本发明涉及一种虚拟轨道设计系统及其实现方法，特别是涉及一种用于移动设备的虚拟轨道设计系统及其实现方法。
背景技术：
目前，现有的按照预设轨迹定点巡航系统实现主要有以下几种：
一，铺设轨道，铺设轨道利用磁导物理牵引系统，实现按预设轨迹定点巡航，如城市有轨电车、一些送餐机器人等；该方案利用轨道技术，加上辅助传感器(人或携带红外、超声等传感器)实现避障行为；铺设轨道有以下不足：十、需要额外部署轨道，成本高，操作复杂，使用不灵活；十一、运行噪音大，对环境改变大。
二，利用可见光摄像机、红外热成像仪等其它检测仪器巡线，实现按预定轨迹定点巡航，该方案同样需要在使用环境中部署辅助设备；同样使用操作复杂，成本较高，不灵活，除此，不能保证环境不变性和整洁性。
基于现有按照预设轨迹定点巡航系统的不足，本发明提供了一种新的虚拟轨道设计及其导航系统实现方法。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于移动设备的虚拟轨道设计系统及其实现方法，其能够不需要额外的成本部署辅助设备，使用更加的方便、灵活、快捷，除此不用改变环境，增添删除更加方便，更加智能化。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种用于移动设备的虚拟轨道设计系统，其特征在于，其核心模块及作用如下：
通信模块：主要用于相关地图信息、虚拟轨道信息、定位信息、任务信息传递，起到桥梁的作用；
交互模块：通过图形化的编辑环境，设定任意形状、长度的固定轨道，同时支持分段修改、删除轨道等功能，编辑完成后将此虚拟轨道信息发送至智能巡航算法处理模块；
获取模块：获取交互模块提供的虚拟轨道信息，进行相关数据存储，并将此信息发送至轨道关键点提取模块；
轨道关键点提取模块：根据虚拟轨道信息，可根据曲线斜率、分段拟合求一阶倒数为0的点等限制条件，提虚拟轨道关键点信息；
传感器数据采集滤波模块：采集智能设备配置传感器数据，采用相关滤波算法，除去测量数据噪点；
里程计模块：获取智能设备里程数据，为自定位模块提供先验知识；
地图模块：主要利用SLAM相关算法，构建环境地图；该地图可用于全局路径规划以及自定位模块，是智能移动算法中的核心模块；
自主定位模块：基于当前传感器信息，结合地图构建存储模块，利用相关匹配算法，获得当前位姿信息，使得智能设备实时知道自己在环境中位置及姿态；
轨道关键点图结构构建模块：利用轨道关键点提取模块中的关键点信息、传感器数据采集滤波模块的地图信息，结合关键点之间可达性，构建图结构顶点及边信息，为虚拟轨道关键轨迹搜索提供数据支撑；
任务调度管理模块：该模块主要用于管理用户下发的导航任务，包括设置任务序列、任务分发、任务执行逻辑、调用路径规划服务等部分，是整个系统的控制中心；
全局关键点路径搜索模块：根据任务调度管理模块下发任务和自主定位模块信息，结合启发式搜索算法，利用轨道关键点图结构，搜索起点到终点沿虚拟轨道的最优路径，指引智能设备完成巡航任务；
局部轨迹规划模块：利用多传感器融合观测数据，当前虚拟轨道节点信息以及自定位信息，结合当前速度信息，产生平滑无碰撞控制决策，使得智能设备可以无碰撞的完成指定的巡航任务；
运动控制模块：利用局部轨迹规划模块产生的无碰撞控制决策；结合智能设备运动模型，产生运动控制决策，控制智能设备以一定的速度平滑无碰撞的移动；
智能移动模块：接收运动控制模块指令，控制设备无碰撞移动。
优选地，所述通信模块及包括客户端通信模块及系统算法处理层通信模块。
本发明还提供一种用于移动设备的虚拟轨道设计系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：用户通过交互模块，设定、增添、删除及编辑虚拟轨道信息，由通信模块发送至算法处理部分；
步骤二：算法处理部分的通信模块，收到交互模块发送的相应的虚拟轨道信息，转入步骤三；
步骤三：获取模块接收到该虚拟轨道相关信息后，根据虚拟轨道信息，可根据曲线斜率、分段拟合求一阶倒数为0的点等限制条件，提虚拟轨道关键点信息，转入步骤四；
步骤四：结合地图模块地图信息及轨道关键点信息，及关键点之间可达性，构建图结构顶点及边信息；
步骤五：当通信模块收到导航任务后，根据自主定位模块信息，结合搜索算法，利用步骤四轨道关键点图结构，搜索起点到终点沿虚拟轨道的最优关键点路径，转入步骤六；
步骤六：根据步骤五产生的关键点路径，结合机器人当前融合观测及自定位信息，并根据机器人运动速度及模型，产生控制策略；如果无，则进入步骤七，否则，退出，任务结束；
步骤七：根据步骤六的控制决策，对速度进行平滑处理，下发控制指令到移动设备，控制移动设备移动。
本发明的积极进步效果在于：本发明能够通过交互方式，由用户在交互界面设定任意形状、长度的固定轨道，并支持分段修改、删除轨道等功能，操作便捷灵活；根据用户给定虚拟轨道，提取轨道关键点(交叉、拐点等表征轨道特征的特征点)，构建虚拟轨道图结构(Graph)；根据移动设备的起点，以及用户设定的终点，分别搜索起始点最近的虚拟轨道关键点，并利用Graph搜索可到达目的点最短虚拟轨道；利用轨迹规划策略，并结合移动设备感知传感器，自主平滑无碰撞的智能移动到指定位置，实现定点巡航功能；本发明不需要额外的成本部署辅助设备，使用更加的方便、灵活、快捷，除此不用改变环境，增添删除更加方便，更加智能化。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明用于移动设备的虚拟轨道设计系统包括：
通信模块：包含两部分，客户端通信模块及系统算法处理层通信模块。主要用于相关地图信息、虚拟轨道信息、定位信息、任务信息传递，起到桥梁的作用。
交互模块：通过图形化的编辑环境，设定任意形状、长度的固定轨道，同时支持分段修改、删除轨道等功能，编辑完成后将此虚拟轨道信息发送至智能巡航算法处理模块；
获取模块：获取交互模块提供的虚拟轨道信息，进行相关数据存储，并将此信息发送至轨道关键点提取模块；
轨道关键点提取模块：根据虚拟轨道信息，可根据曲线斜率、分段拟合求一阶倒数为0的点等限制条件，提虚拟轨道关键点信息；
传感器数据采集滤波模块：采集智能设备配置传感器数据，采用相关滤波算法，除去测量数据噪点；
里程计模块：获取智能设备里程数据，为自定位模块提供先验知识；
地图模块：主要利用SLAM相关算法，构建环境地图；该地图可用于全局路径规划以及自定位模块，是智能移动算法中的核心模块；
自主定位模块：基于当前传感器信息，结合地图构建存储模块，利用相关匹配算法，获得当前位姿信息，使得智能设备实时知道自己在环境中所处位置；
轨道关键点图结构构建模块：利用轨道关键点提取模块中的关键点信息及传感器数据采集滤波模块的地图信息，结合关键点之间可达性，构建图结构顶点及边信息，为沿虚拟轨道关键轨迹搜索提供数据支撑；
任务调度管理模块：该模块主要用于管理用户下发的导航任务，包括设置任务序列、任务分发、任务执行逻辑、调用路径规划服务等部分，是整个系统的中控中心；
全局关键点路径搜索模块：根据任务调度管理模块下发任务和自主定位模块信息，结合启发式搜索算法，利用轨道关键点图结构，搜索起点到终点沿虚拟轨道的最优路径，指引智能设备完成巡航任务；
局部轨迹规划模块：利用多传感器融合后数据，当前虚拟轨道节点信息以及自定位信息，结合当前速度信息，产生平滑的无碰撞控制决策，使得智能设备可以无碰撞的完成指定的巡航任务；
运动控制模块：利用局部轨迹规划模块产生的无碰撞控制决策；结合智能设备运动模型，产生运动控制决策，控制智能设备以一定的速度平滑无碰撞的移动；
智能移动模块：接收运动控制模块指令，控制设备无碰撞移动。
通信模块和交互模块构成交互部分。
所述获取模块、直线提取模块、分段查找树构建模块、观测数据融合模块、虚拟地图构建存储模块、任务调度管理模块、地图构建存储模块、自主定位模块、全局路径规划模块、局部路径规划模块、运动控制模块、智能移动模块构成算法处理部分。
本发明用于移动设备的虚拟轨道设计系统的实现方法包括以下步骤：
步骤一：用户通过交互模块，设定、增添、删除及编辑虚拟轨道信息，由通信模块发送至算法处理部分；
步骤二：算法处理部分的通信模块，收到交互模块发送的相应的虚拟轨道信息，转入步骤三；
步骤三：获取模块接收到该虚拟轨道相关信息后，根据虚拟轨道信息，可根据曲线斜率、分段拟合求一阶倒数为0的点等限制条件，提虚拟轨道关键点信息，转入步骤四；
步骤四：结合地图模块地图信息及轨道关键点信息，及关键点之间可达性，构建图结构顶点及边信息；
步骤五：当通信模块收到导航任务后，根据自主定位模块信息，结合搜索算法，利用步骤四轨道关键点图结构，搜索起点到终点沿虚拟轨道的最优关键点路径，转入步骤六；
步骤六：根据步骤五产生的关键点路径，结合机器人当前融合观测及自定位信息，并根据机器人运动速度及模型，产生控制策略；如果无，则进入步骤七，否则，退出，任务结束；
步骤七：根据步骤六的控制决策，对速度进行平滑处理，下发控制指令到移动设备，控制移动设备移动。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。