方案解析|无人驾驶示教方案

一、方案概述

无人驾驶示教方案是基于无人驾驶技术的开发,通过模拟城市交通道路,搭建真实沙盘,推进无人驾驶技术在智慧城市交通道路的应用。通过本套自动驾驶示教方案,使教师和学生对无人驾驶的技术构成有一个感性的认识;通过让学生参与编程和组装机器人系统,让学生了解无人驾驶技术的技术要点,具体功能和实施难点。

二、技术难点

1.实现小车在园区规定道路上的无人自主驾驶;

2.小车实现智能避障、车道线识别、红绿灯识别、路标识别;

3.小车底层驱动开发、和供二次开发的各种程序包和开发套件;

4.室内自动驾驶沙盘整套系统开发(包括slam定位与导航、沿着车道线内行走,红灯停绿灯行等功能)。

三、解决方案

 

室内无人驾驶沙盘

该方案在基于模拟城市交通道路的沙盘中,实现智能交通,智能车联网和无人驾驶的模拟。在室内100多平方米的范围内,按照等比例设计出十字路口、行车道、人行道、假人以及红绿灯等交通标识,如图1所示。该沙盘还包括一个中控屏,中控屏通过4分屏或者6分屏能够在大屏幕上显示无人驾驶小车上采集的实时图像,无人驾驶编程的人机界面,以及无人驾驶小车的程序实现过程等,还可以把第三视角的监控摄像头的视觉信息投放在中控屏上,实现整个沙盘的动态录制和监控,非常方便教学和参观讲解。

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图1 室内无人驾驶沙盘

在本公司自主开发的无人驾驶小车MR500/MR1000/MR2000上搭载激光雷达、毫米波雷达、单目相机等,基于RTK定位技术、SLAM技术及视觉识别技术,实现智能避障、车道线识别、红绿灯识别等功能,如图2所示。

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图2 无人驾驶小车搭载各种传感器

在基于模拟交通道路的城市沙盘中,无人驾驶小车严格按照交通规则进行自动驾驶,实现了自动驾驶示教平台的搭建。

(1)红绿灯识别

红绿灯识别和车道线识别都是基于OpenCV实现的。项目中使用的传感器是单目相机。红绿灯识别的原理主要分颜色识别与轮廓识别两大部分组成。实现步骤包括图像采集、图像预处理、颜色判别、颜色空间转换、红绿灯定位等。

 

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3 红绿灯识别效果图

(2)车道线识别

车道线识别是使用OpenCV实时处理无畸变摄像头采集的道路图像,检测当前的车道,并计算出车道中心。识别效果如图4所示。

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4 车道线识别

(3)室内2D-SLAM导航

在无人驾驶小车上搭载2D激光雷达,IMU等传感器,实现了室内2D-SLAM导航技术。在本次方案中,我们开发了两个版本的导航算法,一是专门针对给定的沙盘开发的导航算法,二是通用型的导航算法。

第一种算法以给定地图上的多个点作为机器人运动的目标点,通过在地图角落放置的反射板和激光雷达校准位置。该算法较为简单,计算量要求较小,并且在沙盘实验的过程中表现良好。第二种算法是通用型的算法,可以在稍作调整的情况下适用于较多场景,适用性较好,而且也可以在沙盘地图上取得较好的效果。

(4)室内沙盘自动驾驶仿真

除了可以在真实的室内沙盘,用真实的无人驾驶小车实现了自主避障,车道线识别,路标识别等功能,还能够通过仿真软件,实现真实场景和虚拟场景的结合。能够通过仿真软件,把无人驾驶的过程仿真和在仿真环境下展现出来。仿真界面可以真实的展现障碍物所处的位置,无人小车走过的轨迹,甚至小车上激光雷达的扫描范围都能真实模拟和展现,如图5所示

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图5 无人驾驶可视化界面

 

室外无人驾驶

在本公司自主开发的无人驾驶小车MR1000/MR2000上搭载高强度轻量化桁架结构,如图6所示和图7。并在桁架结构上预留硬件扩展连接孔位,方便传感器安装。客户可以根据需要合理规划传感器布放位置。

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6高强度轻质

7 无人驾驶小车底盘

无人驾驶小车MR1000/MR2000为线控底盘,可以在上面配置高性能工控电脑,实现无人驾驶的算法。在小车和桁架上,可以根据需要搭配2D激光雷达、3D激光雷达、摄像头、深度相机、毫米波雷达、rtk接收器、显示器、车载云台等等,如图8所示

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8 可以搭载的传感器和配件

无人驾驶小车采用多级安全保护机制,可以在近端通过遥控手柄控制小车,还可以通过电脑,在远程控制小车。小车的车体上有紧急停车按钮,在发生紧急情况时,可以直接按下紧急停车按钮实现停车。由于无人驾驶小车长期在室外使用,所以小车的车体能够达到IP55等级防水,即使在雨天,也能正常工作。小车的内部,有限流保险丝,在过载的时候,可以主动切断电源,保护车里的电气部件不被损坏。小车的车体内部还有温度传感器,当小车在室外曝晒,导致车体内部温度过高时,就会报警。无人驾驶的小车前部和后部都有电子防碰撞装置,在小车碰到障碍物时,小车能感测到并自动停止,同时报警,以及把报警信息传到远程的控制端。

本套系统可以在园区道路上,甚至真实马路上实现:主动安全、车道线识别、行人检测等功能,如图9、图10和图11所示。

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9主动安全(前车测距

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10车道线识别

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11 行人检测