CN114973747A - 一种智能引导泊车系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能引导泊车系统。该智能引导泊车系统包括机器人终端、终端APP和云控中心。其中，机器人终端包括至少四个泊车机器人，每个泊车机器人设有无线通讯模块、环境感知模块、组合定位模块和运动控制模块。终端APP，包括停车场状态监测模块，机器人状态监测模块和任务发布与远程控制模块。云控中心，包括停车场管理模块和机器人调度模块，停车场管理模块包括车辆泊车位置监测模块、充电桩状态监测模块和车辆充电状态监测模块。本发明提出了一种智能引导泊车系统，能实现自动泊车并有效提升停车场的运营效率。

Description

一种智能引导泊车系统

技术领域

本发明涉及泊车系统设计技术领域，尤其涉及一种智能引导泊车系统。

背景技术

随着新能源城市公交、出租车及城市配送等领域新能源车的普及，传统车辆运营模式也发生了巨大变化，区别于传统公交车运行管理模式，新能源公交车需要解决停车难和充电难这个一直以来制约新能源公交车应用发展中的主要难题，主要体现在公交车充电难，需要大量专业运维人员，新能源公交充维服务由于具有专业化、规模化、稳定回报等特点，也深受服务运营商的青睐，传统方式竞争尤为激烈，市场呼唤升级换代技术。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种智能引导泊车系统，能实现自动泊车并有效提升停车场的运营效率。

具体地，本发明提出了一种智能引导泊车系统，包括：

机器人终端，包括至少四个泊车机器人，每个所述泊车机器人设有无线通讯模块、环境感知模块、组合定位模块和运动控制模块，所述泊车机器人相互之间通过所述无线通讯模块通信，所述环境感知模块和组合定位模块用于获取自身的实时位置和姿态，所述运动控制模块根据实时位置和姿态驱动所述泊车机器人动作；

终端APP，包括停车场状态监测模块，机器人状态监测模块和任务发布与远程控制模块，所述停车场状态监测模块用于监测停车场的实时状态，所述机器人状态监测模块用于监测实时的机器人终端状态，所述任务发布与远程控制模块根据所述状态监测模块和机器人状态监测模块获取的实时状态信息来发布任务，并能实时控制所述机器人终端动作；

云控中心，包括停车场管理模块和机器人调度模块，所述停车场管理模块包括车辆泊车位置监测模块、充电桩状态监测模块和车辆充电状态监测模块，分别用于监测车辆的泊车位置、充电桩的适用状态和车辆的充电状态；所述机器人调度模块包括停车场地图，机器人智能调度模块和路径规划模块，所述路径规划模块根据所述任务要求及所述停车场管理模块获得的状态监测信息和停车场地图来制订所述泊车机器人的规划路径，所述机器人智能调度模块根据所述规划路径来调度所述泊车机器人；

所述机器人终端和云控中心通过终端APP进行交互。

根据本发明的一个实施例，每个所述泊车机器人包括机器人本体和四个鱼眼摄像头，四个所述鱼眼摄像头布置在所述机器人本体的四周，且向下倾斜一设定角度，所述鱼眼摄像头用于捕捉所述机器人本体四周的及地面的图像。

根据本发明的一个实施例，所述鱼眼摄像头的视角范围超过150°。

根据本发明的一个实施例，所述泊车机器人还包括设置于所述机器人本体上的补盲激光雷达和机械臂，所述泊车机器人通过所述机械臂抓取并抬升车辆的车轮，所述补盲激光雷达用于采集所述车轮的点云数据，所述补盲激光雷达和机械臂安装于所述机器人本体的同一侧。

根据本发明的一个实施例，所述环境感知模块接收并根据所述鱼眼摄像头的图像及补盲激光雷达的点云数据来获得所述车轮的实时位置信息，所述运动控制模块依据所述实时位置信息驱动所述机器人本体动作。

根据本发明的一个实施例，所述环境感知模块内配置有图像处理算法，所述图像处理算法采用深度学习的目标检测网络模型，从所述目标检测网络模型中学到车辆车轮的具体位置。

根据本发明的一个实施例，所述目标检测网络模型包括特征编码主干网络和检测器，所述检测器泊扩分类器和位置回归器，所述目标检测网络模型能实时输出车轮的空间坐标。

根据本发明的一个实施例，所述组合定位模块包括全局定位模块，用于获取所述泊车机器人的实时位置，所述全局定位模块采用RTK定位技术和UWB定位系统的组合定位技术。

根据本发明的一个实施例，所述组合定位模块还包括局部定位模块，用于辅助所述全局定位模块获取所述泊车机器人的实时位置。

根据本发明的一个实施例，在停车场的地面设置引导线，所述局部定位模块通过所述环境感知模块以视觉方式监测所述引导线。

本发明提供的一种智能引导泊车系统，基于机器人终端、云控中心和终端APP的交互融合，能实现自动泊车并有效提升停车场的运营效率。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1示出了本发明一个实施例的智能引导泊车系统的结构示意图。

图2示出了本发明一个实施例的泊车机器人的结构示意图。

图3A示出了本发明一个实施例的泊车机器人的结构示意图。

图3B是图3A的俯视图。

图4A示出了本发明一个实施例的泊车机器人的结构示意图。

图4B是图4A的俯视图。

图4C是图4A的右视图。

图5示出了本发明一个实施例的泊车机器人的监测任务流程图。

图6示出了本发明一个实施例的停车场的布局图。

图7示出了本发明一个实施例的泊车机器人工作路线示意图。

图8示出了本发明一个实施例的泊车机器人监测车辆车轮的示意图。

图9示出了本发明一个实施例的泊车机器人工作状态示意图。

图10示出了本发明一个实施例的停车场的地面标记示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

智能引导泊车系统 100 机器人终端 101

终端APP 102 云控中心 103

泊车机器人 104 无线通讯模块 105

环境感知模块 106 组合定位模块 107

运动控制模块 108 停车场状态监测模块 109

机器人状态监测模块 110 任务发布与远程控制模块 111

车场管理模块 112 机器人调度模块 113

车辆泊车位置监测模块 114 充电桩状态监测模块 115

车辆充电状态监测模块 116 停车场地图 117

机器人智能调度模块 118 路径规划模块 119

机器人本体 201 鱼眼摄像头 202

补盲激光雷达 203 支架 204

停车场 600 车辆停车区 601

车辆充电区 602 泊车机器人待机区 603

感应装置 604 引导线 605

车辆 606 地面标记 607

第一泊车机器人 1041 第二泊车机器人 1042

第三泊车机器人 1043 第四泊车机器人 1044

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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，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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

图1示出了本发明一个实施例的智能引导泊车系统的结构示意图。如图所示，一种智能引导泊车系统100主要包括机器人终端101、终端APP102和云控中心103。

其中，机器人终端101包括至少四个泊车机器人104。图1中的机器人终端101示意性的示出了一个泊车机器人104。该泊车机器人104设有无线通讯模块105、环境感知模块106、组合定位模块107和运动控制模块108。泊车机器人104相互之间通过无线通讯模块105通信。环境感知模块106和组合定位模块107用于获取自身的实时位置和姿态。运动控制模块108根据实时位置和姿态驱动泊车机器人104动作。

终端APP102包括停车场状态监测模块109、机器人状态监测模块110和任务发布与远程控制模块111。停车场状态监测模块109用于监测停车场的实时状态。机器人状态监测模块110用于监测实时的机器人终端101状态。任务发布与远程控制模块111根据状态监测模块和机器人状态监测模块110获取的实时状态信息来发布任务，并能实时控制机器人终端101动作。

云控中心103包括停车场管理模块112和机器人调度模块113，停车场管理模块112包括车辆泊车位置监测模块114、充电桩状态监测模块115和车辆充电状态监测模块116，分别用于监测车辆的泊车位置、充电桩的适用状态和车辆的充电状态；机器人调度模块113包括停车场地图117，机器人智能调度模块118和路径规划模块119，路径规划模块119根据任务要求及停车场管理模块112获得的状态监测信息和停车场地图117来制订泊车机器人104的规划路径，机器人智能调度模块118根据规划路径来调度泊车机器人104；

机器人终端101和云控中心103通过终端APP102进行交互，以完成泊车机器人104对车辆的搬运。

图2示出了本发明一个实施例的泊车机器人104的结构示意图。图3A示出了本发明一个实施例的泊车机器人的结构示意图。图3B是图3A的俯视图。图4A示出了本发明一个实施例的泊车机器人的结构示意图。图4B是图4A的俯视图。图4C是图4A的右视图。如图所示，每个泊车机器人104包括机器人本体201和四个鱼眼摄像头202。四个鱼眼摄像头202布置在机器人本体201的四周，且向下倾斜一设定角度。四个鱼眼摄像头202用于捕捉机器人本体201四周的及地面的图像。更佳地，鱼眼摄像头202的视角范围超过150°以保证鱼眼摄像头202的视野范围有叠加，不存在盲区。进一步的，将四个鱼眼摄像头202捕获的图像去畸变后，利用事先标定好的查找表，将四个图像进行逆透视变换，然后拼成一张完整的鸟瞰视图，最后在该鸟瞰视图中进行目标测距。

较佳地，泊车机器人104还包括设置于机器人本体201上的补盲激光雷达203和机械臂，泊车机器人104通过机械臂抓取并抬升车辆的车轮，补盲激光雷达203用于采集车轮的点云数据，补盲激光雷达203和机械臂安装于机器人本体201的同一侧。更具体的，补盲激光雷达203安装于机器人本体201装有机械臂一侧的中线上。更佳地，参考图4C，补盲激光雷达203的一部分沿水平方向上突出于机器人本体201，以保证侧面180°的测量角，测量半径超过20米。补盲激光雷达203离开地面的高度h约为1.5米。装配过程中，将四个鱼眼摄像头202分别安装在泊车机器人104的前后左右四个方位，补盲激光雷达203利用支架204安装在泊车机器人104的正上方。其中各个鱼眼摄像头202的视野范围如图2、图3A和图3B中以虚线扇形表示。通过外部参数标定的方法获取各个鱼眼摄像头202之间的外参，实现各个鱼眼摄像头202和补盲激光雷达203之间的数据配准。

较佳地，环境感知模块106接收并根据鱼眼摄像头202的图像及补盲激光雷达203的点云数据来获得车轮的实时位置信息，运动控制模块108依据实时位置信息驱动机器人本体201动作。

较佳地，环境感知模块106内配置有图像处理算法，图像处理算法采用深度学习的目标检测网络模型，从目标检测网络模型中学到车辆车轮的具体位置。

较佳地，目标检测网络模型包括特征编码主干网络和检测器，检测器泊扩分类器和位置回归器，目标检测网络模型能实时输出车轮的空间坐标。更佳地，目标检测网络模型需要采集数据集完成监督学习，所采集的数据集包括很多种不同天气情况下的数据。在制作数据集过程中，需要重新设计一套数据集采集平台，用于获取原始图像和图像中所对应物体的真值，而重新设计的一套数据集采集平台与实际泊车机器人104的传感器布置相近，包括四个鱼眼摄像头202和一个激光雷达。

较佳地，组合定位模块107包括全局定位模块，用于获取泊车机器人104的实时位置，全局定位模块采用RTK定位技术和UWB定位系统的组合定位技术。在停车场上安装UWB发射装置，信号覆盖整个场地。在泊车机器人104上安装UWB和RTK接收装置，全局定位模块根据该接收装置能够给出泊车机器人104在停车场坐标系中的坐标以及定位信号的强度(或置信度)。

较佳地，组合定位模块107还包括局部定位模块，用于辅助全局定位模块获取泊车机器人104的实时位置。当泊车机器人104在靠近车辆时，由于车辆的车身高度较高，全局定位信号的置信度可能降低，需要依靠局部定位方法以提高定位精度。

较佳地，在停车场的地面设置引导线，局部定位模块通过环境感知模块106以视觉方式监测引导线，对泊车机器人104的定位进行辅助。

图6示出了本发明一个实施例的停车场的布局图。如图所示，停车场600分为3个区域：车辆停车区601，车辆充电区602，泊车机器人待机区603。3个区域的车位上均安装感应装置604。泊车机器人104停放于泊车机器人待机区603。停车场为泊车机器人104绘制引导线605。引导线605包含直线和直角，两条竖直方向上的间距略宽于车辆606的宽度，适合泊车机器人104实现90度转向。3个区域相互联通。常规的，泊车机器人104用于将车辆606从车辆停车区601运送到车辆充电区602进行充电。待充电完成后，泊车机器人104将车辆606从车辆充电区602运送到车辆停车区601停放。图中尖头指示方向为泊车机器人104将车辆606从车辆停车区601运送到车辆充电区602的前进方向。

图7示出了本发明一个实施例的泊车机器人工作路线示意图。如图所示，机器人调度模块113在每次任务开始时随机选取待机的4个泊车机器人104，第一至第四泊车机器人1041、1042、1043、1044为一组，设定第一泊车机器人1041为主机器人，其余为从机器人。主机器人负责与外部设备通信，从机器人仅与主机器人通信。4个泊车机器人104依照规划路径，沿着引导线605按序前往车辆停车区601的指定车辆位置。

图8示出了本发明一个实施例的泊车机器人监测车辆车轮的示意图。第一至第四泊车机器人1041、1042、1043、1044到达车辆606位置前方的固定位置后。第三泊车机器人1043和第四泊车机器人1044用补盲激光雷达203检测车辆的位置和姿态，如虚线所示，主机器人(第一泊车机器人1041)依照全局定位模块，来判断车辆606两侧是否允许泊车机器人104进入。

如图9所示，第一至第四泊车机器人1041、1042、1043、1044行驶至4个车辆车轮附近的指定位置，通过补盲激光雷达203和鱼眼摄像头202检测车轮。第一至第四泊车机器人1041、1042、1043、1044各自检测最近的车轮的位姿，根据检测到的相对位姿，泊车机器人104对正车轮，进行抓取，抬高车辆606。

图10示出了本发明一个实施例的停车场的地面标记示意图。如图所示，车辆车位内的定位方案采用的是地面标记607，地面标记607拥有相对于车位的局部坐标，保证泊车机器人104在搬运时能至少能看到两个地面标记607。图10中左侧的图形为右侧地面标记的放大示意图，容易理解的，其中包含了标号为①～⑩的具有不同图案的地面标记607。泊车机器人104通过该两个地面标记607即可定位，车位同侧的地面标记607能够相互区分。在抬起车辆606后，通过前置和后置鱼眼摄像头202检测附近地面上的地面标记607和车辆车身相对于车位的偏斜程度，获得泊车机器人104与地面标记607之间的相对位姿。

图5示出了本发明一个实施例的泊车机器人的监测任务流程图。以下结合所有附图来详细说明泊车机器人的搬运车辆的工作流程。

终端APP102的任务发布与远程控制模块111根据状态监测模块和机器人状态监测模块110获取的实时状态信息来发布任务。云控中心103的路径规划模块119根据任务要求及停车场管理模块112获得的状态监测信息和停车场地图117来制订泊车机器人104的规划路径，机器人智能调度模块118根据规划路径来调度泊车机器人104。

依照图7所示，机器人调度模块113在每次任务开始时随机选取待机的4个泊车机器人104。第一至第四泊车机器人1041、1042、1043、1044依照规划路径，沿着引导线605按序前往指定车辆位置。参考图8，第一至第四泊车机器人1041、1042、1043、1044依照规划路径到达车辆位置前方的固定位置。第三泊车机器人104和第四泊车机器人104用补盲激光雷达203检测车辆606的位置和姿态，泊车机器人104依照全局定位模块，来源于停车场地图117以及车辆606的当前位姿，来判断车辆606两侧是否允许泊车机器人104进入。若否，则放弃任务，采用人工干预。若是，第一至第四泊车机器人1041、1042、1043、1044行进至车辆车轮附近的指定位置。第一至第四泊车机器人1041、1042、1043、1044继续用补盲激光雷达203检测各自最近的车辆车轮位姿，判断车轮是否偏斜，即车轮是否与车身平行。若是，则放弃任务，采用人工干预。若否，第一至第四泊车机器人1041、1042、1043、1044决定是否对车辆车轮进行抓取和抬升。第一至第四泊车机器人1041、1042、1043、1044检测车轮中线，使泊车机器人104对准车轮中线，靠近车轮，完成抓取。

需要说明的是，在判断车轮抓取的可行性时，有两种情况需要放弃任务。一个是车辆606停放偏斜，导致两侧空间较小泊车机器人104无法进入指定位置，另一个是车辆606前轮未与车辆车身平行，无法抓取而任务放弃。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (10)

1.一种智能引导泊车系统，包括：

机器人终端，包括至少四个泊车机器人，每个所述泊车机器人设有无线通讯模块、环境感知模块、组合定位模块和运动控制模块，所述泊车机器人相互之间通过所述无线通讯模块通信，所述环境感知模块和组合定位模块用于获取自身的实时位置和姿态，所述运动控制模块根据实时位置和姿态驱动所述泊车机器人动作；

终端APP，包括停车场状态监测模块，机器人状态监测模块和任务发布与远程控制模块，所述停车场状态监测模块用于监测停车场的实时状态，所述机器人状态监测模块用于监测实时的机器人终端状态，所述任务发布与远程控制模块根据所述状态监测模块和机器人状态监测模块获取的实时状态信息来发布任务，并能实时控制所述机器人终端动作；

云控中心，包括停车场管理模块和机器人调度模块，所述停车场管理模块包括车辆泊车位置监测模块、充电桩状态监测模块和车辆充电状态监测模块，分别用于监测车辆的泊车位置、充电桩的适用状态和车辆的充电状态；所述机器人调度模块包括停车场地图，机器人智能调度模块和路径规划模块，所述路径规划模块根据所述任务要求及所述停车场管理模块获得的状态监测信息和停车场地图来制订所述泊车机器人的规划路径，所述机器人智能调度模块根据所述规划路径来调度所述泊车机器人；

所述机器人终端和云控中心通过终端APP进行交互。

2.如权利要求1所述的智能引导泊车系统，其特征在于，每个所述泊车机器人包括机器人本体和四个鱼眼摄像头，四个所述鱼眼摄像头布置在所述机器人本体的四周，且向下倾斜一设定角度，所述鱼眼摄像头用于捕捉所述机器人本体四周的及地面的图像。

3.如权利要求2所述的智能引导泊车系统，其特征在于，所述鱼眼摄像头的视角范围超过150°。

4.如权利要求2所述的智能引导泊车系统，其特征在于，所述泊车机器人还包括设置于所述机器人本体上的补盲激光雷达和机械臂，所述泊车机器人通过所述机械臂抓取并抬升车辆的车轮，所述补盲激光雷达用于采集所述车轮的点云数据，所述补盲激光雷达和机械臂安装于所述机器人本体的同一侧。

5.如权利要求4所述的智能引导泊车系统，其特征在于，所述环境感知模块接收并根据所述鱼眼摄像头的图像及补盲激光雷达的点云数据来获得所述车轮的实时位置信息，所述运动控制模块依据所述实时位置信息驱动所述机器人本体动作。

6.如权利要求5所述的智能引导泊车系统，其特征在于，所述环境感知模块内配置有图像处理算法，所述图像处理算法采用深度学习的目标检测网络模型，从所述目标检测网络模型中学到车辆车轮的具体位置。

7.如权利要求6所述的智能引导泊车系统，其特征在于，所述目标检测网络模型包括特征编码主干网络和检测器，所述检测器泊扩分类器和位置回归器，所述目标检测网络模型能实时输出车轮的空间坐标。

8.如权利要求1所述的智能引导泊车系统，其特征在于，所述组合定位模块包括全局定位模块，用于获取所述泊车机器人的实时位置，所述全局定位模块采用RTK定位技术和UWB定位系统的组合定位技术。

9.如权利要求2所述的智能引导泊车系统，其特征在于，所述组合定位模块还包括局部定位模块，用于辅助所述全局定位模块获取所述泊车机器人的实时位置。

10.如权利要求9所述的智能引导泊车系统，其特征在于，在停车场的地面设置引导线，所述局部定位模块通过所述环境感知模块以视觉方式监测所述引导线。

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