CN116449837A - 一种用于交通枢纽的自动行驶机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于交通枢纽的自动行驶机器人系统，属于机器人控制领域。该系统包括：服务器、移动平台机器人和移动通信设备；服务器包括移动应用服务器和交互和理解服务器；移动应用服务器具备：站内调度以及统计能力，并能够对车站场地内的客流、人流以及服务内容进行预测和管理；站内的移动平台机器人位置管理和调度能力，规划移动平台机器人R的移动轨迹；打通车站内以及站点间的客流管理；交互和理解服务器是将移动通信设备的信息进行综合理解，并将结果反馈给移动通信设备或者移动应用服务器进行任务和命令的解析；移动平台机器人具备站内的移动能力以及使用者操作的支持。本发明能节省移动平台的成本。
Description
技术领域
本发明属于机器人控制领域，涉及一种用于交通枢纽的自动行驶机器人系统。
背景技术
在机场、动车站、车站等交通枢纽内，乘客已经从单纯的候车候机，增加了餐饮、休息和娱乐等内容。并且交通枢纽越来越大，也给乘车乘机带来一定的麻烦，对于车站内的导航以及车站内的设施，比如售票，取票，进站，餐饮等人流情况的了解，也能方便人们的行程安排。
公开号为CN11312799A的专利公开了一种基于智能手机上报位置，对交通工具进行动态部署的系统和方法，主要是基于手机的位置对交通工具进行调度，而无法获取车站内车辆感知以及移动能力，也无法根据乘客以及流量状态，进行车辆的调度，场内信息同步，针对乘客，车辆以及场内服务的动态管理服务，从而无法方便乘客在车站内的活动，包括搬运行李，以及取换票，餐饮娱乐等活动。
因此，为了提高乘客候车过程的舒适感，亟需一种站内优化管理调度系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于交通枢纽的自动行驶机器人系统，使用手机或者平板电脑这类个人的移动通信设备，通过与交通枢纽场站的自动车进行连接，建立租用关系，将场地内人的位置，行程以及活动进行共享，以支持场站内客流，活动以及运力等优化管理。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于交通枢纽的自动行驶机器人系统，包括：服务器S、移动平台机器人R和移动通信设备M；
所述服务器S包括移动应用服务器S1和交互和理解服务器S2；所述移动应用服务器S1，具备：1)站内调度以及统计能力，并能够对车站场地内的客流、人流以及服务内容进行预测和管理；2)站内的移动平台机器人R位置管理和调度能力，规划移动平台机器人R的移动轨迹；3)打通车站内以及站点间的客流管理；所述交互和理解服务器S2是基于移动通信设备(M)的生态，能够对语言、图像等进行处理，将移动通信设备M的信息进行综合理解，并将结果反馈给移动通信设备M(如手机)或者移动应用服务器S1进行任务和命令的解析；
所述移动平台机器人R具备站内的移动能力以及使用者操作的支持，包括：能源系统R1、移动系统R2、感知系统R3、第一无线通信系统R4、支架和安装系统R5和平台操作系统R6；
所述移动通信设备M用于获取命令以及交互信息，包括触屏交互系统M1、声音交互系统M2、图像感知系统M3和第二无线通信系统M4。
进一步，系统在移动通信设备M上建立使用关系的状态和模式切换过程，即在移动平台机器人R，以及移动应用服务器S1的基础服务之上，通过键入移动通信设备M，实现使用者的命令和服务，过程如下：
1)调度状态：此时移动平台机器人R由移动应用服务器S1直接进行管理和调度，包括；
a)移动应用服务器S1能响应移动通信设备M通过APP的使用请求，并确认使用者的位置，或者统计信息，选择希望移动平台机器人R达到的位置；
b)移动应用服务器S1对移动平台机器人R进行调度，发送规划的轨迹给移动平台机器人R；
c)移动平台机器人R按照服务器S规划的轨迹进行移动，并到达指定的位置，等待使用者通过移动通信设备M建立连接；
2)服务初始化；使用者通过移动通信设备M的App选择移动平台机器人R进行租用，建立有线和无线的链接，并对系统重新进行基于使用的初始化，包括：
a)使用者身份以及设备的校验，比如移动通信设备M的ID；
b)移动通信设备M的安装以及连接，建立系统的连接网络，并进行初始化，系统网络以及交互内容如图3所示；
c)任务的请求和确认，通过移动通信设备M的系统进行交互，对移动平台机器人R的移动，以及移动应用服务器S1的服务进行确认；
3)服务：完成系统和服务的初始化，并确认任务之后，系统通过移动通信设备M与使用者进行交互，实现所需的服务，包括通过APP提供的移动服务，以及基于移动通信设备M的移动生态服务，并由移动通信设备M的管理系统进行调度；
a)移动应用服务器S1将场景内，与服务相关的信息发送到移动通信设备M的APP，由使用者进行选择；
b)移动通信设备M将使用者的命令发送到移动应用服务器S1，移动应用服务器S1对场地内的其他使用者，场地内的设备服务状态，以及使用者的行程等进行综合规划，并将规划和建议反馈到移动通信设备M，由使用者进行选择和决策；
c)使用者的命令，规划的轨迹由移动平台机器人R进行执行，并将任务和位置等信息同步到移动应用服务器S1；
d)在服务过程中，移动应用服务器S1、移动通信设备M以及移动平台机器人R保持实时位置和任务同步，以便能够实时对任务进行优化；
4)归还：完成任务之后，使用者通过移除或者端口断开移动通信设备M与移动平台机器人R的连接，通过移动通信设备M的APP对设备进行归还。特别的，归还和服务初始化，可能会因为使用者的操作进行切换。
进一步，在移动平台机器人R的基本移动能力的基础上，增加移动通信设备M进行人机交互能力之后，实现移动服务任务的过程，具体如下：
1)移动平台机器人R具备环境感知系统R3，包括平台的传感器，比如相机、激光雷达、超声波传感器等，能够对运行环境进行检测，在移动平台机器人R或者移动应用服务器S1的能力进行环境感知，运动决策以及运动规划，并由移动系统R2执行，包括平台的执行器，比如驱动电机、转向电机、制动系统以及指示系统等，能够使智能移动平台按照移动应用服务器S1的任务，按照规划的轨迹安全行驶；同时移动平台机器人R支持使用者通过操作系统R5的操作，并且使用的操作有更高的优先级；
2)移动通信设备M与移动平台机器人R通过支架和安装系统R5，以及无线通信系统M4和R4建立连接之后，实现特定任务服务需要考虑到与使用者的交互；
a)移动通信设备的感知系统(M1、M2、M3)的相机、麦克风、触屏以及网络等感知使用者的语言、动作、情绪等人物状态以及命令，等到使用者通过移动通信设备M或者M关联的Iot设备输入的人物以及交互命令；
b)人物以及命令通过移动通信设备M的输入，与环境感知的信息进行融合，能够在当前的环境下，理解人物以及命令，从而能够决定如何执行任务，并将任务的决策输入给运动决策和交互决策模块；人物通过平台操作系统R6的操作直接有执行机构进行执行；
c)任务决策的运动请求，结合环境信息，由移动平台决策如何运动，而规划控制模块在考虑到移动平台机器人R需要执行的动作，对执行器进行控制；
d)任务决策的交互请求，分为表情和内容交互决策和语音决策两个部分，其中：
i.表情和内容交互决策，主要是对交互设备的触屏或者状态灯等显示设备进行控制；
ii.语音决策，主要是针对于使用的对话，包括连续对话的管理，由声音执行器输出；
3)限于移动平台机器人R以及移动通信设备M的资源，复杂的计算需要通过服务器S，分为：
a)交互和理解服务器S2进行与人物输入相关的理解和融合，属于通用的交互内容，包括人的语言、情绪、动作以及操作交互的兴趣目标的识别，包括提供相关的背景知识，用于理解任务；
b)移动应用服务器S1进行任务相关的计算，包括环境的感知，以及地图融合，复杂任务的决策以及规划等，特别是在需要结合其他的信息，进行站内综合协调控制的情况下，比如场地内的客流服务。
进一步，在服务器S处的融合理解以及规划决策的基本策略是：首先将感知系统获取的站内动静态物体信息，以及站内地图进行匹配以及融合，生成站内行驶的地图，分为4层：
1)基础拓扑层map1：站内的全景静态地图，一般是站内的固定设施，会与外部道路地图打通，分为三类信息：
a)兴趣点map1-1：场地内供旅客使用或者停留的特殊地点，比如大厅、停车点、取票、托运、安检、检票、休息区、餐饮等，还包括这些地点的属性信息，用途、开放时间和状态、容量等内容，用于展示给使用者，以及进行时间和路线的规划。
b)站内的空间特征map1-2：场地内的空间，区域信息，包括出入口，排队区域，电梯、空地等，以及在区域内各种附属的定位信息，比如植物，栏杆、编码，指示牌，甚至广告牌等，这类信息会被赋予相应的属性，包括：规则、用途、开放时间和状态、容量等内容，以便进行全局的路线规划以及车辆定位。
c)关联关系map1-3：兴趣点map1-1以及站内空间map1-2等基本内容之间的连接关系，以及关联关系，比如替代，同类，优先等关联关系，用于进行实时规划或者调整，进行游览以及路线的优化。
2)实时动态层map：车辆或者使用者周边的实时空间以及障碍情况，基于自身传感器M3和R3，进行局部范围内的物体进行识别，并进行特征以及空间的定位，根据碰撞风险进行定位和跟踪。实时动态层map2内的物体是通过感知实时获得和识别的内容，并按照地图方式进行组织，一般分为三类：
a)兴趣点和位置特征map2-1：感知系统识别的空间以及位置特征，能够进行感知定位，对应于基础拓扑层的兴趣点map1-1以及空间特征map1-2，结合实际感知识别到的空间，标识牌，边界线等目标以及状态，与基础拓扑层的属性信息进行匹配得到全局位置。
b)空间和规则map2-2：感知系统识别并理解的显示车辆在当前空间和位置上展示通行规则的内容，比如空间的用途，标识牌，文字，指示灯等。
c)目标物map2-3，包括移动和静止物体：车辆/使用者周边的物体类型和相对位置，以及运动物体的运动状态，并对于动态物体需要进行一定时间的动态轨迹的预测。
基于车辆/使用者当前的位置，路线以及运动状态等信息，对静止物体以及动态物体进行预测并跟踪，将可能发生碰撞风险的物体设定的风险目标。
3)移动地图层map3：影响车辆移动的3D细节状态，一般是瞬时移动的范围，比如2秒移动5米，主要是表达道路的可行驶状态，通过更多的道路细节，进行实时的执行器的控制。一般分为两类：
1)地面状态map3-1：车辆近距离的影响通行的3D感知的地面状态，规划近距离的行驶位置；
2)风险目标map3-2：在近距离范围风险目标的跟踪，以进行紧急的避让动作，在此需要剔除站内跟随的目标人物map4-1。
移动地图层map3的目标物，需要映射和匹配到实时动态层map2，以便能够在采用相应的紧急动作，仍然能够保持跟随到达目的地/兴趣点map1-1轨迹行驶。
4)交互目标层map4：使用者的位置和状态，包括车内和车外的位置，以及关联的命令或者志平的交互，用于调整和调度移动平台机器人R，以及移动通信设备M的传感器，更好的确认交互目标的身份，以及指令信息，融合匹配交互目标在实时动态层map2的位置等；
a)目标人物map4-1：用于定位车辆移动或者跟随的位置，作为目标点的输入，以及对目标人map4-1的跟随等。
b)关联物体map4-2：用于理解用户指令的目标物，包括动静态目标map2-3，以及空间的特征/位置map2-2等。
进一步，基于地图分层对感知目标进行融合，并且相应的运动决策和规划在相应的地图层级进行，以及进行传递和交互，在规划模块进行判断之后由相应的执行模块执行，具体包括：
1)使用者通过App在地图的基础拓扑层map1上选择兴趣点map1-1，移动应用服务器S1根据行程，以及兴趣点map1-1进行路线规划，包括对移动平台机器人R调度，进行移动路线的规划或者重规划；
2)移动平台机器人R沿着规划的路线移动过程中，在实时动态层map2上对可能碰撞的目标物map2-3进行跟踪和预测，规划可能的移动轨迹，并按照安全和人驾驶，稳定，舒适的优先级进行移动轨迹的决策，并生成移动的轨迹；特别的，在安全和人驾驶出现冲突时，需要提示风险给使用者，以便能够驾驶者及时反应。
3)移动的轨迹在实时的移动地图层map3上拆解成连续移动目标点，作为单个周期移动的目标点，并保持移动目标点的连续性，特别是在安全和人驾驶出现冲突时，且驾驶者来不及反应，则安全优先进行紧急的避险动作。
进一步，基于使用者日程，以及站内信息进行综合任务决策以及规划，具体包括：
1)信息收集：移动应用服务器S1根据使用者的日程，包括：
a)规划使用者的乘车时间安排，即站内的乘车规划；
b)在此基础上，增加车站人流和日程中涉及到的场所信息，进行综合的日程规划和建议，得到站内的服务规划，考虑的因素，包括：
i.拥挤排队的场所，是否前往，以及前往预留的时间；
ii.临时的兴趣点，是否前往，以及前往预留的时间；
iii.行程中涉及到的行动地点，以及时间的预留，行程的限制进行综合的安排；
2)实时规划：移动应用服务器S1综合站内的乘车规划，以及站内的服务规划，对日程中的限制，优先级等特定规则，规划整体的站内行动规划，并将规划信息展示到移动通信设备M的触屏，与使用者进行交互；
3)实时执行：使用者通过移动通信设备M对场地内的信息，以及规划进行了解和确认，移动通信设备M将确认的规划任务发给移动应用服务器S1，由移动应用服务器S1或者移动通信设备M进行行动轨迹的规划，并发送给移动平台机器人R执行；
a)在移动平台机器人R执行的过程中，将当前的位置和状态进行，同步分享给移动应用服务器S1以及移动通信设备M，并接收使用者实时的任务更新；
b)移动通信设备M与使用者进行实时的交互，更新确认的行程和轨迹；
4)站内场地管理：移动应用服务器S1对站内的其他使用者，站内的服务设施，以及车站设备、服务等通过其他终端设备，比如手机、电脑、平板等，进行信息的共享以及同步，对车站内提供的各种服务进行综合的实时规划和优化。
进一步，交通枢纽站内的实时优化调度算法具体包括以下步骤：
1)收集和统计影响旅客乘客通行的数据，包括：
a)站内兴趣点的监测和统计信息，以及人流的统计，比如安检口、检票口、餐饮店和休息点等；
b)乘客行程以及站内路线的实时规划，通过APP在移动通信设备M，以及区域调度移动应用服务器S1，以及移动平台机器人R之间同步；
c)站内的车辆信息，包括未被租用的移动平台机器人R以及站内的维护车辆或者工作人员信息；
2)统计兴趣点的流量，基于当前以及未来预测的流量，对站内的节点进行分析和评估，得到相应的分级，比如空闲、一般、舒适、紧张、预警、关闭，以不同颜色进行标识，并在App上展示和提醒；
3)基于基础拓扑图的兴趣点的关联关系，进行分析和优化，并对旅客的行程以及路线进行建议重新规划，需要乘客进行确认并更新规划路线；采取的策略，比如；
a)替代路线或者替代的出入口，特别是取票，托运等；
b)删减或者增加节点，错开特定紧张区域；
c)安全建议，比如拥挤建议老人小孩不要前往。
在相应优先级策略的基础上进行重新规划以及同步到站内管理系统。
4)基于实时的路线、流量统计，以及未来预测的流量，对站内的设施进行动态调整。采取的策略，比如，
a)增加或者减少关联点，比如使用电子票，停车点，安检口等；
b)增加或者减少容量，比如增加安检口数量；
b)安全管理策略；
在相应优先级策略的基础上进行兴趣点的管理建议以及同步到站内管理和调度系统。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过复用手机等移动通信设备的感知、交互能力，节省了移动平台的成本。
本发明设计的移动平台，解决了人们携带行李的不便利，并且能够为行动不便的乘客提供可驾乘的工具，方便了乘客乘车，特别是大型的交通枢纽之间的换乘。并且，乘客能够通过移动平台之间的数据交互，了解出发地和目的地场内的实时情况，从而能够对出行的时间，以及饮食，休息等活动进行合理的安排。
(2)本发明系统可以基于车站/机场电动平台进行线控以及感知的升级，以支持自动的调度和运力的安排，技术难度以及成本较低。
(3)本发明系统通过场内APP的部署，能够在多终端(手机和/或车辆、以及景区设施)之间共享位置、行程、地图等，提供优化管理和调度的基础架构。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明自动行驶机器人系统的结构图；
图2为本发明系统的工作模式和组成
图3为本发明系统的网络通信架构；
图4为站内场地服务的执行过程；
图5为基于站内场景地图分层的融合，决策和规划策略；
图6为服务器调度的交互；
图7为基于统计信息的场地优化方法。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1～图7，本发明提供一种针对交通枢纽的自动行驶机器人系统针，如图1所示，该系统分为三个部分：
1)服务器S(Sever)，分为两种：
a)移动应用服务器S1，具备：
i.区域调度以及统计能力，并能够对车站场地内的客流、人流以及服务内容进行预测和管理。
ii.区域内的移动平台机器人R位置管理和调度能力，规划移动平台机器人R的移动轨迹。
iii.打通车站点内以及站点间的客流管理。
b)交互和理解服务器S2，基于移动通信设备M的生态，能够对语言、图像等进行处理，将综合理解的结果反馈给移动通信设备M(如手机)或者移动应用服务器S1进行任务和命令的解析。
2)区域内的移动平台机器人R，具备区域内的移动能力以及使用者操作的支持，包括：
a)能源系统R1，为机器人平台的设备提供能源，并对动力进行管理，包括电池、充放电设备等。
b)移动系统R2，为机器人的移动行驶机构，包括驱动，转向，制动等设备。
c)感知系统R3，为机器人感知区域内动静态目标的传感器以及处理系统，根据场景的复杂度配置不同，一般包括相机、超声波传感器等设备。
d)第一无线通信系统R4，为机器人进行通信的系统，对于区域行驶的机器人，一般是蓝牙以及wifi设备。
c)支架和安装系统R5，为机器人与第二移动通信设备M进行安装的机构以及进行有线通信，通常是USB的接口。
e)平台操作系统R6，为机器人支持使用者通过手动操作的系统，包括方向盘、加速、制动踏板等，这些系统为可选。
3)使用者的移动通信设备M，可以是手机或者平板电脑，具备个人账户信息，运行应用APP，是获取命令以及交互信息的设备，主要部分和功能：
a)触屏交互系统M1，允许使用者通过触屏输入和选择要执行的任务和命令；
b)声音交互系统M2，允许使用者通过声音输入和选择要执行的任务和命令；
c)图像感知系统M3，用于感知使用者以及环境中的特殊目标，并进行结合图像的任务或者命令的理解；
d)第二无线通信系统M4，用于与服务器S以及移动平台机器人R进行无线通信信息交互的系统；
e)移动通信设备M还通过自身的通信端口，一般是USB，经过支架和安装系统R5的端口进行有线的互联，用于交互大数据量的信息。
该系统通过APP的开发，以及智能云端系统的调度和管理，配合适应场地内使用的移动智能平台，更好的为租用者服务，比如：a)防止误车/误机提醒；b)路径的规划优化，减少拥堵或者阻塞；c)意外情况提前通知；d)自主的办理行李，票据等服务；e)场地内设备/设施以及场所的信息共享，安排吃，休息等。
图2所示为系统在移动通信设备M上建立使用关系的状态和模式切换的过程，即在移动平台机器人R，以及移动应用服务器S1的基础服务之上，通过键入移动通信设备M，实现使用者的命令和服务，过程如下：
1)调度状态：此时移动平台机器人R由移动应用服务器S1直接进行管理和调度，包括；
a)移动应用服务器S1能响应移动通信设备M通过APP的使用请求，并确认使用者的位置，或者统计信息，选择希望移动平台机器人R达到的位置；
b)移动应用服务器S1对移动平台机器人R进行调度，发送规划的轨迹给移动平台机器人R；
c)移动平台机器人R按照服务器S规划的轨迹进行移动，并到达指定的位置，等待使用者通过移动通信设备M建立连接；
2)服务初始化；使用者通过移动通信设备M的App选择移动平台机器人R进行租用，建立有线和无线的链接，并对系统重新进行基于使用的初始化，包括：
a)使用者身份以及设备的校验，比如移动通信设备M的ID；
b)移动通信设备M的安装以及连接，建立系统的连接网络，并进行初始化，系统网络以及交互内容如图3所示；
c)任务的请求和确认，通过移动通信设备M的系统进行交互，对移动平台机器人R的移动，以及移动应用服务器S1的服务进行确认；
3)服务：完成系统和服务的初始化，并确认任务之后，系统通过移动通信设备M与使用者进行交互，实现所需的服务，包括通过APP提供的移动服务，以及基于移动通信设备M的移动生态服务，并由移动通信设备M的管理系统进行调度；
a)移动应用服务器S1将场景内，与服务相关的信息发送到移动通信设备M的APP，由使用者进行选择；
b)移动通信设备M将使用者的命令发送到移动应用服务器S1，移动应用服务器S1对场地内的其他使用者，场地内的设备服务状态，以及使用者的行程等进行综合规划，并将规划和建议反馈到移动通信设备M，由使用者进行选择和决策；
c)使用者的命令，规划的轨迹由移动平台机器人R进行执行，并将任务和位置等信息同步到移动应用服务器S1；
d)在服务过程中，移动应用服务器S1、移动通信设备M以及移动平台机器人R保持实时位置和任务同步，以便能够实时对任务进行优化；
4)归还：完成任务之后，使用者通过移除或者端口断开移动通信设备M与移动平台机器人R的连接，通过移动通信设备M的APP对设备进行归还。特别的，归还和服务初始化，可能会因为使用者的操作进行切换。
图3所示为建立连接之后的系统网络架构，数据交互的通道和内容包括：
1)通道1：移动平台机器人R和移动应用服务器S1的无线交互通道，通过第一无线通信系统R4建立的连接。
a)移动应用服务器S1向移动平台机器人R发送轨迹调度和规划的任务信息，移动平台机器人R会判断来自移动应用服务器S1以及移动通信设备M的任务信息，安全执行。
b)移动平台机器人R向移动应用服务器S1反馈当前移动的位置，以及运行状态信息。
2)通道2：移动通信设备M与服务器S，既包括与移动应用服务器S1，也包括与其他的交互和理解服务器S2，前者处理本地的移动和决策任务，后者处理感知交互和理解任务，这里主要说明移动应用服务器S1的交互。
a)移动通信设备M通过APP向移动应用服务器S1发送任务的请求，以及执行的命令。
b)移动应用服务器S1将规划的任务，以及任务相关的调度和规划等信息反馈到移动通信设备M的APP，供使用者进行决策和选择。
3)通道3：移动通信设备M与移动平台机器人R的大数据量信息交互通道，一般是有线的USB，用于交互和同步环境地图以及命令信息。
a)移动通信设备M将使用者决定的移动任务，以及使用者的状态信息发送给移动平台机器人R，由移动平台机器人R结合安全以及自身状态信息决定如何执行。
b)移动平台机器人R将执行的状态，以及地图和环境信息反馈给移动通信设备M，并通过App进行展示。
4)通道4：移动通信设备M与移动平台机器人R的无线通道，主要是进行身份的校验，以及使用归还过程中的信息交互，也会作为通道3的备份通道。
5)通道5：移动平台机器人R将传感器采集的环境信息，通过移动平台机器人R的第一无线通信系统R4将环境数据发送到移动应用服务器S1，可以与通道1使用相同的连接。这主要是为了能够将场景内的关联设备以及地图进行实时的同步，由移动应用服务器S.1进行规划服务。
6)通道6：移动通信设备M将传感器采集的与人交互的信息，通过移动通信设备M的无线通信系统M4，将人的语音、图像等新发送到交互和理解服务器S2进行人的语音和图像交互理解，让命令信息传递反馈到移动通信设备M，或者直接发送给移动应用服务器S1进行基于任务的综合理解，决策以及规划。
图4所示为在移动平台机器人R的基本移动能力的基础上，增加移动通信设备M进行人机交互能力之后，实现移动服务任务的过程，具体如下：
1)移动平台机器人R具备环境感知系统R3，包括平台的传感器，比如相机、激光雷达、超声波传感器等，能够对运行环境进行检测，在移动平台机器人R或者移动应用服务器S1的能力进行环境感知，运动决策以及运动规划，并由移动系统R2执行，包括平台的执行器，比如驱动电机、转向电机、制动系统以及指示系统等，能够使智能移动平台按照移动应用服务器S1的任务，按照规划的轨迹安全行驶；同时移动平台机器人(R)支持使用者通过操作系统R5的操作，并且使用的操作有更高的优先级；
2)移动通信设备M与移动平台机器人R通过支架和安装系统R5，以及无线通信系统M4和R4建立连接之后，实现特定任务服务需要考虑到与使用者的交互；
a)移动通信设备的感知系统(M1、M2、M3)的相机、麦克风、触屏以及网络等感知使用者的语言、动作、情绪等人物状态以及命令，等到使用者通过移动通信设备M或者M关联的Iot设备输入的人物以及交互命令；
b)人物以及命令通过移动通信设备M的输入，与环境感知的信息进行融合，能够在当前的环境下，理解人物以及命令，从而能够决定如何执行任务，并将任务的决策输入给运动决策和交互决策模块；人物通过平台操作系统R6的操作直接有执行机构进行执行；
c)任务决策的运动请求，结合环境信息，由移动平台决策如何运动，而规划控制模块在考虑到移动平台机器人R需要执行的动作，对执行器进行控制；
d)任务决策的交互请求，分为表情和内容交互决策和语音决策两个部分，其中：
i.表情和内容交互决策，主要是对交互设备的触屏或者状态灯等显示设备进行控制；
ii.语音决策，主要是针对于使用的对话，包括连续对话的管理，由声音执行器输出；
3)限于移动平台机器人R以及移动通信设备M的资源，复杂的计算需要通过服务器S，分为：
a)交互和理解服务器S2进行与人物输入相关的理解和融合，属于通用的交互内容，包括人的语言、情绪、动作以及操作交互的兴趣目标的识别，包括提供相关的背景知识，用于理解任务；
b)移动应用服务器S1进行任务相关的计算，包括环境的感知，以及地图融合，复杂任务的决策以及规划等，特别是在需要结合其他的信息，进行站内综合协调控制的情况下，比如场地内的客流服务。
特殊说明，在人驾驶和操作时，人的输入有最高的优先级，此时的移动通信设备M作为信息展示以及同步的设备，提供站内的客流、设施等信息。
图5所示为在服务器S处的融合理解以及规划决策的基本策略，首先将感知设备获取的站内动静态物体信息，以及站内地图进行匹配以及融合，生成站内行驶的地图，分为4层：
1)基础拓扑层map1：站内的全景静态地图，一般是站内的固定设施，会与外部道路地图打通，分为三类信息，包括兴趣点map1-1，空间以及特征map1-2以及站内的兴趣点，空间等要素的关联关系map1-3：
a)兴趣点map1-1：场地内供旅客使用或者停留的特殊地点，比如大厅、停车点、取票、托运、安检、检票、休息区、餐饮等，还包括这些地点的属性信息，用途、开放时间和状态、容量等内容，用于展示给使用者，以及进行时间和路线的规划。
b)站内的空间特征map1-2：场地内的空间，区域信息，包括出入口，排队区域，电梯、空地等，以及在区域内各种附属的定位信息，比如植物，栏杆、编码，指示牌，甚至广告牌等，这类信息会被赋予相应的属性，包括：规则、用途、开放时间和状态、容量等内容，以便进行全局的路线规划以及车辆定位。
c)关联关系map1-3：兴趣点map1-1以及站内空间map1-2等基本内容之间的连接关系，以及关联关系，比如替代，同类，优先等关联关系，用于进行实时规划或者调整，进行游览以及路线的优化。
2)实时动态层map2：车辆或者使用者周边的实时空间以及障碍情况，基于自身传感器M3和R3，进行局部范围内的物体进行识别，并进行特征以及空间的定位，根据碰撞风险进行定位和跟踪。实时动态层内的物体是通过感知实时获得和识别的内容，并按照空间地图方式进行组织，一般分为三类：
a)兴趣点和位置特征map2-1：感知系统识别的空间以及位置特征，能够进行感知定位，对应于基础拓扑层的兴趣点map1-1以及空间特征map1-2，结合实际感知识别到的空间，标识牌，边界线等目标以及状态，与基础拓扑层的属性信息进行匹配得到全局位置。
b)空间和规则map2-2：感知系统识别并理解的显示车辆在当前空间和位置上展示通行规则的内容，比如空间的用途，标识牌，文字，指示灯等。
c)目标物map2-3，包括移动和静止物体：车辆/使用者周边的物体类型和相对位置，以及运动物体的运动状态，并对于动态物体需要进行一定时间的动态轨迹的预测。
基于车辆/使用者当前的位置，路线以及运动状态等信息，对静止物体以及动态物体进行预测并跟踪，将可能发生碰撞风险的物体设定的风险目标，能够沿规定线路安全稳定的行驶。
3)移动地图层map3：影响车辆移动的3D细节状态，一般是瞬时移动的范围，比如2秒移动5米，主要是表达道路的可行驶状态，通过更多的道路细节，进行实时的执行器的控制。一般分为两类：
1)地面状态map3-1：车辆近距离的影响通行的3D感知的地面状态，规划近距离的行驶位置；
2)风险目标map3-2：在近距离范围风险目标的跟踪，以进行紧急的避让动作，在此需要剔除站内跟随的目标人物map4-1。
移动地图层map3的目标物，需要映射和匹配到实时动态层map2，以便能够在采用相应的紧急动作，仍然能够保持跟随到达目的地/兴趣点map1-1轨迹行驶。
4)交互目标层map4：使用者的位置和状态，包括车内和车外的位置，以及关联的命令或者志平的交互，用于调整和调度移动平台机器人R，以及移动通信设备M的传感器，更好的确认交互目标的身份，以及指令信息，融合匹配交互目标在实时动态层map2的位置等。
a)目标人物map4-1：用于定位车辆移动或者跟随的位置，作为目标点的输入，以及对目标人map4-1的跟随等。
b)关联物体map4-2：用于理解用户指令的目标物，包括动静态目标map2-3，以及空间的特征/位置map2-2等。
基于地图分层对感知目标进行融合，并且相应的运动决策和规划在相应的地图层级进行，以及进行传递和交互，在规划模块进行判断之后由相应的执行模块执行，具体包括：
1)使用者通过App在地图的基础拓扑层map1上选择兴趣点map1-1，移动应用服务器S1根据行程，以及兴趣点map1-1进行路线规划，包括对移动平台机器人R调度，进行移动路线的规划或者重规划；
2)移动平台机器人R沿着规划的路线移动过程中，在实时动态层map2上对可能碰撞的目标物map2-3进行跟踪和预测，规划可能的移动轨迹，并按照安全和人驾驶，稳定，舒适的优先级进行移动轨迹的决策，并生成移动的轨迹；特别的，在安全和人驾驶出现冲突时，需要提示风险给使用者，以便能够驾驶者及时反应。
3)移动的轨迹在实时的移动地图层map3上拆解成连续移动目标点，作为单个周期移动的目标点，并保持移动目标点的连续性，特别是在安全和人驾驶出现冲突时，且驾驶者来不及反应，则安全优先进行紧急的避险动作。
基于使用者日程，以及站内信息进行综合任务决策以及规划的过程如图6所示，具体包括：
1)信息收集：移动应用服务器S1根据使用者的日程，包括：
a)规划使用者的乘车时间安排，即站内的乘车规划；
b)在此基础上，增加车站人流和日程中涉及到的场所信息，进行综合的日程规划和建议，得到站内的服务规划，考虑的因素，包括：
i.拥挤排队的场所，是否前往，以及前往预留的时间；
ii.临时的兴趣点，是否前往，以及前往预留的时间；
iii.行程中涉及到的行动地点，以及时间的预留，行程的限制进行综合的安排；
2)实时规划：移动应用服务器S1综合站内的乘车规划，以及站内的服务规划，对日程中的限制，优先级等特定规则，规划整体的站内行动规划，并将规划信息展示到移动通信设备M的触屏，与使用者进行交互；
3)实时执行：使用者通过移动通信设备M对场地内的信息，以及规划进行了解和确认，移动通信设备M将确认的规划任务发给移动应用服务器S1，由移动应用服务器S1或者移动通信设备M进行行动轨迹的规划，并发送给移动平台机器人R执行；
a)在移动平台机器人R执行的过程中，将当前的位置和状态进行，同步分享给移动应用服务器S1以及移动通信设备M，并接收使用者实时的任务更新；
b)移动通信设备M与使用者进行实时的交互，更新确认的行程和轨迹；
4)站内场地管理：移动应用服务器S1对站内的其他使用者，站内的服务设施，以及车站设备、服务等通过其他终端设备，比如手机、电脑、平板等，进行信息的共享以及同步，对车站内提供的各种服务进行综合的实时规划和优化。
图7所示为交通枢纽站内的实时优化调度算法，基于对乘客行程以及站内实时的人流、设备/设施状态监测，对路线，以及兴趣点进行统计和分级，从而进行优化调度管理，分为不同的规划和优化。具体包括以下步骤：
1)信息统计模块opt1进行收集和统计影响旅客乘客通行的数据，包括：
a)站内兴趣点的监测和统计信息opt1-2，以及人流的统计，比如安检口、检票口、餐饮店和休息点等；
b)乘客行程以及站内路线的实时规划opt1-1，通过APP在移动通信设备M，以及区域调度移动应用服务器S1，以及移动平台机器人R之间同步；
c)站内的车辆信息opt1-3，包括未被租用的移动平台机器人R以及站内的维护车辆或者工作人员信息；
2)兴趣点使用统计与预测模块opt2，统计兴趣点的流量，使用实时统计方方法，以及预测模型和算法，对站内的节点进行分析和评估，并进行预测，在App上展示和提醒。这类数据可以是：
a)道路上的车辆以及人流量，并进行分级以及预测的时间估计。
b)兴趣点的人流/车流量统计和预测。
c)以往的道路经验数据。
3)道路和兴趣点管理opt3，基于基础拓扑图map1的兴趣点的关联关系，进行分析和优化，包括：
a)场地内调度和管理模块opt3-1，基于实时的路线、流量统计，以及未来预测的流量，对站内的设施进行动态调整。采取的策略，比如：
①增加或者减少关联点，比如使用电子票，停车点，安检口等；
②增加或者减少容量，比如增加安检口数量；
③安全管理策略。
b)进行旅客建议的模块opt3-2，对旅客的行程以及路线进行建议重新规划，需要乘客进行确认并更新规划路线,，采取的策略，比如：
①替代路线或者替代的出入口，特别是取票，托运等；
②删减或者增加节点，错开特定紧张区域；
③安全建议，比如拥挤建议老人小孩不要前往。
在相应优先级策略的基础上进行重新规划以及同步到站内管理系统。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种用于交通枢纽的自动行驶机器人系统，其特征在于，该系统包括：服务器(S)、移动平台机器人(R)和移动通信设备(M)；
所述服务器(S)包括移动应用服务器(S1)和交互和理解服务器(S2)；所述移动应用服务器(S1)，具备：1)站内调度以及统计能力，并能够对车站场地内的客流、人流以及服务内容进行预测和管理；2)站内的移动平台机器人R位置管理和调度能力，规划移动平台机器人R的移动轨迹；3)打通车站内以及站点间的客流管理；所述交互和理解服务器(S2)是将移动通信设备(M)的信息进行综合理解，并将结果反馈给移动通信设备(M)或者移动应用服务器(S1)进行任务和命令的解析；
所述移动平台机器人(R)具备站内的移动能力以及使用者操作的支持，包括：感知系统(R3)、第一无线通信系统(R4)、支架和安装系统(R5)和平台操作系统(R6)；
所述移动通信设备(M)用于获取命令以及交互信息，包括触屏交互系统(M1)、声音交互系统(M2)、图像感知系统(M3)和第二无线通信系统(M4)。
2.根据权利要求1所述的自动行驶机器人系统，其特征在于，系统在移动通信设备(M)上建立使用关系的状态和模式切换过程，即在移动平台机器人(R)，以及移动应用服务器(S1)的基础服务之上，通过键入移动通信设备(M)，实现使用者的命令和服务，过程如下：
1)调度状态：此时移动平台机器人(R)由移动应用服务器(S1)直接进行管理和调度，包括；
a)移动应用服务器(S1)能响应移动通信设备(M)通过APP的使用请求，并确认使用者的位置，或者统计信息，选择希望移动平台机器人(R)达到的位置；
b)移动应用服务器(S1)对移动平台机器人(R)进行调度，发送规划的轨迹给移动平台机器人(R)；
c)移动平台机器人(R)按照服务器(S)规划的轨迹进行移动，并到达指定的位置，等待使用者通过移动通信设备(M)建立连接；
2)服务初始化；使用者通过移动通信设备(M)的App选择移动平台机器人(R)进行租用，建立有线和无线的链接，并对系统重新进行基于使用的初始化，包括：
a)使用者身份以及设备的校验；
b)移动通信设备(M)的安装以及连接，建立系统的连接网络，并进行初始化；
c)任务的请求和确认，通过移动通信设备(M)的系统进行交互，对移动平台机器人(R)的移动，以及移动应用服务器(S1)的服务进行确认；
3)服务：完成系统和服务的初始化，并确认任务之后，系统通过移动通信设备(M)与使用者进行交互，实现所需的服务，包括通过APP提供的移动服务，以及基于移动通信设备(M)的移动生态服务，并由移动通信设备(M)的管理系统进行调度；
a)移动应用服务器(S1)将场景内，与服务相关的信息发送到移动通信设备(M)的APP，由使用者进行选择；
b)移动通信设备(M)将使用者的命令发送到移动应用服务器(S1)，移动应用服务器(S1)对场地内的其他使用者，场地内的设备服务状态，以及使用者的行程等进行综合规划，并将规划和建议反馈到移动通信设备(M)，由使用者进行选择和决策；
c)使用者的命令，规划的轨迹由移动平台机器人(R)进行执行，并将任务和位置等信息同步到移动应用服务器(S1)；
d)在服务过程中，移动应用服务器(S1)、移动通信设备(M)以及移动平台机器人(R)保持实时位置和任务同步，以便能够实时对任务进行优化；
4)归还：完成任务之后，使用者通过移除或者端口断开移动通信设备(M)与移动平台机器人(R)的连接，通过移动通信设备(M)的APP对设备进行归还。
3.根据权利要求2所述的自动行驶机器人系统，其特征在于，在移动平台机器人(R)的基本移动能力的基础上，增加移动通信设备(M)进行人机交互能力之后，实现移动服务任务的过程，具体如下：
1)移动平台机器人(R)具备环境感知系统(R3)，能够对运行环境进行检测，在移动平台机器人(R)或者移动应用服务器(S1)的能力进行环境感知，运动决策以及运动规划，并由移动系统(R2)执行，能够使智能移动平台按照移动应用服务器(S1)的任务，按照规划的轨迹安全行驶；同时移动平台机器人(R)支持使用者通过操作系统(R5)的操作，并且使用的操作有更高的优先级；
2)移动通信设备(M)与移动平台机器人(R)通过支架和安装系统(R)5，以及无线通信系统(M4)和(R4)建立连接之后，实现特定任务服务需要考虑到与使用者的交互；
a)移动通信设备的感知系统(M1、M2、M3)感知使用者的人物状态以及命令，等到使用者通过移动通信设备(M)或者(M)关联的Iot设备输入的人物以及交互命令；
b)人物以及命令通过移动通信设备(M)的输入，与环境感知的信息进行融合，能够在当前的环境下，理解人物以及命令，并将任务的决策输入给运动决策和交互决策模块；人物通过平台操作系统(R6)的操作直接有执行机构进行执行；
c)任务决策的运动请求，结合环境信息，由移动平台决策如何运动，而规划控制模块在考虑到移动平台机器人(R)需要执行的动作，对执行器进行控制；
d)任务决策的交互请求，分为表情和内容交互决策和语音决策两个部分；
3)限于移动平台机器人(R)以及移动通信设备(M)的资源，复杂的计算需要通过服务器(S)，分为：
a)交互和理解服务器(S2)进行与人物输入相关的理解和融合，包括人的语言、情绪、动作以及操作交互的兴趣目标的识别，包括提供相关的背景知识，用于理解任务；
b)移动应用服务器(S1)进行任务相关的计算，包括环境的感知，以及地图融合，复杂任务的决策以及规划。
4.根据权利要求3所述的自动行驶机器人系统，其特征在于，在服务器(S)处的融合理解以及规划决策的基本策略是：首先将感知系统获取的站内动静态物体信息，以及站内地图进行匹配以及融合，生成站内行驶的地图，分为4层：
1)基础拓扑层(map1)：站内的全景静态地图，分为三类信息：
a)兴趣点(map1-1)：场地内供旅客使用或者停留的特殊地点，以及这些地点的属性信息，以及进行时间和路线的规划；
b)站内的空间特征(map1-2)：场地内的空间、区域信息，以及在区域内各种附属的定位信息，以及这类信息相应的属性；
c)关联关系(map1-3)：基本内容之间的连接关系，以及关联关系；
2)实时动态层(map2)：车辆或者使用者周边的实时空间以及障碍情况，基于自身传感器，进行局部范围内的物体进行识别，并进行特征以及空间的定位，根据碰撞风险进行定位和跟踪；实时动态层内的物体是通过感知实时获得和识别的内容，并按照地图方式进行组织，分为三类：
a)兴趣点和位置特征(map2-1)：感知系统识别的空间以及位置特征，能够进行感知定位，对应于基础拓扑层的兴趣点(map1-1)以及站内的空间特征(map1-2)；
b)空间和规则(map2-2)：感知系统识别并理解的显示车辆在当前空间和位置上展示通行规则的内容；
c)目标物(map2-3)：包括移动和静止物体：车辆/使用者周边的物体类型和相对位置，以及运动物体的运动状态，并对于动态物体需要进行一定时间的动态轨迹的预测；
基于车辆/使用者当前的位置，路线以及运动状态，预测和估计可能发生碰撞风险，对静止物体以及动态物体进行预测并跟踪，将可能发生碰撞风险的物体设定的风险目标，能够沿规定线路安全稳定的行驶；
3)移动地图层(map3)：影响车辆移动的3D细节状态，表达道路的可行驶状态；
4)交互目标层(map4)：使用者的位置和状态，包括车内和车外的位置，以及关联的命令或者志平的交互，用于调整和调度移动平台机器人(R)，以及移动通信设备(M)的传感器，更好的确认交互目标的身份，以及指令信息，融合匹配交互目标在动态地图的位置。
5.根据权利要求4所述的自动行驶机器人系统，其特征在于，基于地图分层对感知目标进行融合，并且相应的运动决策和规划在相应的地图层级进行，以及进行传递和交互，在规划模块进行判断之后由相应的执行模块执行，具体包括：
1)使用者通过App在地图的基础拓扑层(map1)上选择兴趣点(map1-1)，移动应用服务器(S1)根据行程，以及兴趣点(map1-1)进行路线规划，包括对移动平台机器人(R)调度，进行移动路线的规划或者重规划；
2)移动平台机器人(R)沿着规划的路线移动过程中，在实时动态层(map2)上对目标物(map2-3)进行跟踪和预测，规划可能的移动轨迹，并按照安全和人驾驶，稳定，舒适的优先级进行移动轨迹的决策，并生成移动的轨迹；在安全和人驾驶出现冲突时，需要提示风险给使用者；
3)移动的轨迹在实时的移动地图层(map3)上拆解成连续移动目标点，作为单个周期移动的目标点，并保持移动目标点的连续性，特别是在安全和人驾驶出现冲突时，且驾驶者来不及反应，则安全优先进行紧急的避险动作。
6.根据权利要求4所述的自动行驶机器人系统，其特征在于，基于使用者日程，以及站内信息进行综合任务决策以及规划，具体包括：
1)信息收集：移动应用服务器(S1)根据使用者的日程，包括：
a)规划使用者的乘车时间安排，即站内的乘车规划；
b)增加车站人流和日程中涉及到的场所信息，进行综合的日程规划和建议，得到站内的服务规划；
2)实时规划：移动应用服务器(S1)综合站内的乘车规划，以及站内的服务规划，对日程中特定规则，规划整体的站内行动规划，并将规划信息展示到移动通信设备(M)的触屏，与使用者进行交互；
3)实时执行：使用者通过移动通信设备(M)对场地内的信息，以及规划进行了解和确认，移动通信设备(M)将确认的规划任务发给移动应用服务器(S1)，由移动应用服务器(S1)或者移动通信设备(M)进行行动轨迹的规划，并发送给移动平台机器人(R)执行；
a)在移动平台机器人(R)执行的过程中，将当前的位置和状态进行，同步分享给移动应用服务器(S1)以及移动通信设备(M)，并接收使用者实时的任务更新；
b)移动通信设备(M)与使用者进行实时的交互，更新确认的行程和轨迹；
4)站内场地管理：移动应用服务器(S1)对站内的其他使用者，站内的服务设施，以及其他终端设备进行信息的共享以及同步，对车站内提供的各种服务进行综合的实时规划和优化。
7.根据权利要求6所述的自动行驶机器人系统，其特征在于，交通枢纽站内的实时优化调度算法具体包括以下步骤：
1)收集和统计影响旅客乘客通行的数据，包括：
a)站内兴趣点的监测和统计信息，以及人流的统计；
b)乘客行程以及站内路线的实时规划，通过APP在移动通信设备(M)，以及区域调度移动应用服务器(S1)，以及移动平台机器人(R)之间同步；
c)站内的车辆信息，包括未被租用的移动平台机器人(R)以及站内的维护车辆或者工作人员信息；
2)统计兴趣点的流量，基于当前以及未来预测的流量，对站内的节点进行分析和评估，得到相应的分级，并在App上展示和提醒；
3)基于基础拓扑图的兴趣点的关联关系，进行分析和优化，并对旅客的行程以及路线进行建议重新规划，需要乘客进行确认并更新规划路线；
4)基于实时的路线、流量统计，以及未来预测的流量，对站内的设施进行动态调整。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310381965.9A CN116449837A (zh) | 2023-04-11 | 2023-04-11 | 一种用于交通枢纽的自动行驶机器人系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310381965.9A CN116449837A (zh) | 2023-04-11 | 2023-04-11 | 一种用于交通枢纽的自动行驶机器人系统 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN116449837A true CN116449837A (zh) | 2023-07-18 |
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ID=87135146
Family Applications (1)
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| CN202310381965.9A Pending CN116449837A (zh) | 2023-04-11 | 2023-04-11 | 一种用于交通枢纽的自动行驶机器人系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116449837A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117215305A (zh) * | 2023-09-12 | 2023-12-12 | 北京城建智控科技股份有限公司 | 一种出行辅助系统 |
-
2023
- 2023-04-11 CN CN202310381965.9A patent/CN116449837A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117215305A (zh) * | 2023-09-12 | 2023-12-12 | 北京城建智控科技股份有限公司 | 一种出行辅助系统 |
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