一种矿用防爆无人驾驶车辆控制装置

技术领域

本发明涉及矿用车辆无人驾驶技术领域，尤其涉及一种矿用防爆无人驾驶车辆控制装置。

背景技术

矿用防爆车辆是我国煤矿运输人员、物料的主要工具之一，具有高效、灵活、通过性强的特点。但是煤矿工作环境恶劣，危险系数高，目前我国矿用防爆车辆几乎都采取人工驾驶，由于人员操作失误、运行环境恶劣、车辆本身技术隐患等原因，导致矿用车辆事故率高居不下，给煤矿造成了巨大的经济损失，也给煤矿从业人员带来巨大的安全隐患。

目前，无人驾驶技术在地面车辆上的应用已逐渐成熟，无人驾驶技术具有高效、安全、可提高车辆使用寿命的特点。和地面复杂的交通网络不同，煤矿运输路线相对固定，路网也相对简单，因此很适合在煤矿运输中使用无人驾驶技术，一方面可以避免因人为操作失误导致的矿用车辆安全事故，另一方面可以节省资金，提高矿用车辆的寿命，降低煤矿生产成本；此外，无人驾驶矿用车辆可全天候24小时作业，可大大提高煤矿生产效率。由于地面路网、路况与煤矿路网、路况区别巨大，因此，不能够直接使用地面无人驾驶控制装置，应根据煤矿特有环境研究可应用于煤矿的无人驾驶车辆控制装置。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种矿用防爆无人驾驶车辆控制装置，以实现矿用防爆车辆的无人驾驶。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种矿用防爆无人驾驶车辆控制装置，包括感知系统、决策系统、通讯系统、车辆控制模块、行车执行模块、唤醒模块、瓦斯监测模块、交换机和调度管理中心；所述通讯系统包括组合天线、天线、CAN通信模块和无线通信模块；

所述无线通信模块、决策系统和感知系统与交换机电连接；

所述瓦斯检测模块与唤醒模块电连接，所述唤醒模块通过天线与调度管理中心无线连接；

所述唤醒模块、无线通信模块、决策系统通过CAN通信模块与车辆控制模块连接；所述车辆控制模块通过CAN通信模块与行车执行模块连接；所述感知系统、决策系统、无线通信模块均与交换机连接；所述无线通信模块通过组合天线与调度管理中心无线连接。

所述唤醒模块用于接收所述调度管理中心发送的启动指令，并结合瓦斯监测模块的检测结果，判定是否需要唤醒整车；

所述感知系统用于感知车辆周围环境，识别障碍物，并进行实时地图构建；

所述决策系统用于根据感知系统构建的实时地图信息，进行路径规划，并发送给所述车辆控制模块；

所述车辆控制模块用于根据决策系统发送的路径规划结果，控制所述行车执行模块；

所述无线通信模块用于将所述感知系统构建的实时地图信息上传至调度管理中心。

进一步地，所述感知系统包括激光雷达和视觉传感器模块。

进一步地，视觉传感器模块数量为四个，在车辆四角各布置一个，激光雷达数量为两个，在车辆前后各布置一个。

进一步地，决策系统和车辆控制模块均采用冗余设计。

进一步地，所述行车执行模块包括驱动模块、制动模块、声光模块、散热模块；驱动模块用于驱动车辆行走，制动模块用于对车辆进行制动，声光模块用于提供照明和提示音，散热模块用于对车辆进行散热。

进一步地，控制装置内的所有模块均作防爆处理。

进一步地，所述的一种矿用防爆无人驾驶车辆控制装置，其通过远程控制方式启动，其控制方法具体包括以下步骤：

S1、调度管理中心通过天线向唤醒模块发送启动车辆指令；

S2、唤醒模块先启动瓦斯检测模块，结合瓦斯检测模块的检测结果判断是否唤醒车辆，若唤醒，则进入下一步；

S3、车辆被唤醒后，感知系统感知周围环境，识别障碍物，并进行实时地图构建；

S4、决策系统根据感知系统感知的周围环境和实时构建的地图进行路径规划，并将路径规划结果发送到车辆控制模块；

S5、车辆控制模块向驱动模块、制动模块发送控制指令，执行转向、减速或停车操作。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供了一种矿用防爆无人驾驶车辆控制装置，可以识别煤矿运输路线上的障碍物，在识别障碍物的同时可进行实时地图构建，并根据障碍物信息与实时地图信息进行路径规划，从而实现车辆的定位、导航与控制；此外，该控制装置可检测煤矿瓦斯浓度并通过远程控制启动，瓦斯浓度的检测为车辆的行驶提供了安全保障，远程控制的方式进一步避免了人员操作，降低了事故风险。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种矿用防爆无人驾驶车辆控制装置的结构原理示意图；

图2为本发明实施例的控制方法的流程图；

图中：1、调度管理中心，2、组合天线，3、天线，4、唤醒模块，5、瓦斯检测模块，6、CAN通信模块，7、无线通信模块，8、决策系统，9、交换机，10、激光雷达，11、视觉传感器模块，12、车辆控制模块，13、驱动模块，14、制动模块，15、声光模块，16、散热模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种矿用防爆无人驾驶车辆控制装置，包括感知系统、决策系统8、通讯系统、车辆控制模块12、行车执行模块、唤醒模块4、瓦斯监测模块5、交换机9和调度管理中心1。感知系统包括激光雷达10和视觉传感器模块11；通讯系统包括组合天线2、天线3、CAN通信模块6和无线通信模块7；行车执行模块包括驱动模块13、制动模块14、声光模块15和散热模块16；无线通信模块7、决策系统8、激光雷达10、视觉传感器模块11与交换机9电连接，唤醒模块4、无线通信模块7、决策系统8、车辆控制模块12、驱动模块13、制动模块14、声光模块15、散热模块16与CAN通信模块6电连接，组合天线2、天线3与调度管理中心1无线连接，组合天线2与无线通信模块7电连接，天线3、瓦斯检测模块5与唤醒模块4电连接。驱动模块13用于驱动车辆行走，制动模块14用于对车辆进行制动，声光模块15用于提供照明和提示音，散热模块16用于对车辆进行散热。

本发明实施例中，所述瓦斯检测模块5与唤醒模块4电连接，所述唤醒模块4通过天线3与调度管理中心1无线连接；所述唤醒模块4、无线通信模块7、决策系统8通过CAN通信模块6与车辆控制模块12连接；所述车辆控制模块12通过CAN通信模块6与行车执行模块连接；所述感知系统、决策系统8、无线通信模块7均与交换机9连接；所述无线通信模块7通过组合天线2与调度管理中心1无线连接。所述唤醒模块4用于接收所述调度管理中心1发送的启动指令，并结合瓦斯监测模块5的检测结果，判定是否需要唤醒整车；所述感知系统用于感知车辆周围环境，识别障碍物，并进行实时地图构建；所述决策系统8用于根据感知系统构建的实时地图信息，进行路径规划，并发送给所述车辆控制模块12；所述车辆控制模块用于根据决策系统8发送的路径规划结果，控制所述行车执行模块；所述无线通信模块7用于将所述感知系统构建的实时地图信息上传至调度管理中心1。

具体地，感知系统的信息包括激光雷达10与视觉传感器模块11识别的障碍物信息以及由激光雷达10的信息实时构建的地图信息，上述信息通过交换机9后分别传送到决策系统8和通讯系统，决策系统8根据障碍物信息和地图信息进行路径规划；同时，通讯系统中的无线通信模块7将障碍物信息和地图信息通过组合天线2传回调度管理中心1，以此实现工作人员对车辆运行环境的监控。

考虑到煤矿开采运输环境较为恶劣，为了提高车辆的安全性、可靠性，该控制装置在设计时采用了冗余设计的理念，其中决策系统8与车辆控制模块12均设计两套，以此保证即使其中一套出现故障时另一套仍能保证车辆正常行驶。

为了进一步减少人员与车辆的接触，该控制装置的启动采用远程控制的方式，设计唤醒模块4通过天线3和调度管理中心1无线连接，调度管理中心1通过天线3向唤醒模块4发送指令。唤醒模块4为低功耗永久在线系统，可随时接收调度管理中心1的指令。当唤醒模块4将车辆控制装置唤醒后，车辆控制器、感知系统、决策系统8、CAN通信模块6和无线通信模块7和行车控制系统等都开始上电工作，车辆开始运行。

具体地，本实施例中，感知系统部分由4个视觉传感器模块11和2个激光雷达10组成，4个视觉传感器模块11分别布置在车辆四角，2个激光雷达10分别布置在车辆前部和后部，可以360度无死角识别车辆周围的障碍物，激光雷达10的信息还可用于实时地图构建，以此可时实现车辆的导航与定位。

煤矿开采运输环境中时常夹杂着瓦斯等易燃易爆气体粉尘，因此该控制装置配备了瓦斯监测模块5，对车辆运行环境进行实时检测，确保车辆在安全环境中运行；同时，该控制装置所有模块均为电气元件，电火花、漏电等现象不能完全避免，因此所有模块均作防爆处理，避免某一模块发生电火花或漏电现象引起爆炸等高危事件。

如图2所示，本发明实施例提供的一种矿用防爆无人驾驶车辆控制装置，通过远程控制方式启动，其控制方法具体包括以下步骤：

S1、首先，调度管理中心1通过天线3向唤醒模块4发送启动车辆指令；

S2、接着唤醒模块4先启动瓦斯检测模块5，瓦斯检测模块5检测瓦斯浓度，若瓦斯浓度处于安全范围，唤醒模块4唤醒整车，反之则不启动车辆；若唤醒，则进入下一步；

S3、车辆被唤醒后，感知系统感知周围环境，识别障碍物，并进行实时地图构建；

S4、决策系统8根据感知系统感知的周围环境和实时构建的地图进行路径规划，并将路径规划结果发送到车辆控制模块12；

S5、最后，车辆控制模块12向驱动模块13、制动模块14发送控制指令，执行转向、减速或停车操作。

综上所述，本发明实施例提供了一种矿用防爆无人驾驶车辆控制装置，可以识别煤矿运输路线上的障碍物，在识别障碍物的同时可进行实时地图构建，并根据障碍物信息与实时地图信息进行路径规划，从而实现车辆的定位、导航与控制；此外，该控制装置可检测煤矿瓦斯浓度并通过远程控制启动，瓦斯浓度的检测为车辆的行驶提供了安全保障，远程控制的方式进一步避免了人员操作，降低了事故风险。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。