CN112631264A - 一种牵引式无人驾驶人机交互控制系统及装置 - Google Patents
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Abstract
一种牵引式无人驾驶人机交互控制系统，包括工业控制器、人脸识别验证单元，用于验证操作人员是否有操作资格；无线控制单元，用于操作人员进行远程人工控制无人驾驶牵引车的运动；显示交互单元，用于所述无人驾驶牵引车状态显示及任务交互，所述人脸识别单元、无线控制单元和显示交互单元均与工业控制器电连接。本发明可为操作人员提供从无人驾驶停止位到达货物装卸位的高灵敏度人工遥控功能，使无人驾驶牵引车能够进入装卸车间内部等受环境及空间限制无人驾驶无法通行的区域，提高装卸货效率；也可在紧急情况下使用遥控装置将无人驾驶车辆驶离运输道路。
Description
技术领域
本发明涉及一种牵引式无人驾驶人机交互控制系统及装置。用于运营环境下操作人员在装货、卸货时与无人驾驶牵引车之间的人机交互，包括远程遥控、操作人员身份识别、状态及任务指令交互等。
背景技术
目前，机场、码头、工业园区及货物站为解决人工运输货物造成的人工成本过高、工作强度过大等问题，采用无人驾驶方案完成半封闭环境下的货物运输。但受装货、卸货区域环境、货物种类繁杂等诸多限制，在装货及卸货环节仍需要人工完成。无人驾驶牵引车完成货物自动运输到达指定地点后，需要与现场操作人员进行交互，由操作人员进行遥控等操作完成货物的装卸，并对无人驾驶牵引车下达下一阶段任务。因此，完善的人机交互控制系统对于牵引式无人驾驶车辆是必不可少的。
发明内容
本发明的目的是针对牵引式无人驾驶系统的人工操作与无人操作之间切换问题，提供一种牵引式无人驾驶人机交互控制系统及装置。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种牵引式无人驾驶人机交互控制系统，包括工业控制器、人脸识别验证单元，用于验证操作人员是否有操作资格；无线控制单元，用于操作人员进行远程人工控制无人驾驶牵引车的运动；显示交互单元，用于所述无人驾驶牵引车状态显示及任务交互，所述人脸识别单元、无线控制单元和显示交互单元均与工业控制器电连接。
所述人脸识别验证单元包括视觉传感器，所述视觉传感器及补光灯安装于驾驶位舱外，通过USB3.0接口与所述安装于驾驶舱内的工业控制器进行数据交互；
所述人脸识别验证单元还包括补光灯，所述补光灯与控制器连接。
所述无线控制单元包括2.4G手持无线控制终端、2.4G无线信号接收器；所述手持无线控制终端位于驾驶舱内，其通过2.4G信号与固定于驾驶舱内的所述2.4G无线接收器进行无线数据交互，所述所述工业控制器位于驾驶舱内，与2.4G无线接收器通过以太网口TCP协议进行数据交互。
所述2.4G手持无线控制终端包括按键锁定旋钮，用于锁定或解锁无线控制终端；前进、后退按钮，用于控制所述无人驾驶牵引车的前进、后退；横向拨杆，用于控制所述无人驾驶牵引车前轮转向幅度；紧急停止按钮，用于控制所述无人驾驶牵引车紧急制动；所述按键锁定按钮处于锁定位时，无线控制终端所有按键无响应且中断与工业控制器间数据传输。
所述显示交互单元包括触摸屏，触摸屏通过HDMI视频接口与工业控制器进行数据交互；所述触摸屏安装于驾驶位外，操作人员站在无人驾驶牵引车旁进行触摸操作。
所述触摸屏显示内容包括无人驾驶牵引车电量、预计可续航里程、当前控制器所处状态、故障信息、下阶段任务路线及预计里程；触摸控制选项包括模式切换、无人驾驶牵引车所携带托盘数量、任务确认、任务执行。
一种存储装置，其中存储有多条程序，所述程序适用于由处理器加载并执行以实现所述的牵引式无人驾驶人机交互控制系统。
一种处理装置，包括处理器，适用于执行各条程序；所述程序适用于有处理器加载并执行以实现所述的牵引式无人驾驶人机交互控制系统。
本发明的有益效果：（1）本发明可为操作人员提供从无人驾驶停止位到达货物装卸位的高灵敏度人工遥控功能，使无人驾驶牵引车能够进入装卸车间内部等受环境及空间限制无人驾驶无法通行的区域，提高装卸货效率；也可在紧急情况下使用遥控装置将无人驾驶车辆驶离运输道路。
（2）该显示交互单元为操作人员提供了简洁图形化路线说明、状态显示及行为确认按钮，操作人员可通过简易的图形化信息了解车辆当前状态，并通过按钮进行人工、无人操作间切换及目的地路线的信息确认，有效的提高了人机交互的便利性。
（3）该人脸识别单元通过人脸识别技术对操作人员进行资质及操作授权检测，仅允许已授权的操作人员进行人工操作，对操作人员进行了有效管控，提高了安全性。
附图说明
图1为本发明实施提供的牵引式无人驾驶人机交互控制系统及装置的结构框图；
图2为本发明实施提供的人脸识别匹配流程图；
图3为本发明实施提供的无线控制流程图。
图4为本发明实施提供的数据处理及显示流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
应该指出，以下详细说明都是例式性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的技术含义相同。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种牵引式无人驾驶人机交互控制系统，包括工业控制器、人脸识别验证单元，用于验证操作人员是否有操作资格；无线控制单元，用于操作人员进行远程人工控制无人驾驶牵引车的运动；显示交互单元，用于所述无人驾驶牵引车状态显示及任务交互，所述人脸识别单元、无线控制单元和显示交互单元均与工业控制器电连接。
所述人脸识别验证单元包括视觉传感器，所述视觉传感器及补光灯安装于驾驶位舱外，通过USB3.0接口与所述安装于驾驶舱内的工业控制器进行数据交互；
所述人脸识别验证单元还包括补光灯，所述补光灯与控制器连接。视觉传感器根据周围环境情况，检测是否有操作人员进行面部识别认证、是否需要开启补光灯。所述周围环境情况包括视觉传感器前方是否有面部靠近、靠近人员是否需要进行面部识别、环境光是否充足。若所述周围环境情况检测到有人员靠近且需要进行面部识别认证，则自动开启面部识别验证算法并根据面部多点比对进行面部匹配验证。若所述周围环境昏暗，则自动开启补光灯进行补光。若面部匹配验证失败，则在显示交互系统中显示匹配失败信息，并记录验证失败发生时所处地点、时间及被验证人员面部图像。若面部匹配验证成功，则解锁所述无人驾驶舱门，并在显示交互系统中显示成功解锁信息及相关操作选型。
所述无线控制单元包括2.4G手持无线控制终端、2.4G无线信号接收器；所述手持无线控制终端位于驾驶舱内，其通过2.4G信号与固定于驾驶舱内的所述2.4G无线接收器进行无线数据交互，所述所述工业控制器位于驾驶舱内，与2.4G无线接收器通过以太网口TCP协议进行数据交互。
所述2.4G手持无线控制终端包括按键锁定旋钮，用于锁定或解锁无线控制终端；前进、后退按钮，用于控制所述无人驾驶牵引车的前进、后退；横向拨杆，用于控制所述无人驾驶牵引车前轮转向幅度；紧急停止按钮，用于控制所述无人驾驶牵引车紧急制动；所述按键锁定按钮处于锁定位时，无线控制终端所有按键无响应且中断与工业控制器间数据传输。
所述显示交互单元包括触摸屏，触摸屏通过HDMI视频接口与工业控制器进行数据交互；所述触摸屏安装于驾驶位外，操作人员站在无人驾驶牵引车旁进行触摸操作。
所述触摸屏显示内容包括无人驾驶牵引车电量、预计可续航里程、当前控制器所处状态（人工、自动）、故障信息、下阶段任务路线及预计里程；触摸控制选项包括模式切换（人工、自动）、无人驾驶牵引车所携带托盘数量、任务确认、任务执行。
一种存储装置，其中存储有多条程序，所述程序适用于由处理器加载并执行以实现所述的牵引式无人驾驶人机交互控制系统。
一种处理装置，包括处理器，适用于执行各条程序；所述程序适用于有处理器加载并执行以实现所述的牵引式无人驾驶人机交互控制系统。
本发明实施例还提供了基于上述系统的使用方法，包括以下步骤：
1) 操作人员靠近并正面面对所述视觉传感器及补光灯2，所述人脸识别验证系统及装置1将根据数据库进行面部身份比对，若比对成功，驾驶舱门将自动解锁；若比对失败，驾驶舱门保持锁闭状态。
2) 身份验证成功后，操作人员根据所述显示屏11提示将系统切换至人工驾驶模式，并从驾驶舱内取出所述无线控制系统及装置5，将按键锁定旋钮扭至解锁位，使用前进、后退按钮及横向拨杆控制无人驾驶牵引车至所需场地完成装卸货操作。操作过程中如遇紧急状况，按下紧急停止按钮使无人驾驶牵引车进行紧急制动。
3) 操作人员完成装卸货后，将所述无线控制系统及装置5的按键锁定旋钮扭至锁定位，并放回驾驶舱内。根据所述显示屏11将系统切换至无人驾驶模式，并根据显示屏11中提示信息，对任务目标、路线、携带拖斗数量等必要信息进行确认，确认无误后，根据提示选择任务开始按钮。
4) 所述牵引式无人驾驶人机交互控制系统收到任务开始命令后，将根据当前已确认的任务目标、路线等信息自主运行。
请参照图2，本实施例提供的人脸识别匹配算法4，包括以下步骤：
步骤S201，算法检测是否有人脸尝试进行身份认证操作；
步骤S202，根据当前环境光线判断是否需要开启补光灯辅助照明；
步骤S203，若环境光不满足要求，则开启补光灯；
步骤S204，通过所述视觉传感器及补光灯2对人脸进行图像采集；
步骤S205，对所拍摄的原始图像进行灰度化处理，使图像变为灰度图；
步骤S206，提取灰度图中所包含人脸的面部特征点及眼部特征点，用于面部匹配参数；
步骤S207，使用提取到的面部参数与数据库人脸参数进行匹配，寻找操作人员身份信息；
步骤S209，若人脸匹配成功，则提取人员信息，进行权限鉴别；
步骤S211，若当前操作人员符合操作权限，则解锁舱门。
请参照图3，本实施例提供的无线控制算法9，包括以下步骤：
步骤S301，判断所述2.4G手持无线控制终端6与2.4G无线接收器7是否正确建立无线通讯连接；
步骤S302，判断所述2.4G手持无线控制终端6的锁定旋钮是否解锁；
步骤S303，实时采集所述2.4G手持无线控制终端6的控制按键信息；
步骤S304及步骤S305，若急停按钮触发，则下发紧急制动指令，使无人机驾驶牵引车进行紧急制动；
步骤S306及步骤S307，若前进按键触发，则下发3km/h的前进指令，使无人驾驶牵引车以3km/h时速执行前进操作；
步骤S308及步骤S309，若后退按键触发，则下发3km/h的后退指令，使无人驾驶牵引车以3km/h时速执行后退操作；
步骤S310及步骤S311，若左转拨杆触发，则下发前轮逆时针旋转指令，使无人驾驶牵引车执行左转操作；
步骤S312及步骤S313，若右转拨杆触发，则下发前轮顺时针旋转指令，使无人驾驶牵引车执行右转操作。
请参照图4，本实施例提供的数据处理及显示算法13，包括以下步骤：
步骤S401，判断是否进入自动驾驶模式；
步骤S402，若选择人工驾驶，则系统进入人工驾驶模式；
步骤S403，若选择自动驾驶，则系统进入自动驾驶模式；
步骤S404，在所述带有触摸功能的显示屏11中显示无人驾驶牵引车各类状态信息，包括电量、续航里程、当前驾驶模式、故障信息、任务路线及里程；
步骤S405，由操作人员进行当前所携带托盘数量确认操作，若预计数量与实际不符，则跳转至步骤S408进行错误信息上报；
步骤S406，由操作人员进行任务目标确认操作，若预计任务目标与实际不符，则跳转至步骤408进行错误信息上报；
步骤S407，由操作人员进行任务路线确认操作，若预计任务路线与实际不符，则跳转至步骤408进行错误信息上报；
步骤S408，若显示信息与实际不符，进行错误信息上报；
步骤S409，若一切正常，则开始执行无人驾驶任务。
在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横 向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆 时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述 本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定 的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以 明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多 个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是 可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以 是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的 相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本 发明的实施方式中的具体含义。
在本发明的实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是 直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、 “上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水 平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特 征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的 不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进 行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明 的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚 的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明的 实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到 其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性 实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式 或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或 示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。 而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例 中以合适的方式结合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一 个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部 分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨 论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这 应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于 实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从 指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、 装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、 通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置 或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有 一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器 (RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装 置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上 打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描， 接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然 后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的实施方式的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合 来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执 行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样， 可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现 逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路， 可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤 是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介 质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明的各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也 可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集 成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成 的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在 一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式 是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的 范围内可以对上述实施实施进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种牵引式无人驾驶人机交互控制系统，其特征在于：包括工业控制器、人脸识别验证单元，用于验证操作人员是否有操作资格；无线控制单元，用于操作人员进行远程人工控制无人驾驶牵引车的运动；显示交互单元，用于所述无人驾驶牵引车状态显示及任务交互，所述人脸识别单元、无线控制单元和显示交互单元均与工业控制器电连接。
2.如权利要求1所述的牵引式无人驾驶人机交互控制系统，其特征在于：所述人脸识别验证单元包括视觉传感器，所述视觉传感器及补光灯安装于驾驶位舱外，通过USB3.0接口与所述安装于驾驶舱内的工业控制器进行数据交互；
如权利要求2所述的牵引式无人驾驶人机交互控制系统，其特征在于：所述人脸识别验证单元还包括补光灯，所述补光灯与控制器连接。
3.如权利要求1所述的牵引式无人驾驶人机交互控制系统，其特征在于：所述无线控制单元包括2.4G手持无线控制终端、2.4G无线信号接收器；所述手持无线控制终端位于驾驶舱内，其通过2.4G信号与固定于驾驶舱内的所述2.4G无线接收器进行无线数据交互，所述所述工业控制器位于驾驶舱内，与2.4G无线接收器通过以太网口TCP协议进行数据交互。
4.如权利要求4所述的牵引式无人驾驶人机交互控制系统，其特征在于：所述2.4G手持无线控制终端包括按键锁定旋钮，用于锁定或解锁无线控制终端；前进、后退按钮，用于控制所述无人驾驶牵引车的前进、后退；横向拨杆，用于控制所述无人驾驶牵引车前轮转向幅度；紧急停止按钮，用于控制所述无人驾驶牵引车紧急制动；所述按键锁定按钮处于锁定位时，无线控制终端所有按键无响应且中断与工业控制器间数据传输。
5.如权利要求1所述的牵引式无人驾驶人机交互控制系统，其特征在于：所述显示交互单元包括触摸屏，触摸屏通过HDMI视频接口与工业控制器进行数据交互；所述触摸屏安装于驾驶位外，操作人员站在无人驾驶牵引车旁进行触摸操作。
6.如权利要求6所述的牵引式无人驾驶人机交互控制系统，其特征在于：所述触摸屏显示内容包括无人驾驶牵引车电量、预计可续航里程、当前控制器所处状态、故障信息、下阶段任务路线及预计里程；触摸控制选项包括模式切换、无人驾驶牵引车所携带托盘数量、任务确认、任务执行。
7.一种存储装置，其中存储有多条程序，其特征在于：所述程序适用于由处理器加载并执行以实现权利要求1-7任意项所述的牵引式无人驾驶人机交互控制系统。
8.一种处理装置，包括处理器，适用于执行各条程序；其特征在于：所述程序适用于有处理器加载并执行以实现权利要求1-7任一项所述的牵引式无人驾驶人机交互控制系统。
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2020
- 2020-11-27 CN CN202011360206.7A patent/CN112631264A/zh active Pending
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