CN114061561A - 智能导航系统 - Google Patents

Abstract

一种自动导引车辆的智能导航系统，该智能导航系统具有多种操作模式，所述自动导引车辆在这些操作模式之间的切换包括：1)遵循操作者，2)遵循标记，3)遵循操作者和标记，4)遵循地图，其中自动导引车辆通过捕获地理区域的图像来执行遵循操作者的模式，自动导引车辆识别图像中的操作者，并按照操作模式之间的切换来记录其动作和手势。

Description

智能导航系统

技术领域

本发明涉及一种导航系统，更具体地涉及一种具有能够智能切换的可变导航功能的导航系统。

背景技术

长期以来，自动导引车辆(AGV)广泛应用于诸如仓库和生产车间等室内环境或度假村等室外环境，带来了节省人力、节省大量时间和提供高可靠性等众多优点。这些AGV通常被预限定为通过各种类型的导航方法(例如室外环境中的全球定位系统(GPS))中的一种导航方法进行导航或使用部署在地板上的物理标记来导航，该物理标记用于引导自动导引车辆在室外环境或室内环境中机动。

对于自动导引车辆系统(AGV)来说，导航方法是一个非常重要的考虑因素。由于周围布局不同，AGV供应商和用户需要弄清楚哪种导航方法最适合这项特定任务。当今的大多数导航方法都是为单一方法应用而设计的。由于需要为特定类型的导航系统准备工作区域，因此为AGV系统转换为不同的导航方法并不容易。

此外，AGV运行的实际环境会因各种意外情况而频繁变化，例如意外障碍物、碰撞、其他闲置或断开连接的AGV等。上述AGV无法在意外变化的环境中运行。

发明内容

针对上述缺点，智能AGV导航系统可以在多变的环境中对AGV进行导航，AGV可以根据AGV的要求切换到合适的操作模式来完成所请求的任务。

本发明提供了一种自动导引车辆的智能导航系统，该智能导航系统具有多种操作模式，自动导引车辆在这些操作模式之间的切换包括：1)遵循操作者，2)遵循标记，3)遵循操作者和标记，4)遵循地图，其中自动导引车辆通过捕获地理区域的图像来执行遵循操作者的模式，自动导引车辆识别图像中的操作者，并记录其动作和手势以在操作模式之间切换。

其中，控制器与处理器连接，传感器系统与处理器连接，该处理器被配置为控制站点之间的自动导引车辆，其中传感器系统检测具有人体特征和环境特征的图像，人体特征包括操作者身份、人体形态、手势和语音命令，环境特征包括标记和标签，控制器运行传感器系统以连续捕获图像，处理器从这些图像中识别人体特征和环境特征，控制器切换到另一种操作模式，同时自动引导车辆中的预定义字符由处理器识别。

其中，具有图像数据库的自动导引车辆的智能导航系统与控制器连接，其中图像数据库存储人体特征和环境特征的字符，处理器识别所捕获的图像中的字符，由此，控制器跟踪人体特征和环境特征的字符，以调整自动导引车辆的移动路线。

其中，具有机器学习单元的自动导引车辆的智能导航系统与控制器连接，机器学习单元记录检测到的环境特征和人体特征的字符。

其中，自动导引车辆根据预先加载的地图移动。

其中，自动导引车辆被中断，以将先前路线调整为与操作者的位置和标记相对应的另一种新的操作模式。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明允许在单个任务中同时或顺序地实施不同的导航方法，无需改变车辆的硬件设施，且在有或没有操作员的输入指令下都可实施。

2.其识别操作员和操作员的手势，因此该车辆可以切换到不同的导航方法，例如遵循操作员、遵循地板标记、同时遵循操作员和地板标记两者以及遵循系统中存储的规定路径。

3.AGV可以以最少的准备在工作区中导航，并且非常灵活地随着操作员的身体命令和手势四处移动。

附图说明

通过参考以下优选实施例的详细描述和附图，可以更好地理解本发明为实现上述和其他目的而采用的结构和技术手段。

图1是图示根据本发明实施例的导航系统的自动导引车辆的示意图；以及

图2是图示根据本发明实施例的导航系统的操作模式改变方法的流程图。

符号说明：

100，自动导引车辆(AGV)；

110，处理器；

120，控制器；

130，传感器系统；

131，障碍物检测器；

132，照相机；

200，地图；

300，图像数据库；

400，机器学习单元；

A1～A5，步骤。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的当前优选实施例，其实例在附图中示出。在可能的情况下，在附图和描述中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。不旨在通过在此描述的示例性实施例来限制方法或系统。在以下详细描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节，以便获得对所公开的实施例的透彻理解。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践一个或多个实施例。除非上下文另有明确规定，否则本文的描述中和随后的权利要求中使用的“一”、“一个”和“该”的含义包括对复数的引用。此外，如在本文的描述和随后的权利要求中使用的，术语“包括或包括”、“包含或包含”、“具有或具有”、“含有或含有”等均应理解为开放式结束，即意味着包括但不限于。除非上下文另有明确规定，否则在本文的描述和随后的权利要求中使用的“在...内”的含义包括“在...中”和“在...上”。

应当理解，当元件被称为“连接”到另一个元件时，其可以直接与另一个元件连接或者可以存在中间元件。

参考图1，根据本发明的智能导航系统可适用于自动导引车辆(AGV)100，并且在本实施例中可以可选地包括围绕地理区域部署的多个站点。这些站点可以是货架或预定义的位置，AGV100可能会被询问该货架或预定义的位置，以访问和完成预加载的任务。AGV100的智能导航系统具有多种运行模式，AGV100可以根据地理区域的状态在这些模式之间运行。

导航系统包括至少一个能够在地理区域内行驶的AGV100。AGV100包括处理器110、与处理器110连接的控制器120以及与处理器110连接的传感器系统130，该处理器110被配置为控制AGV100在地理区域中的站点之间行进。所述站点可以是货架、GPS点、电子标签的位置等。

AGV100由控制器120控制，控制器120可结合传感器系统130与处理器110互操作。传感器系统130能够检测具有人类特征和环境特征的图像。所述人类特征可以包括操作者的身份、人体形态、手势或语音命令等。操作员的身份可以是安装在操作员身上的标签，使得传感器系统130能够检测到操作员，该标签可以是由操作员携带的无源电子标签或有源电子标签。人体形态可以是人的骨骼、体温等。手势可以是具有一定角度的抬起的手臂、操作者的动作等。可以使用不同的手势向AGV100提供新的指令，由此，AGV100改变地理区域内的操作模式。AGV100的操作模式也可以根据操作者的语音命令而改变，AGV100被操作者的特定语音命令中断并切换到另一种操作模式。

值得一提的是，传感器系统130还包括障碍物检测器131，该障碍物检测器131与处理器110连接，并能够检测预定行进路线上存在的任何障碍物。

智能导航系统还可以包括沿预定行进路线的移动路径内部署的多个参考单元(未示出)，其中传感器系统130可以包括光学传感器，该光学传感器被配置为检测参考单元。更具体地，响应于传感器系统130沿预定行进路线检测到最靠近AGV100的参考单元中的一个参考单元，AGV100向参考单元移动以调整其当前运动，从而使AGV100能够停留在轨道上。参考单元中的每个参考单元均可以由反射材料制成，并且传感器系统130可以包括能够检测参考单元的照相机132。此外，照相机132还可用于辅助AGV100保持沿着朝向沿着预定行进路线的下一站点的预定行进路线的其路径。具体地，照相机132可与处理器110互操作，以从由照相机132以预定图像捕获率连续捕获的图像中的至少一幅图像确定AGV100所前往的站点的中心线，而AGV100从一个站点行进到另一个站点，并且捕获图像中的至少一张捕获图像显示了AGV100所前往的站点。

导航系统还可包括地图200。AGV100可访问地图200。换句话说，AGV100可以远程访问地图200；或者，地图200可以存储在与处理器110相连的存储单元(未示出)中，从而由处理器110直接访问。地图200包括地理区域内的每个站的坐标。AGV100的处理器110被配置为接收AGV100发出的任务命令，其中，该任务命令可以是操作者发送的，并包括最终要到达的站点坐标。更重要的是，地图200包括限定每两个站之间，即起始站和检查站之间，或检查站和结束站之间的移动路径的路径参数。

此外，当靠近AGV100其中可以通过无线设备检索此类信息的任何站时，可以获得路径参数。在一些实施例中，路径参数也可以从地图200和任务命令中获得。AGV100的处理器110还被配置为参考地图200将离AGV100最近的站点识别为起始站点，使得确保在AGV100接收到任务命令时，其从起点站点开始机动。当起始站被识别时，处理器110可以通过命令AGV100的控制器120来控制AGV100接近起始站点。当AGV100移动到起始站点附近时，起始站点也可以通过从设置在每个站点上的身份标签ID中检索数据而获取的身份信息进行验证。身份标签可以是二维码、RFID标签、NFC标签或它们的组合。

处理器110还被配置为计算和确定预确定行进路线，并通过AGV100的传感器系统130确定是否检测到诸如彩色胶带、磁带等的物理标记线。响应于确定检测到标记线，控制器120通过参考标记线控制AGV100沿预定行进路线行进，并且响应于确定未检测到标记线，通过参考路径参数在站点之间的移动路径内移动，控制器120控制AGV100沿预确定行进路线行进。移动路径是虚拟路径，并且优选地在没有标记线被检测到时使用。每个路径参数均包括分别位于移动路径两端的两个站点的标识、在两个站点之间行进的航向角信息以及连接两个站点的移动路径的预确定距离和预确定宽度。

更甚者，照相机132所捕获的影像，不仅可以用来获取上述的环境特征，还可以用来获取人体特征。这些人类特征可以是手势、身体形状、操作者的动作等。为了实现这些功能，本实施例中的智能导航系统还可以包括图像数据库300和能够与控制器120进行通信的机器学习单元400。控制器120从照相机132接收图像，并且可选地产生模式切换指令，以改变AGV的操作模式。所述操作模式可以有：1：遵循操作员，2：遵循地板或墙壁或天花板上的一组特定标记，3：同时遵循操作员和标记；以及4：使用SLAM或其他类型的类似算法的导航系统，使用所存储的地图沿着存储在AGV系统中的路径。

对于本发明的一些实施例，操作者的手势图像由照相机132捕获，控制器120和处理器110将捕获的手势图像与存储在图像数据库300中的图像之间的字符进行比较，生成模式切换指令，同时手势图像的字符与图像数据库300中的图像中的一个图像匹配。为了提高对所捕捉的手势图像与图像数据库300中的图像中的字符进行比较的计算速度，所述字符可以是四肢的矢量，或者操作者的身体与手臂之间的角度。

在“遵循操作者”模式下，传感器系统130捕获其中有操作者的图像，控制器120驱动处理器110识别图像中的操作者，并记录操作者的动作。控制器120和处理器110处理图像，以确定车辆要遵循的适当运动。操作员可以在AGV的前面或后面，具体取决于操作类型。

在“遵循地板标记”模式下，照相机132记录并且控制器120和处理器110识别地板标记图像，由此，控制器120可以计算AGV的期望车辆响应。

在“遵循前面的操作者和地板上的标记”模式下，照相机132记录地理区域的图像，并且将操作者和地板标记分开，并相应地移动车辆。照相机132还可以记录周围的图像，并比较存储在图像数据库300中的图像，控制器120命令AGV沿期望的方向移动。根据所需的车辆移动，无论是由中央控制编程还是由本地操作员确定，AGV均可以遵循操作员，然后根据操作员命令或在某些条件下切换到地板标记，由AGV本身自动切换.

对于一些实施例，环境特征可以包括其他AGV的状态、地理区域的状态和障碍物的形状。其他AGV的状态可以是AGV的移动速度、AGV之间的距离等。控制器120驱动处理器110计算传感器系统130的检测结果，以确定附近其他AGV的移动速度，

机器学习单元400由控制器120控制，以识别并记录人类特征和环境特征的图像的字符，用于向一些实施例提供人工智能能力，其中其可以学习某些模式，例如人体形状、手势、其他车辆、货架和工作区域内的其他相关物体。其还可以识别地板标记，包括线条、条形码、二维码和字母数字符号。凭借这些能力，智能导航系统可以通过将观察到的环境与存储的地图200进行比较来遵循操作员、地板标记和/或遵循系统中的规定路径。

参考图2，图2是图示了根据本发明实施例的AGV100的操作模式选择机制的流程图。在AGV100沿着预定行进路线进行机动期间，执行步骤A1，其中传感器系统130和控制器120继续检测是否检测到任何环境特征或人体特征；如果检测到任何环境特征/人体特征(步骤A2)，则执行步骤A3，处理器110确定是否要求AGV100执行新任务或在另一操作模式下执行，如果要求AGV100切换切换到另一种操作模式，则执行步骤A4，如果处理器110和控制器120确定AGV100应该保持原来的操作模式，则执行步骤A5。

如上所述，该系统的独特性如下：

1.本发明允许在单个任务中同时或顺序地实施不同的导航方法，无需改变车辆的硬件设施，且在有或没有操作员的输入指令下都可实施。

2.其识别操作员和操作员的手势，因此该车辆可以切换到不同的导航方法，例如遵循操作员、遵循地板标记、同时遵循操作员和地板标记两者以及遵循系统中存储的规定路径。

3.AGV可以以最少的准备在工作区中导航，并且非常灵活地随着操作员的身体命令和手势四处移动。

包括其在本文所阐述的应用和优点的本发明的描述是说明性的，并不旨在限制本发明的范围，本发明的范围在权利要求中阐述。在本文公开的实施例的变化和修改是可能的，并且本领域普通技术人员在研究本申请文件后将理解实施例的各种元件的实际替代和等效物。例如，除非另有说明，否则本文给出的特定值是说明性的，并且可以根据设计考虑而变化。“目标”和“背景”等术语是区分性术语，不应被解释为暗示某种顺序或整体的特定部分。在不脱离包括在以下权利要求中阐述的本发明的本发明的范围和精神的情况下，可以对本文公开的实施例进行这些和其他变化和修改，该变化和修改包括实施例的各种要素的替代和等效物。

Claims (6)

1.一种自动导引车辆的智能导航系统，其特征在于，所述智能导航系统具有多种操作模式，所述自动导引车辆在这些操作模式之间的切换包括：1)遵循操作者，2)遵循标记，3)遵循操作者和标记，4)遵循地图，其中所述自动导引车辆通过捕获地理区域的图像来执行遵循所述操作者的所述操作模式，所述自动导引车辆识别所述图像中的操作者，并按照所述操作模式之间的切换来记录其动作和手势。

2.根据权利要求1所述的自动导引车辆的智能导航系统，其特征在于，具有处理器，控制器与所述处理器连接，传感器系统与所述处理器连接，所述处理器被配置为控制站点之间的所述自动导引车辆，其中所述传感器系统检测具有人体特征和环境特征的图像，所述人体特征包括操作者身份、人体形态、所述手势和语音命令，所述环境特征包括标记和标签，所述控制器运行所述传感器系统以连续捕获所述图像，所述处理器从这些图像中识别所述人体特征和所述环境特征，所述控制器切换到另一种操作模式，同时所述自动引导车辆中的预定义字符由所述处理器识别。

3.根据权利要求2所述的自动导引车辆的智能导航系统，其特征在于，具有图像数据库，所述图像数据库与所述控制器连接，其中所述图像数据库存储所述人体特征和所述环境特征的字符，所述处理器识别所述所捕获的图像中的字符，由此，所述控制器跟踪所述人体特征和所述环境特征的字符，以调整所述自动导引车辆的移动路线。

4.根据权利要求3所述的自动导引车辆的智能导航系统，其特征在于，具有机器学习单元，所述机器学习单元与所述控制器连接，所述机器学习单元记录所述检测到的环境特征和所述人体特征的字符。

5.根据权利要求3所述的自动导引车辆的智能导航系统，其特征在于，其中所述自动导引车辆根据预先加载的地图移动。

6.根据权利要求4所述的自动导引车辆的智能导航系统，其特征在于，其中所述自动导引车辆被中断，以将先前路线调整为与所述操作者的位置和标记相对应的另一种新的操作模式。

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