两轮驱动无人物流车系统

两轮驱动无人物流车系统

张宇 程登良 李高闯 杨守 潘星阳 陈嘉静

湖北汽车工业学院 电气与信息工程学院，十堰，442002

摘要：本项目紧紧围绕着节能减排、绿色发展的理念，利用太阳能电池板结合智慧物流最新发展方向，将高效太阳能转换技术、异构网络技术、物联网、GPS定位、图像处理、移动互联等技术进行信息物理融合，搭建太阳能无人驾驶物流车系统平台。通过摄像头实时采集车辆前方道路状况，高效检测车道边线，结合GPS采集的定位信息为小车运动提供运动参考，采用红外、超声波等各种避障传感器实时探测感应车况信息，提出综合模糊控制的分级式行车控制算法，并将车况信息实时通过移动网络上传至服务器，从而有效的提高小车运行过程中的可靠性和安全性。此外采用了高效的太阳能转换系统，根据小车的运行情况和动力电池状态合理分配进行节能控制。

关键词：太阳能电池板；无人驾驶物流车；实时采集；行车控制算法

1项目实施的目的、意义

校园无人物流配送车是一个集周围环境感知，驾驶模式识别及智能驾驶控制等多功能于一体的综合系统,他综合运用了图像处理、嵌入式微处理器、GPS定位、信息融合、通讯、人工智能及自动控制原理等技术。该项智能技术在早先开始主要应用在民用技术和军事方面，在民用汽车方面主要是使其向新能源汽车以及智能的方向发展（如自主安全、安全驾驶和行人安全等方面），在军事方面主要通过运用遥感或无人智能平台来完成抢险救灾甚至一些更加危险的军事环境下的运用。近几年来，很多的发达国家都将无人驾驶纳入到各自发展的智能驾驶系统研究规划之中。

因此，针对目前快递行业“最后一公里”的用车领域的空白，设计一款城市针对物流中小型站点式的智能快递车，工作环境主要针对校园、住宅小区等人口较为集中的，并有一定的停车空间的场所，通过自助的存取快递系统，采用低成本多传感器融合及图像识别的方案来实现识别复杂的路况识别的功能，摆脱了对寄取快递的时间限制，实现了躲避行人、车辆、障碍物，并正确的将物品送达的目的。使用户寄取快递的过程变得更加的自由和方便；通过物联网技术结合智能控制系统，实现了寄取件过程的智能化、无人化操作，提高了快件的投递效率。

2研究内容

本无人物流配送车系统是采用halcon图像处理开发平台识别路上黄线，采用摄像头采集道路环境图象,通过计算机开发平台先将采集回来的图象进行二值化处理，再通过阈值的判断的方式将图象上的黄线识别出来，并从整张图象中提取出选中的黄线区域。对提取到的黄线进行轮廓提取，将其拟合成一条过黄线中心坐标的直线。再利用halcon图象处理平台提供的算法开发包，根据处理平台解析图片得到的坐标点计算出该拟合成的直线的数学表达式。最后通过相同的方法在黄线上取一段区域测量出这个区域的中心坐标并代入上述求得的拟合直线中进行判断，最后通过串口将控制命令输入到底层控制单元，由底层控制单元控制车体转向或停止。

在针对实际常规道路上车辆的运动状态进行分析的基础上，利用图像预处理平台对车辆运动控制算法中的前进控制算法、转向和制动控制算法进行研究，同时设计了基于障碍物检测的紧急停车系统和基于车道线检测的车道保持系统。这使得本系统在价格成本方面，相比使用高成本极昂贵的激光雷达更加有优势。

本系统根据无人车 GPS 导航系统的设计方案，搭建无人驾驶智能车系统平台。包括对 GPS、摄像头以及各种避障传感器选取与安装，并为整个系统设计合理的电源部分，具有体积小、安装方便、续航性好和可靠性高优点。同时针对现有的车辆平台，对其执行机构部分进行线控改造，使得小车的转向、加减速运动可以通过计算机指令进行控制。

采用多传感器数据融合技术，实现无人物流车可靠、准确的捕获外界环境及车辆自身性能状态信息后, 消除了多传感器之间存在的数据冗余矛盾,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。

本作品紧紧围绕着节能减排，绿色发展的理念，采用太阳能和蓄电池混合动力为小车提供动力来源，实现了该小车的供电控制和运动控制。依托太阳能电池提供电能给电机驱动模块驱动电机，进而实现检测小车运动，过程中需要完成太阳能电池驱动的检测小车的硬件部分和程序部分。太阳能电池板的利用效率和蓄电池的充电管理对整个太阳能小车电能系统有着至关重要的作用。

3研究与设计

基于该系统组成架构，系统功能模块划分如图下所示。系统整体功能可大致分为7大模块：数据融合主控模块、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、能量管理模块、图像采集与处理模块。其中，数据融合主控模块是将采集的各传感器及图像处理终端的数据进行融合处理；姿态位置测量模块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；安全预警辅助模块通过超声波模块检测行驶途中的障碍物，进而实现安全避障的功能；数据通信模块将融合处理后的数据通过WiFi模块发送至后台管理终端；动力模块通过电机电机驱动为电机提供动力来源，实现车体的直行或者差速转向；能量管理模块可通过太阳能电池板为电池和部分模块供电，实现能量的高效管理；图像采集预处理模块通过halcon图像预处理平台将处理后的数据发送给数据融合主控模块进行融合处理。

图1系统原理图

无人驾驶物流小车实际场合场景避障测试如下图所示。

图2避障前                       图3避障后

参考文献

[2] 无人物流车末端配送研究[J]. 李振中等.中国汽车,2021(08)

[2] 无人车大数据与云控制技术综述[J]. 倪俊等.北京理工大学学报,2021(01)

[3] 智能网联下无人驾驶汽车配送路径优化方法[J]. 王雷等.系统科学与数学,2020(11)

项目编号：湖北汽车工业学院2022年度大学生创新创业训练计划项目DC2023040，湖北汽车工业学院教研项目JY2020006、JY2021047；教材建设XJJC2022002、2021年校级研究生教育质量工程项目Y202109；湖北省重点实验室开放基金(ZDK1201409)。

作者简介：程登良*，通信作者，研究方向：汽车电子信息领域。