基于地图匹配的自动导引车及其导引方法

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基于地图匹配的自动导引车及其导引方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种自动导引车及其导引方法，具体地，涉及一种基于地图匹配的自动导引车及其导引方法。\n背景技术\n[0002] 随着物流产业在我国的蓬勃发展，各种物流高端设备的市场需求急剧扩大。目前主要的导引方式有：电磁导引方式，基于反光板的激光导引方式，视觉导引方式，红外导引方式。现有的导航技术存在很多的缺陷，具体技术如下：\n[0003] 公开号为104102222A的中国发明专利申请公开了一种AGV精确定位的方法。这种方法需要在工作场所预先安置若干具有一定间隔的反光板，并预先获得反光板的坐标。这种方法的主要缺点是成本高昂，对环境要求比较苛刻，反射板和自动导引车激光传感器之间不能有障碍物，不适合空中有物流影响的场合。\n[0004] 公开号为104122895A的中国发明专利申请公开了一种基于自适应PID的AGV导航方法。这种方法用的是磁导航方式。这种方法的主要缺点是改变或扩充路径较麻烦，导引线铺设相对麻烦，磁条铺在地上容易损坏，对复杂路径的局限性大，存在复杂路径时任务难以完成。\n[0005] 公开号为104122895A的中国发明专利申请公开了一种AGV视觉导航系统，主要缺点是同样需要维护路径，且受光照的影响较大。\n[0006] 公告号为202711064U的中国实用新型专利申请公开了一种AGV小车引导传感装置，用的是红外传感器进行导航，主要缺点是红外传感器侦测范围小、获取信息较少、精度相对较低，复杂路径的局限性同样很大，存在复杂路径时任务难以完成。\n发明内容\n[0007] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于地图匹配的自动导引车及其导引方法，其打破了之前导引方式的种种缺陷，无需在环境中做任何设置，无需在环境中额外增加反光板、地标等特征，无需其他辅助定位设施，无需对环境做任何更改，完全取决于自动导引车自身能力，自动导引车对环境一无所知，不存在任何先验信息。\n[0008] 根据本发明的一个方面，提供一种基于地图匹配的自动导引车，其特征在于，其包括：\n[0009] 地图创建模块，自动导引车利用自身携带的地图创建模块观测环境中的特征，建立环境地图，所建立的环境地图能够表示自动导引车能够通过的区域和不能够通过的区域；\n[0010] 人机交互模块，实时显示自动导引车在地图中的位置及任务状态，通过按键呼叫导引车并且修改导引车的工作任务；\n[0011] 定位模块，自动导引车利用自身携带的自定位创建模块将当前观测到的局部环境信息与事先建立的全局地图进行匹配，并结合自动导引车过去时刻的位姿确定自动导引车当前时刻在环境中的位姿，通过定位模块实现自动导引车的定位，并且在当自动导引车丢失自己在地图中的位置时，通过全局定位搜索算法寻找自动导引车在地图中的位置以继续完成之前的工作；\n[0012] 路径规划模块，自动导引车在选定初始点和目标点之后，根据不同需要，通过路径规划模块实时规划出一条可行的最优路径，或人为设定固定的行驶路径使自动导引车按照固定的路径行驶；\n[0013] 自主导航模块，自动导引车按照规划出的路径实时生成最优的速度进行导航，使导引车行驶的路径跟规划的路径之间的误差最小，最终达到目标地点；\n[0014] 调度系统模块，离呼叫点最近的一辆处于休眠状态的自动导引车被激活，调用路径规划模块，实时规划出一条最短的路径到达呼叫地点。\n[0015] 优选地，所述地图创建模块采用能够观测环境信息的传感器，传感器包括有激光传感器或摄像头。\n[0016] 优选地，所述环境地图的格式有二维概率栅格地图、三维概率栅格地图、几何地图、视觉特征地图、语义地图。\n[0017] 优选地，所述定位模块不仅确定自动导引车在环境中的位置，还确定自动导引车的姿态。\n[0018] 优选地，所述定位模块在自动化导引车失去自身位姿时，自动搜索寻找自己在地图中的坐标。\n[0019] 优选地，所述人机交互模块通过显示屏实时显示自主导引车在地图中的位姿及工作状态，并且用户可以通过触摸屏查看、设置自动引导车导航目标点位置、姿态。\n[0020] 优选地，所述路径规划模块依据事先建立好的地图及根据现场的环境实时规划出一条最优的路径到达目标地点。\n[0021] 优选地，所述自主导航模块根据路径规划模块生成的行驶路径，实时生成最优的控制速度以跟踪路径，保证行驶出的路径跟设定的路径之间误差最小。\n[0022] 优选地，所述调度系统模块中运行有最优调度算法，根据呼叫人在地图中的位置，实时动态刷新离呼叫地点最近的一辆处于休息状态的导引车前来工作。\n[0023] 本发明还提供一种基于地图匹配的自动导引车的导引方法，其特征在于，其包括以下步骤：\n[0024] 步骤一，自动导引车在需要运行的区域中运行，利用自身携带的地图创建模块观测环境中的特征，建立环境地图；\n[0025] 步骤二，自动导引车利用自身携带的定位模块将当前观测到的局部环境信息与事先建立的全局地图进行匹配，并结合自动导引车过去时刻的位姿确定自动导引车当前时刻在环境中的位姿，实现自动导引车的定位；\n[0026] 步骤三，操作人员通过调度系统呼叫最近的一个处于休眠状态的自动导引车；\n[0027] 步骤四，操作人员通过人机交互模块给自动导引车设定目标点；\n[0028] 步骤五，自动导引车在设定目标点后，自动规划出一条当前位置到目标点的最优路径；\n[0029] 步骤六，自动导引车根据规划出的路径，进行自主导航，到达目标点，完成相关任务。\n[0030] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明无需在环境中做任何设置，无需在环境中额外增加反光板、地标等特征，无需其他辅助定位设施，无需对环境做任何更改。本发明完全取决于自动导引车自身能力，自动导引车对环境一无所知，不存在任何先验信息。本发明中自动导引车环境适应性强，应用灵活，可以根据实际需求方便的更改目标点以及行走路线，行驶的路径可灵活多变。定位精度高，可靠性强。\n附图说明\n[0031] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：\n[0032] 图1为本发明基于地图匹配的自动导引车的原理框图。\n具体实施方式\n[0033] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。\n[0034] 如图1所示，本发明基于地图匹配的自动导引车包括：\n[0035] 地图创建模块，自动导引车利用自身携带的地图创建模块观测环境中的特征(比如墙角，墙面，柱子等特征)，建立环境地图，所建立的环境地图能够表示自动导引车能够通过的区域和不能够通过的区域；地图创建模块可以采用能够观测环境信息的传感器，如激光传感器、超声波传感器、红外传感器、视觉传感器，但不限定于这些传感器。环境地图的格式有二维概率栅格地图、三维概率栅格地图、几何地图、视觉特征地图、语义地图等，但不限定于这些格式。建立好的地环境图可以保存在计算机中。地图创建模块采用能够观测环境信息的传感器，传感器包括有激光传感器或摄像头等能够感知环境信息的传感器。\n[0036] 定位模块，自动导引车利用自身携带的定位模块将当前观测到的局部环境信息与事先建立的全局地图进行匹配，并结合自动导引车过去时刻的位姿确定自动导引车当前时刻在环境中的位姿，通过定位模块实现自动导引车的定位；定位模块不仅确定自动导引车在环境中的位置，还确定自动导引车的姿态；定位模块可以在自动化导引车失去自身位姿时，自动搜索寻找自己在地图中的坐标。\n[0037] 人机交互模块，可以实时显示自动导引车在地图中的位置及任务状态，通过按键、触摸屏可以呼叫导引车并且修改导引车的工作任务；人机交互模块通过显示屏实时显示自主导引车在地图中的位姿及工作状态，并且用户通过触摸屏查看、设置自动引导车导航目标点位置、姿态等信息。\n[0038] 路径规划模块，自动导引车在选定初始点和目标点之后，可以根据不同需要，可以通过路径规划模块实时规划出一条可行的最优路径，也可以人为设定固定的行驶路径使自动导引车按照固定的路径行驶；路径规划模块可以依据事先建立好的地图及根据现场的环境实时规划出一条最优的路径到达目标地点。路径规划模块在现场环境特别复杂的情况下，可以设置固定路径使导引车按照事先设定好的路径进行工作。\n[0039] 自主导航模块，自动导引车按照规划出的路径实时生成最优的速度进行导航，使导引车行驶的路径跟规划的路径之间的误差最小，最终达到目标地点；自主导航模块根据路径规划模块生成的行驶路径，实时生成最优的控制速度以跟踪路径，保证行驶出的路径跟设定的路径之间误差最小。\n[0040] 调度系统模块，离呼叫点最近的一辆处于休眠状态的自动导引车被激活，调用路径规划模块，实时规划出一条最短的路径到达呼叫地点；调度系统模块中运行有最优调度算法，根据呼叫人在地图中的位置，实时动态刷新离呼叫地点最近的一辆处于休息状态的导引车前来工作。\n[0041] 本发明基于地图匹配的自动导引车的导引方法包括以下步骤：\n[0042] 步骤一，自动导引车在需要运行的区域中运行，利用自身携带的地图创建模块观测环境中的特征(比如墙角，墙面，柱子等特征)，建立环境地图，环境地图的格式有二维概率栅格地图、三维概率栅格地图、几何地图、视觉特征地图等，但不限定于这些格式。所建立的环境地图可以表示自动导引车能够通过的区域和不能够通过的区域。所建好的地图保存在计算机中；\n[0043] 步骤二，自动导引车利用自身携带的传感器当前观测到的局部环境信息与事先建立的全局地图进行匹配，并结合自动导引车过去时刻的位姿确定自动导引车当前时刻在环境中的位姿，实现自动导引车的定位。定位不仅确定自动导引车在环境中的位置，还确定自动导引车的姿态；\n[0044] 步骤三，操作人员通过调度系统呼叫最近的一个处于休眠状态的自动导引车；\n[0045] 步骤四，操作人员通过人机交互模块给自动导引车设定目标点；\n[0046] 步骤五，自动导引车在设定目标点后，自动规划出一条当前位置到目标点的最优路径；\n[0047] 步骤六，自动导引车根据规划出的路径，进行自主导航，到达目标点，完成相关任务。\n[0048] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。