CN113034928B - 一种道路养护安全警示机器人的伴随*** - Google Patents

一种道路养护安全警示机器人的伴随*** Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种道路养护安全警示机器人的伴随***，包括：控制终端和激光雷达，所述激光雷达与控制终端通信连接；控制终端获取激光雷达传来的实时点云数据和移动终端的实时位置数据，根据实时位置数据和实时点云数据进行路径规划，使得控制终端与移动终端的距离在预设控制范围内；本公开实现了对工作人员佩戴移动智能终端的实时距离跟踪，同时基于实时获取的三维点云数据进行路径规划，保证了安全警示效果。

Description

一种道路养护安全警示机器人的伴随***
技术领域
本公开涉及安全警示机器人技术领域，特别涉及一种道路养护安全警示机 器人的伴随***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有 技术。
高速公路在通车的条件下，通常车辆处于快速行驶状态，道路养护施工作 业时存在较高的安全风险。在行驶过程中，高速公路属于快速行车空间，此时 车辆行驶至作业区很容易对养护作业人员或者维修人员的生命安全或者养护设 备等造成较大威胁。另外，高速公路行驶过程中，高速的行驶会让驾驶人员的 视力受到影响，产生视野盲区，另外长期的驾驶，会是驾驶人员产生驾驶疲劳， 对于安全距离和其他车辆的速度无法准确掌握，大大增加了事故发生的可能性。
发明人发现，现有的养护安全警示机器人大多固定在一个预设的位置进行 车辆侵入的预警，自主化程度低，工作人员是不断移动工作的，在移动超过预 设范围时，往往无法有效的实现告警提醒；同时，现有的安全警示***，大多 只是单纯的采用摄像头或者其他监控设备实现车辆的监控，对养护区域的路锥 设计的较少，往往只能提供安全警示，而缺乏对人员安全逃生的设计。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种道路养护安全警示机器人的 伴随***，实现了对工作人员佩戴移动智能终端的实时距离跟踪，同时基于实 时获取的三维点云数据进行路径规划，保证了安全警示效果。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种道路养护安全警示机器人的伴随***。
一种道路养护安全警示机器人的伴随***，包括：控制终端和激光雷达， 所述激光雷达与控制终端通信连接；
控制终端获取激光雷达传来的实时点云数据和移动终端的实时位置数据， 根据实时位置数据和实时点云数据进行路径规划，使得控制终端与移动终端的 距离在预设控制范围内。
作为可选的一些实施方式，基于扩展卡尔曼滤波的SLAM算法对实时点云 数据中的带有特征属性的物体进行识别，根据识别到的物体结合移动终端的目 标位置进行机器人的路径规划。
作为可选的一些实施方式，还包括可见光摄像头，用于收集前方路况信息 并实时发送给控制终端，控制终端根据接收到的路况信息识别交通标线并构建 虚拟道路，根据虚拟道路构建安全识别区域，当有车辆闯入安全识别区域时， 发出告警信号。
作为可选的一些实施方式，还包括声光报警模块，所述声光报警模块与控 制终端通信连接，当有车辆闯入安全识别区域时，声光报警模块工作。
本公开第二方面提供了一种道路养护安全警示机器人，包括第一方面所述 的伴随***。
本公开第三方面提供了一种基于养护作业的智能路锥预警***。
一种基于养护作业的智能路锥预警***，包括：第二方面所述的机器人以 及至少两个智能路锥装置，智能路锥装置内部设有处理器和平衡检测元件，处 理器与平衡检测元件连接，且处理器与控制终端通信连接；
各个智能路锥装置依次设置在作业缓冲区的边缘，当有连续两个及以上相 邻的路锥发生倾倒时，视为有车辆闯入作业区，控制终端实时的将车辆闯入信 息发送到工人佩戴物上进行振动和/或声光告警。
作为可选的实施方式，当小型汽车以与道路中心线呈ɑ切入道路养护区域 时，道路养护人员恰好躲开闯入车辆，此时：sinɑ＝2Vt3/L路，其中，V为车速， t3为预警***报警到人成功躲避车辆所需的最小时间，L路为车道宽度。
作为进一步的限定，如果能恰好撞倒两个连续编号的智能路锥，此时智能 路锥的摆放间隔为：L4＝L1/tanɑcosɑ，其中L1为车头宽度。
本公开第四方面提供了一种基于养护作业的智能路锥预警方法，其特征在 于：利用第三方面所述的基于养护作业的智能路锥预警***，包括以下步骤：
当在行车道的临接区域设置养护作业区时，在行车道的边界依次设置至少 两个智能路锥，且相邻智能路锥之间的间距小于预设安全逃离距离；
当有连续两个及以上相邻的路锥发生倾倒时，视为有车辆闯入作业区，控 制终端实时的将车辆闯入信息发送到工人手环上进行振动和/或声光告警。
作为可选的实施方式，当有车辆闯入作业区时，控制终端所在的预警机器 人搭载的声光模块进行声光报警。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的伴随***，实现了对工作人员佩戴移动智能终端的实时距 离跟踪，同时基于实时获取的三维点云数据进行路径规划，保证了安全警示效 果。
2、本公开所述的伴随***，可以实现机器人的自主跟随以及自动避障，工 作人员可以自行选择，随时解放作业人员的双手；可以自主循迹工作人员的轨 迹，保证与最近的工作人员保持80m的距离，使预警更加准确及时。
3、本公开所述的警示***及方法，可以避免车辆从侧面闯入作业区导致的 机器人监测不到造成信息不准确的情况，极大的提升了安全预警性能，提高了 作业安全性。
4、本公开所述的警示***及方法，对路锥的间隔进行了预设条件下的设定， 在有限的工作空间内能够给工作人员预留足够的逃离时间，极大的提高了预警 的安全性。
本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述 中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公 开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1提供的道路养护安全警示机器人的伴随***的示意 图；
图2为本公开实施例3提供的一种智能路锥预警***的示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。 除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的 普通技术人员通常理解的相同含义。
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 限制根据本公开的示例性实施方式。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。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1所示，本公开实施例1提供了一种道路养护安全警示机器人的伴随系 统，包括：控制终端和激光雷达，所述激光雷达与控制终端通信连接；
控制终端获取激光雷达传来的实时点云数据和移动终端的实时位置数据， 根据实时位置数据和实时点云数据进行路径规划，使得控制终端与移动终端的 距离在预设控制范围内。
本实施例将射频跟踪定位技术、激光测距技术、避障与导航技术、策略层 的人工智能技术等设计进行了有效集成，实现了相关产品的自动跟随及自主避 障，工作人员能够在自动跟随模式与手动模式之间任意切换，随时释放使用者 的双手。
伴随***的特征驱动设计针对特殊作业环境下面临GPS信号弱、车道线及标 识不明确的情况，采用对模糊路径的AGV算法，进行精准定位，提高***对场 景的感知能力，伴随式养护作业主动安全警示机器人智能***在此场景下的优 势算法极大提高作业效率，完成智能驾驶技术在垂直场景下的顺利部署。
本实施例通过定位建图为伴随式养护作业主动安全警示机器人智能***能 够有效识别环境特征信息，从三维点云数据中采用基于扩展卡尔曼滤波的SLAM 算法提取带有特征属性的物体信息并对特征信息进行有效组织，特殊的算法及 定位逻辑能够有效提高定位算法的运行速度及定位精度。同时，该技术适用于 室内及室外环境，无论结构环境亦或是野外环境，通用性及适应性较强。
本实施例所述的轨迹规划是特殊研制的动态路径规划方式，配合伴随式养 护作业主动安全警示机器人智能***，通过识别道路标线进行自动循迹，采用 AVG算法计算道路的偏转角，进行路径的规划能够有效提高作业效率，通过对 动态场景感知、分析及理解。利用深度学习***对帧间运动信息及移动目标进 行动态跟踪及分析目标历史轨迹，预测其未来时间窗口的可能行进轨迹，较好 地规划行进轨迹，提高作业效率。
实施例2：
本公开实施例2提供了一种道路养护安全警示机器人，包括实施例1所述的 道路养护安全警示机器人的伴随***。
实施例3：
本实施例提供了一种智能路锥预警***，在高速行驶的情况下，如图2所示， 当小型汽车以10°倾角(与道路中心线夹角)切入道路养护区域时，经预警系 统报警，道路养护人员恰好可以躲开闯入车辆，如果能恰好撞倒两个连续编号 的智能路锥，此时智能路锥的摆放间隔为L4＝12.96m。
本实施例的工作原理为：
首先进行条件设定，在***报警后人要有足够的时间躲避车辆；
车速设定：V＝80km/h(22m/s)且不减速；
依据实际行驶情况将行车位置设定为高速公路中心线，将养护工人工作位 置设定为工作区域中心线附近；
人的反应时间：人的反应时间最快为0.2s，正常情况下人的反应时间为： t1＝0.3s；
人的躲避速度：设定人的躲避速度V1≈7m/s；
车头宽度：L1＝1.7～2.45m不等(小型汽车1.7m，重型卡车2～2.45m)；
经计算，作业人员躲避车辆所需移动的最短距离：假设闯入车辆的正中央 是对准作业人员的，则人要躲避其冲撞所需移动的最短距离为车头宽度的一半 即L2＝L1/2＝0.85～1.225m；
作业人员躲避车辆所需要的最短时间：由于不同车型具有不同的车头宽度， 所以我们给出的人躲避需要的时间范畴为t2＝L2/V1＝0.12s～0.175s，即预警***报 警到人成功躲避车辆所需的最小时间：t3＝t1+t2＝0.420～0.175s≈0.5s；
在t3时间内，考虑较差的情形，车辆在闯入后并未采取车辆制动，即闯入车 辆以设定车速行驶，则该车的行车距离为：L3＝V·t3＝11m。
当小型汽车以ɑ倾角(与道路中心线夹角)切入道路养护区域时，经预警 ***报警，道路养护人员恰好可以躲开闯入车辆，此时：
sinɑ＝2Vt3/L路＝2V(t1+L1/2V1)/L路≈0.17(ɑ≈10°)
如果能恰好撞倒两个连续编号的智能路锥，此时智能路锥的摆放间隔：
L4＝L1/tanɑcosɑ＝12.96m。
根据模拟计算数据，智能路锥预警***要发挥较好作用，起到较好的预警 效果，则智能路锥摆放的最大间隔为12.96m，为在实际中发挥更好的预警效果， 建议智能路锥的摆放间隔不大于10m，当有两个及以上连续编号的智能路锥倒塌 时，智能路锥将通过RFID芯片传输信息至养护警示机器人处，随即施工人员手 环将发生震动，提醒人员避险。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领 域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之 内。

Claims (3)

1.一种基于养护作业的智能路锥预警***，其特征在于：
包括道路养护安全警示机器人，所述机器人包括所述机器人的伴随***，所述伴随***包括控制终端和激光雷达，所述激光雷达与控制终端通信连接；
控制终端获取激光雷达传来的实时点云数据和移动终端的实时位置数据，根据实时位置数据和实时点云数据进行路径规划，使得控制终端与移动终端的距离在预设控制范围内；还包括可见光摄像头，用于收集前方路况信息并实时发送给控制终端，控制终端根据接收到的路况信息识别交通标线并构建虚拟道路，根据虚拟道路构建安全识别区域，当有车辆闯入安全识别区域时，发出告警信号；
基于扩展卡尔曼滤波的SLAM算法对实时点云数据中的带有特征属性的物体进行识别，根据识别到的物体结合移动终端的目标位置进行机器人的路径规划；
所述伴随***还包括声光报警模块，所述声光报警模块与控制终端通信连接，当有车辆闯入安全识别区域时，声光报警模块工作；
以及智能路锥预警***还包括至少两个智能路锥装置，智能路锥装置内部设有处理器和平衡检测元件，处理器与平衡检测元件连接，且处理器与控制终端通信连接；
各个智能路锥装置依次设置在作业缓冲区的边缘，当有连续两个及以上相邻的路锥发生倾倒时，视为有车辆闯入作业区，控制终端实时的将车辆闯入信息发送到工人佩戴物上进行振动和/或声光告警；
当小型汽车以与道路中心线呈ɑ切入道路养护区域时，道路养护人员恰好躲开闯入车辆，此时：sinɑ＝2Vt3/L路＝2V(t1+L1/2V1)/L路，其中，V为车速，由于不同车型具有不同的车头宽度，给出的人躲避需要的时间范畴为t2＝L2/V1，即预警***报警到人成功躲避车辆所需的最小时间：t3＝t1+t2；t1为正常情况下人的反应时间，t3为预警***报警到人成功躲避车辆所需的最小时间，L路为车道宽度；L2为人要躲避其冲撞所需移动的最短距离，即为车头宽度L1的一半，即L2＝L1/2；V1为人的躲避速度；
如果能恰好撞倒两个连续编号的智能路锥，此时智能路锥的摆放间隔为：L4＝L1/tanɑcosɑ，其中L1为车头宽度。
2.一种基于养护作业的智能路锥预警方法，其特征在于：利用权利要求1所述的基于养护作业的智能路锥预警***，包括以下步骤：
当在行车道的临接区域设置养护作业区时，在行车道的边界依次设置至少两个智能路锥，且相邻智能路锥之间的间距小于预设安全逃离距离；
当有连续两个及以上相邻的路锥发生倾倒时，视为有车辆闯入作业区，控制终端实时的将车辆闯入信息发送到工人手环上进行振动和/或声光告警。
3.如权利要求2所述的基于养护作业的智能路锥预警方法，其特征在于：
当有车辆闯入作业区时，控制终端所在的预警机器人搭载的声光模块进行声光报警。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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基于激光雷达的巡检机器人导航***研究;季宇寒;《农业机械学报第》;20180228;全文 *

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