无人驾驶教具的制作方法

1.本实用新型涉及教学技术领域，尤其涉及一种无人驾驶教具。


背景技术：

2.随着人工智能的逐渐发展，无人驾驶已经成为人工智能领域的热点问题和典型应用，对于青少年学生来说，人工智能还属于比较难以理解的技术，如何在教学过程中让学生认识到人工智能的特点，需要进行关注。
3.目前对青少年的人工智能相关知识的普及，往往是由教师口头讲授或者将相关内容的图片通过幻灯片展示出来，即使出现了部分人工智能题材的教具，也都比较简单，展示效果不够直观，教学效果比较机械单一。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种无人驾驶教具，用以解决现有技术中部分人工智能题材的教具，也都比较简单，展示效果不够直观，教学效果比较机械单一的缺陷，实现无人驾驶过程的仿真演示，寓教于乐，提高人工智能主题的教学效果。
5.本实用新型提供一种无人驾驶教具，该无人驾驶教具包括：车辆，所述车辆包括用于移动的行走机构、检测装置和控制器，所述行走机构和所述检测装置均与所述控制器电连接；围栏，所述围栏用于限定出目标区域，所述控制器设置为基于所述检测装置检测所述围栏得到所述车辆在所述目标区域中的位姿信息，基于所述位姿信息控制所述行走机构的移动路径。
6.根据本实用新型提供的一种无人驾驶教具，所述检测装置包括：围栏图像采集装置，所述围栏图像采集装置与所述控制器电连接，所述控制器设置为基于所述围栏图像采集装置采集到的围栏图像和预存的围栏地图，得到所述车辆在所述目标区域中的位姿信息，基于所述位姿信息控制所述行走机构的移动路径。
7.根据本实用新型提供的一种无人驾驶教具，所述围栏图像采集装置为雷达或摄像头。
8.根据本实用新型提供的一种无人驾驶教具，所述检测装置包括：标签识别装置，所述标签识别装置与所述控制器电连接，所述围栏的目标位置设有目标标签，所述控制器设置为基于所述标签识别装置识别目标标签得到识别结果，基于所述识别结果确认所述车辆是否到达目标位置。
9.根据本实用新型提供的一种无人驾驶教具，所述目标标签为二维码或者条形码。
10.根据本实用新型提供的一种无人驾驶教具，所述标签识别装置为摄像头。
11.根据本实用新型提供的一种无人驾驶教具，所述围栏设有两个目标标签，所述目标标签包括：中间标签和目的地标签，所述控制器设置为控制所述行走机构的移动路径先经过所述中间标签所在的位置，再到达所述目标地标签所在的位置。
12.根据本实用新型提供的一种无人驾驶教具，所述行走机构包括：车轮；动力源，所
述动力源与所述控制器电连接，所述动力源与所述车轮动力耦合连接。
13.根据本实用新型提供的一种无人驾驶教具，所述围栏包括：多个板体和多个连接件，多个所述板体通过所述连接件拼接相连。
14.根据本实用新型提供的一种无人驾驶教具，所述连接件具有朝向多个方向的卡槽，所述板体卡入所述卡槽。
15.本实用新型提供的无人驾驶教具，通过车辆的检测装置对围栏的检测，来控制车辆的行走机构的移动路径，实现车辆的无人驾驶，这样可以实现无人驾驶过程的仿真演示，寓教于乐，提高人工智能主题的教学效果。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。
17.图1是本实用新型提供的无人驾驶教具的结构示意图；
18.图2是本实用新型提供的无人驾驶教具的车辆的结构示意图；
19.图3是本实用新型提供的无人驾驶教具的俯视图；
20.图4是本实用新型提供的无人驾驶教具的围栏的结构示意图；
21.图5是本实用新型提供的无人驾驶教具的工作流程示意图。
22.附图标记：
23.100：车辆；
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110：行走机构；
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120：检测装置；
24.121：围栏图像采集装置； 122：标签识别装置； 200：围栏；
25.210：板体；
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220：连接件；
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230：目标标签。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.下面结合图1-图5描述本实用新型的无人驾驶教具。
28.如图1和图2所示，本实用新型提供一种无人驾驶教具，该无人驾驶教具包括：车辆100和围栏200。
29.其中，车辆100包括用于移动的行走机构110、检测装置120和控制器(图中未示出)，行走机构110和检测装置120均与控制器电连接。
30.行走机构110用于驱动车辆100移动，行走机构110可以包括：动力源、传动装置和车轮等部件。
31.行走机构110的动力源可以为电机，车轮可以为麦克纳姆轮，该车辆100可以包括四个电机和四个麦克纳姆轮，四个电机与四个麦克纳姆轮一一对应地动力耦合连接，控制
器可以和电机电连接，控制器可以通过控制电机的工作状态从而控制整个行走机构110的运动，从而控制车辆100的移动。
32.值得一提的是，通过将行走机构110设计为电机和麦克纳姆轮的形式，可以实现行走机构110在多方向运动，这样就能够使得行走机构110在较小的场地下也能方便地实现各方向的运动。
33.围栏200用于限定出目标区域，控制器设置为基于检测装置120检测围栏200得到车辆100在目标区域中的位姿信息，基于位姿信息控制行走机构110的移动路径。
34.可以理解的是，围栏200的形状类似于道路上的交通栏杆，也类似于建筑中的围墙，因为是教具，围栏200和车辆100的尺寸都是成比例微缩了，围栏200可以垂直放置于水平面上，围栏200的长度和布局方式可以自由设定，围栏200可以限定出目标区域，车辆100可以在目标区域中移动。
35.围栏200和车辆100都可以放置于水平面上，比如可以放置在桌面或者地面上，围栏200在桌面或者地面上限定出目标区域，车辆100可以在目标区域中移动。
36.此处，检测装置120可以对围栏200进行检测，可以检测出车辆100和围栏200之间的相对距离，由于围栏200并不发生位置变化，可以将围栏200作为参照物，对车辆100进行定位，确定车辆100在目标区域中的位姿信息。
37.位姿信息包括车辆100的位置和姿态，也就是车辆100所处的具体位置和车辆100的朝向姿态。
38.车辆100的位姿信息就是车辆100的实时位置和实时姿态，在确定了车辆100的位姿信息之后，控制器就可以调整行走机构110的移动路径。
39.在一种场景下，可以在控制器中预先设定车辆100的目的地以及围栏地图，也就是围栏200的布置图，那么在确定了车辆100的位姿信息后，就可以确定车辆100的位置和车辆100的目的地之间的距离和朝向偏差，此处控制器就可以根据车辆100的位姿信息、车辆100的目的地以及围栏地图，规划出车辆100的移动路径，车辆100按照该移动路径行驶就可以到达目的地，当然控制器会根据检测装置120对围栏200的实时检测，实时更新位姿信息，从而调整行走机构110的移动路径，使得车辆100能够准确到达目的地。
40.在另一种场景下，控制器中可以预存有行驶轨迹，那么在确定了车辆100的位姿信息后，就可以判断车辆100是否偏离了行驶轨迹，控制器就可以调整行走机构110的移动路径，使得车辆100能够回到预定的行驶轨迹，通过检测装置120对围栏200的实时检测，实时更新位姿信息，实现对车辆100的实时纠偏。
41.上述两种场景都是符合真实的无人驾驶场景，那么通过本实施例这种无人驾驶教具，就对真实的无人驾驶场景进行了仿真，能够形象生动地模拟真实的车辆在无人驾驶场景中的驾驶过程和工作原理，相比较通过幻灯片播放的方式来说，更加简单直观，提高人工智能主题的教学效果。
42.值得注意的是，这种无人驾驶教具，能够根据环境信息来找到参照物，进而自主规划路线，这正是无人驾驶技术的体现，能够让学生直观地观察到无人驾驶的技术原理。
43.本实用新型提供的无人驾驶教具，通过车辆100的检测装置120对围栏200的检测，来控制车辆100的行走机构110的移动路径，实现车辆100的无人驾驶，这样可以实现无人驾驶过程的仿真演示，寓教于乐，提高人工智能主题的教学效果。
44.如图2所示，在一些实施例中，检测装置120包括：围栏图像采集装置121。
45.围栏图像采集装置121与控制器电连接，控制器设置为基于围栏图像采集装置121采集到的围栏图像和预存的围栏地图，得到车辆100在目标区域中的位姿信息，基于位姿信息控制行走机构110的移动路径。
46.可以理解的是，围栏图像采集装置121可以实时扫描周围物体的边缘信息，围栏图像采集装置121的扫描方向可以为360度，这样就可以拍摄到车辆100附近的围栏200，得到围栏图像，围栏图像采集装置121可以和控制器电连接，将围栏图像发送给控制器。
47.控制器中可以预存有围栏地图，围栏地图可以为围栏200的二维俯视图，也就是围栏200的布局图，是一种能够用于导航的二维栅格地图，围栏地图可以为基于整体俯视图生成的像素图片，其中可以用黑、白和灰三种色值分别代表围栏200、可通行区域和外部区域，每个像素以一定的分辨率代表真实场景中的一部分区域，比如0.05m/像素表示：一个像素对应真实场景中5cm*5cm面积的区域。
48.控制器可以将围栏图像与围栏地图通过粒子滤波算法运算后，得到车辆100在围栏200限定的目标区域内最大概率的二维位置姿态，也就是位姿信息。
49.控制器可以将围栏地图上的所有像素距离黑色像素(代表围栏200)的远近，以及围栏图像采集装置121采集到的围栏图像，给围栏地图中的像素重新赋值，生成用于全局路径规划的全局代价地图并实时更新维护。
50.控制器可以通过上述定位算法得到车辆100在围栏200限定的目标区域中的位置和姿态，再根据上述生成的全局代价地图，基于全局路径规划算法，比如astar、rrt和dijkstra等算法，计算出车辆100的当前位置到围栏200所限定的目标区域中任一可以到达目标位置的具体路径，再根据局部路径规划算法，比如dwa、teb和eband等算法，计算出车辆100的目标速度，可以根据行走机构110的运动学模型，将上述目标速度转换为行走机构110的执行速度，实现对行走机构110的移动路径进行规划，进而实现车辆100的自主导航。
51.在一些实施例中，围栏图像采集装置121为雷达或摄像头。
52.可以理解的是，围栏图像采集装置121可以为雷达，比如激光雷达、厘米波雷达或者毫米波雷达，可以将雷达安装在车辆100顶部，雷达的探头可以朝向多个方向，从而实现对周围环境的360度检测，雷达采集到的数据可以为点云的形式，这样可以更加准确地得到围栏200相对于车辆100的位置和姿态，从而使得到的车辆100的位姿信息更加准确。
53.当然，围栏图像采集装置121也可以为摄像头，摄像头的镜头可以朝向多个方向，从而实现对周围环境的360度检测，摄像头可以直接拍摄到围栏图像，控制器可以将围栏图像与围栏地图进行比对，得到车辆100的位姿信息。
54.如图2所示，在一些实施例中，检测装置120包括：标签识别装置122。
55.标签识别装置122与控制器电连接，围栏200的目标位置设有目标标签230，控制器设置为基于标签识别装置122识别目标标签230得到识别结果，基于识别结果确认车辆100是否到达目标位置。
56.可以理解的是，围栏200可以由多个板体210连接而成，在至少一个板体210上可以设有目标标签230，标签识别装置122在检测到目标标签230时，可以产生响应信号。
57.目标标签230可以为二维码、条形码、nfc标签或者无线射频标签，对应的标签识别装置122可以为摄像头、nfc模块或者无线射频模块。
58.当车辆100行驶到目标标签230附近时，标签识别装置122可以识别到目标标签230，确定车辆100到达目标位置，此时控制器可以控制与控制器连接的扬声器鸣笛，或者控制与控制器连接的指示灯点亮发光，向用户提示该车辆100已经到达目标位置。
59.如图3所示，在一些实施例中，围栏200设有两个目标标签230，目标标签230包括：中间标签和目的地标签，控制器设置为控制行走机构110的移动路径先经过中间标签所在的位置，再到达目标地标签所在的位置。
60.可以理解的是，围栏200上可以设有两个目标标签230，可以为中间标签和目的地标签，中间标签的位置设置在车辆100的起点和目的地标签所在的位置之间，控制器控制车辆100先经过中间标签所在的位置，再到达目的地标签所在的位置。
61.在车辆100行驶时，车辆100到达中间标签的位置时，可以向用户提示已经行驶了一半路程，车辆100到达目的地标签时，可以向用户提示车辆100已经到达目的地。
62.如图1和图3所示，在一些实施例中，围栏200包括：多个板体210和多个连接件220，多个板体210通过连接件220拼接相连。
63.通过拼接形成的围栏200便于运输和收纳，比如对于教学演示场所，在需要无人驾驶场景的教学时，通过连接件220将板体210拼接为围栏200，当教学演示完成时，可以方便地拆卸围栏200。
64.多个板体210拼接形成的围栏200的形状和大小可以根据用户的需要自行设计，当然如果需要在控制器中预存围栏地图，那么拼接而成的围栏200就有确定的拼接方式，用户不能随意改动围栏200的布局方式。
65.如图4所示，在一些实施例中，连接件220具有朝向多个方向的卡槽，板体210卡入卡槽。
66.对于相邻的两个板体210，将这两个板体210相邻侧边的上端与下端分别插入两个连接件220的卡槽，即可实现板体210的拼接。
67.连接件220可以具有四个卡槽，四个卡槽呈十字形分布，这样通过该连接件220可以实现板体210的直线拼接或者折线拼接。
68.板体210和连接件220可以均为塑料材质，一方面质量较轻，另一方面可以防止对学员造成伤害。
69.如图5所示，下面描述该无人驾驶教具在一种场景下的运行流程。
70.无人驾驶教学开始，车辆100通电开机；
71.车辆100从起点处根据检测到的围栏图像，主动规划移动路径，并按照移动路径前进；
72.当车辆100行驶到中间标签时，向用户输出行驶了一半路程的对应信号；
73.车辆100继续根据检测到的围栏图像，主动规划移动路径，并按照移动路径继续前进；
74.当车辆100行驶到目的地标签时，向用户输出到达目的地的对应信号；
75.车辆100继续根据检测到的围栏图像，主动规划移动路径，并按照移动路径回到起点。
76.本实用新型提供的无人驾驶教具，通过车辆100的检测装置120对围栏200的检测，来控制车辆100的行走机构110的移动路径，实现车辆100的无人驾驶，这样可以实现无人驾
驶过程的仿真演示，寓教于乐，提高人工智能主题的教学效果。
77.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
78.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
79.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。