專利名稱：一種遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛駕駛控制技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，是一種遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家建設(shè)的需求，工程車輛在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)種的作用日益重要。 現(xiàn)有工程車輛的駕駛方式多為人工直接駕駛，工程車輛作業(yè)環(huán)境惡劣，安全性和舒適性差， 駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度大。作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的噪聲，塵埃粉末，有毒氣體，高溫或嚴(yán)寒環(huán)境，甚至意外的坍塌等嚴(yán)重危及駕駛員的身心健康。如火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，駕駛?cè)藛T在駕車排除險(xiǎn)情時(shí)易受到人身傷害，甚至危及生命，有時(shí)還因環(huán)境惡劣而無(wú)法進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，延誤搶險(xiǎn)工作。因此駕駛員的安全性和舒適性問(wèn)題亟待解決，要從根本上解決這些問(wèn)題，方法是讓駕駛員遠(yuǎn)離惡劣、危險(xiǎn)的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，遠(yuǎn)程駕駛車輛技術(shù)是解決這一問(wèn)題的有效途徑。專利CNM42898Y公開了一種無(wú)人駕駛車執(zhí)行裝置，主要設(shè)計(jì)了無(wú)人駕駛的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為無(wú)人駕駛提供了基礎(chǔ)。但是該專利沒(méi)有涉及到控制系統(tǒng)，只有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。專利CN 1621990A公開了一種汽車試驗(yàn)用氣電混合式駕駛機(jī)器人，發(fā)明了一種用在底盤測(cè)功機(jī)上替代駕駛員進(jìn)行汽車試驗(yàn)的氣電混合式駕駛機(jī)器人。該專利主要用于汽車室內(nèi)試驗(yàn)，并且按照設(shè)定好的試驗(yàn)程序運(yùn)行，因此無(wú)法解決在艱險(xiǎn)環(huán)境下車輛駕駛?cè)藛T的安全問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置，駕駛?cè)藛T在控制臺(tái)遠(yuǎn)程控制安裝在車輛駕駛室內(nèi)的駕駛裝置來(lái)駕駛車輛，避免人工直接在車內(nèi)駕駛車輛。這種方式能夠使車輛安全可靠的在艱險(xiǎn)環(huán)境完成特定的任務(wù)，同時(shí)使人遠(yuǎn)離艱險(xiǎn)的工作環(huán)境，保證駕駛?cè)藛T的安全。一種遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置，其特征在于包括駕駛操控單元以及遠(yuǎn)程控制臺(tái)，其中，駕駛操控單元安裝在被控車輛內(nèi)部；遠(yuǎn)程控制臺(tái)為被控車輛的外部控制臺(tái)；駕駛操控單元包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)與執(zhí)行控制單元；其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向機(jī)械手、換擋機(jī)械手、制動(dòng)機(jī)械腿、油門機(jī)械腿和底座；其中，底座設(shè)置在被控車輛中的駕駛座位上；所述轉(zhuǎn)向機(jī)械手包括固定板、可調(diào)支架、方向盤機(jī)械抓手、轉(zhuǎn)向電機(jī)以及電機(jī)夾具；其中，可調(diào)支架一端鉸接在固定板上，另一端與電機(jī)夾具鉸接；電機(jī)夾具中設(shè)置有轉(zhuǎn)向電機(jī)，轉(zhuǎn)向電機(jī)通過(guò)電機(jī)夾具夾緊固定。轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出端朝向底座的前方，輸出端上連接有行星減速器，行星減速器的輸出端固定有板狀方向盤機(jī)械抓手，方向盤機(jī)械抓手用來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)械手與被控車輛方向盤間的固定；所述固定板與底座滑動(dòng)連接，使固定板在底座前后側(cè)邊間左右滑動(dòng)；通過(guò)固定板在底座前后側(cè)邊間左右滑動(dòng)、可調(diào)支架與固定板的角度調(diào)節(jié)、可調(diào)支架與電機(jī)夾具的角度調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)械手在車上安裝位置和安裝角度的可調(diào)，從而適應(yīng)不同的車輛；
所述換擋機(jī)械手包括換擋抓手、滾珠絲杠、換擋電機(jī)；換擋電機(jī)固定安裝在一支撐板上，支撐板水平固定在底座前后兩側(cè)邊間，換擋電機(jī)位于底座后部側(cè)邊處，滾珠絲杠上套接有一個(gè)支承架，支承架固定在支撐板上；滾珠絲杠的一端通過(guò)聯(lián)軸器與換擋電機(jī)的輸出軸連接。滾珠絲杠上螺紋套接有絲杠螺母A，絲杠螺母A與螺紋套接在滾珠絲杠上的換擋抓手連接桿固連；底座側(cè)邊上開有橫向滑道，換擋抓手連接桿穿過(guò)橫向滑道與換擋抓手固連；所述制動(dòng)機(jī)械腿與油門機(jī)械腿結(jié)構(gòu)完全相同，均包括機(jī)器腿、制動(dòng)踏板連接件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)絲杠以及安裝板；其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝在安裝板上；驅(qū)動(dòng)絲杠上套接有支架；支架固定在安裝板上；驅(qū)動(dòng)絲杠的一端通過(guò)聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接；驅(qū)動(dòng)絲杠上螺紋套接有滑塊；機(jī)器腿為一支桿結(jié)構(gòu)，機(jī)器腿的一端與驅(qū)動(dòng)絲杠上的滑塊鉸接，滑塊與驅(qū)動(dòng)絲杠上螺紋套接的絲杠螺母B固定；機(jī)器腿的另一端與制動(dòng)踏板連接件鉸接，通過(guò)制動(dòng)踏板連接件與被控車輛內(nèi)的制動(dòng)踏板固定；機(jī)器腿設(shè)計(jì)為多段，各段間采用螺紋連接， 通過(guò)調(diào)節(jié)各段間螺紋連接的長(zhǎng)度，來(lái)調(diào)整機(jī)器腿的長(zhǎng)度，從而適應(yīng)不同車輛；所述安裝板與底座前方側(cè)邊間滑動(dòng)連接，使安裝板在底座前方側(cè)邊上左右滑動(dòng)；所述執(zhí)行控制單元包括電機(jī)控制卡、工控機(jī)、無(wú)線通信模塊A、攝像頭、無(wú)線圖像發(fā)射器以及GPS模塊；其中，無(wú)線通信模塊A用來(lái)實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與遠(yuǎn)程控制臺(tái)間的實(shí)時(shí)通信，將由遠(yuǎn)程控制臺(tái)發(fā)送來(lái)的控制命令發(fā)送到工控機(jī)，工控機(jī)根據(jù)接收到的控制命令，驅(qū)動(dòng)工控機(jī)內(nèi)部安插的電機(jī)控制卡將控制命令轉(zhuǎn)換成伺服電機(jī)的控制脈沖，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中各個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，由此使轉(zhuǎn)向機(jī)械手、換擋機(jī)械手、制動(dòng)機(jī)械腿、油門機(jī)械腿分別對(duì)被控車輛的方向盤、換擋桿、制動(dòng)踏板、油門踏板進(jìn)行操作；所述攝像頭安裝在被控車輛前部，用來(lái)采集被控車輛行進(jìn)中前方的圖像信息，并由無(wú)線圖像發(fā)射器將所采集到的圖像信息發(fā)送給遠(yuǎn)程控制臺(tái)；所述GPS模塊安裝在被控車輛內(nèi)，用于獲取被控車輛的位置信息，工控機(jī)提取被控車輛位置信息，得到被控車輛的位置，然后由無(wú)線通信模塊A發(fā)送到遠(yuǎn)程控制臺(tái)；所述遠(yuǎn)程控制臺(tái)包括模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)、采集單元、無(wú)線圖像接收器、視頻采集卡、信息采集板、模擬控制單元以及無(wú)線通信模塊B ；其中，無(wú)線圖像接收器用來(lái)接收?qǐng)?zhí)行控制單元中的攝像頭所采集到的視頻信息， 并通過(guò)視頻采集卡在模擬控制單元顯示；模擬控制單元還通過(guò)無(wú)線通信模塊B接收經(jīng)工控機(jī)所提取的被控車輛的位置信息，最終在模擬控制單元中顯示被控車輛實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境；模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)包括模擬方向盤、模擬換擋桿、模擬制動(dòng)踏板、模擬油門踏板， 用來(lái)模擬駕駛操縱實(shí)際車輛；所述采集單元用來(lái)采集模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)的操作信息，包括安裝在模擬方向盤上的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、安裝在模擬換擋桿上的檔位傳感器、安裝在模擬制動(dòng)踏板上的制動(dòng)踏板位置傳感器以級(jí)安裝在模擬油門踏板上的油門踏板位置傳感器。 其中，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器用來(lái)采集模擬方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；檔位傳感器用來(lái)采集模擬換擋桿的擋位信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為模擬開關(guān)信號(hào)；制動(dòng)踏板位置傳感器用來(lái)采集模擬制動(dòng)踏板位置信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；油門踏板位置傳感器用來(lái)采集模擬油門踏板位置信號(hào)并轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；根據(jù)在模擬控制單元中顯示的被控車輛實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)與環(huán)境，操縱模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)對(duì)被控車輛進(jìn)行操控；通過(guò)信息采集板采集模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)中各個(gè)傳感器的信號(hào)后，發(fā)送到模擬控制單元中，從而由模擬控制單元將接收到的模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)操作信息通過(guò)無(wú)線通信模塊B發(fā)送給駕駛操控單元中的無(wú)線通信模塊A，隨后由無(wú)線通信模塊A發(fā)送給工控機(jī)，工控機(jī)將接收到的模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)的操作信息幀解碼為對(duì)被控車輛中制動(dòng)踏板、油門踏板、方向盤、換擋桿的操作信息，從而由電機(jī)控制卡控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的各個(gè)伺服電機(jī)工作，由此通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)被控車輛中的方向盤、制動(dòng)踏板、油門踏板以及換擋桿進(jìn)行相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制實(shí)體車輛的運(yùn)行。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、采用本發(fā)明遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置，駕駛?cè)藛T不需要在駕駛室內(nèi)直接駕駛車輛，而是通過(guò)遠(yuǎn)程控制臺(tái)遠(yuǎn)程控制安裝在車內(nèi)的駕駛裝置來(lái)駕駛車輛，這樣使得車輛能夠在艱險(xiǎn)環(huán)境完成特定的任務(wù)，有效保障駕駛?cè)藛T安全，提高工作效率，減少工作強(qiáng)度；2、本發(fā)明遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置中遠(yuǎn)程控制臺(tái)中的模擬控制單元可通過(guò)無(wú)線圖像接收模塊和視頻采集卡實(shí)時(shí)顯示實(shí)車上的攝像機(jī)拍攝的視頻，并且車輛的位置、速度信息通過(guò)接收的車輛定位數(shù)據(jù)顯示在電子地圖上，駕駛?cè)藛T能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)車輛運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境；3、本發(fā)明遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中采用交流伺服電機(jī)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度和角度可控、控制精度高、速度響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、過(guò)載能力強(qiáng)；4、本發(fā)明遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置中，遠(yuǎn)程控制臺(tái)中采用駕駛模擬操縱機(jī)構(gòu)，駕駛操作方式與真實(shí)車輛一致，具有操作真實(shí)感；5、本發(fā)明遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置中執(zhí)行機(jī)構(gòu)小巧靈活，能夠在車輛上快速安裝， 安裝時(shí)無(wú)需對(duì)車輛進(jìn)行任何改造；由于執(zhí)行單元機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)向機(jī)械手的安裝位置和角度可調(diào)、機(jī)械腿的長(zhǎng)度可調(diào)，故可適用于不同車型。


圖1為本發(fā)明遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置中執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為執(zhí)行機(jī)構(gòu)中制動(dòng)機(jī)械腿或油門機(jī)械腿結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-駕駛操控單元 2-遠(yuǎn)程控制臺(tái) 101-執(zhí)行機(jī)構(gòu) 102-執(zhí)行控制單元1011-轉(zhuǎn)向機(jī)械手 1012-換擋機(jī)械手 1013-制動(dòng)機(jī)械腿1014-油門機(jī)械腿 1015-底座 IOlla-固定板 IOllb-可調(diào)支架IOllc-方向盤機(jī)械抓手 IOlld-轉(zhuǎn)向電機(jī) IOlle-電機(jī)夾具IOllf-行星減速器 1012a-換擋抓手 1012b_滾珠絲杠 1012c_換擋電機(jī)1012d-支承架 1012e_絲杠螺母A 1012f-換擋抓手連接桿1013a-機(jī)器腿 1013b_制動(dòng)踏板連接件 1013c_驅(qū)動(dòng)電機(jī)1013d-驅(qū)動(dòng)絲杠 1013e_安裝板 1013f-支架 1013g-滑塊1013h_絲杠螺母B 1013i_光電開關(guān) 1013j-擋光片 1021-電機(jī)控制卡1022-工控機(jī) 1023-無(wú)線通信模塊A 1024-攝像頭1025-無(wú)線圖像發(fā)射器 1(^6_GPS模塊 201-模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)202-采集單元 203-無(wú)線圖像接收器 204-視頻采集卡 205-信息采集板
6
206-模擬控制單元 207-無(wú)線通信模塊B 2011-模擬方向盤2012-模擬換擋桿 2013-模擬制動(dòng)踏板 2014模擬油門踏板2021-方向盤轉(zhuǎn)角傳感器 2022-檔位傳感器 2023-制動(dòng)踏板位置傳感器
2024-油門踏板位置傳感器
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明一種遠(yuǎn)程控制型駕駛裝置，包括駕駛操控單元1以及遠(yuǎn)程控制臺(tái)2，如圖1 所示，其中，駕駛操控單元1安裝在被控車輛內(nèi)部，用來(lái)控制車輛的行駛。遠(yuǎn)程控制臺(tái)2為被控車輛的外部控制臺(tái)，通過(guò)遠(yuǎn)程控制臺(tái)2來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛操控單元1的控制。駕駛操控單元1包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)101與執(zhí)行控制單元102。其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)101包括轉(zhuǎn)向機(jī)械手1011、換擋機(jī)械手1012、制動(dòng)機(jī)械腿1013、油門機(jī)械腿1014和底座1015，如圖 2所示。其中，底座1015為矩形框架結(jié)構(gòu)，設(shè)置在被控車輛中的駕駛座位上，用來(lái)作為制動(dòng)機(jī)械腿1013與油門機(jī)械腿1014的固定基座。底座1015的前后兩側(cè)邊間安裝有換擋機(jī)械手1012，底座1015上方安裝有轉(zhuǎn)向機(jī)械手1011、底座1015的前部安裝有制動(dòng)機(jī)械腿1013 與油門機(jī)械腿1014。所述轉(zhuǎn)向機(jī)械手1011包括固定板101 la、可調(diào)支架101 Ib、方向盤機(jī)械抓手1011c、 轉(zhuǎn)向電機(jī)IOlld以及電機(jī)夾具lOlle。其中，可調(diào)支架IOllb為桿狀結(jié)構(gòu)，一端鉸接在固定板IOlla上，另一端與電機(jī)夾具IOlle鉸接。電機(jī)夾具IOlle中設(shè)置有轉(zhuǎn)向電機(jī)lOlld，轉(zhuǎn)向電機(jī)IOlld通過(guò)電機(jī)夾具IOlle夾緊固定。轉(zhuǎn)向電機(jī)A的輸出端朝向底座1015的前方， 輸出端上連接有行星減速器lOllf，行星減速器IOllf的輸出端固定有板狀方向盤機(jī)械抓手1011c，方向盤機(jī)械抓手IOllc用來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)械手1011與被控車輛方向盤間的固定。所述固定板IOlla與底座1015前后側(cè)邊垂直滑動(dòng)連接，由此使固定板IOlla可在底座1015前后側(cè)邊間左右滑動(dòng)，使方向盤機(jī)械抓手IOllc的位置可在底座1015上左右調(diào)節(jié)，由此便于方向盤機(jī)械抓手IOllc的安裝。通過(guò)固定板IOlla在底座1015前后側(cè)邊間左右滑動(dòng)、可調(diào)支架IOllb與固定板IOlla的角度調(diào)節(jié)、可調(diào)支架IOllb與電機(jī)夾具IOlle的角度調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)械手1011在車上安裝位置和安裝角度的可調(diào)，從而適應(yīng)不同的車輛。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，可通過(guò)調(diào)整可調(diào)支架IOllb與電機(jī)夾具IOlle的位置，來(lái)將方向盤機(jī)械抓手IOllc 與被控車輛方向盤固定，由此通過(guò)轉(zhuǎn)向電機(jī)IOlld的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)行星減速器IOllf進(jìn)行減速增矩，帶動(dòng)被控車輛方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)101 Id的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，從而控制被控車輛方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度。所述換擋機(jī)械手1012包括換擋抓手1012a、滾珠絲杠1012b、換擋電機(jī)1012c。換擋電機(jī)1012c固定安裝在一支撐板上，支撐板水平固定在底座1015前后兩側(cè)邊間，換擋電機(jī)1012c位于底座1015后部側(cè)邊處，滾珠絲杠1012b上套接有一個(gè)支承架1012d，支承架 1012d固定在支撐板上，通過(guò)支承架1012d使?jié)L珠絲杠1012b與支撐板相對(duì)定位，且滾珠絲杠1012b可在支承架1012d中自由轉(zhuǎn)動(dòng)。滾珠絲杠1012b的一端通過(guò)聯(lián)軸器與換擋電機(jī) 1012c的輸出軸連接。滾珠絲杠1012b上螺紋套接有絲杠螺母AlOUe，絲杠螺母AlOUe可在滾珠絲杠1012b軸向上移動(dòng)塊，絲杠螺母AlOlk上開有螺紋孔，用來(lái)與螺紋套接在滾珠絲杠1012b上的換擋抓手連接桿1012f固連。底座1015側(cè)邊上開有橫向滑道1015a，換擋抓手連接桿1012f穿過(guò)橫向滑道101 與換擋抓手1012a固連。換擋抓手101 用來(lái)抓緊被控車輛的換擋桿。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，換擋電機(jī)1012c的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠1012b轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可使換擋抓手連接桿1012f在橫向滑道101 中沿滾珠絲杠1012b的軸線運(yùn)動(dòng)，由此帶動(dòng)換擋抓手101 共同運(yùn)動(dòng)，最終通過(guò)控制換擋電機(jī)1012c的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，來(lái)控制換擋抓手1012a的位置和速度，使換擋抓手101 帶動(dòng)被控車輛中的換擋桿實(shí)現(xiàn)換擋操作。所述制動(dòng)機(jī)械腿1013與油門機(jī)械腿1014結(jié)構(gòu)完全相同，如圖3所示，均包括機(jī)器腿1013a、制動(dòng)踏板連接件1013b、驅(qū)動(dòng)電機(jī)1013c、驅(qū)動(dòng)絲杠1013d以及安裝板1013e。 其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)1013c固定安裝在安裝板101 上。驅(qū)動(dòng)絲杠1013d兩端均套接有一個(gè)支架1013f，驅(qū)動(dòng)絲杠1013d可在兩個(gè)支架1013f中自由轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)支架1013f固定在安裝板101 上，通過(guò)兩個(gè)支架1013f使驅(qū)動(dòng)絲杠1013d與安裝板101 相對(duì)定位。驅(qū)動(dòng)絲杠 1013d的一端通過(guò)聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)1013c的輸出軸連接。驅(qū)動(dòng)絲杠1013d上螺紋套接有滑塊1013g，滑塊1013g可在驅(qū)動(dòng)絲杠1013d軸向上移動(dòng)。機(jī)器腿1013a為一支桿結(jié)構(gòu)，機(jī)器腿1013a的一端與驅(qū)動(dòng)絲杠1013d上的滑塊B1013g鉸接，滑塊1013g與驅(qū)動(dòng)絲杠1013d 上螺紋套接的絲杠螺母BlOUh固定。機(jī)器腿1013a的另一端與制動(dòng)踏板連接件101 鉸接，通過(guò)制動(dòng)踏板連接件1013b與被控車輛內(nèi)的制動(dòng)踏板固定。所述安裝板1013e與底座 1015前方側(cè)邊間滑動(dòng)連接，使安裝板101 可在底座1015前方側(cè)邊上左右滑動(dòng)，由此使制動(dòng)機(jī)械腿1013與油門機(jī)械腿1014的左右位置可進(jìn)行調(diào)節(jié)，便于制動(dòng)機(jī)械腿1013與油門機(jī)械腿1014與被控車輛內(nèi)的制動(dòng)踏板、油門踏板間的安裝。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1013c驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)絲杠1013d與驅(qū)動(dòng)電機(jī)1013c的輸出軸共同同心順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使絲杠螺母 B1013h帶動(dòng)滑塊1013g在驅(qū)動(dòng)絲杠1013d上下運(yùn)動(dòng)，從而通過(guò)滑塊1013h帶動(dòng)機(jī)器腿1013a 上下運(yùn)動(dòng)，最終可通過(guò)機(jī)器腿1013a帶動(dòng)被控車輛內(nèi)的制動(dòng)踏板或油門踏板轉(zhuǎn)動(dòng)。為了使執(zhí)行機(jī)構(gòu)101在每次啟動(dòng)時(shí)，被控車輛內(nèi)制動(dòng)踏板與油門踏板均位于初始位置(即被控車輛行進(jìn)中機(jī)器腿1013a未對(duì)制動(dòng)踏板與油門踏板進(jìn)行任何操作時(shí)，制動(dòng)踏板與油門踏板所在位置)，因此在機(jī)器腿1013a未對(duì)被控車輛內(nèi)制動(dòng)踏板與油門踏板進(jìn)行任何操作時(shí)，在滑塊1013g的一側(cè)設(shè)置光電開關(guān)1013i，光電開關(guān)1013i與安裝板1013e固定，并且在光電開關(guān)1013i與滑塊1013g間設(shè)置擋光片1013j，由此可通過(guò)光電開關(guān)1013i 的通斷判斷被控車輛內(nèi)制動(dòng)踏板是否位于初始位置。本發(fā)明執(zhí)行機(jī)構(gòu)101中為了能夠根據(jù)不同車型內(nèi)的座椅高度、制動(dòng)踏板距座椅位置的差距進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此將機(jī)器腿1013a設(shè)計(jì)為η段，各段間采用螺紋連接，由此可通過(guò)調(diào)節(jié)各段間螺紋連接的深度，來(lái)調(diào)整機(jī)器腿1013a的長(zhǎng)度，其中，η為正整數(shù)。上述執(zhí)行機(jī)構(gòu)101中的轉(zhuǎn)向電機(jī)lOlld、換擋電機(jī)1012c以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)1013c均為交流伺服電機(jī)，因此使執(zhí)行機(jī)構(gòu)101運(yùn)動(dòng)速度和角度可控、控制精度高、速度響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、過(guò)載能力強(qiáng)。所述執(zhí)行控制單元102包括電機(jī)控制卡1021、工控機(jī)1022、無(wú)線通信模塊A1023、 攝像頭1024、無(wú)線圖像發(fā)射器1025以及GPS模塊1026，如圖1所示。其中，無(wú)線通信模塊 A1023用來(lái)實(shí)現(xiàn)工控機(jī)1022與遠(yuǎn)程控制臺(tái)2間的實(shí)時(shí)通信，將由遠(yuǎn)程控制臺(tái)2發(fā)送來(lái)的控制命令發(fā)送到工控機(jī)1022，工控機(jī)根據(jù)接收到的控制命令，驅(qū)動(dòng)工控機(jī)1022內(nèi)部安插的電機(jī)控制卡1021將控制命令轉(zhuǎn)換成伺服電機(jī)的控制脈沖，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)101中各個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，由此使轉(zhuǎn)向機(jī)械手1011、換擋機(jī)械手1012、制動(dòng)機(jī)械腿1013、油門機(jī)械腿1014分別對(duì)被控車輛的方向盤、換擋桿、制動(dòng)踏板、油門踏板進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)被控車輛的自動(dòng)駕駛操作。所述攝像頭IOM安裝在被控車輛前部，用來(lái)采集被控車輛行進(jìn)中前方的圖像信息，并由無(wú)線圖像發(fā)射器1025將所采集到的圖像信息發(fā)送給遠(yuǎn)程控制臺(tái)2。被控車輛內(nèi)還安裝有GPS模塊10 , GPS模塊10 用于獲取被控車輛的位置信息，工控機(jī)1022提取被控車輛位置信息，得到被控車輛的位置，然后由無(wú)線通信模塊A1023發(fā)送到遠(yuǎn)程控制臺(tái)2。上述整個(gè)駕駛操控單元1由鉛蓄電池經(jīng)逆變器變?yōu)?20v交流電為工控機(jī)1022、換擋電機(jī)1012c、驅(qū)動(dòng)電機(jī)1013c和轉(zhuǎn)向電機(jī)IOlld供電。所述遠(yuǎn)程控制臺(tái)2包括模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)201、采集單元202、無(wú)線圖像接收器 203、視頻采集卡204、信息采集板205、模擬控制單元206以及無(wú)線通信模塊B207，如圖1所示。
其中，無(wú)線圖像接收器203用來(lái)接收?qǐng)?zhí)行控制單元102中的攝像頭IOM所采集到的視頻信息，并通過(guò)視頻采集卡204在模擬控制單元206中進(jìn)行顯示；模擬控制單元206還通過(guò)無(wú)線通信模塊B207接收經(jīng)工控機(jī)1022所提取的被控車輛的位置信息，并進(jìn)行顯示，由此操作人員可在模擬控制單元206的屏幕上看到被控車輛實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境。模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)201包括模擬方向盤2011、模擬換擋桿2012、模擬制動(dòng)踏板 2013、模擬油門踏板2014，用來(lái)模擬駕駛操縱實(shí)體車輛。所述采集單元202用來(lái)采集模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)201的操作信息，包括安裝在模擬方向盤2011上的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器2021、安裝在模擬換擋桿2012上的檔位傳感器2022、安裝在模擬制動(dòng)踏板2013上的制動(dòng)踏板位置傳感器2023以級(jí)安裝在模擬油門踏板2014上的油門踏板位置傳感器20M。其中，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器2021用來(lái)采集模擬方向盤2011的轉(zhuǎn)動(dòng)角度信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；檔位傳感器2022用來(lái)采集模擬換擋桿2012的擋位信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為模擬開關(guān)信號(hào)；制動(dòng)踏板位置傳感器2023用來(lái)采集模擬制動(dòng)踏板2013位置信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；油門踏板位置傳感器20M用來(lái)采集模擬油門踏板2014位置信號(hào)并轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)。上述模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)201具體模擬駕駛操縱方式為操作人員根據(jù)在模擬控制單元206的屏幕上看到被控車輛實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境，操縱模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)201對(duì)模擬控制單元206的屏幕上顯示的被控車輛進(jìn)行操控。通過(guò)信息采集板205采集模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)201中的各個(gè)傳感器采集的信號(hào)后，發(fā)送到模擬控制單元206中，從而由模擬控制單元206將接收到的模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)201操作信息通過(guò)無(wú)線通信模塊B207發(fā)送給駕駛操控單元1中的無(wú)線通信模塊A1023，隨后由無(wú)線通信模塊A1023發(fā)送給工控機(jī)1022，工控機(jī) 1022將接收到的模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)201的操作信息幀解碼為對(duì)被控車輛中制動(dòng)踏板、油門踏板、方向盤、換擋桿的操作信息(包括制動(dòng)踏板與油門踏板的位置和速度，打方向盤的角度和速度，換擋手的位置等)，從而由電機(jī)控制卡1021驅(qū)執(zhí)行機(jī)構(gòu)101中的各個(gè)伺服電機(jī)工作，由此通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)101帶動(dòng)被控車輛中的方向盤、制動(dòng)踏板、油門踏板以及換擋桿進(jìn)行相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制實(shí)體車輛的運(yùn)行。在駕駛操控單元1中的執(zhí)行控制單元102內(nèi)設(shè)計(jì)有安全決策模塊，當(dāng)執(zhí)行控制單元201接收到遠(yuǎn)程控制臺(tái)2發(fā)送來(lái)的模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)201的操作信息后，通過(guò)安全決策模塊來(lái)判斷這些操作信息是否會(huì)引起被控車輛穩(wěn)定性問(wèn)題(如超速、側(cè)翻、甩尾等)。為了保證被控車輛運(yùn)行安全，應(yīng)對(duì)執(zhí)行控制單元102控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)101操控被控車輛時(shí)的操作量加以限制，如果操作量超過(guò)了在執(zhí)行控制單元102中預(yù)設(shè)的安全閾值，則通過(guò)無(wú)線通信模塊A1023發(fā)送預(yù)警信息到遠(yuǎn)程控制臺(tái)2，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)101按照安全閾值以內(nèi)的最大值操控被控車輛；如果操作量在安全閾值內(nèi)，則執(zhí)行控制單元102按接收到的操作信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)101執(zhí)行相應(yīng)的操作量。
權(quán)利要求
1. 一種遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置，其特征在于包括駕駛操控單元以及遠(yuǎn)程控制臺(tái)，其中，駕駛操控單元安裝在被控車輛內(nèi)部；遠(yuǎn)程控制臺(tái)為被控車輛的外部控制臺(tái)；駕駛操控單元包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)與執(zhí)行控制單元；其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向機(jī)械手、換擋機(jī)械手、制動(dòng)機(jī)械腿、油門機(jī)械腿和底座；其中，底座設(shè)置在被控車輛中的駕駛座位上；所述轉(zhuǎn)向機(jī)械手包括固定板、可調(diào)支架、方向盤機(jī)械抓手、轉(zhuǎn)向電機(jī)以及電機(jī)夾具；其中，可調(diào)支架一端鉸接在固定板上，另一端與電機(jī)夾具鉸接；電機(jī)夾具中設(shè)置有轉(zhuǎn)向電機(jī)， 轉(zhuǎn)向電機(jī)通過(guò)電機(jī)夾具夾緊固定；轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出端朝向底座的前方，輸出端上連接有行星減速器，行星減速器的輸出端固定有板狀方向盤機(jī)械抓手，方向盤機(jī)械抓手用來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)械手與被控車輛方向盤間的固定；所述固定板與底座滑動(dòng)連接，使固定板在底座前后側(cè)邊間左右滑動(dòng)；所述換擋機(jī)械手包括換擋抓手、滾珠絲杠、換擋電機(jī)；換擋電機(jī)固定安裝在一支撐板上，支撐板水平固定在底座前后兩側(cè)邊間，換擋電機(jī)位于底座后部側(cè)邊處，滾珠絲杠上套接有一個(gè)支承架，支承架固定在支撐板上；滾珠絲杠的一端與換擋電機(jī)的輸出軸連接；滾珠絲杠上螺紋套接有絲杠螺母A，絲杠螺母A與螺紋套接在滾珠絲杠上的換擋抓手連接桿固連；底座側(cè)邊上開有橫向滑道，換擋抓手連接桿穿過(guò)橫向滑道與換擋抓手固連；所述制動(dòng)機(jī)械腿與油門機(jī)械腿結(jié)構(gòu)完全相同，均包括機(jī)器腿、制動(dòng)踏板連接件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)絲杠以及安裝板；其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝在安裝板上；驅(qū)動(dòng)絲杠上套接有支架； 支架固定在安裝板上；驅(qū)動(dòng)絲杠的一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接；驅(qū)動(dòng)絲杠上螺紋套接有滑塊；機(jī)器腿為一支桿結(jié)構(gòu)，機(jī)器腿的一端與驅(qū)動(dòng)絲杠上的滑塊鉸接，滑塊與驅(qū)動(dòng)絲杠上螺紋套接的絲杠螺母B固定；機(jī)器腿的另一端與制動(dòng)踏板連接件鉸接，通過(guò)制動(dòng)踏板連接件與被控車輛內(nèi)的制動(dòng)踏板固定；所述安裝板與底座前方側(cè)邊間滑動(dòng)連接，使安裝板在底座前方側(cè)邊上左右滑動(dòng)；所述執(zhí)行控制單元包括電機(jī)控制卡、工控機(jī)、無(wú)線通信模塊A、攝像頭、無(wú)線圖像發(fā)射器以及GPS模塊；其中，無(wú)線通信模塊A用來(lái)實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與遠(yuǎn)程控制臺(tái)間的實(shí)時(shí)通信，將由遠(yuǎn)程控制臺(tái)發(fā)送來(lái)的控制命令發(fā)送到工控機(jī)，工控機(jī)根據(jù)接收到的控制命令，驅(qū)動(dòng)工控機(jī)內(nèi)部安插的電機(jī)控制卡將控制命令轉(zhuǎn)換成伺服電機(jī)的控制脈沖，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中各個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，由此使轉(zhuǎn)向機(jī)械手、換擋機(jī)械手、制動(dòng)機(jī)械腿、油門機(jī)械腿分別對(duì)被控車輛的方向盤、換擋桿、制動(dòng)踏板、油門踏板進(jìn)行操作；所述攝像頭安裝在被控車輛前部，用來(lái)采集被控車輛行進(jìn)中前方的圖像信息，并由無(wú)線圖像發(fā)射器將所采集到的圖像信息發(fā)送給遠(yuǎn)程控制臺(tái)；所述GPS模塊安裝在被控車輛內(nèi)，用于獲取被控車輛的位置信息，工控機(jī)提取被控車輛位置信息，得到被控車輛的位置，然后由無(wú)線通信模塊A發(fā)送到遠(yuǎn)程控制臺(tái)；所述遠(yuǎn)程控制臺(tái)包括模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)、采集單元、無(wú)線圖像接收器、視頻采集卡、信息采集板、模擬控制單元以及無(wú)線通信模塊B ；其中，無(wú)線圖像接收器用來(lái)接收?qǐng)?zhí)行控制單元中的攝像頭所采集到的視頻信息，并通過(guò)視頻采集卡在模擬控制單元顯示；模擬控制單元還通過(guò)無(wú)線通信模塊B接收經(jīng)工控機(jī)所提取的被控車輛的位置信息，最終在模擬控制單元中顯示被控車輛實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境；模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)包括模擬方向盤、模擬換擋桿、模擬制動(dòng)踏板、模擬油門踏板，用來(lái)模擬駕駛操縱實(shí)際車輛；所述采集單元用來(lái)采集模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)的操作信息，包括安裝在模擬方向盤上的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、安裝在模擬換擋桿上的檔位傳感器、安裝在模擬制動(dòng)踏板上的制動(dòng)踏板位置傳感器以級(jí)安裝在模擬油門踏板上的油門踏板位置傳感器；其中，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器用來(lái)采集模擬方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；檔位傳感器用來(lái)采集模擬換擋桿的擋位信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為模擬開關(guān)信號(hào)；制動(dòng)踏板位置傳感器用來(lái)采集模擬制動(dòng)踏板位置信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；油門踏板位置傳感器用來(lái)采集模擬油門踏板位置信號(hào)并轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；根據(jù)在模擬控制單元中顯示的被控車輛實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)與環(huán)境，操縱模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)對(duì)被控車輛進(jìn)行操控；通過(guò)信息采集板采集模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)中各個(gè)傳感器的信號(hào)后， 發(fā)送到模擬控制單元中，從而由模擬控制單元將接收到的模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)的操作信息通過(guò)無(wú)線通信模塊B發(fā)送給駕駛操控單元中的無(wú)線通信模塊A，隨后由無(wú)線通信模塊A發(fā)送給工控機(jī)，工控機(jī)將接收到的模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)的操作信息幀解碼為對(duì)被控車輛中制動(dòng)踏板、油門踏板、方向盤、換擋桿的操作信息，從而由電機(jī)控制卡控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的各個(gè)伺服電機(jī)工作，由此通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)被控車輛中的方向盤、制動(dòng)踏板、油門踏板以及換擋桿進(jìn)行相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制實(shí)體車輛的運(yùn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置，其特征在于所述執(zhí)行控制單元內(nèi)設(shè)計(jì)有安全決策模塊，當(dāng)執(zhí)行控制單元接收到遠(yuǎn)程控制臺(tái)發(fā)送來(lái)的模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)的操作信息后，對(duì)該操作信息進(jìn)行判斷，如果操作量超過(guò)了在執(zhí)行控制單元中預(yù)設(shè)的安全閾值，則通過(guò)無(wú)線通信模塊A發(fā)送預(yù)警信息到遠(yuǎn)程控制臺(tái)，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照安全閾值以內(nèi)的最大值操控被控車輛；如果操作量在安全閾值內(nèi)，則執(zhí)行控制單元按接收到的操作信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的操作量。
3.如權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)向電機(jī)、換擋電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)均為交流伺服電機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置，其特征在于所述駕駛操控單元由鉛蓄電池經(jīng)逆變器變?yōu)?20v交流電為工控機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)、換擋電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種遠(yuǎn)程車輛駕駛控制裝置，包括駕駛操控單元及遠(yuǎn)程控制臺(tái)。駕駛操控單元包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和執(zhí)行控制單元，執(zhí)行控制單元用來(lái)控制安裝在被控車輛內(nèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)執(zhí)行單元操縱車輛。被控車輛運(yùn)行時(shí)采集前方視頻及位置信息，由執(zhí)行控制單元發(fā)送給遠(yuǎn)程控制臺(tái)，操作員可根據(jù)視頻信息以及位置信息操作模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)，通過(guò)采集單元采集模擬駕駛操縱機(jī)構(gòu)的操作信息，并由模擬控制單元發(fā)送給執(zhí)行控制單元，通過(guò)執(zhí)行控制單元控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)被控車輛進(jìn)行相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程控制車輛行駛。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于駕駛?cè)藛T不需要在駕駛室內(nèi)直接駕駛車輛，使被控車輛能夠在艱險(xiǎn)環(huán)境完成任務(wù)，有效保障駕駛?cè)藛T安全，提高工作效率，減少工作強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102346473SQ20111026038
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者余貴珍, 俞志華, 康樂(lè), 李芹 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)