一种基于激光雷达传感器的AGV障碍物检测系统及方法与流程

本发明涉及激光障碍物探测技术领域，具体为用于自动导引运输车(agv)上的基于激光雷达传感器的agv障碍物检测系统及方法。

背景技术：

agv(自动导引运输车)广泛应用于工业、军事、烟草、智能停车库中的自动化搬运系统中，它是通过激光雷达、超声波等传感器进行障碍物的非接触式探测，实现agv的减速、停车，避免agv与行驶路径中的障碍物发生碰撞，起到对人员、设备以及agv自身的保护。激光雷达具有检测精度高、稳定性好、响应速度快的优点，十分适合用于对障碍物的探测。而目前的障碍物检测，仅仅只能做到判断是否存在障碍物，有则停车的检测系统，这样的检测系统在实际应用中存在很多问题，如停车次数频繁影响效率，减速、刹车过程过于迅猛等问题，对于agv自身的保护能力很微弱。

技术实现要素：

为解决上述现有技术存在的不足和缺陷，发明人通过研发设计，提供了一种基于激光雷达传感器的agv障碍物检测系统及方法，其目的是使agv在运行过程中实时对前方障碍物进行非接触式检测并根据检测结果决定是否减速，且减速到什么级别以及是否停车等，最终达到对人、设备以及agv自身的保护。具体的，本发明是这样实现的：一种基于激光雷达传感器的agv障碍物检测系统，包括agv车体，位于agv车体上的激光雷达传感器，连接agv车体和激光雷达传感器的控制器，本系统包括：所述agv车体，用于在接收控制器指令下运行并将运行数据发送至控制器，所述激光雷达传感器，用于采集扫描数据并传输至控制器，所述控制器，用于接收agv车体运行数据并对agv车体运行进行控制；用于根据agv车体当前的行驶路径段属性选用相应的障碍检测方案，所述障碍检测方案至少包括一个减速区和一个停车区，并且只有一个停车区；用于接收激光雷达传感器发送的扫描数据并进行数据处理；所述数据处理包括从所述扫描数据中提取出障碍物信息，并计算出障碍物在所述障碍检测方案中的减速区和停车区的状态，确定障碍物在当前选用检测方案中的各区域状态。

进一步的，所述障碍物检测方案包括多种，每个障碍物检测方案又包括多个障碍物检测区域；所述多种障碍物检测方案之间可根据agv的运行路径动态切换，每种障碍物检测方案中所包括的障碍检测区域的大小、形状和数量可以相同或不同；所述障碍检测区域的大小、形状和数量可编辑、可配置。

进一步的，所述停车区位于agv车体边缘的前方、后方、左侧或右侧中的一侧或多侧，所述至少一个减速区围绕停车区向周围逐级扩张分布，所述障碍物检测区域的形状可为任意多边形。

进一步的，所述障碍检测方案至少包括两个障碍检测区域，不同的障碍检测方案包括有不同大小、不同形状和不同数量的减速区域以及不同大小、不同形状的停车区域。

进一步的，所述控制器还用于：根据agv车体当前所行驶的路径段属性动态切换选用与路径段属性相适应的障碍检测方案，以使得agv车体适应运行于当前周围环境下对障碍物的检测。

进一步的，至少一个障碍物检测方案被选择，且障碍物检测方案所包含的检测区域始终设置于agv车体移动方向的前方。

本发明的另一方面，还提供了一种基于激光雷达传感器的agv障碍物检测方法，包括以下步骤：

s1、激光雷达传感器采集扫描数据并传输至控制器；

s2、获取agv车体当前的运行数据，并传输至控制器，控制器基于agv车体当前的运行数据及当前所行驶的路径段属性选用相应的障碍检测方案；

s3、控制器从所述障碍检测方案中提取出障碍检测区域信息；

s4、当障碍物出现并被激光雷达传感器采集后，控制器从扫描数据中提取出障碍物的坐标信息；

s5、控制器计算障碍物是否处于当前选中障碍检测方案的减速区或停车区，如果处于减速区则计算出障碍物处于第几个减速区，且控制器结合计算出的各减速区域和停车区域的状态，并控制agv的运行速度。

进一步的，步骤s4中所述控制器从扫描数据中提取出障碍物的坐标信息的步骤还包括调整激光雷达传感器采集时的分辨率至5～150mm值之间和敏感度至0～30值之间，并对所述扫描数据做滤波处理除去干扰信息。

进一步的，步骤s2中，所述控制器基于agv车体当前的运行数据及当前所行驶的路径段属性选用相应的障碍检测方案的步骤还包括：控制器根据agv车体当前路径段属性动态切换选用相应的障碍检测方案，以使得agv车体适应运行于当前路径下对障碍物的检测；所述障碍检测方案可以设定多种，每种障碍检测方案包括多个障碍检测区域，其中至少包括一个减速区和一个停车区，所述停车区有且仅有一个，所述停车区域位于agv车体边缘的前方、后方、左侧或右侧中的一侧或多侧，所述至少一个减速区域围绕停车区域向周围逐级扩张分布，所述障碍物检测区域的形状可为任意多边形。

进一步的，所述减速域为多个时，处于内层的减速区域减速级别大于外层区域的减速级别，当障碍物位于相应的减速域内时，由控制器控制agv车体减速至与减速区域相对应的速度级别；当停车区域检测到障碍物时，由控制器控制agv停止运行。

本发明的工作原理和技术效果：本障碍物检测系统内置一种或多种的障碍检测方案，障碍检测方案中存储了预设好的障碍检测区域信息，障碍检测区域里包含至少有一个减速区，有且仅有一个为停车区，减速区可以为多层级区域，围绕停车区向周围逐级扩张分布，该障碍物检测区域的形状可为任意多边形，即在agv车体的四周，具有一个停车区，若干个减速区逐级向外层扩张的展开状减速区，减速区与agv车体某一侧的方向相平行，以前方为例，停车区沿agv车体的正前方横向沿车体前脸方向分布，减速区为三层，第三层级减速区包裹最内层且最靠近车体的停车区，第二层级减速区包裹第三层级减速区的外侧，第一层级减速区包裹住第二层级的外侧，依次逐步向外呈扩张趋势分布；同时，agv控制器监控agv车体的运行状态，即监控agv车体当前是沿其车身的哪个方向运行，则调用该方向上的障碍物检测区域，不同的障碍物检测区域形成不同的障碍检测方案，不同的障碍检测方案种包含不同的障碍物检测区域，例如至少两个方位方向上均设置好障碍物检测区域，或四个方向上均设置好障碍物检测区域；障碍物检测区域的具体形状，可以根据实际使用环境下选用最适宜实际环境下的多边形形状，具体的多边形形状信息可以编入至障碍检测方案中，检测系统可以实时对障碍检测方案进行动态切换；激光雷达传感器采集到的障碍物信息被控制器提取，当障碍物的信息进入障碍检测区域里后，控制器判断障碍物当前进入到第几层级的减速区内，并反馈出该层级对应的减速级别指令信号至agv车体；当控制器判断障碍物当前进入到停车区域后，则反馈出停车指令信号至agv车体；即实现了agv车体的多级减速控制，达到agv车体的顺滑减速的目的，实现了对agv车体遇到的障碍物的灵敏反馈效果，提高了对障碍物的有效检测效果。

附图说明

图1为一种基于激光雷达传感器的agv障碍物检测系统的结构示意图；

图2为一种基于激光雷达传感器的agv障碍物检测方法的流程图；

图3为本发明中障碍物检测区域示意图；

图4为实施例2中采用的第一种障碍检测方案；

图5为实施例2中采用的第二种障碍检测方案；

图6为实施例3中采用的第一种障碍检测方案；

图7为实施例3中采用的第二种障碍检测方案；

其中：1为激光雷达传感器，d为减速区域，s为停车区域，p1,p2,p3,p4为停车区域的四个顶点，p5,p6,p7,p8为减速区域的四个顶点，d11、d21为第一减速区域，d12、d22为第二减速区域，d13、d23为第三减速区域，s14、s24为停车区域。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明所述的控制器，具有接收、发送信号并具有处理分析能力，其与其他部件之间的通信方式可以为tcp/ip，io，rs232，rs485中的任意一种；例如，激光雷达传感器通过tcp/ip，io，rs232，rs485中的任意一种通信方式向控制器发送当前障碍检测方案下每个障碍检测区域的状态值；这里所述的状态值，即为表示障碍检测区域内是否具有障碍物存在，可以使用是或非表示该状态值；本发明中所述检测方法对障碍物检测方案之间进行的动态切换，是依据agv运行路径段的属性进行切换；本发明中所述障碍检测方案中包含的障碍检测区域为任意多边形区域，障碍检测方案中所包含障碍检测区域的形状、大小、数量可编辑、可配置；本发明中检测系统的控制器对agv车体的控制属于常规手段，能控制其运行、改变运行路径、减速、启动、或停车等，均为常规手段可以实现，本发明中不进一步描述其控制手段。

实施例1：一种基于激光雷达传感器的agv障碍物检测系统，如图1所示，包括agv车体，位于agv车体上的激光雷达传感器1，连接agv车体和激光雷达传感器1的控制器，本系统包括：所述agv车体，用于在接收控制器指令下运行并将运行数据发送至控制器，所述激光雷达传感器1，用于采集扫描数据并传输至控制器，所述控制器，用于接收agv车体运行数据并对agv车体运行进行控制；用于基于agv车体当前的运行数据选用相应的障碍检测方案；用于接收激光雷达传感器1发送的扫描数据并处理；用于从所述扫描数据中提取出障碍物识别信息，从所述障碍检测方案中提取出障碍检测区域信息，并通过障碍物识别信息和障碍检测区域信息计算障碍物位于障碍检测区域中所在的区域状态值。从而达到障碍物的精准检测。

优选地，所述控制器用于对agv车体运行进行控制还包括通过agv车体运行数据判断agv车体运当前的运行状态，所述运行状态包括agv车作前后方向上的纵向运行，或agv车作左右方向上的横向运行，本发明以软件程序的方式实现后运行与所述控制器中。

优选地，所述障碍检测区域信息至少包括两个障碍物检测区域，其中至少有为一个减速区，有且仅有一个为停车区，所述停车区位于agv车体边缘的前方、后方、左侧或右侧中的一侧或多侧，所述至少一个减速区围绕停车区向周围逐级扩张分布，所述障碍物检测区域的形状可为任意多边形。

优选地，所述障碍检测方案至少有两种，所述障碍检测方案基于不同的减速区数量、不同的障碍物检测区域的形状、所位于agv车体边缘的不同方向，获得不相同的障碍检测方案。

优选地，所述控制器还用于根据agv车体当前路径段的属性动态切换选用相应的障碍检测方案，以使得agv车体适应运行于当前周围环境下对障碍物的检测。

优选地，至少一个障碍物检测区域始终设置于agv车体移动方向上的前方。

实施例2

一种基于激光雷达传感器的agv障碍物检测方法，如图2所示，包括以下步骤：

s1、激光雷达传感器1采集扫描数据并传输至控制器；通过激光雷达传感器1所提供的通信接口(一般为tcp/ip)建立控制器与激光雷达传感器1之间的通信连接，安照激光雷达传感器1的通信协议对激光雷达传感器1的输出数据进行采集；然后按照障碍物检测的需求对原始扫描数据进行过滤，仅保留有用扫描数据，降低后续的计算复杂度；

s2、获取agv车体当前的运行数据，并传输至控制器，控制器基于agv车体当前的运行数据选用相应的障碍检测方案；所述控制器基于agv车体当前的运行数据选用相应的障碍检测方案的步骤还包括：控制器根据agv车体当前路径属性动态切换选用相应的障碍检测方案，以使得agv车体适应运行于当前周围环境下对障碍物的检测；再进一步的，通过读取检测方案的设置参数，获取障碍检测方案及每个障碍检测方案中的各检测区域的划分参数，从而得知每个检测方案中各检测区域的范围、大小，以便下一步对检测区域内是否存在障碍进行计算；激光雷达传感器1将扫描的环境数据通过tcp/ip通信接口发送至控制器，本发明以软件程序的方式实现并运行于agv控制器中，实时计算激光雷达扫描到的数据在当前障碍检测方案下各检测区域的状态值；agv控制器根据agv的运行路径段的属性向本发明发送的命令主要用于多种障碍检测方案之间的切换，指定当前采用哪个障碍检测方案；

s3、控制器从所述障碍检测方案中提取出障碍检测区域信息；所述障碍检测方案基于不同的障碍检测区域信息，获得不相同的障碍检测方案，所述障碍检测区域信息至少包括两个障碍物检测区域，其中至少有为一个减速区，有且仅有一个为停车区，所述停车区位于agv车体边缘的前方、后方、左侧或右侧中的一侧或多侧，所述至少一个减速区围绕停车区向周围逐级扩张分布，所述障碍物检测区域的形状可为任意多边形；依据给定的分辨率和敏感度对障碍物识别，识别出障碍物，剔除干扰；如图3所示，d是本发明中的减速区域d，s是本发明的停车区域s，其中停车区域ss是包括四个顶点(p1,p2,p3,p4)的四边形区域，d也是包括四个顶点(p5,p6,p7,p8)的四边形区域。如图4所示，是本实施例中采用单个传感器时的两种障碍检测方案，图4是本实施例中第一种障碍检测方案，该障碍检测方案中包括三个四边形减速区域d，第一减速区域dd11，第二减速区域dd12，第三减速区域dd13以及一个停车区域ss14；图5是本实施例中第二种障碍检测方案，该障碍检测方案中包括3个六边形减速区域d，第一减速区域dd21，第二减速区域dd22，第三减速区域dd23以及一个停车区域ss24；障碍物检测区域可以是任意多边形区域。控制器运行过程中会根据agv行驶路径选择使用哪个障碍检测方案，只需通过与本发明之间的通信指定当前使用的障碍检测方案即可。

s4、当障碍物出现并被激光雷达传感器1采集后，控制器从扫描数据中提取出障碍物识别信息；步骤s4中所述控制器从扫描数据中提取出障碍物识别信息的步骤还包括调整激光雷达传感器1采集时的分辨率至5～150mm值之间和敏感度至0～30值之间，并对所述扫描数据做滤波处理除去干扰信息。

s5、控制器将障碍物识别信息与障碍检测区域信息进行比对，并计算障碍物是否位于当前障碍检测方案所包含的障碍检测区域中。

实施例3：在实施例2基础上，所述减速区至少有两个，当障碍物位于相应的减速区内时，由控制器所反馈作出的控制agv车体减速的减速级别由外层至内层逐步提高；当停车区检测到障碍物时，由控制器作出控制agv车体停车的反馈。

如图6所示，在本实施例中的agv采用了多传感器，沿agv的前后对角线布置，可用于agv先后行驶，左右横移时的障碍物检测，每个激光扫描器至少采用两种障碍检测方案，其中一种用于前进时的障碍检测，另一种用于横移时的障碍检测。

图6中为本实施例采用的第一中障碍检测方案，用于前进和后退时的障碍物检测。图7为本实施例采用的第二种障碍检测方案，用于左右横移时的障碍物检测。其中图7进一步展示了任意多边形的障碍检测区域。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。