CN113341444A - 一种机场行李智能全向输转平台定位导航系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种机场行李智能全向输转平台定位导航系统，包括安装在输转平台上的上位机、环境感知模块和定位导航模块；所述上位机包括数据融合模块，所述环境感知模块、定位导航模块分别与数据融合模块连接，用于将环境感知模块的环境信息和定位导航模块的定位信息进行融合处理得到车辆的精确定位信息。本发明的智能全向输转平台定位导航系统和方法，运用多传感器融合技术手段，优化组合各种传感器定位数据，并根据环境变化自适应切换定位导航的组合方式，使各定位导航组合方式的定位状态平滑过渡。

Description

一种机场行李智能全向输转平台定位导航系统和方法
技术领域
本发明涉及智能装备技术领域，具体涉及一种机场行李智能全向输转平台的定位导航系统和方法，用于实现机场环境下智能全向输转平台的全天候、全区域精准定位导航。
背景技术
飞机出港前和进港后都需要进行旅客行李的转移运输，目前国内外的机场大多通过牵引式行李运输车，在停机位与航站楼行李分拣区之间进行行李转运。牵引式行李运输车由人工进行驾驶，一个行李牵引车最多可同时牵引10个车厢。这样在机场复杂的道路环境行驶时，容易发生碰撞、行李脱落等问题。在行李分拣区或停机位附近行驶时，道路狭窄且要求与行李装卸平台对接精准，对牵引车驾驶员的驾驶技术要求非常高。因此，急需要一种智能化的全向输转平台，来实现行李的自动化输送处理。
在机场环境下实现机场行李智能全向输转平台的无人化自主行驶，首先需要解决平台的定位导航问题。机场的行李输转路径环境复杂，智能全向输转平台通过下穿隧道、航站楼侧道路等GPS被遮挡的路况，也会在完全封闭的行李上包大厅里运行，同时还要遵守机场的车辆交通规则。
现有的物流智能运输平台因其定位导航方式等因素的影响，应用环境受到很大的限制。
发明内容
为解决上述问题，提供一种机场行李智能全向输转平台定位导航系统和方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种机场行李智能全向输转平台定位导航系统，包括安装在输转平台上的上位机、环境感知模块和定位导航模块；所述上位机包括数据融合模块，所述环境感知模块、定位导航模块分别与数据融合模块连接，用于将环境感知模块的环境信息和定位导航模块的定位信息进行融合处理得到车辆的精确定位信息。
所述输转平台包括车舱、电机驱动器组、整车控制器，所述车舱舱体的下部设置行走机构，所述行走机构与电机驱动器组通信连接，电机驱动器组与整车控制器通信连接，整车控制器与上位机通信连接，整车控制器接收上位机的控制器命令发送至电机驱动器组，用于控制车辆的运行状态。
所述环境感知模块包括激光雷达，所述激光雷达包括安装在舱体前侧的门架上的多线激光雷达和安装在输转平台的四角的单线激光雷达，所述多线激光雷达用于前方远距离范围内的障碍物检测，所述单线激光雷达用于完成输转平台四周360度的障碍物检测；
毫米波雷达，布置在在输转平台四周侧面，用于检测近距离障碍物；
摄像头，布置在输转平台四周侧面，用于获取对接目标的图像信息发送至上位机，上位机得到对接目标与平台的相对姿态信息；
所述环境感知模块将检测数据发送给上位机，上位机从环境检测模块得到不同方位和距离范围内的障碍物与平台之间的相对速度、相对距离、角度和运动方向。
所述定位导航模块包括组合惯导装置，安装在舱体内，所述组合惯导装置内置惯性测量单元IMU和GNSS板卡；所述舱体前侧的上部安装门架，门架上安装有天线升降杆，GNSS天线安装在天线升降杆上，可以根据所载货物的高度进行GNSS天线的升降操作； GNSS天线与GNSS板卡连接，接收卫星信号并与GNSS网络基站进行差分得到经度、纬度；惯性测量单元IMU采集输转平台的姿态信息；
所述行走机构包括至少四个舵轮组件，所述舵轮组件包括舵轮回转支承，舵轮回转支承安装在平台底部，所述舵轮回转支承下部安装有车轮，车轮连接舵轮行走电机，舵轮行走电机安装在平台底部；所述平台下部安装有舵轮回转电机，舵轮回转电机的输出轴通过齿轮啮合连接舵轮回转支承；
轮速计，包括安装在舵轮行走电机中的内置编码器和安装在舵轮回转电机中的内置编码器，用于获取4个舵轮的行驶速度和偏转角度发送至上位机。
一种机场行李智能全向输转平台定位导航方法，所述方法包括：
S1：上位机的数据融合模块分别接收环境感知模块和定位导航模块采集的数据；
S2：根据定位导航模块接收的卫星信号，对输转平台所在的区域进行判断，根据区域判断组合导航模式；具体如下：
当输转平台在卫星信号良好或小范围遮挡区域，将组合惯导装置中的差分GNSS数据、IMU惯性测量单元数据和轮速计数据进行数据融合，融合后输出输转平台的经度、纬度和航向信息。
当输转平台在卫星信号大范围遮挡区域，将摄像机的图像信息和激光雷达的点云数据进行SLAM处理后与IMU惯性测量单元数据、轮速计数据进行融合，融合后输出输转平台的经度、纬度和航向信息
在需要精准对接的接驳区域，将摄像机的图像信息、激光雷达数据进行数据融合，融合后输出输转平台与对接目标的相对位置与姿态信息。
所述S2中根据定位导航模块接收的卫星信号，对输转平台所在区域进行判断，具体为：当所接受到的可用卫星数K≥4时，判断为卫星信号良好区域；当所接受到的可用卫星数K<4，且持续里程L≤1Km时，判断为卫星信号小范围遮挡区域；当所接受到的可用卫星数K<4，且持续里程L>1Km时，判断为卫星信号大范围遮挡区域。
所述精准对接的接驳区域为设定好的固定工作位置，通过预先设定的位置坐标来进行判断。
本发明的有益效果：本发明的智能全向输转平台定位导航系统和方法，运用多传感器融合技术手段，优化组合各种传感器定位数据，并根据环境变化自适应切换定位导航的组合方式，使各定位导航组合方式的定位状态平滑过渡。最终，实现了机场等封闭区域内全天候、全区域的精准定位导航，使智能全向输转平台在机场等环境下的应用得以实现，对实现机场行李输转的信息化、智能化和无人化改进起到关键性的助推作用。定位导航系统可以根据应用场景的要求进行优化重组，以适应不同行业领域应用需求，便于市场推广。
附图说明
图1是本发明的实施例的系统布置俯视示意图；
图2是本发明的单天线实施例的系统布置前视示意图；
图3是本发明的实施例的系统布置右视示意图；
图4是本发明的实施例定位导航系统结构框图；
图5是本发明的实施例定位导航系统工作流程图。
其中，1.单线激光雷达，2.车轮，3.舵轮转向电机，4.舵轮回转支承，5.零位开关，6.舵轮行走电机， 8.毫米波雷达，9.摄像机，10. DC-DC电源模块，11.对地测速雷达，12.组合惯导装置，13.上位机，14.整车控制器，15.舵轮组件，16.GNSS天线，17.多线激光雷达，18.天线升降杆， 。
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说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，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。
一种机场行李智能全向输转平台定位导航系统，包括安装在输转平台上的上位机、环境感知模块和定位导航模块；所述上位机包括数据融合模块，所述环境感知模块、定位导航模块分别与数据融合模块连接，用于将环境感知模块的环境信息和定位导航模块的定位信息进行融合处理得到车辆的精确定位信息。
所述输转平台包括车舱、电机驱动器组、整车控制器，所述车舱舱体的下部设置行走机构，所述行走机构与电机驱动器组通信连接，电机驱动器组与整车控制器通信连接，整车控制器与上位机通信连接，整车控制器接收上位机的控制器命令发送至电机驱动器组，用于控制车辆的运行状态。
所述环境感知模块包括激光雷达，所述激光雷达包括安装在舱体前侧的门架上的多线激光雷达17和安装在输转平台的四角的单线激光雷达1，所述多线激光雷达用于前方远距离范围内的障碍物检测，所述单线激光雷达用于完成输转平台四周360度的障碍物检测；用于探测输转平台车四周障碍物；
毫米波雷达，布置在在输转平台四周，用于检测近距离障碍物；
摄像头，布置在输转平台四周，用于获取对接目标的图像信息发送至上位机，上位机得到对接目标与平台的相对姿态信息；
所述环境感知模块将检测数据发送给上位机，上位机从环境检测模块得到不同方位和距离范围内的障碍物与平台之间的相对速度、相对距离、角度和运动方向。
所述定位导航模块包括组合惯导装置，安装在舱体内，所述组合惯导装置内置惯性测量单元IMU和GNSS板卡；所述舱体前侧的上部安装门架，门架上安装有天线升降杆18，GNSS天线16安装在天线升降杆18上，可以根据所载货物的高度进行GNSS天线的升降操作；GNSS天线与GNSS板卡连接，接收卫星信号并与GNSS网络基站进行差分得到经度、纬度；惯性测量单元IMU采集输转平台的姿态信息；
所述行走机构包括至少四个舵轮组件15，所述舵轮组件15包括舵轮回转支承4，舵轮回转支承4安装在平台底部，所述舵轮回转支承4下部安装有车轮2，车轮2连接舵轮行走电机6，舵轮行走电机6安装在平台底部；所述平台下部安装有舵轮回转电机3，舵轮回转电机3的输出轴通过齿轮啮合连接舵轮回转支承4；轮速计包括安装在舵轮行走电机6中的内置编码器和安装在舵轮回转电机3中的内置编码器，用于获取4个舵轮的行驶速度和偏转角度发送至上位机。
一种机场行李智能全向输转平台定位导航方法，所述方法包括：
S1：上位机的数据融合模块分别接收环境感知模块和定位导航模块采集的数据；
S2：根据定位导航模块接收的卫星信号，对输转平台所在的区域进行判断，根据区域判断组合导航模式；具体如下：
当输转平台在卫星信号良好或小范围遮挡区域，将组合惯导装置中的差分GNSS数据、IMU惯性测量单元数据和轮速计数据进行数据融合，则融合的输出结果为：输转平台的经度、纬度和航向信息。
当输转平台在卫星信号大范围遮挡区域，将摄像机的图像信息和激光雷达的点云数据进行SLAM处理后与IMU惯性测量单元数据、轮速计数据进行融合，则融合的输出结果为：输转平台的经度、纬度和航向信息
在需要精准对接的接驳区域，将摄像机的图像信息、激光雷达数据进行数据融合，则融合的输出结果为：输转平台与对接目标的相对位置与姿态信息。
所述S2中根据定位导航模块接收的卫星信号，对输转平台所在区域进行判断，具体为：当所接受到的可用卫星数K≥4时，判断为卫星信号良好区域；当所接受到的可用卫星数K<4，且持续里程L≤1Km时，判断为卫星信号小范围遮挡区域；当所接受到的可用卫星数K<4，且持续里程L>1Km时，判断为卫星信号大范围遮挡区域。
所述精准对接的接驳区域为设定好的固定工作位置，通过预先设定的位置坐标来进行判断。
本发明提供的一种机场行李智能全向输转平台定位导航系统，该导航系统设置在输转平台上，输转平台为一个整体结构，包括平台，平台上设置车舱舱体，舱体下部设置行走机构，行走机构能够带动平台行走。
本发明的平台上设置多种导航设备，用于根据不同的外部情况选择不同的导航模式，保证导航的精准性。
具体来说，所述舱体内部设置组合惯导装置12，所述舱体前部的上部安装门架，门架上安装有天线升降杆18，GNSS天线16安装在天线升降杆18上，可以根据所载货物的高度进行GNSS天线的升降操作，避免自身货物对卫星信号的遮挡；门架上还安装有多线激光雷达17；所述平台的四角均安装有单线激光雷达1；所述平台的至少两个侧面安装有摄像机9，作为优选的技术方案，所述平台的四个面均应安装摄像机9；所述平台底部安装有对地测速雷达11；所述行走机构上安装有轮速计；所述的平台侧面还安装有毫米波雷达8，优选的，平台的每个侧面均安装毫米波雷达8。
其中，组合惯导装置12内置惯性测量单元IMU和GNSS板卡，GNSS板卡连接GNSS天线，通过GNSS天线16接收卫星信号并与网络基站进行差分得到经度、纬度和航向等信息，IMU单元与轮速计数据在上位机中进行组合实现航迹推算。
所述舱体内部还安装有整车控制器14和上位机13，所述整车控制器14连接上位机13，上位机13连接组合惯导装置12、毫米波雷达8、对地测速雷达11、单线激光雷达1、多线激光雷达17。
所述行走机构包括至少四个舵轮组件15，所述舵轮组件15包括舵轮回转支承4，舵轮回转支撑4安装在平台底部，所述舵轮回转支承4下部安装有车轮2，车轮2连接舵轮行走电机6，舵轮行走电机6安装在平台底部。
所述平台下部安装有舵轮回转电机3，舵轮回转电机3的输出轴通过齿轮啮合连接舵轮回转支承4。
本发明还提出一种应用导航系统进行导航的方法。
该方法运用多传感器融合技术，充分发挥各传感器的特点，优势互补，在不同运行环境下采用相应的组合定位导航工作模式，实现全天候、全区域内的精准定位导航，确保智能全向输转平台安全可靠运行。
进一步作为本发明技术方案的改进，采用双GNSS天线接收卫星信号，外接网络差分模块，提供差分定位信息。GNSS天线可以根据所载货物的高度进行升降操作，减小自身货物对卫星信号的遮挡。
进一步作为本发明技术方案的改进，采用组合惯导装置输出经度、纬度和航向等定位信息，每次系统上电后接收差分GNSS信息对IMU进行初始对准，并在运行一段时间后的间歇期进行修正校准，消除IMU的时间累积误差。
进一步作为本发明技术方案的改进，轮速计由四组舵轮的行走电机中的内置编码器和转向电机中的内置编码器实现，可以得到的四个舵轮的速度和偏转角度。在不考虑轮胎打滑等因素的影响时，运用运动学模型推算得到精准的平台动态信息，包括平台速度和转角。
进一步作为本发明技术方案的改进，为弥补车轮打滑时轮速计失准的问题，在智能全向输转平台底盘安装有一个对地测速雷达，可以直接测算出平台的线性运行速度。在车轮打滑时，用对地测速雷达对轮速计的输出速度进行补偿。
进一步作为本发明技术方案的改进，采用激光雷达用来进行环境感知、测距和SLAM定位与建图。为减小雨雪雾等环境因素对激光传感器的影响，同时减小系统开发难度，根据智能输全向转平台运行环境的不同，对激光雷达数据进行场景划分应用。
进一步作为本发明技术方案的改进，视觉传感器采用双目摄像机，布置在智能全向输转平台的四周平面，与激光雷达数据融合，用来进行对接目标识别定位。
进一步作为本发明技术方案的改进，定位导航系统可根据智能输转平台运行环境的不同，通过判断接收到的GNSS可用卫星数目，或是在地图中预先设定好标志点的方法，自适应地切换定位导航组合模式。
进一步作为本发明技术方案的改进，本发明的定位导航系统包括三种组合导航模式：
（1）在卫星信号良好或小范围遮挡的区域，采用以“差分GNSS+IMU+轮速计”的组合导航模式；
（2）在卫星信号大范围遮挡的区域，采用“SLAM+IMU+轮速计”的组合导航模式，由图像感知模块根据事先构建的地图与当前感知的点云或图像数据进行匹配，确定车辆位置相对起始点的平面坐标，提供给组合导航系统完成数据融合；
（3）在需要精准对接的接驳区域，采用“激光+视觉”的组合导航模式，精准获得对接目标与平台的相对姿态信息。
进一步作为本发明技术方案的改进，根据不同行业的应用场景需求，定位导航系统可辅助以FRID或二维码标签识别等技术手段。
进一步作为本发明技术方案的改进，由于空间的限制，GNSS、IMU、激光和视觉等传感器，均未能安装在智能全向输转平台的几何中心位置，通过杆臂补偿的方法，定位导航系统最终输出结果为智能全向输转平台几何中心的位置信息。
本发明提出的智能全向输转平台定位导航系统和方法，将现有的成熟技术进行优化组合，很好的解决了这一问题。使智能全向输转平台的应用场景更加多样化，可以满足包括仓库、弹库等密闭区域，以及机场、港口、煤矿、工业园区等露天封闭区域的应用需求。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种机场行李智能全向输转平台定位导航系统，其特征在于：包括安装在输转平台上的上位机、环境感知模块和定位导航模块；所述上位机包括数据融合模块，所述环境感知模块、定位导航模块分别与数据融合模块连接，用于将环境感知模块的环境信息和定位导航模块的定位信息进行融合处理得到车辆的精确定位信息。
2.如权利要求1所述的机场行李智能全向输转平台定位导航系统，其特征在于：所述输转平台包括车舱、电机驱动器组、整车控制器，所述车舱舱体的下部设置行走机构，所述行走机构与电机驱动器组通信连接，电机驱动器组与整车控制器通信连接，整车控制器与上位机通信连接，整车控制器接收上位机的控制器命令发送至电机驱动器组，用于控制车辆的运行状态。
3.如权利要求2所述的机场行李智能全向输转平台定位导航系统，其特征在于：所述环境感知模块包括激光雷达，所述激光雷达包括安装在舱体前侧的门架上的多线激光雷达（17）和安装在输转平台的四角的单线激光雷达（1），所述多线激光雷达用于前方远距离范围内的障碍物检测，所述单线激光雷达用于完成输转平台四周360度的障碍物检测；
毫米波雷达，布置在在输转平台四周侧面，用于检测近距离障碍物；
摄像头，布置在输转平台四周侧面，用于获取对接目标的图像信息发送至上位机，上位机得到对接目标与平台的相对姿态信息；
所述环境感知模块将检测数据发送给上位机，上位机从环境检测模块得到不同方位和距离范围内的障碍物与平台之间的相对速度、相对距离、角度和运动方向。
4.如权利要求2所述的机场行李智能全向传输平台定位导航系统，其特征在于：所述定位导航模块包括组合惯导装置，安装在舱体内，所述组合惯导装置内置惯性测量单元IMU和GNSS板卡；所述舱体前侧的上部安装门架，门架上安装有天线升降杆（18），GNSS天线（16）安装在天线升降杆（18）上，可以根据所载货物的高度进行GNSS天线的升降操作； GNSS天线与GNSS板卡连接，接收卫星信号并与GNSS网络基站进行差分得到经度、纬度；惯性测量单元IMU采集输转平台的姿态信息；
如权利要求2所述的机场行李智能全向输转平台定位导航系统，其特征在于：所述行走机构包括至少四个舵轮组件（15），所述舵轮组件（15）包括舵轮回转支承（4），舵轮回转支承（4）安装在平台底部，所述舵轮回转支承（4）下部安装有车轮（2），车轮（2）连接舵轮行走电机（6），舵轮行走电机（6）安装在平台底部；所述平台下部安装有舵轮回转电机（3），舵轮回转电机（3）的输出轴通过齿轮啮合连接舵轮回转支承（4）；
轮速计，包括安装在舵轮行走电机（6）中的内置编码器和安装在舵轮回转电机（3）中的内置编码器，用于获取4个舵轮的行驶速度和偏转角度发送至上位机。
5.一种机场行李智能全向输转平台定位导航方法，其特征在于：所述方法包括：
S1：上位机的数据融合模块分别接收环境感知模块和定位导航模块采集的数据；
S2：根据定位导航模块接收的卫星信号，对输转平台所在的区域进行判断，根据区域判断组合导航模式；具体如下：
当输转平台在卫星信号良好或小范围遮挡区域，将组合惯导装置中的差分GNSS数据、IMU惯性测量单元数据和轮速计数据进行数据融合，融合后输出输转平台的经度、纬度和航向信息。
6.当输转平台在卫星信号大范围遮挡区域，将摄像机的图像信息和激光雷达的点云数据进行SLAM处理后与IMU惯性测量单元数据、轮速计数据进行融合，融合后输出输转平台的经度、纬度和航向信息
在需要精准对接的接驳区域，将摄像机的图像信息、激光雷达数据进行数据融合，融合后输出输转平台与对接目标的相对位置与姿态信息。
7.如权利要求6所述的机场行李智能全向输转平台定位导航方法，其特征在于：所述S2中根据定位导航模块接收的卫星信号，对输转平台所在区域进行判断，具体为：当所接受到的可用卫星数K≥4时，判断为卫星信号良好区域；当所接受到的可用卫星数K<4，且持续里程L≤1Km时，判断为卫星信号小范围遮挡区域；当所接受到的可用卫星数K<4，且持续里程L>1Km时，判断为卫星信号大范围遮挡区域。
8.如权利要求6所述的机场行李智能全向输转平台定位导航方法，其特征在于：所述精准对接的接驳区域为设定好的固定工作位置，通过预先设定的位置坐标来进行判断。
CN202110737347.4A 2021-06-30 2021-06-30 一种机场行李智能全向输转平台定位导航系统和方法 Pending CN113341444A (zh)

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