CN109521780B - 遥控作业车辆的控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种遥控作业车辆的控制***，包括：车辆运动单元，用于驱动车辆运动；第一控制器，与所述车辆运动单元信号连接，能够接收遥控信号，并按照所述遥控信号对应的指令对所述车辆运动单元进行控制；信息采集单元，采集反映车辆的运动信息及车辆周边的环境信息；和第二控制器，分别与所述信息采集单元、所述车辆运动单元以及所述第一控制器信号连接，能够处理由所述信息采集单元所采集的车辆的运动信息及车辆周边的环境信息，并根据处理结果控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。本发明能够在遥控信号失常时，使遥控作业车辆能够根据所述处理结果自动返回。

Description

遥控作业车辆的控制***及控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及遥控作业车辆的控制***及控制方法。

背景技术

遥控作业的工程车辆被日益广泛地应用于多种危险场景中，例如在发生泥石流、地震灾害、矿难、核泄漏、火灾和军事冲突等区域，通过人工操作工程车辆进行相关施工作业具有极高的危险性，因此多采用遥控的手段远程地操控工程车辆，在保证救援工作顺利推进的前提下，最大程度地保证驾驶人员的生命安全。

然而在上述危险场景中，不但地形环境复杂，还充满了其他能够对遥控信号产生干扰的因素，容易造成遥控信号丢失，进而导致控制人员与工程车辆失去通讯联系。例如部分危险场景中，存在着严重的信号遮蔽、辐射干扰或全频段通讯阻断等情况，加之操作人员对于危险场景内的信号干扰无法准确评估，极易发生工程车辆失联的情况。

而在失联后，由于缺乏对工程车辆有效的救援手段，操作人员往往无法及时对工程车辆进行有效的处理，往往只能置之不理或在危险解除后再去寻找。但是危险场景内的环境往往瞬息万变，危险解除后寻回工程车辆的可能性也相对较低，再加上被弃置的工程车辆，大量的搜救资源被浪费，工程车辆的服役效率和使用寿命也因此大大降低。

发明内容

本发明的至少一个目的是提出一种基于危险环境遥控作业车辆的控制***，能够在被遥控的工程车辆与操控信号失联的情况下，使工程车辆自主返航。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种遥控作业车辆的控制***，包括：车辆运动单元，用于驱动车辆运动；第一控制器，与所述车辆运动单元信号连接，能够接收遥控信号，并按照所述遥控信号对应的指令对所述车辆运动单元进行控制；信息采集单元，采集反映车辆的运动信息及车辆周边的环境信息；和第二控制器，分别与所述信息采集单元、所述车辆运动单元以及所述第一控制器信号连接，能够处理由所述信息采集单元所采集的车辆的运动信息及车辆周边的环境信息，并根据处理结果控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第二控制器包括：返回模块，控制所述车辆运动单元使车辆自动返回；和第一判断模块，判断所述第一控制器能否正常接收遥控信号，并在无法正常接收遥控信号时，触发所述返回模块。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第二控制器包括：第二判断模块，判断车辆是否到达设定位置，并在车辆到达设定位置时关闭所述第一判断模块，在车辆未到达设定位置时开启所述第一判断模块。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述信息采集单元包括：定位模块，用于采集车辆的定位信息；所述返回模块包括：第一返回单元，根据所述车辆的定位信息，控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述信息采集单元包括：扫描模块，用于通过扫描采集车辆周边环境的空间位置信息；和图像采集模块，用于通过拍摄采集车辆周边环境的图像信息；所述返回模块包括：第二返回单元，根据车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位，并按照生成的返回路径控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第二控制器包括：构图模块，能够由所述车辆周边的图像信息提取环境特征点，并将所述环境特征点与所述车辆的定位信息及所述车辆周边的空间位置信息结合，绘制车辆周边环境的环境地图；储存模块，将初始位置下车辆的定位信息作为初始定位信息储存，并将由所述构图模块得到的环境特征点和环境地图分别作为历史环境特征点和历史环境地图进行储存；和路径计算模块，根据所述初始定位信息以及所述环境地图，计算出车辆返回至初始位置的所述返回路径；其中，所述第二返回单元被配置为在定位车辆时，使所述构图模块提取的环境特征点与所述储存模块记录的历史环境特征点相匹配。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述信息采集单元包括：定位模块，用于采集车辆的定位信息；所述返回模块包括：第一返回单元，根据所述车辆的定位信息，按照所述返回路径控制所述车辆运动单元使车辆自动返回；所述第二控制器还包括：第三判断模块，判断所述定位模块是否正常工作，并在所述定位模块正常工作时开启所述第一返回单元，在所述定位模块非正常工作时开启所述第二返回单元。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第二控制器包括：闭环检测模块，在所述第一返回单元或所述第二返回单元开启时，将所述环境特征点与所述历史环境特征点进行比对，并在所述环境特征点与所述历史环境特征点不一致时，更新所述储存模块中记录的环境地图。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第二控制器包括：惯性测量模块，用于采集车辆的姿态信息，并且在所述姿态信息改变时，使所述构图模块更新所述环境地图。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述定位模块包括：卫星定位装置，能够接收卫星定位信号并计算得到车辆的位置信息。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述扫描模块包括：激光雷达，通过发射激光束扫描车辆周边环境，并获得车辆周边环境的空间位置信息。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述车辆运动单元包括：油门控制模块，控制车辆的运动速度；转向控制模块，控制所述车辆的前进方向；和制动控制模块，控制所述车辆的启动或停止。

本发明还提供了一种遥控作业车辆的控制方法，包括：在车辆正常接收遥控信号时，使车辆受遥控运动，并采集车辆的运动信息及车辆周边的环境信息；在车辆无法正常接收遥控信号时，则对采集的车辆的运动信息及车辆周边的环境信息进行处理，并根据处理结果控制车辆自动返回。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：判断车辆是否到达初始位置，并在车辆到达初始位置时使车辆停止自动返回，在车辆未达到初始位置时使车辆继续自动返回。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：采集车辆的定位信息，并根据所述定位信息，控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：通过采集车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位，并按照生成的返回路径控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述返回路径的生成方法包括：由所述车辆周边的图像信息提取环境特征点，并将所述环境特征点与所述车辆的定位信息及所述车辆周边的空间位置信息结合，绘制车辆周边环境的环境地图；将初始位置下车辆的定位信息作为初始定位信息储存，并所述环境特征点和环境地图分别作为历史环境特征点和历史环境地图进行储存；以及根据所述初始定位信息以及所述环境地图，计算出车辆返回至初始位置的所述返回路径；其中，所述根据车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位的方法包括：将由提取得到的所述环境特征点与储存的所述历史环境特征点进行匹配，对车辆进行定位。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：采集车辆的定位信息，并根据所述定位信息，控制所述车辆运动单元使车辆自动返回；和判断所述车辆的定位信息是否正常，并在所述定位信息正常时根据所述定位信息对车辆进行定位，在所述定位信息不正常时根据所车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：采集车辆的姿态信息，并且在所述姿态信息改变时，更新所述环境地图。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：在所述车辆自动返回时，将由提取得到的所述环境特征点与储存的所述历史环境特征点进行比对，并在所述环境特征点与所述历史环境特征点不一致时，更新所述历史环境地图。

本发明进一步提供了一种遥控作业车辆，所述遥控作业车辆包括如前文所述的遥控作业车辆的控制***。

基于上述技术方案，本发明实施例能够通过采集车辆的运动信息以及车辆周边的环境信息，并对所采集的信息进行处理，从而在遥控信号失常时，使遥控作业车辆能够根据所述处理结果自动返回。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所提供的遥控作业车辆的控制***结构示意图；

图2为本发明另一实施例所提供的遥控作业车辆的控制***结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的遥控作业车辆的控制方法的流程结构示意图；

具体实施方式

下面可以参照附图以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。

需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。

本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。

如图1～2所示，本发明提供的一种遥控作业车辆的控制***，包括：车辆运动单元，用于驱动车辆运动；第一控制器，与所述车辆运动单元信号连接，能够接收遥控信号，并按照所述遥控信号对应的指令对所述车辆运动单元进行控制；信息采集单元，采集反映车辆的运动信息及车辆周边的环境信息；和第二控制器，分别与所述信息采集单元、所述车辆运动单元以及所述第一控制器信号连接，能够处理由所述信息采集单元所采集的车辆的运动信息及车辆周边的环境信息，并根据处理结果控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

所述遥控作业车辆多被应用于车辆无人操作的场景，例如在泥石流、地震、矿难、核泄漏、火灾以及军事冲突等自然或人为灾害的搜救现场，为了避免二次灾害对于作业车辆上的驾驶及操作人员的生命健康产生影响，多采用遥控的手段实现远程操控。基于此，本领域技术人员应当能够理解，所述遥控作业车辆并不被限制为依靠四轮贴地转动的行走机械，而可以被扩展为履带式、多轮式、行走支腿式或者作业飞行器等其他相关的装置。

所述第一控制器与所述车辆运动单元通过信号连接，包括有线信号连接以及无线信号连接，同时包括了多种通讯协议，包括CAN总线连接等。所述第一控制器能够接收遥控信号，并依照遥控信号的指令控制所述车辆运动单元。此处的遥控信号可以指具体的、针对于不同的车辆运动单元所做出的指令，例如对所述遥控作业车辆每个轮体运动做出不同的针对性指令，以同步完成一个整体性动作；也可以指直接对所述遥控作业车辆的整体动作发出指令，再由所述第一控制器分解该整体动作为不同的车辆运动单元的分解性动作，从而实现遥控指令所对应的操作。

所述信息采集单元设置分布于所述遥控作业车辆，用于采集能够反映车辆自身的运动信息，以及车辆周边的环境信息。其中，所述车辆自身的运动信息可以包括车辆的位置、速度以及行驶方向等信息，而所述车辆周边的环境信息则包括了周围环境的障碍物信息、道路信息以及环境参数信息等，其中所述道路信息可以包括路况、坡度、转弯情况等会对车辆行驶产生影响的信息，而所述环境参数信息则可以包括空气中粉尘、水汽的浓度，以及其他可能会对车辆行驶产生影响的因素的信息。

由于灾害现场或搜救现场的环境复杂，遥控信号的阻挡与遮蔽现象严重，并且存在着强辐射干扰或全频段通讯阻断等情况，容易出现远程操控信号丢失，使得遥控作业车辆与遥控信号失去联络，不但无法完成遥控作业车辆的既定任务，还由于缺乏有效的处置及救援手段，往往只能将遥控作业车辆弃置于灾害现场，给搜救资源带来极大的浪费。在这种情况下，所述第二控制器能够对所述信息采集单元所采集的信息进行处理，并依照处理结果控制所述车辆行走单元，从而使所述遥控作业车辆自主返程。进而降低搜救时遥控作业车辆的损耗率，提高其服役效率和使用成本。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第二控制器包括：返回模块，控制所述车辆运动单元使车辆自动返回；和第一判断模块，判断所述第一控制器能否正常接收遥控信号，并在无法正常接收遥控信号时，触发所述返回模块。

为了控制所述遥控作业车辆自动返回、及其启动进程，所述第二控制器包括了返回模块以及第一判断模块。其中所述第一判断模块用于检测所述第一控制器能否正常接收遥控信号。由于无法正常接收遥控信号的情形至少包括遥控信号自身失常或第一控制器失常两种情况，因此所述第一判断模块至少需要对上述两种能够导致所述遥控作业车辆无法正常接收遥控信号的情况进行判断。

此外，所述第一判断模块也可以基于既定程序或者在给定的条件达成的情况下，向所述返回模块发出指令，使所述遥控作业车辆返回。例如，操作人员可以根据所述遥控作业车辆的最大行驶里程，为所述第一判断模块设定判断标准，在车辆行驶接近最大行驶里程的一半时，使所述遥控作业车辆自主返回；或在所述遥控作业车辆完成既定的操作任务后，主动切断遥控信号的控制，开启自主返回进程。

而为了控制所述遥控作业车辆在设定区域的停止进程，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第二控制器包括：第二判断模块，判断车辆是否到达设定位置，并在车辆到达设定位置时关闭所述第一判断模块，在车辆未到达设定位置时开启所述第一判断模块。

所述第二判断模块被用于判断车辆是否到达设定位置，其中，所述设定位置包括遥控作业车辆的出发点、作业区域的停留点或维修点等，上述设定位置均可使所述遥控作业车辆终止自主返回进程。所述第二判断模块可以基于所述遥控作业车辆自身的定位与预设的定位点进行比对，在一定的区域内即判定抵达设定位置；也可以与设定位置的标记装置进行相对匹配，以判定遥控作业车辆是否抵达设定位置附近。

在本发明的上述实施例中，所述第二判断模块被用于开启或关闭所述第一判断模块，以实现对所述遥控作业车辆自主返回进程的终止性控制。本领域技术人员应当理解所述第二判断模块也可与所述返回模块通讯连接，进而直接控制所述返回模块的操作，从而简化终止自动返回进程的控制逻辑；相应的，所述第二判断模块也可以更直接地与所述车辆运动单元通讯连接，进而及时而直接地使所述遥控作业车辆停止于设定位置，从而实现所述自动返回进程的控制逻辑的进一步简化。

事实上，所述第二判断模块也可以与所述第一判断模块、所述返回模块与所述车辆运动单元均通讯连接，此时对应地设置通讯的优先级以实现所述遥控作业车辆在设定区域的停止进程，并通过多个并行的通讯线路保证其可靠性。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述信息采集单元包括：定位模块，用于采集车辆的定位信息；所述返回模块包括：第一返回单元，根据所述车辆的定位信息，控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

所述定位模块与所述第一返回模块相互配合，用以引导所述遥控作业车辆按照定位信息自动返回。所述定位模块为所述第一返回单元提供的定位信息是一种以大地为参照物的绝对定位信息，即以地球为参照物的卫星定位信息，或以所述遥控作业车辆作业环境周边基站为参照物的基站定位信息。以大地为参照物的绝对定位方式所提供的定位结果较准确，可信度较高，配合以作业现场的地图或所述遥控作业车辆前往作业地的过程中所记录的路径，能够使得所述遥控作业车辆按照地图与定位信息的匹配结果自动返回。

然而由于遥控作业车辆的工作环境比较恶劣，容易出现定位信号受阻或削弱严重的情况，难以继续为所述遥控作业车辆提供准确可靠的定位信息。此时，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述信息采集单元包括：扫描模块，用于通过扫描采集车辆周边环境的空间位置信息；和图像采集模块，用于通过拍摄采集车辆周边环境的图像信息；所述返回模块包括：第二返回单元，根据车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位，并按照生成的返回路径控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

所述扫描模块被用以扫描车辆周围环境的空间位置信息，在一些实施例中，所述扫描模块通过激光雷达实现其功能。此时，经由所述扫描模块得到的所述车辆周边环境的空间位置信息将以点云数据的形式被记录并保存。所述点云数据具体指：扫描资料以点的形式被记录，并且每一个点均包含有三维坐标，有些点可能含有颜色信息或反射强度信息。

其中，所述颜色信息可以以RGB的数据格式进行记录并储存，也可以选择其他格式，例如CMYK格式或HSB格式；而其中反射强度信息可以被用于分析所述车辆周边环境的被扫描物品的属性与状态，例如基于不同材质受扫描后反射率的差异，所述扫描模块能够区分金属、木制、沙土等不同材质的物品；基于不同温度、不同状态下物品反射率的差异，所述扫描模块能够区别被扫描物品的温度和状态。上述颜色、材质、温度及状态等信息将同物品的三维位置信息一起，以点云数据的形式被记录下来。

此外，所述扫描模块所采集到的所述车辆周边的空间位置信息除了包括周边物体距离所述遥控作业车辆的距离及方位，还包括了每条空间位置信息的记录时间。基于此，通过结合不同时间点之间同一个物体与所述遥控作业车辆的距离差以及方位差，即可计算所述车辆周边的物体的运动速度和运动方向。

所述图像采集模块用于采集车辆周边环境的图像信息，在一些实施例中，所述图像采集模块为摄像机，被用以连续地采集图像信息；在一些实施例中，所述图像采集模块为照相机，并被配置为以设定的规则拍摄照片以采集图像信息，其中，所述设定的规则包括但不限于：按照固定的时间间隔拍摄照片、以及在所述遥控作业车辆的运动速度、运动方向发生改变的时候拍摄照片；在一些实施例中，尤其对于在夜间活动，或在特殊环境下工作的遥控作业车辆而言，所述图像采集模块也可以采用特种相机，如夜视相机或红外相机等。

进一步的，所述图像采集模块可以包括多个相机、摄像机或特种相机等拍摄装置，并根据所述遥控作业车辆的具体工作要求进行针对性的设置。例如针对于遥控作业车辆的正常行驶要求而言，所述图像采集模块中的部分拍摄装置应当被设置于所述遥控作业车辆的前进方向、转向方向与后退方向，并保证足够的拍摄范围，从而有效采集地面障碍物的图像信息；而对于遥控作业车辆的自主返回要求而言，由于需要以图像采集模块所采集到的图像信息作为车辆自主返回的依据，因此所述拍摄装置应当更多地关注道路上的标志物，以便车辆根据道路上的标志物进行定位。

所述第二返回模块与所述扫描模块、所述图像采集模块配合，根据车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位，并按照生成的返回路径控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。所述第二返回模块对车辆进行定位的方式是一种相对定位的方式，即不以大地为参照物，而是以车辆行驶路径上的道路形状、特殊标志物等信息作为参照物的定位方式，是一种接近于生物寻路的仿生化的定位方式。

对所述第二返回模块的相对定位方式做进一步阐述：当所述遥控作业车辆从第一地点驶向第二地点的过程中，通过扫描模块得到以障碍物为边界的道路的空间位置信息，再通过图像采集模块得到道路上特殊标志物的图像信息，此时所述第二返回模块会记录所述所述特殊标志物相对于所述道路的方位，并借助于该标志物与所述车辆的相对距离及方位，对所述车辆进行定位。这种定位方式通过选取特征更加具有区分度的特殊标志物作为相对定位的参照物，克服了借助于道路的空间位置信息作为参照物对所述车辆进行定位时精确不足的问题，再通过特殊标志物与道路之间的空间位置信息进行融和，使得使得车辆与道路之间的定位关系更加准确。

进一步的，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第二控制器包括：构图模块，能够由所述车辆周边的图像信息提取环境特征点，并将所述环境特征点与所述车辆的定位信息及所述车辆周边的空间位置信息结合，绘制车辆周边环境的环境地图；储存模块，将初始位置下车辆的定位信息作为初始定位信息储存，并将由所述构图模块得到的环境特征点和环境地图分别作为历史环境特征点和历史环境地图进行储存；和路径计算模块，根据所述初始定位信息以及所述环境地图，计算出车辆返回至初始位置的所述返回路径；其中，所述第二返回单元被配置为在定位车辆时，使所述构图模块提取的环境特征点与所述储存模块记录的历史环境特征点相匹配。

其中，所述构图模块能够根据所述图像采集模块所采集的图像信息提取环境特征点，并结合所述扫描模块所采集的车辆周边的空间位置信息，绘制车辆周边环境的环境地图。具体而言，所述构图模块以所述空间位置信息为基础数据，在一个时刻以车辆扫描模块的采集区域为范围建立包含车辆周围障碍物和道路情况的地图，在另一个时刻继续上述操作；再将多个不同时刻得到的地图进行叠加运算，从而形成方位正确、且符合实际情况的环境地图。所述叠加运算的过程需要考虑到不同时刻下车辆的运动方向和运动速度，因此需要提取环境特征点用以对车辆进行相对定位。

下面举例说明所述构图模块的工作过程(假设仅在所述遥控作业车辆的前进方向进行扫描和图像采集)：

在所述遥控作业车辆行驶过程中的第一时刻，由所述扫描模块采集到以所述遥控作业车辆为中心，以设定距离为半径的第一扇形扫描图像(在理想状态下，即无障碍物的情况下，扫描图像将呈现一个扇形，而在实际情况下，扫描射线将受到障碍物的影响而被截断，此时扫描图像将呈现一个边界不规则的近似的扇形图像)；在第二时刻，重复上述操作并得到第二扇形扫描图像。

由于所述遥控作业车辆从第一时刻到第二时刻的运动方式并不固定，即可能出现运动速度不匀速、方向发生改变等情况，因此所述第一扇形扫描图像与所述第二扇形扫描图像并不能简单的叠加，即当然地认为所述第二扇形扫描图像沿着所述遥控作业车辆运动的方向位于所述第一扇形扫描图像的前方，而应当以环境特征点作为参照对象，进行扫描图像的叠加。

具体而言，在第一时刻，通过对图像采集模块所采集到的所述车辆周边的图像信息进行分析，提取出环境特征点，例如大树A。再根据扫描模块得到的空间位置信息，计算所述车辆与所述大树A的相对距离以及方位。在第二时刻，重复上述步骤，并以同一环境特征点，即大树A作为参照，计算所述车辆与所述大树A在第二时刻的相对距离以及方位。此时，根据两次计算的相对距离以及方位，对第一个扇形扫描图像与第二个扇形扫描图像进行矢量叠加，从而得到准确的环境地图。

当然，在一些实施例中，由于所述扫描模块被配置于所述车辆的多个方向，因此此时被叠加计算的扫描图像不再是扇形，而可能是以车辆为中心的圆形图像，其扫描图像的叠加也遵循矢量叠加的原则。

并且，为了提高根据环境特征点进行扫描图像的矢量叠加计算的准确性，在每一次叠加计算过程中，可以选取多个环境特征点，对所述车辆进行组合定位。

此外，在一些实施例中，由于无法保证上一时刻所选取的环境特征点还能够在下一时刻被继续选中，因此在所述构图模块提取环境特征点的过程中，可以选取多个环境特征点，并且保证提取环境特征点的时间间隔不至于过长，以避免环境特征点丢失的情况。

所述储存模块被首先用于记录所述车辆在初始位置下的定位信息，并将其作为自动返回的依据。所述定位信息可以是定位模块提供的相对于大地的绝对定位信息，也可以是由扫描模块与图像采集模块所提供的相对于环境特征点的相对定位信息。所述储存模块还被用于储存每个时刻下由所述构图模块得到的环境特征点与环境地图，此时所述环境特征点与环境地图分别被作为历史环境特征点和历史环境地图进行储存，用作所述车辆自动返回时进行相对定位的依据。

所述路径计算模块能够根据所述初始定位信息以及所述环境地图，计算出车辆返回至初始位置的返回路径。在计算所车辆的返回路径时，所述路径计算模块可以依照于原路返回的原则，使所述遥控作业车辆从受遥控状态下的行驶路线返回初始位置；也可以根据行驶路线的路况，对所述车辆的返回路径进行适应性调整与优化。

所述第二返回单元通过使所述构图模块提取的环境特征点与所述储存模块记录的历史环境特征点匹配，从而对所述遥控作业车辆进行定位，并使所述遥控作业车辆进行自动返回。对所述环境特征点与所述历史环境特征点进行匹配，是基于车辆在去程与回程对同一环境特征点的拍摄图像可能有所区别的针对性设置。

具体而言：在车辆受正常遥控信号控制时，所述构图模块根据图像采集模块得到的图像信息，选取了行驶路径上的某个环境特征点，并将其作为历史环境特征点储存在所述储存模块。在车辆无法正常接收遥控信号时，所述车辆启动自动返回程序，此时再次通过图像采集模块得到包含该环境特征点的图像信息后，由于拍摄角度可能出现偏差，因此基于近似比对的方式进行环境特征点与历史环境特征点的匹配。在所述第二返回单元完成匹配工作，即当前车辆拍摄得到的该物品与存储模块中所记录到的物品近似比对成功时，所述第二返回模块将计算所述车辆与该物品的相对距离与方位，从而对车辆进行相对定位，保证车辆不偏离于计算得到的返回路径。

在一些实施例中，为了确保所述遥控作业车辆能够始终被精确定位，可以同时存在相对于大地的绝对定位方式，以及相对于环境特征点的相对定位方式。此时，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述信息采集单元包括：定位模块，用于采集车辆的定位信息；所述返回模块包括：第一返回单元，根据所述车辆的定位信息，按照所述返回路径控制所述车辆运动单元使车辆自动返回；所述第二控制器还包括：第三判断模块，判断所述定位模块是否正常工作，并在所述定位模块正常工作时开启所述第一返回单元，在所述定位模块非正常工作时开启所述第二返回单元。

所述第三判断模块被用于判断所述定位模块是否正常工作，并在所述定位模块非正常工作时开启所述第二返回单元，通过相对定位的方式，引导所述遥控作业车辆自动返回。所述定位模块非正常工作状态包括但不限于：定位模块自身出现故障，无法接收定位信号并为所述遥控作业车辆提供准确的定位信息；以及定位信号受到干扰或阻挡，无法使所述定位模块继续保持定位准确性。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第二控制器包括：闭环检测模块，在所述第一返回单元或所述第二返回单元开启时，将所述环境特征点与所述历史环境特征点进行比对，并在所述环境特征点与所述历史环境特征点不一致时，更新所述储存模块中记录的环境地图。

所述闭环检测模块开启于所述车辆自动返回进程开启时，此时无论所述遥控作业车辆采用绝对定位或相对定位的方式，所述闭环检测模块均在环境特征点与历史环境特征点进行比对的过程中，对不一致的环境特征点进行更新。所述闭环检测模块是基于所述遥控作业车辆工作环境特殊、多变的特性所做出的针对性设置。例如对于地震灾后的搜救现场而言，所述遥控作业车辆在去程时所提取的环境特征点，极有可能在余震或其他因素的影响下发生变动，此时就需要以变动后的环境特征点为基础，重新绘制车辆周边的环境地图。

在上述情况下，即需要更新历史环境特征点时，还需要继续保证所述遥控作业车辆的精确定位。此时就需要对多个环境特征点进行比对，并在设定比例或设定数量的环境特征点满足匹配要求的前提下，再对不一致的历史环境特征点进行更新。

而在所述车辆受遥控信号控制或自动返回的过程中，在所述扫描模块以及所述图像采集模块以特定的时间间隔进行扫描和拍摄的基础上，还应当在车辆出现运动状态改变时做出针对性的调整，以提高所述构图模块的及时性与准确性。基于此，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第二控制器包括：惯性测量模块，用于采集车辆的姿态信息，并且在所述姿态信息改变时，使所述构图模块更新所述环境地图。

所述惯性测量模块在所述车辆的姿态信息改变的时候，更新所述环境地图，其中所述姿态信息改变的场景包括但不限于：所述车辆的加速运动、减速运动、转向、以及在转向的同时做加速或者减速运动。在上述场景下，继续按照原有时间间隔或设定规则采集车辆周边环境的空间位置信息和图像信息不再能满足环境地铁的准确度要求，因此需要及时更新所述环境地图，以保证所述车辆在自动返回的过程中路径计算和车辆定位的准确性。

作为所述定位模块的一种具体实施方式，并作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述定位模块包括：卫星定位装置，能够接收卫星定位信号并计算得到车辆的位置信息。

相应地，作为所述扫描模块的一种具体实施方式，并作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述扫描模块包括：激光雷达，通过发射激光束扫描车辆周边环境，并获得车辆周边环境的空间位置信息。

所述激光雷达包括单线激光雷达及多线激光雷达，所述单线激光雷达及多线激光雷达按照所述车辆在不同方位下扫描重要性的差异，不均匀地设置于所述遥控作业车辆，以尽可能确保在重点方位下扫描得到空间位置信息的准确性，并尽可能地减少扫描盲区。

具体而言，为了尽可能地保证所述车辆在前进方向下扫描结果的准确性，所述遥控作业车辆的车头位置可以设置多个多线激光雷达，并将所述多个多线激光雷达设置于不同的高度，以实现对不同高度下障碍物的针对性扫描，尤其通过靠近于地面的激光雷达实现对路面情况的针对性扫描。而在所述车辆的侧面及车尾方向则可以设置一个或多个单线雷达，以降低所述遥控作业车辆生产制造的成本。

进一步的，为了对所述遥控作业车辆进行有效控制，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述车辆运动单元包括：油门控制模块，控制车辆的运动速度；转向控制模块，控制所述车辆的前进方向；和制动控制模块，控制所述车辆的启动或停止。

与所述遥控作业车辆相对应，本发明还提供了一种遥控作业车辆的控制方法，包括：在车辆正常接收遥控信号时，使车辆受遥控运动，并采集车辆的运动信息及车辆周边的环境信息；在车辆无法正常接收遥控信号时，则对采集的车辆的运动信息及车辆周边的环境信息进行处理，并根据处理结果控制车辆自动返回。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：判断车辆是否到达初始位置，并在车辆到达初始位置时使车辆停止自动返回，在车辆未达到初始位置时使车辆继续自动返回。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：采集车辆的定位信息，并根据所述定位信息，控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：通过采集车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位，并按照生成的返回路径控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述返回路径的生成方法包括：由所述车辆周边的图像信息提取环境特征点，并将所述环境特征点与所述车辆的定位信息及所述车辆周边的空间位置信息结合，绘制车辆周边环境的环境地图；将初始位置下车辆的定位信息作为初始定位信息储存，并所述环境特征点和环境地图分别作为历史环境特征点和历史环境地图进行储存；以及根据所述初始定位信息以及所述环境地图，计算出车辆返回至初始位置的所述返回路径；其中，所述根据车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位的方法包括：将由提取得到的所述环境特征点与储存的所述历史环境特征点进行匹配，对车辆进行定位。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：采集车辆的定位信息，并根据所述定位信息，控制所述车辆运动单元使车辆自动返回；和判断所述车辆的定位信息是否正常，并在所述定位信息正常时根据所述定位信息对车辆进行定位，在所述定位信息不正常时根据所车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：采集车辆的姿态信息，并且在所述姿态信息改变时，更新所述环境地图。

作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：在所述车辆自动返回时，将由提取得到的所述环境特征点与储存的所述历史环境特征点进行比对，并在所述环境特征点与所述历史环境特征点不一致时，更新所述历史环境地图。

下面结合附图3对本发明提供的遥控作业车辆的控制方法进行更为详细的阐述：

(1)启动状态下，车辆首先进行状态自检，对车辆电量(或其他形式的能源，例如燃油、天然气等)、定位模块、返回模块、图像采集模块、扫描模块以及惯性测量模块进行检查；

(2)在(1)中各项检查结果符合启动要求的情况下，启动所述遥控作业车辆，并使所述车辆在遥控信号的控制下开始运动，并且通过储存模块记录所述车辆初始位置的定位信息；

(3)由于所述车辆从静止到运动的过程中出现了姿态改变，因此由惯性测量模块控制所述构图模块，绘制出所述车辆在初始状态下的环境地图；

(4)在所述车辆受遥控信号正常控制的过程中，按照设定的规律，由扫描模块和图像采集模块不间断地采集所述车辆周边的环境信息，并由构图模块从中提取环境特征点以及绘制车辆周边的环境地图，再由所述储存模块进行环境特征点与环境地图的储存；

(5)在所述惯性测量模块检测到车辆姿态发生改变时，重复步骤(4)，并更新环境地图；

(6)检测所述第一控制器能否正常接收遥控信号，在检测到遥控信号正常的情况下，使所述遥控作业车辆始终受遥控命令，并继续上述步骤(4)、(5)，而在检测到遥控信号不正常时，启动路径计算模块，根据所述储存模块中记录的环境地图与初始定位信息，计算所述车辆的返回路径；

(7)检查所述定位模块是否正常工作，在所述定位模块正常工作的情况下，依照定位模块提供的绝对定位信息，由所述第一返回模块控制车辆运动单元，以使所述车辆自动返回，而在所述定位模块非正常工作的情况下，由所述第二返回模块依照扫描模块和图像采集模块所采集的车辆周边的环境信息，与所述储存模块记录的环境信息进行匹配，使所述车辆自动返回；

(8)在所述车辆的自动返回过程中，在所述构图模块所提取的环境特征点与记录在所述储存模块中的历史环境特征点出现区别时，更新所述历史环境特征点；

(9)重复上述步骤(5)；

(10)检测所述车辆是否到达初始位置，在所述定位模块能够正常工作的情况下，比对定位模块所采集的定位信息以及储存模块所记录的初始定位信息，而在所述定位模块无法正常工作的情况下，比对所述构图模块所绘制的环境地图以及步骤(3)所得到的环境地图，从而进行判断；

(11)在所述车辆回到初始位置时，终止车辆的自动返回进程，而在所述车辆未回到初始位置时，回到步骤(6)，使车辆继续自动返回进程。

在本发明所提供的遥控作业车辆控制方法的实施例中，所述控制方法包括：

(1)车辆上电后，进行状态自检；自主返回控制***启动相机、惯性测量单元、定位模块、激光雷达及自主返回控制器，并根据惯性测量单元和定位模块的数据记录初始车辆位姿。

(2)工程车辆根据遥控信号行驶作业；自主返回控制***根据步骤(1)中所述的相机、惯性测量单元、定位模块和激光雷达四种传感器信息融合后进行定位与环境建图，并提取环境特征点，当车辆位姿改变时，更新当前环境地图。

(3)当遥控信号正常时，继续步骤(2)；否则根据环境地图和车辆初始信息，计算出当前位置处的最优返回路径。

(4)当定位模块信号接收正常时，将根据定位信息按选择路径返回，并根据环境特征点信息进行闭环检测，更新环境地图信息；否则提取返回路径特征点，通过特征点匹配完成自主返回，并根据环境特征点信息进行闭环检测，更新环境地图信息。

(5)判断是否到达车辆初始位置？如果否，返回步骤(3)；如果到达初始位置，等待遥控信号或手动操控。

本发明进一步提供了一种遥控作业车辆，所述遥控作业车辆包括如前文所述的遥控作业车辆的控制***。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

在本发明的描述中如果使用了术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等，那么上述术语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和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备、机构、部件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保护范围的限制。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (20)

1.一种遥控作业车辆的控制***，其特征在于，包括：

车辆运动单元，用于驱动车辆运动；

第一控制器，与所述车辆运动单元信号连接，能够接收遥控信号，并按照所述遥控信号对应的指令对所述车辆运动单元进行控制；

信息采集单元，采集反映车辆的运动信息及车辆周边的环境信息；和

第二控制器，分别与所述信息采集单元、所述车辆运动单元以及所述第一控制器信号连接，能够处理由所述信息采集单元所采集的车辆的运动信息及车辆周边的环境信息，并根据处理结果控制所述车辆运动单元使车辆自动返回；

其中，所述第二控制器包括：

返回模块，控制所述车辆运动单元使车辆自动返回；和

第一判断模块，判断所述第一控制器能否正常接收遥控信号，并在无法正常接收遥控信号时，触发所述返回模块。

2.根据权利要求1所述的遥控作业车辆的控制***，其特征在于，所述第二控制器包括：

第二判断模块，判断车辆是否到达设定位置，并在车辆到达设定位置时关闭所述第一判断模块，在车辆未到达设定位置时开启所述第一判断模块。

3.根据权利要求1所述的遥控作业车辆的控制***，其特征在于，所述信息采集单元包括：

定位模块，用于采集车辆的定位信息；

所述返回模块包括：

第一返回单元，根据所述车辆的定位信息，控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

4.根据权利要求1所述的遥控作业车辆的控制***，其特征在于，所述信息采集单元包括：

扫描模块，用于通过扫描采集车辆周边环境的空间位置信息；和

图像采集模块，用于通过拍摄采集车辆周边环境的图像信息；

所述返回模块包括：

第二返回单元，根据车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位，并按照生成的返回路径控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

5.根据权利要求4所述的遥控作业车辆的控制***，其特征在于，所述第二控制器包括：

构图模块，能够由所述车辆周边的图像信息提取环境特征点，并将所述环境特征点与所述车辆的定位信息及所述车辆周边的空间位置信息结合，绘制车辆周边环境的环境地图；

储存模块，将初始位置下车辆的定位信息作为初始定位信息储存，并将由所述构图模块得到的环境特征点和环境地图分别作为历史环境特征点和历史环境地图进行储存；和

路径计算模块，根据所述初始定位信息以及所述环境地图，计算出车辆返回至初始位置的返回路径；

其中，所述第二返回单元被配置为在定位车辆时，使所述构图模块提取的环境特征点与所述储存模块记录的历史环境特征点相匹配。

6.根据权利要求5所述的遥控作业车辆的控制***，其特征在于，所述信息采集单元包括：

定位模块，用于采集车辆的定位信息；

所述返回模块包括：

第一返回单元，根据所述车辆的定位信息，按照所述返回路径控制所述车辆运动单元使车辆自动返回；

所述第二控制器还包括：

第三判断模块，判断所述定位模块是否正常工作，并在所述定位模块正常工作时开启所述第一返回单元，在所述定位模块非正常工作时开启所述第二返回单元。

7.根据权利要求6所述的遥控作业车辆的控制***，其特征在于，所述第二控制器包括：

闭环检测模块，在所述第一返回单元或所述第二返回单元开启时，将所述环境特征点与所述历史环境特征点进行比对，并在所述环境特征点与所述历史环境特征点不一致时，更新所述储存模块中记录的环境地图。

8.根据权利要求5所述的遥控作业车辆的控制***，其特征在于，所述第二控制器包括：

惯性测量模块，用于采集车辆的姿态信息，并且在所述姿态信息改变时，使所述构图模块更新所述环境地图。

9.根据权利要求3所述的遥控作业车辆的控制***，其特征在于，所述定位模块包括：

卫星定位装置，能够接收卫星定位信号并计算得到车辆的位置信息。

10.根据权利要求4所述的遥控作业车辆的控制***，其特征在于，所述扫描模块包括：

激光雷达，通过发射激光束扫描车辆周边环境，并获得车辆周边环境的空间位置信息。

11.根据权利要求1所述的遥控作业车辆的控制***，其特征在于，所述车辆运动单元包括：

油门控制模块，控制车辆的运动速度；

转向控制模块，控制所述车辆的前进方向；和

制动控制模块，控制所述车辆的启动或停止。

12.一种基于上述权利要求1～11任一所述的遥控作业车辆的控制***的遥控作业车辆的控制方法，其特征在于，包括：

在车辆正常接收遥控信号时，使车辆受遥控运动，并采集车辆的运动信息及车辆周边的环境信息；

在车辆无法正常接收遥控信号时，则对采集的车辆的运动信息及车辆周边的环境信息进行处理，并根据处理结果控制车辆自动返回。

13.根据权利要求12所述的遥控作业车辆的控制方法，其特征在于，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：

判断车辆是否到达初始位置，并在车辆到达初始位置时使车辆停止自动返回，在车辆未达到初始位置时使车辆继续自动返回。

14.根据权利要求12所述的遥控作业车辆的控制方法，其特征在于，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：

采集车辆的定位信息，并根据所述定位信息，控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

15.根据权利要求12所述的遥控作业车辆的控制方法，其特征在于，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：

通过采集车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位，并按照生成的返回路径控制所述车辆运动单元使车辆自动返回。

16.根据权利要求15所述的遥控作业车辆的控制方法，其特征在于，所述返回路径的生成方法包括：

由所述车辆周边的图像信息提取环境特征点，并将所述环境特征点与所述车辆的定位信息及所述车辆周边的空间位置信息结合，绘制车辆周边环境的环境地图；

将初始位置下车辆的定位信息作为初始定位信息储存，并所述环境特征点和环境地图分别作为历史环境特征点和历史环境地图进行储存；以及

根据所述初始定位信息以及所述环境地图，计算出车辆返回至初始位置的所述返回路径；

其中，所述根据车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位的方法包括：

将由提取得到的所述环境特征点与储存的所述历史环境特征点进行匹配，对车辆进行定位。

17.根据权利要求15所述的遥控作业车辆的控制方法，其特征在于，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：

采集车辆的定位信息，并根据所述定位信息，控制所述车辆运动单元使车辆自动返回；和

判断所述车辆的定位信息是否正常，并在所述定位信息正常时根据所述定位信息对车辆进行定位，在所述定位信息不正常时根据所车辆周边环境的空间位置信息和图像信息对车辆进行定位。

18.根据权利要求16所述的遥控作业车辆的控制方法，其特征在于，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：

采集车辆的姿态信息，并且在所述姿态信息改变时，更新所述环境地图。

19.根据权利要求16所述的遥控作业车辆的控制方法，其特征在于，在车辆无法正常接收遥控信号时，所述控制方法包括：

在所述车辆自动返回时，将由提取得到的所述环境特征点与储存的所述历史环境特征点进行比对，并在所述环境特征点与所述历史环境特征点不一致时，更新所述历史环境地图。

20.一种遥控作业车辆，其特征在于，所述遥控作业车辆包括如权利要求1至11中任一项所述的遥控作业车辆的控制***。

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