CN108303985A - 一种园区无人运输车系统 - Google Patents

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郑锦航
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Abstract

本发明公开了一种园区无人运输车系统，包括应用模块、感知模块、决策模块和执行模块，其中：所述应用模块用于调度、监控园区无人运输车，并承担连接园区无人运输车与用户和管理员的责任，实现接收和派送快递或外卖的数据处理；所述应用模块包括远程服务器和车上客户端，所述远程服务器与车上客户端相连接，车上客户端与所述决策模块相连接，决策模块发送园区无人运输车的位置信息给车上客户端，车上客户端将此位置信息发送给远程服务器，远程服务器分析用户信息和园区无人运输车信息，再通过车上客户端将任务分配给园区无人运输车执行；本发明设计合理，结构简单，成本低，方便部署，提高工作效率，实用性强。

Description

一种园区无人运输车系统
技术领域
本发明涉及无人车技术领域，具体涉及一种园区无人运输车系统。
背景技术
随着电子商务的快速发展，网购和网上订外卖的人越来越多，但是，整个产业遇到很大的问题——劳动力密集导致效率低下且成本过高，特别是物流的最后一公里，目前主要是快递员和外卖员在园区内执行；随着人口老龄化和社会福利制度的完善，人力物力成本的不断增加，这种方式急需改变。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、成本低廉、方便部署、提高效率、实用性强的园区无人运输车系统。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种园区无人运输车系统，包括应用模块、感知模块、决策模块和执行模块，其中：
所述应用模块用于调度、监控园区无人运输车，并承担连接园区无人运输车与用户和管理员的责任，实现接收和派送快递或外卖的数据处理；所述应用模块包括远程服务器和车上客户端，所述远程服务器与车上客户端相连接，车上客户端与所述决策模块相连接，决策模块发送园区无人运输车的位置信息给车上客户端，车上客户端将此位置信息发送给远程服务器，远程服务器分析用户信息和园区无人运输车信息，再通过车上客户端将任务分配给园区无人运输车执行；
所述感知模块用于感知园区无人运输车周围的环境并将其数字化；所述感知模块包括摄像头模块和超声波雷达模块，所述摄像头模块为双目摄像头，设置在园区无人运输车车身的前部，用于检测园区无人运输车车身前方道路区域的图像数据；所述超声波雷达模块由多个超声波雷达组成，设置在园区无人运输车的前部和两侧壁，用于检测园区无人运输车车身前方及两侧区域的障碍物信息；
所述决策模块根据所述感知模块传来的信息并结合位置信息作出路径规划，同时决策模块负责园区无人运输车的安全功能、通讯功能和模式控制功能；所述决策模块包括惯性测量单元、卫星定位器和电子罗盘，所述惯性测量单元、卫星定位器和电子罗盘均安装在园区无人运输车的纵向轴后部，用于检测园区无人运输车车身位置信息和车身姿态信息；
所述执行模块对来自所述决策模块的信号准确执行，控制无人运输的行驶、制动、转向并及时反馈；所述执行模块包括底盘电机、转向系统、制动系统、驱动系统、储物柜和嵌入式处理器，其中，所述底盘电机和储物柜都设置在园区无人运输车上，所述嵌入式处理器的输入端与所述决策模块的输出端相连接，所述嵌入式处理器的输出端分别与所述转向系统、制动系统和驱动系统相连接，所述嵌入式处理器通过指令控制园区无人运输车的行驶、转向和制动；
所述感知模块与所述决策模块之间为串口通讯；所述决策模块的惯性测量单元和卫星定位器与所述决策模块之间为串口通讯。
优选地，所述执行模块的嵌入式处理器采用STM32F103系列嵌入式微处理器芯片。
优选地，所述执行模块的制动系统采用排气制动设备。
优选地，所述执行模块的转向系统采用电动助力转向设备。
优选地，所述执行模块的底盘电机采用有刷直流伺服电机或者三相直流无刷电机。
优选地，所述决策模块的惯性测量单元采用MPU6050系列三轴加速度计。
优选地，所述决策模块的卫星定位器采用NEO-7N UBLOX系列的GPS定位模块。
优选地，所述决策模块的电子罗盘采用HMC5883L系列的电子罗盘。
本发明的工作原理：
鉴于现有技术中的园区无人运输车的行驶路线相对固定，行驶速度相对缓慢，工作方式单一，本发明欲将人从这种重复性劳动中解放出来，并利用感知模块感知园区无人运输车车身周边的环境信息，绘制出可行道路，再利用惯性测量单元和卫星定位器获取园区无人运输车的位置姿态信息，通过决策模块规划出一条可供园区无人运输车行驶的轨迹，最后利用执行模块控制园区无人运输车车身的行驶动量和方向。
具体来说，园区无人运输车先由应用模块的车上客户端从远程服务器获取周围地图和节点列表，并利用串口通讯方式将园区无人运输车周围地图和节点列表传输到决策模块；之后由决策模块的惯性测量单元、卫星定位器和电子罗盘判断园区无人运输车的位置姿态信息，从而检查园区无人运输车是否在节点附近，若不在节点附近，判断是否在已知道路上，若在已知道路上，计算到达预计节点的距离，并进入路径规划阶段，若不在已知道路，报错重启；若在预计节点附近，进入路径规划阶段，其中，决策模块采用串口通讯方式将园区无人运输车的位置姿态信息传输到车上客户端。
车上客户端结合由决策模块和感知模块获得的信息从而生成园区无人运输车的行驶轨迹，其中，摄像头采用双目摄像头，车上客户端通过USB总线从摄像头中获得平面信息及深度信息，并通过深度学习语义分割算法分割出可行道路的信息，再通过立体视觉算法匹配得到正确的深度信息，构建园区无人运输车车身前方预设区域的立体模型；而超声波雷达采用超声波传感器阵列，车上客户端通过串口通讯从超声波雷达获得园区无人运输车车身前进方向的障碍物信息。
嵌入式处理器接收来自车上客户端的控制车辆行驶的指令，该控制园区无人运输车行驶的指令包括制动指令、转向指令和电机转速控制指令，上述指令经过嵌入式处理器处理后，分别向执行模块的制动系统、转向系统、驱动系统分别输出制动信号、转向信号、电机转速控制信号，其中，嵌入式处理器和制动系统、转向系统、驱动系统之间设置数模转换电路，用以将嵌入式处理器输出的电压信号转换成控制制动系统、转向系统、驱动系统的脉冲信号，从而控制底盘电机的制动、转向和转动速度。
执行模块的嵌入式处理器接收来自车上客户端的储物柜开关指令，经过嵌入式处理器处理后变为储物柜开关信号，控制储物柜的打开与关闭，当客户需要取货时，储物柜打开，当客户确认取货完毕后，储物柜自动关闭。
车上客户端从远程服务器更新路径节点列表，继续依照上述方式进入循环阶段，直至到达预定地点。车上客户端通知客户到达预定地点，得到客户的扫码确认后，打开储物柜卸货。客户从园区无人运输车取货后便回到起点重新进入上述配送过程。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
本发明设计合理，结构简单，成本低，方便部署，提高工作效率，实用性强；能为园区提供自动化无人运输服务，节省人力和时间，比传统人工运输提高效率，并且可以在任何时间段运行；本发明所提供的无人运输服务均有数据和信息查询功能，比传统人工运输更好管理。
附图说明
图1为本发明的系统原理示意图；
图2为本发明的具体控制系统框图；
图3为本发明的工作流程图。
图中附图标记为：1、应用模块；11、远程服务器；12、车上客户端；2、感知模块；21、摄像头；22、超声波雷达；3、决策模块；31、惯性测量单元；32、卫星定位器；33、电子罗盘；4、执行模块；41、底盘电机；42、制动系统；43、转向系统；44、储物柜；45、驱动系统；46、嵌入式处理器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1～3所示，一种园区无人运输车系统，包括应用模块1、感知模块2、决策模块3和执行模块4，其中：
所述应用模块1用于调度、监控园区无人运输车，并承担连接园区无人运输车与用户和管理员的责任，实现接收和派送快递或外卖的数据处理；所述应用模块1包括远程服务器11和车上客户端12，所述远程服务器11与车上客户端12相连接，车上客户端12与所述决策模块3相连接，决策模块3发送园区无人运输车的位置信息给车上客户端12，车上客户端12将此位置信息发送给远程服务器11，远程服务器11分析用户信息和园区无人运输车信息，再通过车上客户端12将任务分配给园区无人运输车执行；
所述感知模块2用于感知园区无人运输车周围的环境并将其数字化；所述感知模块2包括摄像头21模块和超声波雷达22模块，所述摄像头21模块为双目摄像头21，设置在园区无人运输车车身的前部，用于检测园区无人运输车车身前方道路区域的图像数据；所述超声波雷达22模块由多个超声波雷达22组成，设置在园区无人运输车的前部和两侧壁，用于检测园区无人运输车车身前方及两侧区域的障碍物信息；
所述决策模块3根据所述感知模块2传来的信息并结合位置信息作出路径规划，同时决策模块3负责园区无人运输车的安全功能、通讯功能和模式控制功能；所述决策模块3包括惯性测量单元31(IMU，Inertial Measurement Unit)、卫星定位器32和电子罗盘33，所述惯性测量单元31、卫星定位器32和电子罗盘33均安装在园区无人运输车的纵向轴后部，用于检测园区无人运输车车身位置信息和车身姿态信息；
所述执行模块4对来自所述决策模块3的信号准确执行，控制无人运输的行驶、制动、转向并及时反馈；所述执行模块4包括底盘电机41、转向系统43、制动系统42、驱动系统45、储物柜44和嵌入式处理器46，其中，所述底盘电机41和储物柜44都设置在园区无人运输车上，所述嵌入式处理器46的输入端与所述决策模块3的输出端相连接，所述嵌入式处理器46的输出端分别与所述转向系统43、制动系统42和驱动系统45相连接，所述嵌入式处理器46通过指令控制园区无人运输车的行驶、转向和制动；
所述感知模块2与所述决策模块3之间为串口通讯；所述决策模块3的惯性测量单元31和卫星定位器32与所述决策模块3之间为串口通讯。
鉴于现有技术中的园区无人运输车的行驶路线相对固定，行驶速度相对缓慢，工作方式单一，本发明欲将人从这种重复性劳动中解放出来，并利用感知模块2感知园区无人运输车车身周边的环境信息，绘制出可行道路，再利用惯性测量单元31和卫星定位器32获取园区无人运输车的位置姿态信息，通过决策模块3规划出一条可供园区无人运输车行驶的轨迹，最后利用执行模块4控制园区无人运输车车身的行驶动量和方向。
具体来说，园区无人运输车先由应用模块1的车上客户端12从远程服务器11获取周围地图和节点列表，并利用串口通讯方式将园区无人运输车周围地图和节点列表传输到决策模块3；之后由决策模块3的惯性测量单元31、卫星定位器32和电子罗盘33判断园区无人运输车的位置姿态信息，从而检查园区无人运输车是否在节点附近，若不在节点附近，判断是否在已知道路上，若在已知道路上，计算到达预计节点的距离，并进入路径规划阶段，若不在已知道路，报错重启；若在预计节点附近，进入路径规划阶段，其中，决策模块3采用串口通讯方式将园区无人运输车的位置姿态信息传输到车上客户端12。
车上客户端12结合由决策模块3和感知模块2获得的信息从而生成园区无人运输车的行驶轨迹，其中，摄像头21采用双目摄像头21，车上客户端12通过USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)总线从摄像头21中获得平面信息及深度信息，并通过深度学习语义分割算法分割出可行道路的信息，再通过立体视觉算法匹配得到正确的深度信息，构建园区无人运输车车身前方预设区域的立体模型；而超声波雷达22采用超声波传感器阵列，车上客户端12通过串口通讯从超声波雷达22获得园区无人运输车车身前进方向的障碍物信息。
嵌入式处理器46接收来自车上客户端12的控制车辆行驶的指令，该控制园区无人运输车行驶的指令包括制动指令、转向指令和电机转速控制指令，上述指令经过嵌入式处理器46处理后，分别向执行模块4的制动系统42、转向系统43、驱动系统45分别输出制动信号、转向信号、电机转速控制信号，其中，嵌入式处理器46和制动系统42、转向系统43、驱动系统45之间设置数模转换电路，用以将嵌入式处理器46输出的电压信号转换成控制制动系统42、转向系统43、驱动系统45的脉冲信号，从而控制底盘电机41的制动、转向和转动速度。
执行模块4的嵌入式处理器46接收来自车上客户端12的储物柜44开关指令，经过嵌入式处理器46处理后变为储物柜44开关信号，控制储物柜44的打开与关闭，当客户需要取货时，储物柜44打开，当客户确认取货完毕后，储物柜44自动关闭。
车上客户端12从远程服务器11更新路径节点列表，继续依照上述方式进入循环阶段，直至到达预定地点。车上客户端12通知客户到达预定地点，得到客户的扫码确认后，打开储物柜44卸货。客户从园区无人运输车取货后便回到起点重新进入上述配送过程。
其中，执行模块4的嵌入式处理器46可选用意法半导体(SGS-THOMSONMicroelectronics)公司的STM32F103系列嵌入式微处理器芯片，该系列的嵌入式微处理器芯片采用ARM Cortex-M3内核架构，最高工作频率达到72MHZ，在存储器的等待周期访问时可达1.25DMisp。
制动系统42采用排气制动设备(EVB，Exhaust Value Brake)，排气制动设备通过排气制动的方式控制扫地车车身的制动，并通过利用排气门在制动过程中被压力波自动打开的现象，增加一套控制排气门行程的机构，以实现排气门在发动机制动过程中保持打开一个空隙来提高发动机的制动效率。
转向系统43采用电动助力转向设备(EPS，Electric PowerSteering)，转向系统43由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统43所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮等一系列部件，既节省能量，又保护环境。
底盘电机41采用有刷直流伺服电机或者三相直流无刷电机。
惯性测量单元31采用InvenSense公司的MPU6050系列三轴加速度计，其角速度全格感测范围为±250°、±500°、±1000°与±2000°/sec(dps)，可准确追踪快速与慢速的动作，并且，用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g、±8g与±16g。
卫星定位器32采用NEO-7N UBLOX系列的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位模块，其具有高灵敏度、低功耗、小型化、其追踪灵敏度大大扩大了其定位的覆盖面的特点。
电子罗盘33采用霍尼韦尔(Honeywell)公司的HMC5883L系列的电子罗盘33，其包括高分辨率HMC118X系列磁阻传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使罗盘精度控制在1°～2°的12位模数转换器。
本发明设计合理，结构简单，成本低，方便部署，提高工作效率，实用性强；能为园区提供自动化无人运输服务，节省人力和时间，比传统人工运输提高效率，并且可以在任何时间段运行；本发明所提供的无人运输服务均有数据和信息查询功能，比传统人工运输更好管理。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种园区无人运输车系统，其特征在于，包括应用模块、感知模块、决策模块和执行模块，其中：
所述应用模块用于调度、监控园区无人运输车，并承担连接园区无人运输车与用户和管理员的责任，实现接收和派送快递或外卖的数据处理；所述应用模块包括远程服务器和车上客户端，所述远程服务器与车上客户端相连接，车上客户端与所述决策模块相连接，决策模块发送园区无人运输车的位置信息给车上客户端，车上客户端将此位置信息发送给远程服务器，远程服务器分析用户信息和园区无人运输车信息，再通过车上客户端将任务分配给园区无人运输车执行；
所述感知模块用于感知园区无人运输车周围的环境并将其数字化；所述感知模块包括摄像头模块和超声波雷达模块，所述摄像头模块为双目摄像头，设置在园区无人运输车车身的前部，用于检测园区无人运输车车身前方道路区域的图像数据；所述超声波雷达模块由多个超声波雷达组成，设置在园区无人运输车的前部和两侧壁，用于检测园区无人运输车车身前方及两侧区域的障碍物信息；
所述决策模块根据所述感知模块传来的信息并结合位置信息作出路径规划，同时决策模块负责园区无人运输车的安全功能、通讯功能和模式控制功能；所述决策模块包括惯性测量单元、卫星定位器和电子罗盘，所述惯性测量单元、卫星定位器和电子罗盘均安装在园区无人运输车的纵向轴后部，用于检测园区无人运输车车身位置信息和车身姿态信息；
所述执行模块对来自所述决策模块的信号准确执行，控制无人运输的行驶、制动、转向并及时反馈；所述执行模块包括底盘电机、转向系统、制动系统、驱动系统、储物柜和嵌入式处理器，其中，所述底盘电机和储物柜都设置在园区无人运输车上，所述嵌入式处理器的输入端与所述决策模块的输出端相连接，所述嵌入式处理器的输出端分别与所述转向系统、制动系统和驱动系统相连接，所述嵌入式处理器通过指令控制园区无人运输车的行驶、转向和制动；
所述感知模块与所述决策模块之间为串口通讯；所述决策模块的惯性测量单元和卫星定位器与所述决策模块之间为串口通讯。
2.根据权利要求1所述的园区无人运输车系统，其特征在于，所述执行模块的嵌入式处理器采用STM32F103系列嵌入式微处理器芯片。
3.根据权利要求1所述的园区无人运输车系统，其特征在于，所述执行模块的制动系统采用排气制动设备。
4.根据权利要求1所述的园区无人运输车系统，其特征在于，所述执行模块的转向系统采用电动助力转向设备。
5.根据权利要求1所述的园区无人运输车系统，其特征在于，所述执行模块的底盘电机采用有刷直流伺服电机或者三相直流无刷电机。
6.根据权利要求1所述的园区无人运输车系统，其特征在于，所述决策模块的惯性测量单元采用MPU6050系列三轴加速度计。
7.根据权利要求1所述的园区无人运输车系统，其特征在于，所述决策模块的卫星定位器采用NEO-7N UBLOX系列的GPS定位模块。
8.根据权利要求1所述的园区无人运输车系统，其特征在于，所述决策模块的电子罗盘采用HMC5883L系列的电子罗盘。
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