CN116945997A - 一种物料转运无人车***及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物料转运无人车***及其使用方法，包括转运无人车和远程监控平台，转运无人车包括无人车底盘，无人车底盘侧面设有超声波雷达，无人车底盘前后端设有激光雷达，无人车底盘前端设有摄像头，无人车底盘上还设有车载控制器和组合导航，转运无人车上端设有定位天线和定向天线，定向天线上设有第一通讯设备，远程监控平台包括远程监控控制器，远程监控控制器与第二通讯设备相连，第二通讯设备与第一通讯设备无线通讯，其中所述组合导航、激光雷达、摄像头、超声波雷达和第一通讯设备分别与车载控制器相连。具有提高物料无人化转运的场景适应性、转运效率、转运过程的可靠性和安全性，同时降低***部署时间和后期使用维护成本的优点。

Description

一种物料转运无人车***及其使用方法

技术领域

本发明涉及控制***和物料转运技术领域，具体而言，涉及一种物料转运无人车***及其使用方法。

背景技术

目前，自动驾驶技术的飞速发展，使无人车得以满足不同场景的任务需求，如巡检、物流配送、应急救援、工业生产等。在工业生产领域，随着自动化生产水平的不断提高，智能工厂、无人工厂的需求逐渐迫切，其中物料的自动化转运是实现生产自动化的重要环节。

目前工业生产过程中，物料自动转运一般以皮带传输、链传输、棍子传输、自动导引运输车为主。其中，自动导引运输车属于低级别的自动驾驶，通过布置在厂房地面上的导引条实现导航定位，该种方式对厂房地面平整度、清洁度的要求较高，因此只能在室内使用，此外，布置导引条的施工量巨大，且后续使用维护成本较高。于此同时，在工业生产过程中，往往需要跨厂房进行物料的转运。

在现有技术中，一种货物吊装转运无人车(CN202121810563.9)，提出了一种一种货物吊装转运无人车，包括可自主导航的线控底盘和无人吊装***。其中，可自主导航的线控底盘包括底盘和自主导航控制***，自主导航控制***包括处理器，GPS定位装置、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达。货物吊装转运无人车通过VCU指令进行运动控制，无驾驶员参与，实现无人化的货物自动转运。该无人车采用单一GPS导航定位，不适用于室内GPS信号弱的场景，虽然其上布置了激光雷达、毫米波雷达、摄像头传感器，但均用于障碍物检测，对检测出的障碍物作防撞处理，此外，该车没有外部的集成监控***，无法被工厂的生产***监控，无法高效率配合自动化生产过程，由于无法实时获取无人车作业状态，转运过程中的可靠性和安全性得不到保证，不利于异常状态的处理。专利申请号为CN109814550A的专利申请，提出一种用于封闭园区的无人运输车，主要由全线控化通用底盘以及设置在底盘上的差分GPS组合导航单元和车载运算控制单元组成；差分GPS组合导航单元用于对无人运输车进行导航和定位；车载运算控制单元内预设有无人运输车运行园区内各运输轨迹的轨迹地图，无人运输车启动前，通过差分GPS组合导航单元定位当前位置并发送给车载运算控制单元，车载运算控制单元依据当前位置、设定的运输目标点从轨迹地图中选择从当前位置出发抵达运输目标点的运输轨迹；无人运输车启动后，在车载运算控制单元的控制下按预设的速度沿所选择的运输轨迹行进。该方法同样依靠GPS导航定位，不适用于室内GPS信号弱的场景，此外，该车没有外部的集成监控***，无法从外部远程实时监控无人车运行状态，转运过程中的可靠性和安全性不高，不利于异常状态的处理。

综上所述，存在如下至少一个技术问题：

布置导引条的施工量巨大，且后续使用维护成本较高；

不适用于室内GPS信号弱的场景；

无法实时获取无人车作业状态，转运过程中的可靠性和安全性得不到保证，不利于异常状态的处理。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种物料转运无人车***及其使用方法，以解决背景技术中至少一个技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种物料转运无人车***，包括：转运无人车和远程监控平台，所述转运无人车包括无人车底盘，所述无人车底盘侧面设有超声波雷达，所述无人车底盘前后端设有激光雷达，所述无人车底盘前端设有摄像头，所述无人车底盘上还设有车载控制器和组合导航，所述转运无人车上端设有定位天线和定向天线，所述定向天线上设有第一通讯设备，所述远程监控平台包括远程监控控制器，所述远程监控控制器与第二通讯设备相连，所述第二通讯设备与第一通讯设备无线通讯，其中所述组合导航、激光雷达、摄像头、超声波雷达和第一通讯设备分别与车载控制器相连。

优选的，所述远程监控平台对转运无人车远程遥控驾驶、下达转运任务、控制任务启停、实时监视转运无人车作业状态。

优选的，所述无人车底盘为线控化差速底盘，所述无人车底盘通过CAN总线控制两侧车辆转速以及车轮转动方向。

优选的，所述无人车点底盘上设有锂电池，所述锂电池与车载控制器、组合导航、激光雷达、摄像头、超声波雷达和通讯设备分别相连。

优选的，所述组合导航的X、Y、Z轴与无人车底盘坐标系X、Y、Z平行，所述组合导航中设置组合导航安装位置与车辆坐标系原点的偏移。

优选的，所述组合导航设备配置一个定位天线和一个定向天线，所述定位天线安装在无人车底盘中轴线的前端，所述定向天线安装在无人车底盘中轴线后端。

优选的，所述组合导航输出GPS定位定向数据、惯导定位数据以及融合GPS定位定向数据、惯导定位数据的组合导航定位定向数据。

优选的，所述远程监控控制器控制切换转运无人车工作模式，分为手动驾驶、自动驾驶、远程遥控驾驶三种模式。

优选的，所述手动模式下人员通过手持遥控器近距离遥控驾驶转运无人车；自动驾驶模式下，转运无人车自动驾驶执行远程监控平台下达的转运任务；在远程遥控驾驶模式下，通过远程监控控制器可远程遥控转运无人车前进、后退、左转、右转，远程监控控制器实时接收转运无人车运行状态并作显示，主要状态包括车辆当前位置、姿态、运行速度、任务执行进度，显示车辆前侧摄像头实时图像，并将检测到的障碍物信息标注在地图上。

根据本发明的另一方面提供了一种物料转运无人车***的使用方法，包括：

通过远程监控控制器加载转运无人车作业任务，显示转运地图、转运路径，并将任务内容发送至转运无人车，远程监控控制器控制转运无人车任务的启动、暂停、继续、终止、急停，远程监控控制器控制切换转运无人车工作模式，分为手动驾驶、自动驾驶、远程遥控驾驶三种模式，其中，手动模式下人员通过手持遥控器近距离遥控驾驶转运无人车；自动驾驶模式下，转运无人车自动驾驶执行远程监控平台下达的转运任务；在远程遥控驾驶模式下，通过远程监控控制器远程遥控转运无人车前进、后退、左转、右转，远程监控控制器实时接收转运无人车运行状态并作显示，主要状态包括车辆当前位置、姿态、运行速度、任务执行进度，显示车辆前侧摄像头实时图像，并将检测到的障碍物信息标注在地图上。

应用本发明的技术方案，具有如下技术效果：

本发明提出了一种物料转运无人车***，该物料转运无人车***可同时满足室内、室外的转运需求，具备室内、室外导航定位策略自主切换、障碍物检测及避障、远程实时监控等功能，提高物料无人化转运的场景适应性、转运效率、转运过程的可靠性和安全性，于此同时，该***对场地等基础设施的要求较低，具备使用方便，维护简单，快速部署的技术效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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示出了根据本发明的物料转运无人车***的***连接结构示意图；

图2示出了图1中的物料转运无人车***的结构视图；

图3示出了图1中的物料转运无人车***的无人车底盘结构视图；

图4示出了图1中的物料转运无人车***的主视图；

图5示出了图1中的物料转运无人车***的左视图；

图6示出了图1中的物料转运无人车***的俯视图；

图7示出了图1中的物料转运无人车***的路径视图；

图8示出了图1中的物料转运无人车***的车轮结构视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

转运无人车1；激光雷达2；摄像头3；定位天线4；无人车底盘5；定向天线6；第一通讯设备7；超声波雷达8；车载控制器9；组合导航10；前轮11；后轮12。

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图8所示，本发明实施例提供了一种物料转运无人车***，包括转运无人车1和远程监控平台，所述转运无人车1包括无人车底盘5，所述无人车底盘5侧面设有超声波雷达8，所述无人车底盘5前后端设有激光雷达2，所述无人车底盘5前端设有摄像头3，所述无人车底盘5上还设有车载控制器9和组合导航10，所述转运无人车1上端设有定位天线4和定向天线6，所述定向天线6上设有第一通讯设备7，所述远程监控平台包括远程监控控制器，所述远程监控控制器与第二通讯设备相连，所述第二通讯设备与第一通讯设备7无线通讯，其中所述组合导航10、激光雷达2、摄像头3、超声波雷达8和第一通讯设备7分别与车载控制器9相连。

本实施例中，转运无人车***由转运无人车1和远程监控平台构成，其中，转运无人车1包括无人车底盘5、车载控制器9、组合导航10、激光雷达2、摄像头3、超声波雷达8、通讯设备等，可在室内、外自动切换不同的定位导航策略，可精准检测环境中的障碍物，并具备遇障停车和绕障功能，可与远程监控平台数据交互；远程监控平台包括远程监控控制器和通讯设备等，可对转运无人车1进行远程遥控驾驶、下达转运任务并控制任务启停、实时监视转运无人车1作业状态，该***提供开放式通讯接口可与外部***集成，统一管理。

本实施例中，转运无人车1包括无人车底盘5，无人车点底盘上设有锂电池，所述锂电池与车载控制器9、组合导航10、激光雷达2、摄像头3、超声波雷达8和通讯设备分别相连，无人车底盘5侧面设有超声波雷达8，无人车底盘5前后端设有激光雷达2，无人车底盘5前端设有摄像头3，无人车底盘5上还设有车载控制器9和组合导航10，转运无人车1上端设有定位天线4和定向天线6，定向天线6上设有第一通讯设备7，组合导航10、激光雷达2、摄像头3、超声波雷达8和第一通讯设备7分别与车载控制器9相连，无人车底盘5为线控化差速底盘，无人车底盘5通过CAN总线控制两侧车辆转速以及车轮转动方向。组合导航10的X、Y、Z轴与无人车底盘5坐标系X、Y、Z平行，所述组合导航10中设置组合导航10安装位置与车辆坐标系原点的偏移，组合导航10设备配置一个定位天线4和一个定向天线6，定位天线4安装在无人车底盘5中轴线的前端，定向天线6安装在无人车底盘5中轴线后端。组合导航10输出GPS定位定向数据、惯导定位数据以及融合GPS定位定向数据、惯导定位数据的组合导航10定位定向数据。

具体的，转运无人车1由无人车底盘5、车载控制器9、组合导航10、激光雷达2、摄像头3、超声波雷达8、通讯设备等构成。无人车底盘5为线控化差速底盘，可通过标准CAN总线控制其两侧车轮转速、车轮转动方向，从而控制车辆前进、后退、左转、右转，及相应运动速度，选用差速底盘，可使车辆原地转向(转弯半径为0)，从而保证车辆在室内的通过性。无人车底盘5上搭载车载控制器9、组合导航10、激光雷达2、摄像头3、超声波雷达8、通讯设备，整车通过自身配置的48VDC 10kW.h的锂电池供电，续航里程高达100km。无人车底盘5前侧配置1个激光雷达2、摄像头3、2个超声波雷达8，后向配置1个激光雷达2、2个超声波雷达8，车身两侧各配置2个超声波雷达8。无人车底盘5内侧安装车载控制器9，无人车底盘5内侧安装组合导航10，组合导航10的X、Y、Z轴与无人车底盘5坐标系X、Y、Z平行，并在组合导航10中设置其安装位置与车辆坐标系原点的偏移。组合导航10设备配置1个定位天线4、1个定向天线6，定位天线4安装在无人车底盘5中轴线的前端，定向天线6安装在无人车底盘5中轴线的后端。组合导航10输出GPS定位定向数据、惯导定位数据，以及融合GPS定位定向数据、惯导定位数据的组合导航10定位定向数据。无人车底盘5上搭载1个通讯设备，该通讯设备可根据具体应用场景选择不同配置，在4G、5G信号较稳定的场景，通讯设备为4G、5G无线网关(CPE)，接入互联网，与远程监控平台通讯；在4G、5G信号不稳定的场景，通讯设备为无线网桥，通过在整个场景内布置多个网桥构建局域网，与远程监控平台通讯。

本实施例中，远程监控平台包括远程监控控制器，远程监控控制器与第二通讯设备相连，第二通讯设备与第一通讯设备7无线通讯，远程监控平台对转运无人车1远程遥控驾驶、下达转运任务、控制任务启停、实时监视转运无人车1作业状态。具体的，远程监控平台由远程监控控制器和通讯设备等构成。远程监控控制器可加载转运无人车1作业任务，显示转运地图、转运路径，并将任务内容发送至转运无人车1。

远程监控控制器可控制转运无人车1任务的启动、暂停、继续、终止、急停，可在转运无人车1工作异常时，由人工急停车辆，待异常得以处理后，亦可急停复位，转运无人车1继续执行原任务。远程监控控制器可切换转运无人车1工作模式，可分为手动驾驶、自动驾驶、远程遥控驾驶三种模式。其中，手动模式下人员可通过手持遥控器近距离遥控驾驶转运无人车1；自动驾驶模式下，转运无人车1自动驾驶执行远程监控平台下达的转运任务；在远程遥控驾驶模式下，通过远程监控控制器可远程遥控转运无人车1前进、后退、左转、右转。远程监控控制器可实时接收转运无人车1运行状态并作显示，主要状态包括车辆当前位置、姿态、运行速度、任务执行进度，显示车辆前侧摄像头3实时图像，并将检测到的障碍物信息标注在地图上。远程监控平台对外提供开放式通讯接口可由外部***通过指令指定转运无人车1作业任务，发送作业任务至转运无人车1，控制转运无人车1任务的启动、暂停、继续、终止、急停、急停复位等。远程监控平台搭载1个通讯设备，该通讯设备可根据具体应用场景选择不同配置，在4G、5G信号较稳定的场景，通讯设备为4G、5G无线网关(CPE)，接入互联网，与转运无人车1通讯；在4G、5G信号不稳定的场景，通讯设备为无线网桥，通过在整个场景内布置多个网桥构建局域网，与转运无人车1通讯。

本发明另一实施例中提供了一种物料转运无人车***的使用方法，包括：

通过远程监控控制器加载转运无人车1作业任务，显示转运地图、转运路径，并将任务内容发送至转运无人车1，远程监控控制器控制转运无人车1任务的启动、暂停、继续、终止、急停，远程监控控制器控制切换转运无人车1工作模式，分为手动驾驶、自动驾驶、远程遥控驾驶三种模式，其中，手动模式下人员通过手持遥控器近距离遥控驾驶转运无人车1；自动驾驶模式下，转运无人车1自动驾驶执行远程监控平台下达的转运任务；在远程遥控驾驶模式下，通过远程监控控制器远程遥控转运无人车1前进、后退、左转、右转，远程监控控制器实时接收转运无人车1运行状态并作显示，主要状态包括车辆当前位置、姿态、运行速度、任务执行进度，显示车辆前侧摄像头3实时图像，并将检测到的障碍物信息标注在地图上。

具体的：

***上电，***各硬件、软件进入正常工作状态，转运无人车1切换至有人驾驶模式。

根据运输场景，遥控驾驶转运无人车1采集室内、外激光点云数据、组合导航10模块的惯导数据，其中所采集的激光点云数据覆盖整个室内、外场景。

根据所采集的室内、外激光点云数据、组合导航10模块的惯导定位数据，生成激光点云地图。

将激光点云地图坐标系与当前区域的UTM坐标系作匹配，确定二者的转换关系。

将转运无人车1遥控至转运起点位置，软件加载所建立的激光点云地图，并开启激光雷达2点云地图匹配定位定向功能与组合导航10定位定向功能，遥控转运无人车1从起点位置运动至转运位置(包含室内、外场景)，全程记录激光雷达2点云地图匹配定位定向数据与组合导航10定位定向数据。

将所记录的激光雷达2点云地图匹配定位定向数据与组合导航10定位定向数据，均转换至当前区域的UTM坐标系下，根据室内、外场景进行划分，在室内场景内，将激光雷达2点云地图匹配定位数据进行降采样、数据平滑、插补生成室内场景转运轨迹；在室外场景，将激光雷达2点云地图匹配定位数据与组合导航10定位数据进行融合，并将融合后的定位数据进行降采样、数据平滑、插补生成室外场景转运轨迹，其中转运轨迹包括前区域的UTM坐标系下的一系列轨迹点，包含每个轨迹点的X、Y、Z坐标，航向角、曲率信息。

在远程监控平台上加载所建立的激光点云地图，加载所生成的转运轨迹，在轨迹上选择“转运起点”、“中间点”、“转运终点”，其中“中间点”可以设置多个，将转运无人车1切换至自动驾驶模式，向转运无人车1下达转运任务启动指令，无人车将自动开启转运任务。

在室内场景下，由于GPS信号不稳定，转运无人车1完全依靠激光雷达2点云地图匹配定位数据进行导航定位，在室外场景下，GPS信号相对稳定，转运无人车1将融合激光雷达2点云地图匹配定位定向数据和组合导航10定位定向数据进行导航定位。

转运无人车1在转运过程中，通过纵向控制、横向控制实现转运无人车1循着转运轨迹的自动驾驶，其中纵向控制根据转运任务中的预定车速，通过控制转运无人车1轮速实现，横向控制采用预瞄控制方法，通过比较预瞄轨迹点的信息与导航定位信息，从而控制车辆转向角度实现对轨迹横向贴合。

转运无人车1在转运过程中，基于激光雷达2点云数据、摄像头3图像数据、超声波雷达8距离数据，实现对驾驶环境中障碍物的类型识别与位置检测，从而实现在转运过程中，当转运无人车1与障碍物之间的距离，小于预设安全距离时，转运无人车1进行减速，当转运无人车1与障碍物之间的距离，小于预设碰撞距离时，转运无人车1刹停。

当转运无人车1在转运过程中，出现遇到障碍物停车的情况时，转运无人车1将根据当前激光点云地图信息、障碍物位置和大小，进行绕障路径规划，如果绕障碍路径规划成功将自主执行绕障，当转运无人车1绕障完成后，自主驶入原定转运轨迹，继续执行任务；当果绕障碍路径规划失败时，将主动上报远程监控平台，并保持停车状态；

当转运无人车1在转运过程中，出现异常情况时，如传感器工作异常、车载控制器9工作异常、偏离预定转运轨迹、无人车底盘5故障，转运无人车1将自动急停将主动上报远程监控平台；

当转运无人车1在转运过程中，转运无人车1实时向远程控制平台发送运行状态信息，包括车辆当前位置、姿态、运行速度、任务执行进度、车辆前侧摄像头3实时图像、检测到的障碍物信息；远程监控控制器可实时接收转运无人车1运行状态并作显示，主要状态包括车辆当前位置、姿态、运行速度、任务执行进度，显示车辆前侧摄像头3实时图像，并将检测到的障碍物信息标注在地图上；

当远程监控平台操作人员，判定转运无人车1运行出现异常情况时，可通过远程监控平台触发转运无人车1急停；

当转运无人车1自动驾驶至转运终点位置时候，转运无人车1自主减速、停车，至此一个转运工作流程结束。

从以上描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明针对工业生产过程中或类似场景中，跨厂房或厂区进行物料自动化转运的需求，提出一种适应室外和室内的物料转运无人车***，该转运无人车***重点解决室内、室外导航定位、障碍物检测及避障、远程实时监控问题，具有提高物料无人化转运的场景适应性、转运效率、转运过程的可靠性和安全性，同时降低***部署时间和后期使用维护成本的技术效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种物料转运无人车***，其特征在于，包括：转运无人车和远程监控平台，所述转运无人车包括无人车底盘，所述无人车底盘侧面设有超声波雷达，所述无人车底盘前后端设有激光雷达，所述无人车底盘前端设有摄像头，所述无人车底盘上还设有车载控制器和组合导航，所述转运无人车上端设有定位天线和定向天线，所述定向天线上设有第一通讯设备，所述远程监控平台包括远程监控控制器，所述远程监控控制器与第二通讯设备相连，所述第二通讯设备与第一通讯设备无线通讯，其中所述组合导航、激光雷达、摄像头、超声波雷达和第一通讯设备分别与车载控制器相连。

2.如权利要求1所述的物料转运无人车***，其特征在于，所述远程监控平台对转运无人车远程遥控驾驶、下达转运任务、控制任务启停、实时监视转运无人车作业状态。

3.如权利要求1所述的物料转运无人车***，其特征在于，所述无人车底盘为线控化差速底盘，所述无人车底盘通过CAN总线控制两侧车辆转速以及车轮转动方向。

4.如权利要求1所述的物料转运无人车***，其特征在于，所述无人车点底盘上设有锂电池，所述锂电池与车载控制器、组合导航、激光雷达、摄像头、超声波雷达和通讯设备分别相连。

5.如权利要求1所述的物料转运无人车***，其特征在于，所述组合导航的X、Y、Z轴与无人车底盘坐标系X、Y、Z平行，所述组合导航中设置组合导航安装位置与车辆坐标系原点的偏移。

6.如权利要求1所述的物料转运无人车***，其特征在于，所述组合导航设备配置一个定位天线和一个定向天线，所述定位天线安装在无人车底盘中轴线的前端，所述定向天线安装在无人车底盘中轴线后端。

7.如权利要求1所述的物料转运无人车***，其特征在于，所述组合导航输出GPS定位定向数据、惯导定位数据以及融合GPS定位定向数据、惯导定位数据的组合导航定位定向数据。

8.如权利要求1所述的物料转运无人车***，其特征在于，所述远程监控控制器控制切换转运无人车工作模式，分为手动驾驶、自动驾驶、远程遥控驾驶三种模式。

9.如权利要求8所述的物料转运无人车***，其特征在于，所述手动模式下人员通过手持遥控器近距离遥控驾驶转运无人车；自动驾驶模式下，转运无人车自动驾驶执行远程监控平台下达的转运任务；在远程遥控驾驶模式下，通过远程监控控制器可远程遥控转运无人车前进、后退、左转、右转，远程监控控制器实时接收转运无人车运行状态并作显示，主要状态包括车辆当前位置、姿态、运行速度、任务执行进度，显示车辆前侧摄像头实时图像，并将检测到的障碍物信息标注在地图上。

10.一种物料转运无人车***的使用方法，基于权利要求1-9任意一项所述的物料转运无人车***，其特征在于，包括：

通过远程监控控制器加载转运无人车作业任务，显示转运地图、转运路径，并将任务内容发送至转运无人车，远程监控控制器控制转运无人车任务的启动、暂停、继续、终止、急停，远程监控控制器控制切换转运无人车工作模式，分为手动驾驶、自动驾驶、远程遥控驾驶三种模式，其中，手动模式下人员通过手持遥控器近距离遥控驾驶转运无人车；自动驾驶模式下，转运无人车自动驾驶执行远程监控平台下达的转运任务；在远程遥控驾驶模式下，通过远程监控控制器远程遥控转运无人车前进、后退、左转、右转，远程监控控制器实时接收转运无人车运行状态并作显示，主要状态包括车辆当前位置、姿态、运行速度、任务执行进度，显示车辆前侧摄像头实时图像，并将检测到的障碍物信息标注在地图上。