基于感知和自主计算定位导航的智能车导航方法技术

本发明专利技术公开了一种基于感知和自主计算定位导航的智能车导航系统，包括分别与中央处理器相连的信息储存模块、电机驱动模块、定位模块、感知模块和交互通信模块，中央处理器、驱动模块和定位模块用于实现智能车辆的定位导航和移动，感知模块用于实现智能车辆的平稳控制，交互通信模块用于实现人机交互；导航过程包括：广义电子地图的获取，车辆初始位置信息的获取与定位校准，获取车辆当前位置坐标与目标坐标，动态规划行驶路线，本发明专利技术中局部区域的路线和控制优化可以采用车轮的独立感知与反馈控制，而整体的路线规划与导航仍用路径规划算法实现实现。本系统可由手机、平板电脑等通过无线网络实时监控和分配任务，实现系统的可视化和实时控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自主定位及自动导引车系统。
技术介绍
自动导引车(AGV,AutomaticGuidedVehicle)是指具有电磁或光学导引装置，能够按照预定路线行走，具有运行和停车装置、安全保护装置以及各种移载功能的运输小车。自动导引车按照导引方式的不同，可分为固定路径导引和自由路径导引。固定路径导引是指在固定的路线上设置导引用的信息媒介物，自动导引搬运车通过检测出它的信息而得到导引的方式，比如电磁引导、光学引导、磁带引导。而自由路径导引是指自动导引搬运车根据要求随意改变行驶路线。这种导引方式是在自动导引车上储存好作业环境信息，通过识别车体当前的位置，与环境信息对照，自主的决定路径的导引方式。如推算导引、惯性导引、环境映射法导引、激光导引[1]。然而此方法路线固定，不能实现预设路线外的移动与动态路径规划。本专利技术中智能车的运行路径根据起点和终点的位置计算得到，不需预设路线，可实现动态路径规划。目前，自动导引车领域比较成熟的应用是亚马逊的Kiva机器人[2]，亚马逊公司将其用来搬运货物，实现仓库自动化。Kiva机器人由资源调度模块、路径规划模块、处理器、存储器、交互界面以及电机驱动等。其将工作区域分割为合适形状、略大于机器人的小块。Kiva机器人通过扫描地面上的条码来实现自身的定位，行动路线和速度等由中央计算机控制。该机器人还配备了最新视觉系统，利用条码来追踪货架上的商品。这是一种基于二维码扫描的被动定位方法，且把整个机器人当做一个整体来定位，而本专利技术将四个车轮分别进行定位和控制。[参考文献][1]陈国仁,王秀梅,杨书评.应用于立体仓库的自动导引车(AGV)的运行优化设计[C]//先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集.2004.[2]WurmanPR,D'AndreaR,BarbehennMT,etal.KIVATransportingInventoryItems#3:SpringerBerlinHeidelberg,US20140100690[P].2014.
技术实现思路
本专利技术旨在完成一套基于感知和自主计算定位导航的智能车导航系统，该系统可以应用在需要实现物品或人员自动运送的场合，如工厂、办公楼、家庭等环境。在通过GPS或RFID等方式给定车辆的初始位置和方向后，利用运动、测距、图像等多种多个传感器的数据，与建筑结构图或电子地图等信息进行比对与计算，从而完成动态校准并确定车体在地图上的位置。同时配合电机驱动、无线通信、图像识别、运动传感等功能模块，完成各个车轮的分别定位和控制，进而实现智能车辆的定位、路径规划、自由移动、智能避障、相互通信等功能。本系统可以由手机、平板电脑、台式机等智能终端通过无线通信网络实时监控和分配任务，实现智能车系统的可视化和实时控制。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种基于感知和自主计算定位导航的智能车导航系统，包括均分别与中央处理器相连的信息储存模块、电机驱动模块、定位模块、感知模块和交互通信模块，所述中央处理器、驱动模块和定位模块用于实现智能车辆的定位导航和移动，所述感知模块用于实现智能车辆的平稳控制，所述交互通信模块用于实现人机交互；所述智能车辆的转向采用差速转向，智能车辆的每个车轮的运动分别由独立的电机控制，所述电机是步进电机或直流电机，每个电机的驱动均采用电机驱动模块控制；所述定位模块包括至少由运动传感装置、测距传感装置、图像传感装置、RFID装置和GPS系统；每个车轮处均分别安装有所述运动传感装置和测距传感装置，各车轮的数据采集相对独立；所述RFID装置包括RFID接收模块和多个RFID发射模块，所述RFID接收模块设置在车辆上，多个RFID发射模块均布置在建筑物内的不同位置；所述感知模块用于实现智速度感知、地面感知和高度变化感知，其中：所述速度感知采用编码盘或速度计运动传感元件实现，用于感知车轮的转动速度，以便实现车辆稳定性的控制和速度反馈控制；所述地面感知采用图像传感器或红外传感器实现，用于感知地面的材质和平整度；所述高度变化感知采用加速度计运动传感器实现，从而判断智能车辆每个车轮所在区域的路面平整状况，从而为车轮的控制实现数据支持；所述交互通信模块包括通信子模块和人机交互子模块，其中，通信子模块用于远程控制端与中央处理器之间的通讯，负责传输任务数据和工作状态数据，还用于在多个智能车系统之间进行交换状态数据，以防止路线发生冲突；所述人机交互自模块包括输入/输出单元，用于人工现场对智能车系统进行控制和参数的设定；所述中央处理器用于收集其他所有模块所采集的数据，同时向电机驱动模块、交互通信模块发送相应的控制信息，并通过人机交互子模块向用户输出信息。利用上述基于感知和自主计算定位导航的智能车导航系统实现导航的过程，包括以下步骤：步骤一、广义电子地图的获取：广义电子地图是指以电子方式存储的用于智能车系统在室内场合实现自主定位和导航的建筑结构图和智能车在室外场合实现自主定位和导航的电子地图；所述电子地图上还记载有障碍物、标志物、运动限制、路面状况和校准点；在导航工作之前，将广义电子地图导入智能车系统的信息储存模块中，并根据广义电子地图与实际位置的对应关系建立绝对坐标系，以便运行时读取与利用；步骤二、车辆初始位置信息的获取与定位校准，车辆初始位置信息采用GPS或RFID方法获得，所述定位模块中的所有传感器进行自主计算定位，计算出车辆在一定时间内的位移及运动方向，并且间隔一定时间或距离采用GPS或RFID方法并借助外部的定位基准来修正车辆的当前位置，从而进行动态校准；与此同时，利用建筑结构图上的障碍信息和通道信息，将智能车可能的运动方向和范围限定在一定范围内，并根据智能车已走过的历史路径信息对车辆的实时位置进行连续处理，得到智能车在一个单位时间内所在位置的可能范围；步骤三、获取车辆的当前位置坐标与目标坐标：车辆的当前位置坐标通过初始位置信息和自主计算定位及动态校准的结果获得，目标坐标根据实际需要由上层控制系统给定；步骤四、动态规划行驶路线：在获得初始位置和目标位置后，在对建筑结构图或电子地图进行相应的标准化处理后，采用双向A*算法、遗传算法和神经网络进行路线规划，当车辆位置与预设行驶路线偏离大于2-10m时，根据当前位置坐标和目标位置坐标重新规划路线，实现路线的动态规划；路线规划的策略选择路程最短路线、最平稳路线和速度最快路线中的一种；动态规划行驶路线实现车辆的总体行驶控制，其中，配合车轮感知实现车辆在局部区域内行驶路线控制。进一步讲，本专利技术基于感知和自主计算定位导航的智能车导航过程中，步骤四中所涉及到的车轮感知包括车轮速度的感知、地面的感知和高度变化的感知，其中：车轮速度的感知是根据实际转动速度与预设速度的差异及时调整驱动信号，使实际转动速度尽可能解禁预设值，从而实现速度的闭环控制；地面的感知是借助图像传感器实时采集车辆前方的图像，交给中央处理器根据图像处理算法进行处理，识别车辆运行前方地面是否平整，地面何材质，以便控制该系统提前采取相应的控制措施；对于不平整的地面，车辆根据不平整区域的面积和粗糙程度来决定是否绕行；根据材质的识别预估车轮与地面的摩擦系数，从而采取不同的速度控制策略；高度变化的感知即车轮颠簸振动幅度的感知，当车本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于感知和自主计算定位导航的智能车导航系统，其特征在于：包括均分别与中央处理器相连的信息储存模块、电机驱动模块、定位模块、感知模块和交互通信模块，所述中央处理器、驱动模块和定位模块用于实现智能车辆的定位导航和移动，所述感知模块用于实现智能车辆的平稳控制，所述交互通信模块用于实现人机交互；所述智能车辆的转向采用差速转向，智能车辆的每个车轮的运动分别由独立的电机控制，所述电机是步进电机或直流电机，每个电机的驱动均采用电机驱动模块控制；所述定位模块包括至少由运动传感装置、测距传感装置、图像传感装置、RFID装置和GPS系统；每个车轮处均分别安装有所述运动传感装置和测距传感装置，各车轮的数据采集相对独立；所述RFID装置包括RFID接收模块和多个RFID发射模块，所述RFID接收模块设置在车辆上，多个RFID发射模块均布置在建筑物内的不同位置；所述感知模块用于实现智速度感知、地面感知和高度变化感知，其中：所述速度感知采用编码盘或速度计运动传感元件实现，用于感知车轮的转动速度，以便实现车辆稳定性的控制和速度反馈控制；所述地面感知采用图像传感器或红外传感器实现，用于感知地面的材质和平整度；所述高度变化感知采用加速度计运动传感器实现，从而判断智能车辆每个车轮所在区域的路面平整状况，从而为车轮的控制实现数据支持；所述交互通信模块包括通信子模块和人机交互子模块，其中，通信子模块用于远程控制端与中央处理器之间的通讯，负责传输任务数据和工作状态数据，还用于在多个智能车系统之间进行交换状态数据，以防止路线发生冲突；所述人机交互自模块包括输入/输出单元，用于人工现场对智能车系统进行控制和参数的设定；所述中央处理器用于收集其他所有模块所采集的数据，同时向电机驱动模块、交互通信模块发送相应的控制信息，并通过人机交互子模块向用户输出信息。...

【技术特征摘要】
1.一种基于感知和自主计算定位导航的智能车导航系统，其特征在于：包括均分别与中央处理器相连的信息储存模块、电机驱动模块、定位模块、感知模块和交互通信模块，所述中央处理器、驱动模块和定位模块用于实现智能车辆的定位导航和移动，所述感知模块用于实现智能车辆的平稳控制，所述交互通信模块用于实现人机交互；所述智能车辆的转向采用差速转向，智能车辆的每个车轮的运动分别由独立的电机控制，所述电机是步进电机或直流电机，每个电机的驱动均采用电机驱动模块控制；所述定位模块包括至少由运动传感装置、测距传感装置、图像传感装置、RFID装置和GPS系统；每个车轮处均分别安装有所述运动传感装置和测距传感装置，各车轮的数据采集相对独立；所述RFID装置包括RFID接收模块和多个RFID发射模块，所述RFID接收模块设置在车辆上，多个RFID发射模块均布置在建筑物内的不同位置；所述感知模块用于实现智速度感知、地面感知和高度变化感知，其中：所述速度感知采用编码盘或速度计运动传感元件实现，用于感知车轮的转动速度，以便实现车辆稳定性的控制和速度反馈控制；所述地面感知采用图像传感器或红外传感器实现，用于感知地面的材质和平整度；所述高度变化感知采用加速度计运动传感器实现，从而判断智能车辆每个车轮所在区域的路面平整状况，从而为车轮的控制实现数据支持；所述交互通信模块包括通信子模块和人机交互子模块，其中，通信子模块用于远程控制端与中央处理器之间的通讯，负责传输任务数据和工作状态数据，还用于在多个智能车系统之间进行交换状态数据，以防止路线发生冲突；所述人机交互自模块包括输入/输出单元，用于人工现场对智能车系统进行控制和参数的设定；所述中央处理器用于收集其他所有模块所采集的数据，同时向电机驱动模块、交互通信模块发送相应的控制信息，并通过人机交互子模块向用户输出信息。2.一种基于感知和自主计算定位导航的智能车导航方法，其特征在于，利用如权利要求1所述基于感知和自主计算定位导航的智能车导航系统，并包括以下步骤：步骤一、广义电子地图的获取：广义电子地图是指以电子方式存储的用于智能车系统在室内场合实现自主定位和导航的建筑结构图和智能车在室外场合实现自主定位和导航的电子地图；所述电子地图上还记载有障碍物、标志物、运动限制、路面状况和校准点；在导航工作之前，将广义电子地图导入智能车系统的信息储存模块中...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐岩，张家赫，马建国，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12