)置在在前保險(xiǎn)杠上，探頭均以大約45度角輻射，上下左右搜尋目標(biāo)，能探索到低于保險(xiǎn)杠的障礙物，如花壇、玩耍的小孩等。前端的設(shè)置安裝在后保險(xiǎn)杠上，當(dāng)擋位桿掛入倒擋時(shí)，自動開始工作，探頭偵測到后方物體時(shí)清潔車將不再倒車。

感知識別子模塊基于采集子模塊采集的車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息(如移動物體的速度、路面平整度、靜動態(tài)物體的色差、熱分布、特征溫度等)，計(jì)算出物、人、路面的狀態(tài)，并通過統(tǒng)計(jì)和一些優(yōu)化算法分析采集到的各類數(shù)據(jù)，識別并提取出處理后的識別信息，即本發(fā)明的外部環(huán)境信息(即障礙物信息及跟蹤移動目標(biāo)信息等)。這些外部環(huán)境信息是建立局部地圖子模塊的重要數(shù)據(jù)來源。感知識別子模塊還可通過自定義編制的優(yōu)化算法分析各個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)。車輛外部環(huán)境信息還可包括石塊、路障、水坑、車輛、行人等。

局部地圖子模塊根據(jù)本發(fā)明的外部環(huán)境信息來繪制不同的特征地圖，建立以本發(fā)明為中心的局部地圖(如激光雷達(dá)局部地圖、視覺光學(xué)局部地圖、雷達(dá)感知局部地圖等)。局部地圖子模塊還可與GPS信息和已知的道路信息進(jìn)行疊加，提供一種可以直觀了解行車環(huán)境各種信息處理結(jié)果的實(shí)時(shí)二維和三維的綜合數(shù)字化地圖。

路徑規(guī)劃子模塊根據(jù)局部地圖(或綜合數(shù)字化地圖)和駕駛員設(shè)定的需清掃道路的導(dǎo)航地圖來分析可供清掃的道路范圍及車速、道路復(fù)雜度從而生成一條可行的待清掃路線，并根據(jù)待清掃路線、車輛外部信息和交通規(guī)程生成局部路徑規(guī)劃，該局部路徑規(guī)劃直接控制車輛行駛的動向。

行駛控制子模塊根據(jù)上述局部路徑規(guī)劃生成控制指令，來執(zhí)行對本發(fā)明的檔位(如R\N\P\D檔)、油門(如0％～100％)、方向(如左右轉(zhuǎn)向等)的控制，來保持本發(fā)明的平穩(wěn)高速行駛，實(shí)現(xiàn)無人駕駛功能。

中央控制器內(nèi)還設(shè)有通信子模塊，通信子模塊可用于建立采集子模塊與感知識別子模塊的通信連接以提供實(shí)時(shí)通信服務(wù)，使采集子模塊通過通信連接將采集到的車輛狀態(tài)信息和駕駛環(huán)境信息傳遞到感知識別子模塊中。同時(shí)，還可包括狀態(tài)估計(jì)子模塊，該模塊包括全球定位模塊(采集該清潔車的行駛環(huán)境信息)、慣性測量單元(測量該清潔車的車輛姿態(tài))和速度計(jì)(測量該清潔車的當(dāng)前速度)。通信子模塊根據(jù)駕駛環(huán)境信息、車輛姿態(tài)和當(dāng)前速度獲取當(dāng)前本發(fā)明的狀態(tài)估計(jì)信息，并通過通信子模塊與路徑規(guī)劃子模塊建立通信連接，以將狀態(tài)估計(jì)信息傳遞到路徑規(guī)劃子模塊，以使路徑規(guī)劃子模塊根據(jù)該狀態(tài)估計(jì)信息生成局部路徑規(guī)劃。

中央控制器內(nèi)還設(shè)有輔助服務(wù)子模塊，輔助服務(wù)子模塊可用于對采集子模塊、感知識別子模塊、局部地圖子模塊、路徑規(guī)劃子模塊及行駛控制子模塊之間的實(shí)時(shí)高速通信及數(shù)據(jù)和命令傳輸進(jìn)行輔助服務(wù)，還可對模塊的狀態(tài)進(jìn)行檢測等各種輔助服務(wù)，以使本發(fā)明更加能夠安全行駛。

本發(fā)明通過激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、視覺傳感器等采集本發(fā)明周圍的行駛環(huán)境，之后可通過實(shí)時(shí)通信服務(wù)分別傳遞到感知識別子模塊，感知識別子模塊根據(jù)該行駛環(huán)境和車輛狀態(tài)提取出車輛行駛環(huán)境(靜態(tài)障礙物表、動態(tài)障礙物表及道路范圍識別)等信息，局部地圖子模塊可根據(jù)這些信息建立以本發(fā)明為中心的激光雷達(dá)局部地圖、視覺光學(xué)局部地圖、雷達(dá)感知局部地圖等。GPS、IMU及速度計(jì)分別采集本發(fā)明的行駛環(huán)境信息、車輛姿態(tài)和當(dāng)前速度等狀態(tài)估計(jì)信息，通過實(shí)時(shí)通信服務(wù)傳遞至路徑規(guī)劃子模塊，路徑規(guī)劃子模塊可根據(jù)上述局部地圖、已知地圖及該狀態(tài)估計(jì)信息生成局部路徑規(guī)劃。行駛控制子模塊根據(jù)該局部路徑規(guī)劃生成控制指令，以實(shí)現(xiàn)檔位控制、油門控制、方向控制等。最后將各個(gè)子模塊間生成的數(shù)據(jù)命令記錄至中央控制器的控制平臺，并可通過離線仿真調(diào)試對這些數(shù)據(jù)命令進(jìn)行調(diào)試，以使本發(fā)明更加安全、更加可靠。

本發(fā)明根據(jù)感知識別子模塊感知到的障礙物信息及跟蹤移動目標(biāo)信息，建立以本發(fā)明為中心的局部地圖，路徑規(guī)劃子模塊根據(jù)駕駛員設(shè)定的需清掃道路和局部地圖生成待清掃路線，并根據(jù)待清掃路線、障礙物信息、跟蹤目標(biāo)信息和交通規(guī)程生成局部路徑規(guī)劃，行駛控制子模塊根據(jù)所述的局部路徑規(guī)劃生成控制指令，并根據(jù)該控制指令對無人駕駛清潔車進(jìn)行控制。

本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。