一种激光信标自主导航系统及其导航方法与流程

本发明涉及导航系统领域，特别涉及一种激光信标自主导航系统及其导航方法。

背景技术：

激光导航模块是一款基于室内复杂坏境的导航模块，该模块通过激光雷达对室内环境进行扫描自主构建地图。lnm模块只要配合激光雷达或者二维深度传感器就可以自主构图并自主规划路径，可在室内真正的实现机器人的无轨自主导航。lnm是一款模块化的产品，多种通信端口的配置使其能够适用于市面上绝大多数产品。lnm优化了现有市场循迹导航的方式，让现场安装更加简单；让现场控制更加灵活；让机器人的工作坏境更加广阔。

但是，目前激光导航模块中，很多解决方案均是直接设定了移动路径，在导航过程中常常会遇到很多其他的突发情况，因此可能会出现物流运输中的撞车或者阻碍交通以致于堵塞的情况。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种激光信标自主导航系统及其导航方法，能够通过激光技术和移动信标技术提升导航的准确性，并提高物流的效率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种激光信标自主导航系统，包括：

一路径规划单元，所述路径规划单元包括一地图信息模块和一任务信息模块以及一全局规划模块，其中所述地图信息模块获取当前的地图信息，所述任务信息模块接收任务信息的输入，所述全局规划模块通信连接所述地图信息模块和所述任务信息模块以输出一任务路径；

一行为决策单元，所述行为决策单元通信连接所述全局规划模块，许可所述任务路径并且输出一行为指令；

一运动修正单元，所述运动修正单元包括一激光校准模块，所述激光校准模块通信连接所述全局规划模块以校准所述任务路径，还包括一导航和防撞模块，所述导航和防撞模块通信连接所述全局规划模块以导航和避免任务路线中的障碍物；以及

一执行系统，所述执行系统通信连接所述行为决策单元以执行所述行为指令。

优选地，所述激光校准模块包括一激光发射元件和一校准预警元件，所述校准预警元件通信连接所述激光发射元件以获取当前的激光发射方向，所述校准预警元件通信连接所述全局规划模块以获取当前任务路径的模拟前进方向。

优选地，所述导航和防撞模块还包括多个移动信标元件和设置在所述移动信标元件上的激光发射元件，所述全局规划模块控制连接所述移动信标元件以移动所述移动信标元件至任务路径点，还包括一激光扫描元件，所述激光扫描元件通信连接所述激光发射元件以获取所述激光信息。

优选地，所述运动修正单元还包括一防撞调整模块，所述防撞调整模块通信连接所述激光扫描元件以接收所述贾光信息。

优选地，所述运动修正单元还包括一领航模块，所述领航模块通信连接所述全局规划模块以获取到当前的任务路径，所述领航模块34控制连接一领航无人机，所述领航无人机为所述物流车辆进行领航。

优选地，所述执行系统包括一转向单元和一速度单元，所述转向单元完成所述物流车辆的转向，所述速度单元完成所述物流车辆的加减速，所述转向单元包括一圆弧转向模块和一直角转向模块，以完成的所述物流车辆的圆弧转向和直角转向，所述行为决策单元还包括一交通分析模块，以分析当前的交通状况，所述行为决策单元还包括一交通管制模块，以接收当前的交通管制信息。

本发明还提供了一种导航方法，包括以下步骤：

(a)获取地图信息和任务信息，规划输出一任务路径；

(b)根据所述任务路径分析当前交通情况，交通许可时输出一行为指令，以控制所述执行系统完成物流车辆的执行；

(c)在执行行为指令时，比对当前的激光发射方向和所述模拟前进方向，比对符合则是保持正常，比对不符合则输出一预警信息，所述预警信息传输到所述全局规划模块，输出一方向调整信息，通过所述行为决策单元的许可，进一步地控制所述执行系统进行执行。

优选地，在步骤(a)之后还包括以下步骤：

(b1)根据所述任务路径，分析当前交通情况，交通许可时输出一行为指令，以控制所述执行系统完成物流车辆的执行，同时，当所述全局规划模块根据所述任务路径输出一信标控制信息，执行所述信标控制信息以移动所述移动信标元件至当前任务路径的多个路径点上；

(c1)扫描所述移动信标元件中所发射的激光信息，根据所获取的激光信息，根据当前移动信标元件的位置信息和任务信息，重置任务路线。

优选地，在步骤(c1)之后，还包括以下步骤：

(d)当所述激光扫描元件接收到不是来自所述移动信标元件的激光信息，此时接收到当前的激光信息，输出一防撞提示信息；

(e)接收到所述防撞提示信息，并根据所述防撞提示信息确定所述障碍物的位置信息，输出一防撞规划路线，进而执行所述防撞规划路线；

(f)当所述防撞提示信息消失时，输出一回归信息，根据所述回归信息，继续完成之前的任务路径。

优选地，在步骤(f)之后，还包括以下步骤：

(g)当所述导航和防撞模块探测到障碍物时，并且所述全局规划模块输出所述防撞规划路线时，即执行所述防撞规划路线以完成领航；

(h)当所述领航模块探测到所述防撞规划路线无法顺利前进时，输出一调整信息，所述全局规划模块调整所述防撞规划路线，完成所述防撞规划路线之后，所述执行系统和所述领航模块继续完成之前的任务路径。

采用上述技术方案，由于所述激光校准模块和所述导航和防撞模块的共同执行，使得本发明导航系统的有益效果在于：

第一、在导航过程中，进行实时激光校准；

第二、通过移动信标元件对任务路线进行重置和校准；

第三、通过领航无人机对物流车辆进行领航，使得在防撞过程中的防撞规划路线进行提前检测。

附图说明

图1为本发明所述种激光信标自主导航系统的结构框图；

图2为本发明所述种激光信标自主导航系统的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明提供了一种激光信标自主导航系统。所述激光信标自主导航系统包括一路径规划单元10、一行为决策单元20和一运动修正单元30，所述路径规划单元10接收地图信息和定位信息以及当前的任务信息，能够在全局规划出一个任务路径。根据所述任务路径和当前的交通情况以及驾驶规则，所述行为决策单元20输出一驾驶行为指令。根据当前的行为指令和外部的环境感知信息以及当前车辆状态信息，所述运动修正单元30修正所述驾驶行为指令，并且最终生成一行动指令。

所述激光信标自主导航系统设置在一物流小车，所述物流小车包括一执行系统40，所述执行系统40接收所述行动指令以执行当前操作，因此所述激光信标自主导航系统能够对所述物流小车进行路径执行控制。

具体地，所述路径规划单元10包括一地图信息模块11，所述地图信息模块11导入有当前物流运输的整体地图信息，所述地图信息模块11中设置有一定位模块110，所述定位模块110设置在所述物流小车中，可以得知当前的所述物流小车在所述地图信息中的具体位置。所述路径规划单元10还包括一任务信息模块12，所述任务信息模块12导入当前的物流任务信息。所述路径规划单元10还包括一全局规划模块13，根据所述任务信息，所述全局规划模块13设置一初始任务路径。

需要注意的是，所述全局规划模块13可以设置为一智能计算机，所述地图信息模块11可以设置为一gps定位系统，所述任务信息模块12可以设置为一通讯模块，使得所述通讯模块能够输出一通讯任务信息以传输至所述智能计算机进行计算，并且通过所述gps定位系统定位到当前的物流小车。

举例地说明，在上述过程中，所述任务信息包括从a地点搬动1000件货物至b地点，在不考虑其他因素的情况下，所述任务信息模块12接收了当前任务信息，同时调用了所述地图信息模块11中关于a地点和b地点的地图信息，根据所述任务信息和地图信息，所述行为决策单元输出一行为指令。

具体地，所述行为决策单元20包括一交通分析模块21和一交通管制模块22，所述交通分析模块21获取当前自a地点到b地点的交通情况，并且根据当前的交通情况分析当前各个路径的交通情况，例如其中a1-b1路线已被占用时，则无法选用当前的路线，a2-b2路线可以通行，则可以选择当前的路线。另一方面，当前a-b的路线可能会不止一条，当所述交通分析模块21分析出当前一条路线能够通行即可。当所述交通管制模块22进行管制时，处于最高优先级别，因此所述交通管制模块22能够管制到当前的物流小车运行情况。

需要注意的是，所述交通分析模块21在遇到交通状况时进行分析，能够分析当前撞车或者行人或者货物等情况，所述交通管制模块22能够管制到当前物流小车的运行情况。

同时所述激光信标自主导航系统还包括一运动修正单元30，所述运动修正单元30包括一激光校准模块31和一导航和防撞模块32，其中所述激光校准模块31设置有一激光发射元件，所述激光发射元件输出当前的发射方向，具体地，所述激光发射元件的发射方向还是当前的所述物流小车的前进方向。

具体地，所述激光校准模块31包括一激光发射元件311，在所述激光发射元件311设定与所述物流小车前进方向相同的发射方向，也就是所述激光发射元件311的发射方向和所述物流小车的前进方向一致。所述全局规划模块13所输出的任务路径下，所述行为决策单元20所输出的行为指令中所述物流小车的前进方向已经被确定，并且在所述地图信息模块11中进行模拟。因此，当前所述激光校准模块31还包括一校准预警元件312，所述校准预警元件311通信连接所述激光发射元件311以获取当前的激光发射方向，所述校准预警元件312还通信连接所述全局规划模块13以获取当前任务路径的模拟前进方向。

更具体地，所述校准预警元件311比对当前的激光发射方向和所述模拟前进方向，比对符合则是保持正常，比对不符合则输出一预警信息，所述预警信息传输到所述全局规划模块13，所述全局规划模块13输出一方向调整信息，通过所述行为决策单元20的确认，进一步地控制所述执行系统40进行执行。

进一步地，所述导航和防撞模块32包括多个移动信标元件320和多个激光发射元件321，其中所述激光发射组件321同时具备发射激光和接收激光的功能，所述全局规划模块13根据任务信息和地图信息输出一任务路径，所述行为决策单元20根据任务路径和交通状态输出一行为指令，所述全局规划模块13控制连接所述移动信标元件320，当所述全局规划模块13输出所述任务路径时，根据所述任务路径输出一信标控制信息，所述移动信标元件320执行所述信标控制信息以移动至当前任务路径的多个路径点上。另外，所述移动信标元件320的数量足够多，以满足当前任务路径发生变化时其他的所述移动信标元件320完成其他任务路径的导航。

具体地，所述激光发射元件321设置在所述移动信标元件320中，发射一激光束。所述导航和防撞模块32还包括一激光扫描元件322，所述激光扫描元件322设置在所述物流小车上，用于扫描所述移动信标元件320中所述激光发射元件321所发射的激光信息。

根据所获取的激光信息，所述全局规划模块13进行位置信息的生成。此时所述物流小车按照当前的任务路径进行行驶操作。所述运动修正单元30还包括一防撞调整模块33，所述防撞调整模块33通信连接所述激光扫描元件322，当所述激光扫描元件322接收到不是来自所述移动信标元件320的所述激光发射元件321的激光信息，此时所述防撞调整模块33接收到当前的激光信息，输出一防撞提示信息，所述全局规划模块13接收到所述防撞提示信息，根据所述防撞提示信息确定所述障碍物的位置信息，输出一防撞规划路线，其中所述防撞规划路线根据所述障碍物的位置信息偏差于所述任务路径。

进一步地，当所述防撞提示信息消失时，所述全局规划模块13输出一回归信息，根据所述回归信息，所述执行系统40继续完成之前的任务路径。

所述运动修正单元30还包括一领航模块34，所述领航模块34通信连接所述全局规划模块13以获取到当前的任务路径，当所述行为决策单元20根据所述任务路径输出所述行为指令时，所述领航模块34开始领航，其中所述领航模块34控制连接一领航无人机340，所述领航无人机340为所述物流车辆进行领航。

当所述导航和防撞模块32探测到障碍物时，并且所述全局规划模块13输出所述防撞规划路线时，所述领航模块34即执行所述防撞规划路线以完成领航，当所述领航模块34探测到所述防撞规划路线无法顺利前进时，所述领航模块34输出一调整信息，所述全局规划模块13调整所述防撞规划路线，完成所述防撞规划路线之后，所述执行系统40和所述领航模块34继续完成之前的任务路径。

在上述实施例中，所述执行系统40包括一转向单元41，所述转向单元41完成所述物流车辆的转向，所述执行系统40包括一速度单元42，所述速度单元42完成所述物流车辆的加减速，所述转向单元41包括一圆弧转向模块411和一直角转向模块412，以完成的所述物流车辆的圆弧转向和直角转向。可以理解的是，本发明中的物流车辆的具体结构为本领域技术人员所熟知的物流运输装置。

根据上述实施例，本发明还提供了一种导航流程，包括以下步骤：

第一、获取地图信息和任务信息，所述全局规划模块13规划输出一任务路径；

第二、根据所述任务路径，所述行为决策单元20分析当前交通情况，交通许可时输出一行为指令，以控制所述执行系统40完成物流车辆的执行；

第三、在执行行为指令时，所述校准预警元件311比对当前的激光发射方向和所述模拟前进方向，比对符合则是保持正常，比对不符合则输出一预警信息，所述预警信息传输到所述全局规划模块13，所述全局规划模块13输出一方向调整信息，通过所述行为决策单元20的确认，进一步地控制所述执行系统40进行执行。

本发明还提供了另一种导航流程，包括以下步骤：

第一、获取地图信息和任务信息，所述全局规划模块13规划输出一任务路径；

第二、根据所述任务路径，所述行为决策单元20分析当前交通情况，交通许可时输出一行为指令，以控制所述执行系统40完成物流车辆的执行，当所述全局规划模块13根据所述任务路径输出一信标控制信息，所述移动信标元件320执行所述信标控制信息以移动至当前任务路径的多个路径点上；

第三、所述激光扫描元件322扫描所述移动信标元件320中所述激光发射元件321所发射的激光信息，根据所获取的激光信息，所述全局规划模块13进行位置信息的生成，进而重新生成任务路径。

第四、当所述激光扫描元件322接收到不是来自所述移动信标元件320的所述激光发射元件321的激光信息，此时所述防撞调整模块33接收到当前的激光信息，输出一防撞提示信息；

第五、所述全局规划模块13接收到所述防撞提示信息，根据所述防撞提示信息确定所述障碍物的位置信息，输出一防撞规划路线，其中所述防撞规划路线根据所述障碍物的位置信息偏差于所述任务路径；

第六、当所述防撞提示信息消失时，所述全局规划模块13输出一回归信息，根据所述回归信息，所述执行系统40继续完成之前的任务路径。

根据上述导航流程，还包括以下步骤：

第七、当所述导航和防撞模块32探测到障碍物时，并且所述全局规划模块13输出所述防撞规划路线时，所述领航模块34即执行所述防撞规划路线以完成领航；

第八、当所述领航模块34探测到所述防撞规划路线无法顺利前进时，所述领航模块34输出一调整信息，所述全局规划模块13调整所述防撞规划路线，完成所述防撞规划路线之后，所述执行系统40和所述领航模块34继续完成之前的任务路径。

如图2所示，根据上述导航流程，本发明进一步地提供了一种导航方法，包括以下步骤：

(a)获取地图信息和任务信息，规划输出一任务路径；

(b)根据所述任务路径分析当前交通情况，交通许可时输出一行为指令，以控制所述执行系统完成物流车辆的执行；

(c)在执行行为指令时，比对当前的激光发射方向和所述模拟前进方向，比对符合则是保持正常，比对不符合则输出一预警信息，所述预警信息传输到所述全局规划模块，输出一方向调整信息，通过所述行为决策单元的许可，进一步地控制所述执行系统进行执行。

根据上述导航方法，在步骤(a)之后还包括以下步骤：

(b1)根据所述任务路径，分析当前交通情况，交通许可时输出一行为指令，以控制所述执行系统完成物流车辆的执行，同时，当所述全局规划模块根据所述任务路径输出一信标控制信息，执行所述信标控制信息以移动所述移动信标元件至当前任务路径的多个路径点上；

(c1)扫描所述移动信标元件中所发射的激光信息，根据所获取的激光信息，根据当前移动信标元件的位置信息和任务信息，重置任务路线。

根据上述导航方法，在步骤(c1)之后，还包括以下步骤：

(d)当所述激光扫描元件接收到不是来自所述移动信标元件的激光信息，此时接收到当前的激光信息，输出一防撞提示信息；

(e)接收到所述防撞提示信息，并根据所述防撞提示信息确定所述障碍物的位置信息，输出一防撞规划路线，进而执行所述防撞规划路线。

根据上述导航方法，在步骤(e)之后，还包括以下步骤：

(f)当所述防撞提示信息消失时，输出一回归信息，根据所述回归信息，继续完成之前的任务路径。

根据上述导航方法，在步骤(f)之后，还包括以下步骤：

(g)当所述导航和防撞模块探测到障碍物时，并且所述全局规划模块输出所述防撞规划路线时，即执行所述防撞规划路线以完成领航；

(h)当所述领航模块探测到所述防撞规划路线无法顺利前进时，输出一调整信息，所述全局规划模块调整所述防撞规划路线，完成所述防撞规划路线之后，所述执行系统和所述领航模块继续完成之前的任务路径。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。