CN110884488B - 自动驾驶工程车辅助定位系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动驾驶工程车辅助定位系统及其使用方法，包括通信装置、感知模块、决策模块、人机交互系统；通信装置，分别设置于挖机驾驶室和自动驾驶工程车内，用于实现决策系统和人机交互系统的之间的通讯；人机交互系统设置于挖机驾驶室内，用于接收外部控制指令，并通过通信装置将外部指令发送至决策模块；感知模块，用于获取驾驶环境信息和挖机位置和姿态信息并发送至决策模块；决策模块根据挖机位置和姿态信息、驾驶环境信息、外部控制命令规划自动驾驶工程车的行驶路径并驱动自动驾驶工程车的运动。本发明提高了车辆驾驶自动化程度，提升了作业效率。

Description

自动驾驶工程车辅助定位系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及自动驾驶领域，具体涉及一种自动驾驶工程车辅助定位系统及其使用方法。

背景技术

工程车在矿山、基坑等封闭环境作业，运输过程工况相对简单，目前已实际落地的自动驾驶车辆在矿区、基坑的应用主要为装卸载点间的物料转运。自动驾驶主要技术方案为通过对车辆的电控底盘改造，实现对车辆转向、制动、加速、减速、倒车等控制，并增加毫米波雷达、激光雷达、视觉设备等感知设备，探知行驶环境并实现避障，借助本地或远程路径规划，车辆在运输区间内实现自动驾驶。相对于运输过程，装载区实现车辆自动操纵则较为困难。矿山、基坑装载区内环境复杂多变，装载区域会随着装载工作的进展而不断发生变化，自动驾驶车辆每次装载过程中都需要根据挖机的位置来调整车辆相对挖机的安全停靠位置。目前在装载区域内的自动驾驶控制，或采用人工替代驾驶的方式，或采用固定自动驾驶车辆停靠区域后挖机移动至停车区域装载的方式，降低了自动化程度。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种自动驾驶工程车辅助定位系统及其使用方法，提高了车辆驾驶自动化程度，提升了作业效率。

本发明提供了一种自动驾驶工程车辅助定位系统，其特征在于包括通信装置、感知模块、决策模块、人机交互系统；

通信装置，分别设置于挖机驾驶室和自动驾驶工程车内，用于实现决策系统和人机交互系统的之间的通讯；

人机交互系统设置于挖机驾驶室内，用于接收外部控制指令，并通过通信装置将外部指令发送至决策模块；

感知模块，用于获取驾驶环境信息和挖机位置和姿态信息并发送至决策模块；

决策模块根据挖机位置和姿态信息、驾驶环境信息、外部控制命令规划自动驾驶工程车的行驶路径并驱动自动驾驶工程车的运动。

上述技术方案中，还包括状态指示灯，所述状态指示灯设置于自动驾驶工程车的车顶；决策模块根据自动驾驶工程车的运行状态点亮不同颜色的状态指示灯。

上述技术方案中感知模块包括传感器、图像标识和车载摄像头；

图像标识以图像编码的方式表征挖机部件以及该部件相对挖机驾驶室坐标信息，图像标识由特殊反光材料制成，每个图像标识都配有对应的灯光辅助装置；灯光辅助装置用于辅助照亮图像标识；

车载摄像头，用于获取图像标识和驾驶环境的影像；

传感器设置于自动驾驶工程车上，用于获取自动驾驶工程车周围的环境信息。

上述技术方案中，感知模块提取车载摄像头获取的影像信息中的标识信息以及环境信息，并综合传感器获取的环境信息，判断挖机停靠的相对位置和姿态和驾驶环境信息并将其发送至决策模块。

上述技术方案中，决策模块根据自动驾驶工程车与挖机的安全距离、自动驾驶工程车的尺寸范围、驾驶环境信息，规划自动驾驶工程车相对挖机的安全停靠区域及航向角，以及对应的行驶轨迹。

上述技术方案中，决策模块根据感知模块对行驶环境进行判断并实时调节行驶轨迹，驱动自动驾驶工程车的控制系统实现车辆行驶、挂空挡及驻车制动。

上述技术方案中，人机交互系统接收到来自外部的准许进入装载区域的确认指令后，开启图像标识的灯光辅助装置。

上述技术方案中，人机交互系统接收到来自外部的装载完成的确认指令后，通过通信装置将该确认指令发送至决策模块，决策模块接收到该确认指令后驱动自动驾驶工程车驶离装载区域。

上述技术方案中，人机交互系统接收到要求重新规划路线的外部指令后，通过通信装置将该外部指令发送至决策模块，决策模块接收到该外部指令后驱动自动驾驶工程车停车并重新规划路线

上述技术方案中，感知模块无法检测到标识或者其他错误信息时，反馈报错信息至决策模块，决策模块驱动指定的状态指示灯点亮。

本发明提供了一种自动驾驶工程车辅助定位系统的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

a.自动驾驶车辆停止在装载等待区域，决策模块通过通信装置向人机交互系统发送等待装载的请求，同时决策模块驱动状态指示灯开启的等待状态的指定色；

b.人机交互系统接收挖机操作员的准许进入装载区域的确认指令后，开启图像标识的灯光辅助装置；并通过通信装置向决策系统发送准许进入的应答；

c.决策模块接收到准许进入的应答后，通过感知模块获取挖机停靠的相对位置和姿态以及驾驶环境信息，根据自动驾驶工程车与挖机的安全距离、自动驾驶工程车的尺寸范围，规划自动驾驶工程车相对挖机的安全停靠区域及航向角，以及对应的行驶轨迹；如挖机无法检测到图像标识或者其他错误信息，决策模块驱动状态指示灯开启的故障状态的指定色，提示挖机操作员应重新调整挖机车身状态，待挖机调整完毕后重复步骤b；

d.决策模块完成行驶轨迹的路径规划完成后，决策模块驱动状态指示灯开启的行驶状态的指定色；决策模块根据感知模块对行驶环境进行判断实时调节行驶轨迹，并驱动自动驾驶工程车的控制系统实现车辆行驶至规划区域内，并控制控制系统系统实现挂空挡及驻车制动，等待挖机装载；

e.人机交互系统接收到来自挖机操作人员的要求重新规划路线的指令后，通过通信装置将该指令发送至决策模块，决策模块接收到该指令后驱动自动驾驶工程车停车并重新规划路线，直至驶入预设区域；

f.人机交互系统接收外部的装载完成的确认指令后，通过通信装置将确认指令发送至决策模块，决策模块接收到确认指令后驱动自动驾驶工程车驶离装载区域。。

本发明克服了自动驾驶车辆对于挖机位置无法准确识别的缺陷，针对不同矿区、基坑使用的挖机种类不同，只需将图像标识安装在对应的挖机部件上，即刻基于图像编码解码的方式识别及计算挖机与自动驾驶车辆相对位置，具有良好的适应性。通过挖机上的通信装置，实现挖机在装载区域内与自动驾驶车辆的信息交互，提高了车辆驾驶自动化程度，有效缩短了在装载区内的无效时间，提升了作业效率。本发明采用如上所述的装置，实现自动驾驶工程车在装载区域内的自动操作的方法。

附图说明

图1是本发明示意图；

图2是本发明通信装置的控制示意图

图3是本发明建议的图像标识形式及编码信息

图4是本发明图像标识安装区域示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，本发明提供了一种自动驾驶工程车辅助定位系统，其特征在于通信装置、图像标识、感知模块、决策模块；

通信装置设置于挖机驾驶室和自动驾驶工程车内，用于实现挖机驾驶室和自动驾驶工程车之间的通讯；挖机驾驶室内还设置有人机交互系统，用于接收要求重新规划路线的外部指令，并通过通信装置将外部指令发送至决策模块，决策模块接收到外部指令后驱动自动驾驶工程车停车并重新规划路线；同时人机交互系统接收外部的装载完成的确认指令，并通过通信装置将确认指令发送至决策模块，决策模块接收到确认指令后驱动自动驾驶工程车驶离装载区域；同时人机交互系统接收准许进入装载区的外部指令，并发送至决策模块允许其驱动自动驾驶工程车进入装载区域，如图2所示。人机交互系统的设置使得挖机驾驶人员对自动驾驶的过程具有可控性，进一步提高了安全性。

图像标识设置于挖机车身；图像标识利用图像编码方式，将挖机部件、该部件相对驾驶室坐标信息以图像编码的方式表征为不同的图像标识，如图3所示。图像标识由特殊反光材料制成，每个图像标识都配有对应的灯光辅助装置。图像标识在挖机上布置推荐区域如图4所示。在挖机发出准许进入装载区指令后，灯光辅助装置自动打开，自动驾驶车辆可通过车载摄像头检测到该标识，通过解算算法来获取对应的部件及其位置坐标，用于计算挖机的相对位置及安全停靠区域的规划。当挖机发送装载完成指令后，灯光辅助装置自动关闭。图像标识的设置进一步便于决策模块识别，提高了系统的运转效率。

上述技术方案中，还包括状态指示灯，所述状态指示灯设置于自动驾驶工程车的车顶；用于在装载、卸载区域指示自动驾驶状态。自动驾驶车辆根据自车定位系统判断车辆位置，在进入装载等待区，未接收到挖机发送的进入等待请求时，黄色状态灯亮；在装载区域内，自动驾驶车辆运行异常时，红色状态灯点亮；装载区域内正常行驶时，绿色状态灯点亮。该状态指示灯可由三种不同颜色的发光装置组成，或者一种能够发出三种不同颜色光的发光装置组成。状态指示灯便于挖机驾驶人员观察了解自动驾驶工程车的运行状态，保证两种设备之间的实时信息反馈，保证了工作效率。

感知模块设置于自动驾驶工程车内，检测图像标识并将获取的标识信息发送至决策模块；所述感知模块包括车载摄像头，用于获取图像标识和行驶环境的影像。感知模块还包括传感器，传感器用于获取自动驾驶工程车的所在环境信息。感知模块提取影像信息中的图像标识信息和环境信息，并结合传感器获得的环境信息生成挖机位置和姿态信息以及驾驶环境信息发送至决策模块。

决策模块判断挖机停靠的相对位置，根据自动驾驶工程车与挖机的安全距离、自动驾驶工程车的尺寸范围，规划自动驾驶工程车相对挖机的安全停靠区域及航向角，以及对应的行驶轨迹。决策模块实时根据感知模块对行驶环境进行判断并调节行驶轨迹后，并驱动自动驾驶工程车的控制系统实现车辆行驶、挂空挡及驻车制动。

上述技术方案中，感知模块无法检测到标识或者其他错误信息时，反馈报错信息至决策模块，决策模块驱动指定的状态指示灯点亮，即红灯。

所述自动驾驶工程车辅助定位系统的使用方法，具体包括以下步骤：

1、自动驾驶车辆停止在装载等待区域，决策模块通过自动驾驶车辆通信设备向挖机发送等待装载的请求，同时决策系统控制车辆灯光系统，开启自动驾驶工程车的状态指示灯(黄色)；

2、挖机操作员检测到状态指示灯(黄色)开启后，调整挖机姿态，控制挖机底盘与挖机驾驶室处于中心平行并将安装标识测朝向自动驾驶车辆。调整完毕后，挖机操作员通过人机交互系统操作，通过通信装置向自动驾驶工程车的决策模块发送准许进入装载区域的应答，人机交互系统根据应答操作开启图像标识的灯光照明装置；

3、自动驾驶工程车接收到准许进入的应答后，通过安装在自动驾驶工程车的感知模块，检测车身标识并获取驾驶环境信息；决策模块根据检测到的标识信息，判断挖机停靠的相对位置和姿态，根据车辆与挖机的安全距离、车辆的尺寸范围，规划车辆相对挖机的安全停靠区域及航向角，以及对应的行驶轨迹。如果无法检测到标识或者其他错误信息，自动驾驶工程车的决策模块将驱动状态指示灯点亮红色状态灯信息，此时操作员应重新调整挖机状态，重复步骤2，路径规划成功后，自动驾驶车辆自动关闭红色指示灯。

4、决策模块完成路径规划后，驱动状态指示灯点亮绿色状态灯，结合感知模块进行行驶环境判断，通过决策模块进行规划并自动行驶至规划区域内，并控制控制系统系统实现挂空挡及驻车制动，等待挖机装载。自动驾驶车辆驶向挖机的过程中，挖机操作员在认为存在碰撞危险的情况下，可以通过人机交互系统发送重新规划的命令，决策模块在接收到命令后驱动车辆控制系统即刻停车，并重新规划路线，直至驶入规划区域。

5、装载完成后，挖机通过人机交互系统下发装载完成信息，决策模块接收到上述信息后驱动车辆控制系统实现车辆挂挡，驶离装载区域。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种自动驾驶工程车辅助定位系统，其特征在于包括通信装置、感知模块、决策模块和人机交互系统；

通信装置，分别设置于挖机驾驶室和自动驾驶工程车内，用于实现决策模块和人机交互系统的之间的通讯；

人机交互系统设置于挖机驾驶室内，用于接收外部控制指令，并通过通信装置将外部控制指令发送至决策模块；

感知模块，用于获取驾驶环境信息和挖机位置和姿态信息并发送至决策模块；

决策模块根据挖机位置和姿态信息、驾驶环境信息、外部控制命令规划自动驾驶工程车的行驶路径并驱动自动驾驶工程车的运动；

所述自动驾驶工程车辅助定位系统的使用方法，包括以下步骤：

a.自动驾驶工程车停止在装载等待区域，决策模块通过通信装置向人机交互系统发送等待装载的请求，同时决策模块驱动状态指示灯开启等待状态的指定色；

b.人机交互系统接收挖机操作员的准许进入装载区域的确认指令后，开启图像标识的灯光辅助装置；并通过通信装置向决策模块发送准许进入的应答；

c.决策模块接收到准许进入的应答后，通过感知模块获取挖机停靠的相对位置和姿态以及驾驶环境信息，根据自动驾驶工程车与挖机的安全距离和自动驾驶工程车的尺寸范围，规划自动驾驶工程车相对挖机的安全停靠区域及航向角，以及对应的行驶轨迹；如挖机无法检测到图像标识，决策模块驱动状态指示灯开启故障状态的指定色，提示挖机操作员应重新调整挖机车身状态，待挖机调整完毕后重复步骤b；

d.决策模块完成行驶轨迹的路径规划完成后，决策模块驱动状态指示灯开启行驶状态的指定色；决策模块根据感知模块对行驶环境进行判断实时调节行驶轨迹，并驱动自动驾驶工程车的控制系统实现车辆行驶至安全停靠区域内，并控制控制系统实现挂空挡及驻车制动，等待挖机装载；

e.人机交互系统接收到来自挖机操作员的要求重新规划路线的指令后，通过通信装置将该指令发送至决策模块，决策模块接收到该指令后驱动自动驾驶工程车停车并重新规划路线，直至驶入安全停靠区域；

f.人机交互系统接收外部的装载完成的确认指令后，通过通信装置将确认指令发送至决策模块，决策模块接收到确认指令后驱动自动驾驶工程车驶离装载区域。

2.根据权利要求1所述自动驾驶工程车辅助定位系统，其特征在于还包括状态指示灯，所述状态指示灯设置于自动驾驶工程车的车顶；决策模块根据自动驾驶工程车的运行状态点亮不同颜色的状态指示灯。

3.根据权利要求2所述自动驾驶工程车辅助定位系统，其特征在于感知模块包括传感器、图像标识和车载摄像头；

图像标识以图像编码的方式表征挖机部件以及该部件相对挖机驾驶室坐标信息，图像标识由特殊反光材料制成，每个图像标识都配有对应的灯光辅助装置；灯光辅助装置用于辅助照亮图像标识；

车载摄像头，用于获取图像标识和驾驶环境的影像；

传感器设置于自动驾驶工程车上，用于获取自动驾驶工程车周围的环境信息。

4.根据权利要求3所述自动驾驶工程车辅助定位系统，其特征在于感知模块提取车载摄像头获取的影像信息中的图像标识以及环境信息，并综合传感器获取的环境信息，判断挖机停靠的相对位置和姿态、驾驶环境信息并将其发送至决策模块。

5.根据权利要求4所述自动驾驶工程车辅助定位系统，其特征在于决策模块根据自动驾驶工程车与挖机的安全距离和自动驾驶工程车的尺寸范围和驾驶环境信息，规划自动驾驶工程车相对挖机的安全停靠区域及航向角，以及对应的行驶轨迹；通过感知模块对行驶环境进行判断并实时调节行驶轨迹，驱动自动驾驶工程车的控制系统实现车辆行驶、挂空挡及驻车制动。

6.根据权利要求5所述自动驾驶工程车辅助定位系统，其特征在于人机交互系统接收到来自外部的准许进入装载区域的确认指令后，开启图像标识的灯光辅助装置。

7.根据权利要求6所述自动驾驶工程车辅助定位系统，其特征在于人机交互系统接收到来自外部的装载完成的确认指令后，通过通信装置将该确认指令发送至决策模块，决策模块接收到该确认指令后驱动自动驾驶工程车驶离装载区域。

8.根据权利要求7所述自动驾驶工程车辅助定位系统，其特征在于人机交互系统接收到要求重新规划路线的外部控制指令后，通过通信装置将该外部控制指令发送至决策模块，决策模块接收到该外部控制指令后驱动自动驾驶工程车停车并重新规划路线。

9.根据权利要求8所述自动驾驶工程车辅助定位系统，其特征在于感知模块无法检测到图像标识时，反馈报错信息至决策模块，决策模块驱动指定的状态指示灯点亮。

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