无人驾驶室内车辆的制作方法

本发明涉及无人驾驶车辆，尤其涉及一种无人驾驶室内车辆。

背景技术：

现有的无人驾驶车辆需要依靠卫星定位系统来获取车辆行驶中的位置的，但是对于使用生产车间室内的车辆(以下称为室内车辆)，由于有的厂房为进行屏蔽处理的，卫星无线信号不能够进入，从而无法获取车辆的位置，从而导致室内车辆无法实现无人驾驶。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种不需要无线系统进行定位的无人驾驶室内车辆，解决了现有的无人驾驶车辆需要通过卫星定位系统来定位位置而导致被屏蔽的空间内的室内车辆不能够进行无人驾驶的问题。

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种无人驾驶室内车辆，包括车身、支撑车身的车轮、驱动车轮的动力系统、中央控制系统和基于反光板的室内车载激光定位系统，所述基于反光板的室内车载激光定位系统包括数据获取模块、数据处理模块、位置获取模块和坐标获取模块，所述基于反光板的室内车载激光定位系统包括数据获取模块、数据处理模块、位置获取模块和坐标获取模块：所述数据获取模块，用于获取室内车辆在行使过程中车载激光装置的激光数据，所述激光数据包括各物体表面到反光板表面的距离点云数据；所述数据处理模块，用于根据反光板的反光强度，对点云数据进行提取并对提取后的点云数据进行过滤处理，过滤出反光板的反光强度高和反光强度低的点云数据；所述位置获取模块，用于基于反光强度高的点云，得到反光板的中心位置，基于反光板的中心位置得到反光板的位置以及车载激光装置的位置；所述坐标获取模块，用于基于反光板的位置和车载激光装置的位置，获取室内车辆在车辆行驶过程中的运动学中心的坐标位置。本发明通过基于反光板的室内车载激光定位系统来进行定位，从而无需卫星系统来完成定位，从而使得能够在被屏蔽的室内空间内进行无人驾驶。

作为优选，所述获取室内车辆在行使过程中车载激光装置的激光数据依赖于反光板系统获取的，具体为：

所述反光板包括若干个直径为5cm-10cm的圆柱体反光板，长度不小于40cm的反方板，所述反光板圆柱体外表面贴反光膜；

基于车辆运行路线对若干反光板进行布置，使得车辆在运行中车载激光装置的范围内可至少有3个反光板。

作为优选，所述基于反光强度高的点云，得到反光板的中心位置，具体为：

通过反光强度高的点云的坐标位置(xi,yi)，计算中心位置公式如下：

基于反光强度高的点云的坐标位置，得到反光板的中心位置，公式如下：

d2＝πr/4，d2为反光强度高的点云数据的中心距离反光板中心的距离，r为反光板的半径；

d1为反光强度高的点云数据的中心距离车载激光装置的距离；

d＝d1+d2，d为反光板中心距离车载激光装置的距离。

作为优选，所述基于反光强度高的点云，得到反光板的中心位置之前还包括反光板匹配步骤，具体为：当车辆初始进入反光板环境，匹配步骤如下：

扫描四周反光板的信息，得到任意两个反光板间的距离值；

根据距离长短进行排列，选择最长边为三角形的一个边，长度标记为l，基于该边的两个顶点选择第三个反光板，使得基于该最长边组成的三角形周长最长，计算该三角形的边长及角度作为特征值进行记录，特征值为最长边l1，另两个边长和为l2，最长边的两个夹角a1和a2，查询地图数据中的各反光板距离数据，筛选长度在l1所属误差范围内的待选边，将满足条件的作为若干组待选数据；

待选数据中分别计算最长边的两个顶点距离另一个点的距离和在l2所述误差范围内的边，将满足条件的作为待选数据；

计算最长边的两个夹角，若夹角与a1、a2的偏差在±2°的作为待选数据，最终进行判断，若待选数据为一组，则认为该组就是车辆所在的环境位置，依据各反光板的坐标位置及车载激光装置距离各反光板的位置，得到车辆位置；若待选数据不唯一，则重新进行匹配；

当车辆连续运行，对反光板匹配，匹配步骤如下：

在车辆运行过程中，预估出小车在当前时刻的位置；

基于当前时刻的位置与反光板地图中各反光板位置进行匹配，获得环境中的各个反光板相对车载激光装置的坐标位置；

根据实际测得的反光板角度、距离数据，与地图中推算的角度、距离数据进行匹配，得出测量值与反光板编号间的对应关系。

作为优选，当反光板超过3个时，分别计算每两个反光板间的夹角，筛选三个反光板两两间夹角的和为180°的三个反光板作为一组，若有多个组，则再次计算该组内最大角与最小角间的差值，选择差值最小的一组，然后根据所选择反光板的编号，查询到对应反光板的坐标值。

作为优选，所述车载激光装置的位置确立步骤如下：

当获取到3个反光板的中心坐标(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、，以及车载激光装置距离各反光板的距离(d1,d2,d3)时，以各个反光板中心为中心，以各个反光板距离激光的距离为半径分别做圆，判断车载激光装置到两个反光板的距离和(d1+d2)与两个反光板的中心距离d的关系；

当(d1+d2)<＝d，表示两个圆相离或相切，选择距离两个圆边等距的点作为中心点，若相切则选择切点，当(d1+d2)>d时，表示两圆相交，选择距离另一反光板最接近第三个反光板到车载激光装置的位置距离的点作为中心点。

作为优选，所述基于反光板的位置和车载激光装置的位置，具体为：

已知圆心1坐标(x1,y1)，半径r1、圆心2坐标(x2,y2)半径r2，两圆在有两个交点的情况下，交点坐标为(xa,ya),(xb,yb)：

令

令

则两个交点坐标分别为：

xa＝x0-lsin(arctan(k)),ya＝y0+lcos(arctan(k))；

xb＝x0+lsin(arctan(k)),yb＝y0-lcos(arctan(k))；

第三个圆心坐标(x3,y3)半径r3,判断两个交点与第三个圆心的距离

判断|da-r3|与|db-r3|的大小，取差值最小的点(xa,ya)或(xb,yb)；

由于车载激光装置在车辆上的位置固定，且相对车辆运动学中心的位置关系明确，基于车载激光装置的中心位置后，根据坐标平移及旋转，获取车辆运动学中心的坐标位置。

本发明具有下述优点：能够在屏蔽的室内进行无人驾驶；本发明采用车载激光装置，定位导航精度达到厘米级或更高，计算方式可靠，响应速度快，抗干扰能力强，成本低等特点。

附图说明

图1为本发明的示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

参见图1，一种无人驾驶室内车辆，包括车身1、支撑车身的车轮2、驱动车轮的动力系统、中央控制系统3和基于反光板的室内车载激光定位系统4。基于反光板的室内车载激光定位系统包括数据获取模块、数据处理模块、位置获取模块和坐标获取模块，所述基于反光板的室内车载激光定位系统包括数据获取模块、数据处理模块、位置获取模块和坐标获取模块。所述数据获取模块，用于获取室内车辆在行使过程中车载激光装置5的激光数据，车载激光装置通过竖转轴安装在车身的顶部以便能够向四周发射激光。所述激光数据包括各物体表面到反光板表面的距离点云数据；所述数据处理模块，用于根据反光板的反光强度，对点云数据进行提取并对提取后的点云数据进行过滤处理，过滤出反光板的反光强度高和反光强度低的点云数据；所述位置获取模块，用于基于反光强度高的点云，得到反光板的中心位置，基于反光板的中心位置得到反光板的位置以及车载激光装置的位置；所述坐标获取模块，用于基于反光板的位置和车载激光装置的位置，获取室内车辆在车辆行驶过程中的运动学中心的坐标位置；所述中央控制系统用于根据所述坐标获取模块所获得的坐标数据确定车辆行驶方向是否为在预设路线上，如果行驶方向脱离预设路线则改变车辆的行驶方向到为在预设路线上行驶。

所述获取室内车辆在行使过程中车载激光装置的激光数据依赖于反光板系统获取的，具体为：

所述反光板包括若干个直径为5cm-10cm的圆柱体反光板，长度不小于40cm的反方板，所述反光板圆柱体外表面贴反光膜；

基于车辆运行路线对若干反光板进行布置，使得车辆在运行中车载激光装置的范围内可至少有3个反光板。

所述基于反光强度高的点云，得到反光板的中心位置，具体为：

通过反光强度高的点云的坐标位置(xi,yi)，计算中心位置公式如下：

基于反光强度高的点云的坐标位置，得到反光板的中心位置，公式如下：

d2＝πr/4，d2为反光强度高的点云数据的中心距离反光板中心的距离，r为反光板的半径；

d1为反光强度高的点云数据的中心距离车载激光装置的距离。

所述基于反光强度高的点云，得到反光板的中心位置之前还包括反光板匹配步骤，具体为：当车辆初始进入反光板环境，匹配步骤如下：

扫描四周反光板的信息，得到任意两个反光板间的距离值；

根据距离长短进行排列，选择最长边为三角形的一个边，长度标记为l，基于该边的两个顶点选择第三个反光板，使得基于该最长边组成的三角形周长最长，计算该三角形的边长及角度作为特征值进行记录，特征值为最长边l1，另两个边长和为l2，最长边的两个夹角a1和a2，查询地图数据中的各反光板距离数据，筛选长度在l1所属误差范围内的待选边，将满足条件的作为若干组待选数据；

待选数据中分别计算最长边的两个顶点距离另一个点的距离和在l2所述误差范围内的边，将满足条件的作为待选数据；

计算最长边的两个夹角，若夹角与a1、a2的偏差在±2°的作为待选数据，最终进行判断，若待选数据为一组，则认为该组就是车辆所在的环境位置，依据各反光板的坐标位置及车载激光装置距离各反光板的位置，得到车辆位置；若待选数据不唯一，则重新进行匹配；

当车辆连续运行，对反光板匹配，匹配步骤如下：

在车辆运行过程中，预估出小车在当前时刻的位置；

基于当前时刻的位置与反光板地图中各反光板位置进行匹配，获得环境中的各个反光板相对车载激光装置的坐标位置；

根据实际测得的反光板角度、距离数据，与地图中推算的角度、距离数据进行匹配，得出测量值与反光板编号间的对应关系。

当反光板超过3个时，分别计算每两个反光板间的夹角，筛选三个反光板两两间夹角的和为180°的三个反光板作为一组，若有多个组，则再次计算该组内最大角与最小角间的差值，选择差值最小的一组，然后根据所选择反光板的编号，查询到对应反光板的坐标值。

所述车载激光装置的位置确立步骤如下：

当获取到3个反光板的中心坐标(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)，以及车载激光装置距离各反光板的距离(d1,d2,d3)时，以各个反光板中心为中心，以各个反光板距离激光的距离为半径分别做圆，判断车载激光装置到两个反光板的距离和(d1+d2)与两个反光板的中心距离d的关系；

当(d1+d2)<＝d，表示两个圆相离或相切，选择距离两个圆边等距的点作为中心点，若相切则选择切点，当(d1+d2)>d时，表示两圆相交，选择距离另一反光板最接近第三个反光板到车载激光装置的位置距离的点作为中心点。

所述基于反光板的位置和车载激光装置的位置，具体为：

已知圆心1坐标(x1,y1)，半径r1、圆心2坐标(x2,y2)半径r2，两圆在有两个交点的情况下，交点坐标为(xa,ya),(xb,yb)：

令

令

则两个交点坐标分别为：

xa＝x0-lsin(arctan(k)),ya＝y0+lcos(arctan(k))；

xb＝x0+lsin(arctan(k)),yb＝y0-lcos(arctan(k))；

第三个圆心坐标(x3,y3)半径r3,判断两个交点与第三个圆心的距离

判断|da-r3|与|db-r3|的大小，取差值最小的点(xa,ya)或(xb,yb)；

由于车载激光装置在车辆上的位置固定，且相对车辆运动学中心的位置关系明确，基于车载激光装置的中心位置后，根据坐标平移及旋转，获取车辆运动学中心的坐标位置。