一种用于无人驾驶谷物收获机的安全控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及机器人控制领域，具体说的是一种用于无人驾驶谷物收获机的安全控制装置。


背景技术：

2.无人驾驶技术在道路车辆的快速发展，视觉融合技术得到了广泛的应用，但由于道路用车无人驾驶技术的应用需要道路协同，真正实现无人驾驶相比农业机械来讲要困难的多，未来道路还很长。农机的无人化作业，尤其对于作业环境较好的大农场来讲，农户需求比较迫切。目前农用拖拉机自动导航驾驶技术相对比较成熟，在部分农场也到了小批应用，但无人驾驶实现起来比较困难，尤其对于耕种管收四个环节中的管理和收获两个环节来讲，主要表现作业环境比较复杂，作业期间粉尘比较大，对于一些障碍物的识别、解析、以及安全处理比较困难。
3.国内外对于无人驾驶谷物收获机的安全控制方面主要存在系统成本高、视觉融合技术误判率高等问题。目前，国内无人驾驶收获机作业环境识别系统主要是应用摄像头，去监控收获机粮仓收集粮食状态以谷物收获机前、后位置作业场景情况，遇到紧急状况，进行远程的控制，并非真正意义上的无人驾驶。另外很多高校采用激光雷达+双目摄像等视觉融合的方式进行研究开发，但其存在硬件成本较高，视觉融合技术较难，不适合对于成本比较敏感的农业机械，为了平衡技术、成本之间的关系，目前各大厂家也都在进行这方面的研究和开发。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于无人驾驶谷物收获机的安全控制装置，通过成本比较低的毫米波雷达安全系统，由安全控制器对障碍物信息进行解析、判断，并最终做出安全处理机制，通过can总线发送到整车控制器执行安全指令；同时视觉装置将作业信息通过无线通讯传输给远程数据平台，远程数据平台进行远程控制。三者有机结合，相互补充，在保证较低成本、技术难度较低的情况下，实现无人驾驶谷物收获机高效、可靠、安全工作。
5.为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种用于无人驾驶谷物收获机的安全控制装置，包括视觉系统装置、雷达系统装置、整机控制单元、整机执行元件和远程数据平台；
6.所述的视觉系统装置包括整车智能仪表和多个广角摄像头，整车智能仪表通过can总线采集广角摄像头收集到的谷物收获机周围环境信息以及粮仓收集粮食状态，并通过无线通讯模块上传至远程数据平台；
7.所述的雷达系统装置包括安全控制器和多个毫米波雷达，安全控制器通过can总线采集毫米波雷达探测到的谷物收获机周围障碍物数量及位置信息；
8.所述的整机控制单元包括整车控制器、导航控制器和发动机控制器，整车控制器
通过can总线接收安全控制器处理后的控制信号，整车控制器通过无线通讯将收到的信息传输给远程数据平台，整车控制器通过can总线分别连接导航控制器和发动机控制器，导航控制器控制谷物收获机的行进路线，并通过无线通讯将行走、位置信息传输给远程数据平台，发动机控制器控制谷物收获机的启停，并将启停信息传输给远程数据平台；
9.所述的整机执行元件包括喇叭和电液刹车装置，喇叭和电液刹车装置通过执行器驱动线与整车控制器连接；
10.所述的远程数据平台通过无线通讯远程控制整车控制器。
11.广角摄像头设有五个，分别安装在谷物收获机的前端、左侧、右侧、后端顶部、粮仓仓口。
12.毫米波雷达设有三个，分别安装在谷物收获机的车顶前方、车顶左侧和车顶右侧。
13.电液刹车装置包括电磁开关阀、液压管路和液压控制的刹车片，电磁开关阀设置在液压管路上，并由整车控制器控制其开关，控制液压管路内的液压压力执行刹车片的刹车功能。
14.本实用新型有益效果是：
15.1. 本实用新型提供的无人驾驶谷物收获机的安全控制装置，选用成本低的广角摄像头实现对收获机前后左右四个方向作业场景监控以及粮仓堆积情况的反馈，并能及时上传信息到远程数据平台进行安全控制。
16.2. 本实用新型通过安装在驾驶室上方左、右两侧以及前方的毫米波雷达，采集谷物收获机左右侧前方的作业场景，然后作出分析，决策后提供安全处理机制，通过can通讯发送到整车控制器执行。
17.3. 本实用新型导航控制器将车辆位置信息和作业路线状态信息发送给整车控制器，雷达系统中安全控制器将鸣笛、制动、急停信号通过can总线发送给整车控制器，整车控制器将急停信号发送给发动机控制器执行急停命令，导航控制器根据整车控制器发送的车辆状态信息调整导航控制逻辑，喇叭进行鸣笛，电液刹车装置进行急停，保证无人驾驶谷物收获机按照规划路径安全行驶。
附图说明
18.图1为本实用新型的原理框图。
具体实施方式
19.以下结合附图和具体实施例对本实用新型的内容作进一步详细描述。
20.一种用于无人驾驶谷物收获机的安全控制装置，包括整车线束u10、雷达系统装置u30、视觉系统装置u40、整机控制单元u50、整机执行元件u60、远程数据平台u20，整车线束u10用于各个单元之间的连接，包括电源线、信号线、执行器驱动线、以及can通讯线。
21.视觉系统装置u40包括整车智能仪表41、广角摄像头42、43、44、45、46、无线通讯模块；整车智能仪表41和广角摄像头42、43、44、45、46由谷物收获机总供电电源连接，整车智能仪表通过can总线采集广角摄像头收集到的谷物收获机周围环境信息以及粮仓收集粮食状态，并通过无线通讯模块上传至远程数据平台u20。
22.广角摄像头42装在谷物收获机前端，广角摄像头43和44分别安装在谷物收获机左
侧和右侧，镜头均向后设置，广角摄像头45安装在谷物收获机最后端顶部，广角摄像头46安装在谷物收获机粮仓上边缘比较容易固定的、能够较真实收集到粮食堆积情况的位置。
23.雷达系统装置u30包括由安全供电模块（图中省略）进行供电的安全控制器31、毫米波雷达32、33、34；安全供电模块经与谷物收获机总供电电源连接，将总电压变压为雷达系统适用的电压。安全控制器31通过can总线采集毫米波雷达32、33、34探测到的谷物收获机周围障碍物数量及位置信息。
24.毫米波雷达32安装在谷物收获机驾驶室车顶前方，并根据割台以及拨禾轮高度调整其安装角度到可探测范围在要求的安全范围，毫米波雷达33和毫米波雷达34分别安装在谷物收获机驾驶室车顶左右两侧斜向前，毫米波雷32~34达采集到的障碍物数量以及位置信息通过can总线发送给安全控制器31，安全控制器31通过对障碍物数量、横向移动速度、纵向移动速度、横向距离、纵向距离信息进行解析、处理、并最后做出决策，发送给整车控制器51执行紧急措施，保证无人驾驶谷物收获机安全作业。
25.整机控制单元u50包括由控制器供电模块（图中省略）进行供电的整车控制器51、导航控制器52以及发动机控制器53；控制器供电模块经与谷物收获机总供电电源连接，将总电压变压为整机控制单元适用的电压。整车控制器51通过can总线接收安全控制器31处理后的控制信号，整车控制器51通过无线通讯将收到的信息传输给远程数据平台u20，整车控制器51通过can总线分别连接导航控制器52和发动机控制器53，导航控制器52控制谷物收获机的行进路线，并通过无线通讯将行走、位置信息传输给远程数据平台u20，发动机控制器53控制谷物收获机的启停，并将启停信息传输给远程数据平台u20。整车控制器51、导航控制器52以及发动机控制器53通过can网络采用广播或定向的方式将谷物收获机行走、位置、启停信息、工作装置相关安全信息上传，确保系统作业可靠、高效。三者形成互补，大大提高了无人驾驶谷物收获机系统安全性。
26.整机执行元件u60包括喇叭61、电液刹车装置62、以及执行器供电模块（图中省略）；执行器供电模块分别对喇叭61、电液刹车装置62供电，执行器供电模块与谷物收获机总供电电源连接，将总电压变压为整机执行元件u60适用的电压。喇叭61根据整车控制器51控制鸣笛，电液刹车装置62根据整车控制器51控制刹车。
27.电液刹车装置62包括电磁开关阀、液压管路和液压控制的刹车片，电磁开关阀设置在液压管路上，并由整车控制器控制其开关，控制液压管路内的液压压力执行刹车片的刹车功能。
28.远程数据平台u20包括服务器、无线通讯模块以及网络通讯模块。服务器显示接收的各种信息并显示，根据谷物收获机周围环境信息以及粮仓收集粮食状态，通过无线通讯模块可用于对整机控制器进行控制，网络通讯模块可用于数据的网络传输。
29.雷达系统装置u30中安全控制器31将鸣笛、制动、急停信号通过can总线发送给整车控制器51，整车控制器51将急停信号发送给发动机控制器53执行急停命令，导航控制器52根据整车控制器51发送的车辆状态信息调整导航控制逻辑，保证无人驾驶谷物收获机按照规划路径安全行驶。无人驾驶期间喇叭由整车控制器51控制，整车控制器51根据安全控制器31传输的鸣笛信号将该信号位置高，控制鸣笛继电器工作进行鸣笛。远程数据平台u20通过无线通讯网络收集整车智能仪表u40、整车控制器51以及导航控制器52相关的安全数据信息，及时作出判断，保证无人驾驶谷物收获机可靠、安全作业。
30.最后应当说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，但对于本领域的技术人员来说，其应知的技术知识依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行非实质性区别的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。因此，凡在本实用新型的思路启示之内所作出的任何非实质性改进或者等同替换等，均应包含在本实用新型的权利保护范围之内。