1.一種基于感知和自主計算定位導(dǎo)航的智能車導(dǎo)航系統(tǒng),其特征在于:包括均分別與中央處理器相連的信息儲存模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、定位模塊、感知模塊和交互通信模塊,所述中央處理器、驅(qū)動模塊和定位模塊用于實現(xiàn)智能車輛的定位導(dǎo)航和移動,所述感知模塊用于實現(xiàn)智能車輛的平穩(wěn)控制,所述交互通信模塊用于實現(xiàn)人機(jī)交互;
所述智能車輛的轉(zhuǎn)向采用差速轉(zhuǎn)向,智能車輛的每個車輪的運(yùn)動分別由獨(dú)立的電機(jī)控制,所述電機(jī)是步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī),每個電機(jī)的驅(qū)動均采用電機(jī)驅(qū)動模塊控制;
所述定位模塊包括至少由運(yùn)動傳感裝置、測距傳感裝置、圖像傳感裝置、RFID裝置和GPS系統(tǒng);每個車輪處均分別安裝有所述運(yùn)動傳感裝置和測距傳感裝置,各車輪的數(shù)據(jù)采集相對獨(dú)立;所述RFID裝置包括RFID接收模塊和多個RFID發(fā)射模塊,所述RFID接收模塊設(shè)置在車輛上,多個RFID發(fā)射模塊均布置在建筑物內(nèi)的不同位置;
所述感知模塊用于實現(xiàn)智速度感知、地面感知和高度變化感知,其中:所述速度感知采用編碼盤或速度計運(yùn)動傳感元件實現(xiàn),用于感知車輪的轉(zhuǎn)動速度,以便實現(xiàn)車輛穩(wěn)定性的控制和速度反饋控制;所述地面感知采用圖像傳感器或紅外傳感器實現(xiàn),用于感知地面的材質(zhì)和平整度;所述高度變化感知采用加速度計運(yùn)動傳感器實現(xiàn),從而判斷智能車輛每個車輪所在區(qū)域的路面平整狀況,從而為車輪的控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)支持;
所述交互通信模塊包括通信子模塊和人機(jī)交互子模塊,其中,通信子模塊用于遠(yuǎn)程控制端與中央處理器之間的通訊,負(fù)責(zé)傳輸任務(wù)數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)數(shù)據(jù),還用于在多個智能車系統(tǒng)之間進(jìn)行交換狀態(tài)數(shù)據(jù),以防止路線發(fā)生沖突;所述人機(jī)交互自模塊包括輸入/輸出單元,用于人工現(xiàn)場對智能車系統(tǒng)進(jìn)行控制和參數(shù)的設(shè)定;
所述中央處理器用于收集其他所有模塊所采集的數(shù)據(jù),同時向電機(jī)驅(qū)動模塊、交互通信模塊發(fā)送相應(yīng)的控制信息,并通過人機(jī)交互子模塊向用戶輸出信息。
2.一種基于感知和自主計算定位導(dǎo)航的智能車導(dǎo)航方法,其特征在于,利用如權(quán)利要求1所述基于感知和自主計算定位導(dǎo)航的智能車導(dǎo)航系統(tǒng),并包括以下步驟:
步驟一、廣義電子地圖的獲?。簭V義電子地圖是指以電子方式存儲的用于智能車系統(tǒng)在室內(nèi)場合實現(xiàn)自主定位和導(dǎo)航的建筑結(jié)構(gòu)圖和智能車在室外場合實現(xiàn)自主定位和導(dǎo)航的電子地圖;所述電子地圖上還記載有障礙物、標(biāo)志物、運(yùn)動限制、路面狀況和校準(zhǔn)點(diǎn);在導(dǎo)航工作之前,將廣義電子地圖導(dǎo)入智能車系統(tǒng)的信息儲存模塊中,并根據(jù)廣義電子地圖與實際位置的對應(yīng)關(guān)系建立絕對坐標(biāo)系,以便運(yùn)行時讀取與利用;
步驟二、車輛初始位置信息的獲取與定位校準(zhǔn),車輛初始位置信息采用GPS或RFID方法獲得,所述定位模塊中的所有傳感器進(jìn)行自主計算定位,計算出車輛在一定時間內(nèi)的位移及運(yùn)動方向,并且間隔一定時間或距離采用GPS或RFID方法并借助外部的定位基準(zhǔn)來修正車輛的當(dāng)前位置,從而進(jìn)行動態(tài)校準(zhǔn);與此同時,利用建筑結(jié)構(gòu)圖上的障礙信息和通道信息,將智能車可能的運(yùn)動方向和范圍限定在一定范圍內(nèi),并根據(jù)智能車已走過的歷史路徑信息對車輛的實時位置進(jìn)行連續(xù)處理,得到智能車在一個單位時間內(nèi)所在位置的可能范圍;
步驟三、獲取車輛的當(dāng)前位置坐標(biāo)與目標(biāo)坐標(biāo):車輛的當(dāng)前位置坐標(biāo)通過初始位置信息和自主計算定位及動態(tài)校準(zhǔn)的結(jié)果獲得,目標(biāo)坐標(biāo)根據(jù)實際需要由上層控制系統(tǒng)給定;
步驟四、動態(tài)規(guī)劃行駛路線:在獲得初始位置和目標(biāo)位置后,在對建筑結(jié)構(gòu)圖或電子地圖進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化處理后,采用雙向A*算法、遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路線規(guī)劃,當(dāng)車輛位置與預(yù)設(shè)行駛路線偏離大于2-10m時,根據(jù)當(dāng)前位置坐標(biāo)和目標(biāo)位置坐標(biāo)重新規(guī)劃路線,實現(xiàn)路線的動態(tài)規(guī)劃;路線規(guī)劃的策略選擇路程最短路線、最平穩(wěn)路線和速度最快路線中的一種;動態(tài)規(guī)劃行駛路線實現(xiàn)車輛的總體行駛控制,其中,配合車輪感知實現(xiàn)車輛在局部區(qū)域內(nèi)行駛路線控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于感知和自主計算定位導(dǎo)航的智能車導(dǎo)航方法,其特征在于,步驟四中,車輪感知包括車輪速度的感知、地面的感知和高度變化的感知,其中:
車輪速度的感知是根據(jù)實際轉(zhuǎn)動速度與預(yù)設(shè)速度的差異及時調(diào)整驅(qū)動信號,使實際轉(zhuǎn)動速度盡可能解禁預(yù)設(shè)值,從而實現(xiàn)速度的閉環(huán)控制;
地面的感知是借助圖像傳感器實時采集車輛前方的圖像,交給中央處理器根據(jù)圖像處理算法進(jìn)行處理,識別車輛運(yùn)行前方地面是否平整,地面何材質(zhì),以便控制該系統(tǒng)提前采取相應(yīng)的控制措施;對于不平整的地面,車輛根據(jù)不平整區(qū)域的面積和粗糙程度來決定是否繞行;根據(jù)材質(zhì)的識別預(yù)估車輪與地面的摩擦系數(shù),從而采取不同的速度控制策略;
高度變化的感知即車輪顛簸振動幅度的感知,當(dāng)車輛行駛至不平整路面是,設(shè)置在車輪處的加速度計的輸出會出現(xiàn)劇烈的波動,據(jù)此系統(tǒng)采取減速處理,以減少顛簸振動對車輛的的影響,若只有部分車輪出現(xiàn)顛簸振動,則根據(jù)顛簸車輪的分布判斷出那邊的道路較為平整,進(jìn)而引導(dǎo)車輛向平整的方向行駛。