CN108803629B - 基于毫米波雷达的跟随搬运车及其控制方法 - Google Patents

基于毫米波雷达的跟随搬运车及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于毫米波雷达的跟随搬运车及其控制方法,该搬运车包括:车体和设置在车体上的货叉,搬运车上设有自主定位导航系统和跟随系统,自主定位导航系统包括:激光雷达;超声波障碍传感器;所述跟随系统包括:毫米波雷达传感器;可见激光投影器。该方法包括以下步骤:在无人驾驶模式下,自主定位导航系统根据指定的目的地规划行驶路径对车辆进行导航,其中,自主定位导航系统包括路径规划算法模块;其中,若跟随模式开启,跟随系统追踪锁定使用者,将追踪对象的位置作为自主定位系统路径规划的目的地;若跟随模式关闭,自主定位系统路径规划的目的地为预设的目的地。本发明的搬运车能够实现锁定使用者并跟随使用者行驶,行进路径灵活。

Description

基于毫米波雷达的跟随搬运车及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种具有跟随功能的叉车式无人搬运车,尤其涉及一种基于毫米波雷达的跟随搬运车及其空控制方法。
背景技术
为了实现大型室内场景中物资搬运的自动化、灵活化,无人搬运车常被用于在室内运送物资。常见无人搬运车系统往往需要沿着预设的路径朝着预设的目的地行驶,然而在实际应用中运送目的地可能随着使用者的需求随时变化,此时无人搬运车以跟随使用者行驶的方式更为灵活,一方面使用者无需用人力或通过驾驶来运送大型货物,另一方面无人搬运车又能准确及时的跟随使用者将货物送至使用者根据实际情况最终确定的目的地。为了实现对使用者的跟随,除了无人搬运车本身需具备避障行驶的能力,它同时还应有效的获取被跟随的使用者的实际方位。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种基于毫米波雷达的跟随搬运车,该搬运车能够实现锁定使用者并跟随使用者行驶,行进路径灵活。
本发明的目的还在于提供一种基于毫米波雷达的跟随搬运车的控制方法。
为了实现上述的目的,本发明的实施例公开了一种基于毫米波雷达的跟随搬运车,该搬运车包括:
车体和设置在车体上的货叉,搬运车上设有自主定位导航系统和跟随系统,所述自主定位导航系统包括:激光雷达,设置在车体前部、靠近地面处,用于对激光雷达扫描平面构建地图并定位导航;超声波障碍传感器,设置在货叉尖部两侧,用于感测车体两侧的障碍物;所述跟随系统包括:毫米波雷达传感器,用于侦测车体前方使用者状态及位置;可见激光投影器,用于向车体前方设定距离处地面投射标识图案以指示站位。
作为优选,车体上设有用于对搬运车有人驾驶模式或无人驾驶模式进行切换的手动操作部件。
作为优选,车体上设有用于触发跟随模式启动状态或关闭跟随模式的跟随模式启动按钮。
作为优选,车体上设有紧急停车按钮。
作为优选,激光雷达外侧设有防撞栏。
上述搬运车,设置了自主定位导航系统和跟随系统,能够实现锁定使用者并对其进行追踪,然后以锁定的使用者作为目的地实时规划车辆的行驶路径对其进行导航,使搬运车在无人驾驶模式下的行进路径更加灵活,满足用户需求。
本发明的实施例还公开了一种上述搬运车的控制方法,该方法包括以下步骤:
在无人驾驶模式下,自主定位导航系统根据指定的目的地规划行驶路径对车辆进行导航,其中,自主定位导航系统包括路径规划算法模块;
其中,若跟随模式开启,跟随系统追踪锁定使用者,将追踪对象的位置作为自主定位系统路径规划的目的地;
若跟随模式关闭,自主定位系统路径规划的目的地为预设的目的地。
作为优选,其中,所述跟随系统追踪锁定使用者,包括:
锁定使用者:
可见激光投影器向车体前方预设位置投射标识图案以指示站位;
毫米波雷达通过线性调频脉冲反射信号确定预设位置有反射对象;
预设位置反射对象保持相对静止一段时间以便毫米波雷达锁定;
追踪使用者:
锁定对象离开预定位置后,毫米波雷达通过预聚类算法追踪锁定对象之反射信号,实现对象追踪。
作为优选,车辆行进过程中,其他静止或移动物体可通过跟踪对象位置连续性及预聚类算法进行分辨排除。
上述自主定位导航系统通过路径规划算法模块实现自主定位导航,跟随系统通过毫米波雷达侦测并追踪使用者,基于运动模型进行跟踪路径规划,指导自主行驶系统跟踪使用者。
附图说明
图1是本发明中搬运车的结构示意图。
图2是本发明实施方式中跟随模式启用方式的示意图。
图3是本发明实施方式中跟随模式的控制流程图。
图4是本发明实施方式中跟随模式启用时雷达信号的示意图。
图5是本发明实施方式中跟随模式跟踪时雷达信号的示意图。
图6是本发明实施方式中跟随模式跟踪时有其它物体出现时仍继续跟踪原目标的雷达信号的示意图。
其中:1、手动操作部件,2、可见激光投影器,3、毫米波雷达传感器,4、跟随模式启动按钮,5、紧急停车按钮,6、激光雷达,7、防撞栏,8、障碍物传感器,10、同心圆状图案,14、预设参考点,15、雷达反射信号,16、其他静止或移动的人和物。
具体实施方式
下面结合附图对本专利的优选实施方案作进一步详细的说明。
如图1和图2所示的一种基于毫米波雷达的跟随搬运车,该搬运车包括:车体和设置在车体上的货叉,车体底部设有车轮或履带等驱动车体移动的行走装置,车体上安装有控制车辆运动状态的控制装置以及驱动行走装置动作的驱动装置,其中,驱动装置可以是电力驱动装置或液压驱动装置等常用动力装置。
搬运车上设有与控制装置连接的自主定位导航系统和跟随系统,所述自主定位导航系统包括:激光雷达6,设置在车体前部、靠近地面处,用于对激光雷达扫描平面构建地图并定位导航;于实施例中,激光雷达6外侧设有防撞栏7,防撞栏7是设置在激光雷达6外侧的一圈抗撞击结构,防撞栏7与激光雷达6之间留有一段距离,在搬运车发生碰撞时,能够先于激光雷达承受撞击,抵消冲击力,防止激光雷达损坏。自主定位导航系统还包括超声波障碍物传感器8,设置在货叉尖部两侧,用于感测车体两侧的障碍物,以提高转弯时的安全性与避障能力。所述跟随系统包括:毫米波雷达传感器3,用于侦测车体前方使用者状态及位置,所述的使用者状态指的是使用者停止或移动状态;可见激光投影器2,用于向车体前方设定距离处地面投射标识图案以指示站位;于实施例中,可见激光投影器2投射的是红色可见光,在车体前方1米处地面形成同心圆图案10以指示站位。
本实施例中,车体上设有用于对搬运车有人驾驶模式或无人驾驶模式进行切换的手动操作部件1,该手动操作部件1为设置在车体顶部的操作手柄,当手操手柄被按下,与车体顶面夹角小于45度时,手操模式将被激活,所有自动行驶及跟踪功能均被禁用,手操手柄复位时,上述功能自动启用,开启无人驾驶模式。进一步,本实施例中的搬运车在无人驾驶模式下还可以根据实际工作场景的需要,开启或关闭自动跟随模式来提供多种运动模式的选择,并设置跟随模式启动按钮来开启或关闭跟随模式按钮4,并将其设置在车体顶部。本实施例中,毫米波雷达传感器3、可见激光投影器2、手动操作部件1和跟随模式启动按钮4设置在车体顶部,能够防止由于搬运车在行驶过程中出现碰撞而损坏上述部件。
作为优选,车体上设有紧急停车按钮5,本实施例中,毫米波雷达传感器3和可见激光投影器2设置在车体顶部右前端,紧急停车按钮5设置在车体前部左前端,位于车体上便于人体操作的位置。例如在搬运车采用电力驱动装置的情况下,当紧急停车按钮被按下时,全车断电,车体行走装置被锁死。
上述搬运车,在有人驾驶模式下,自主定位系统和跟随系统关闭,需要使用者驾驶搬运车来控制搬运车的行驶路径;在无人驾驶模式下,有两种工作方式:一、自主定位导航系统工作,跟随系统关闭,车辆沿预设的行驶路径朝预设的目的地行驶;二、自主定位导航系统和跟随系统同时工作,跟随系统会追踪锁定使用者,且自主定位导航系统会实时进行车辆的跟踪路径规划。
如图3-6所示,本实施例提供了适用于上述搬运车的控制方法,该控制方法包括以下步骤:
首先判断是否在无人驾驶模式下;在无人驾驶模式下,自主定位导航系统根据指定的目的地规划行驶路径对车辆进行导航,其中,自主定位导航系统包括路径规划算法模块;本实施例中,路径规划算法模块采用SLAM算法实现自主定位导航。
然后判断是否开启跟随模式,在跟随模式开启或关闭的两种运动模式下,自主定位导航系统中路径规划算法模块中目的地的获取方式有所不同。其中,若跟随模式开启,跟随系统追踪锁定使用者,将追踪对象的位置作为自主定位系统路径规划的目的地;若跟随模式关闭,自主定位系统路径规划的目的地为预设的目的地。此处的预设的目的地,可以是实现输入到路径规划算法模块的目的地,该目的地在本次车辆行驶过程中不会出现变化。
其中,所述跟随系统追踪锁定使用者,包括:
锁定使用者:
可见激光投影器向车体前方预设位置投射标识图案以指示站位;
毫米波雷达通过线性调频脉冲反射信号确定预设位置有反射对象;
预设位置反射对象保持相对静止一段时间以便毫米波雷达锁定;
本实施例中,红色激光投影器2会投射红色激光9至车体前方1米处地面形成同心圆状图案10,此时使用者需站在同心圆状图案处保持位置5秒以上,毫米波雷达3通过毫米波侦测到使用者并进行目标锁定,系统确认锁定成功后红色激光同心圆图案会持续闪烁1秒提示已成功进入跟随模式。
追踪使用者:
锁定对象离开预定位置后,毫米波雷达通过预聚类算法追踪锁定对象之反射信号,实现对象追踪。
在锁定追踪对象后,锁定对象可开始随意行走,毫米波雷达系统会追踪锁定使用者并指示路径规划以及定位导航模块驱动搬运车实现跟踪行驶。
上述方法中,车辆行进过程中,目标一经锁定不会受到其他移动的人和物的干扰。在方法实现时,其他静止或移动的人和物可通过跟踪对象位置连续性及预聚类算法进行分辨排除。
如图4-6表示本实施例的雷达信号处理过程。当使用者移动到雷达探测范围内时,雷达会侦测到使用者的雷达反射信号15,当如图4预设参考点14出出现反射信号并停留超过5秒后,雷达将认为跟踪目标出现并锁定进入跟踪模式。当如图5使用者开始移动时,雷达会锁定跟踪其反射信号聚类形成的簇,并将其位置发送给导航系统,此时雷达信号中其他的反射信号16并不会被跟踪。即使当如图6中雷达与使用者中间有其他物体16阻挡时,雷达仍能根据位置连续性持续跟踪使用者15。
本实施例中的自主定位导航系统通过安装于车体前部贴近地面位置的激光雷达与货叉尖部两侧的超声波障碍物传感器,借助改良SLAM算法实现自主定位导航;跟随系统通过毫米波雷达侦测并追踪使用者,基于运动模型进行跟踪路径规划,指导自主行驶系统跟踪使用者。本发明采用的毫米波雷达追踪算法能处理多目标多物体,探测距离远达数十米,因此目标一经锁定不会受到其他移动的人和物的干扰。

Claims (6)

1.一种基于毫米波雷达的跟随搬运车,包括车体和设置在车体上的货叉,其特征在于,搬运车上设有自主定位导航系统和跟随系统,
所述自主定位导航系统包括:
激光雷达,设置在车体前部、靠近地面处,用于对激光雷达扫描平面构建地图并定位导航;
超声波障碍传感器,设置在货叉尖部两侧,用于感测车体两侧的障碍物;
所述跟随系统包括:
毫米波雷达传感器,用于通过线性调频脉冲反射信号确定预设位置有反射对象;在检测到预设位置反射对象保持相对静止一段时间后锁定该对象,锁定对象离开预定位置后,毫米波雷达通过预聚类算法追踪锁定对象之反射信号,实现对象追踪;并在车辆行进过程中,通过跟踪对象位置连续性及预聚类算法分辨排除其他静止或移动物体;
可见激光投影器,用于向车体前方设定距离处地面投射标识图案以指示站位。
2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的跟随搬运车,其特征在于,车体上设有用于对搬运车有人驾驶模式或无人驾驶模式进行切换的手动操作部件。
3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的跟随搬运车,其特征在于,车体上设有用于触发跟随模式启动状态或关闭跟随模式的跟随模式启动按钮。
4.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的跟随搬运车,其特征在于,车体上设有紧急停车按钮。
5.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的跟随搬运车,其特征在于,激光雷达外侧设有防撞栏。
6.如权利要求1-5中任一项所述的基于毫米波雷达的跟随搬运车的控制方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
在无人驾驶模式下,自主定位导航系统根据指定的目的地规划行驶路径对车辆进行导航,其中,自主定位导航系统包括路径规划算法模块;
其中,若跟随模式开启,跟随系统追踪锁定使用者,将追踪对象的位置作为自主定位系统路径规划的目的地;
若跟随模式关闭,自主定位系统路径规划的目的地为预设的目的地;
所述跟随系统追踪锁定使用者,包括:
可见激光投影器向车体前方预设位置投射标识图案以指示站位;
毫米波雷达通过线性调频脉冲反射信号确定预设位置有反射对象;
预设位置反射对象保持相对静止一段时间以便毫米波雷达锁定;
追踪使用者:
锁定对象离开预定位置后,毫米波雷达通过预聚类算法追踪锁定对象之反射信号,实现对象追踪;
在车辆行进过程中,通过跟踪对象位置连续性及预聚类算法分辨排除其他静止或移动物体。
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