本發(fā)明涉及一種虛擬軌道設(shè)計系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，特別是涉及一種用于移動設(shè)備的虛擬軌道設(shè)計系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有的按照預(yù)設(shè)軌跡定點巡航系統(tǒng)實現(xiàn)主要有以下幾種：
一，鋪設(shè)軌道，鋪設(shè)軌道利用磁導(dǎo)物理牽引系統(tǒng)，實現(xiàn)按預(yù)設(shè)軌跡定點巡航，如城市有軌電車、一些送餐機器人等；該方案利用軌道技術(shù)，加上輔助傳感器(人或攜帶紅外、超聲等傳感器)實現(xiàn)避障行為；鋪設(shè)軌道有以下不足：十、需要額外部署軌道，成本高，操作復(fù)雜，使用不靈活；十一、運行噪音大，對環(huán)境改變大。
二，利用可見光攝像機、紅外熱成像儀等其它檢測儀器巡線，實現(xiàn)按預(yù)定軌跡定點巡航，該方案同樣需要在使用環(huán)境中部署輔助設(shè)備；同樣使用操作復(fù)雜，成本較高，不靈活，除此，不能保證環(huán)境不變性和整潔性。
基于現(xiàn)有按照預(yù)設(shè)軌跡定點巡航系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提供了一種新的虛擬軌道設(shè)計及其導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于移動設(shè)備的虛擬軌道設(shè)計系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，其能夠不需要額外的成本部署輔助設(shè)備，使用更加的方便、靈活、快捷，除此不用改變環(huán)境，增添刪除更加方便，更加智能化。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：一種用于移動設(shè)備的虛擬軌道設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于，其核心模塊及作用如下：
通信模塊：主要用于相關(guān)地圖信息、虛擬軌道信息、定位信息、任務(wù)信息傳遞，起到橋梁的作用；
交互模塊：通過圖形化的編輯環(huán)境，設(shè)定任意形狀、長度的固定軌道，同時支持分段修改、刪除軌道等功能，編輯完成后將此虛擬軌道信息發(fā)送至智能巡航算法處理模塊；
獲取模塊：獲取交互模塊提供的虛擬軌道信息，進行相關(guān)數(shù)據(jù)存儲，并將此信息發(fā)送至軌道關(guān)鍵點提取模塊；
軌道關(guān)鍵點提取模塊：根據(jù)虛擬軌道信息，可根據(jù)曲線斜率、分段擬合求一階倒數(shù)為0的點等限制條件，提虛擬軌道關(guān)鍵點信息；
傳感器數(shù)據(jù)采集濾波模塊：采集智能設(shè)備配置傳感器數(shù)據(jù)，采用相關(guān)濾波算法，除去測量數(shù)據(jù)噪點；
里程計模塊：獲取智能設(shè)備里程數(shù)據(jù)，為自定位模塊提供先驗知識；
地圖模塊：主要利用SLAM相關(guān)算法，構(gòu)建環(huán)境地圖；該地圖可用于全局路徑規(guī)劃以及自定位模塊，是智能移動算法中的核心模塊；
自主定位模塊：基于當(dāng)前傳感器信息，結(jié)合地圖構(gòu)建存儲模塊，利用相關(guān)匹配算法，獲得當(dāng)前位姿信息，使得智能設(shè)備實時知道自己在環(huán)境中位置及姿態(tài)；
軌道關(guān)鍵點圖結(jié)構(gòu)構(gòu)建模塊：利用軌道關(guān)鍵點提取模塊中的關(guān)鍵點信息、傳感器數(shù)據(jù)采集濾波模塊的地圖信息，結(jié)合關(guān)鍵點之間可達性，構(gòu)建圖結(jié)構(gòu)頂點及邊信息，為虛擬軌道關(guān)鍵軌跡搜索提供數(shù)據(jù)支撐；
任務(wù)調(diào)度管理模塊：該模塊主要用于管理用戶下發(fā)的導(dǎo)航任務(wù)，包括設(shè)置任務(wù)序列、任務(wù)分發(fā)、任務(wù)執(zhí)行邏輯、調(diào)用路徑規(guī)劃服務(wù)等部分，是整個系統(tǒng)的控制中心；
全局關(guān)鍵點路徑搜索模塊：根據(jù)任務(wù)調(diào)度管理模塊下發(fā)任務(wù)和自主定位模塊信息，結(jié)合啟發(fā)式搜索算法，利用軌道關(guān)鍵點圖結(jié)構(gòu)，搜索起點到終點沿虛擬軌道的最優(yōu)路徑，指引智能設(shè)備完成巡航任務(wù)；
局部軌跡規(guī)劃模塊：利用多傳感器融合觀測數(shù)據(jù)，當(dāng)前虛擬軌道節(jié)點信息以及自定位信息，結(jié)合當(dāng)前速度信息，產(chǎn)生平滑無碰撞控制決策，使得智能設(shè)備可以無碰撞的完成指定的巡航任務(wù)；
運動控制模塊：利用局部軌跡規(guī)劃模塊產(chǎn)生的無碰撞控制決策；結(jié)合智能設(shè)備運動模型，產(chǎn)生運動控制決策，控制智能設(shè)備以一定的速度平滑無碰撞的移動；
智能移動模塊：接收運動控制模塊指令，控制設(shè)備無碰撞移動。
優(yōu)選地，所述通信模塊及包括客戶端通信模塊及系統(tǒng)算法處理層通信模塊。
本發(fā)明還提供一種用于移動設(shè)備的虛擬軌道設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一：用戶通過交互模塊，設(shè)定、增添、刪除及編輯虛擬軌道信息，由通信模塊發(fā)送至算法處理部分；
步驟二：算法處理部分的通信模塊，收到交互模塊發(fā)送的相應(yīng)的虛擬軌道信息，轉(zhuǎn)入步驟三；
步驟三：獲取模塊接收到該虛擬軌道相關(guān)信息后，根據(jù)虛擬軌道信息，可根據(jù)曲線斜率、分段擬合求一階倒數(shù)為0的點等限制條件，提虛擬軌道關(guān)鍵點信息，轉(zhuǎn)入步驟四；
步驟四：結(jié)合地圖模塊地圖信息及軌道關(guān)鍵點信息，及關(guān)鍵點之間可達性，構(gòu)建圖結(jié)構(gòu)頂點及邊信息；
步驟五：當(dāng)通信模塊收到導(dǎo)航任務(wù)后，根據(jù)自主定位模塊信息，結(jié)合搜索算法，利用步驟四軌道關(guān)鍵點圖結(jié)構(gòu)，搜索起點到終點沿虛擬軌道的最優(yōu)關(guān)鍵點路徑，轉(zhuǎn)入步驟六；
步驟六：根據(jù)步驟五產(chǎn)生的關(guān)鍵點路徑，結(jié)合機器人當(dāng)前融合觀測及自定位信息，并根據(jù)機器人運動速度及模型，產(chǎn)生控制策略；如果無，則進入步驟七，否則，退出，任務(wù)結(jié)束；
步驟七：根據(jù)步驟六的控制決策，對速度進行平滑處理，下發(fā)控制指令到移動設(shè)備，控制移動設(shè)備移動。
本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明能夠通過交互方式，由用戶在交互界面設(shè)定任意形狀、長度的固定軌道，并支持分段修改、刪除軌道等功能，操作便捷靈活；根據(jù)用戶給定虛擬軌道，提取軌道關(guān)鍵點(交叉、拐點等表征軌道特征的特征點)，構(gòu)建虛擬軌道圖結(jié)構(gòu)(Graph)；根據(jù)移動設(shè)備的起點，以及用戶設(shè)定的終點，分別搜索起始點最近的虛擬軌道關(guān)鍵點，并利用Graph搜索可到達目的點最短虛擬軌道；利用軌跡規(guī)劃策略，并結(jié)合移動設(shè)備感知傳感器，自主平滑無碰撞的智能移動到指定位置，實現(xiàn)定點巡航功能；本發(fā)明不需要額外的成本部署輔助設(shè)備，使用更加的方便、靈活、快捷，除此不用改變環(huán)境，增添刪除更加方便，更加智能化。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
如圖1所示，本發(fā)明用于移動設(shè)備的虛擬軌道設(shè)計系統(tǒng)包括：
通信模塊：包含兩部分，客戶端通信模塊及系統(tǒng)算法處理層通信模塊。主要用于相關(guān)地圖信息、虛擬軌道信息、定位信息、任務(wù)信息傳遞，起到橋梁的作用。
交互模塊：通過圖形化的編輯環(huán)境，設(shè)定任意形狀、長度的固定軌道，同時支持分段修改、刪除軌道等功能，編輯完成后將此虛擬軌道信息發(fā)送至智能巡航算法處理模塊；
獲取模塊：獲取交互模塊提供的虛擬軌道信息，進行相關(guān)數(shù)據(jù)存儲，并將此信息發(fā)送至軌道關(guān)鍵點提取模塊；
軌道關(guān)鍵點提取模塊：根據(jù)虛擬軌道信息，可根據(jù)曲線斜率、分段擬合求一階倒數(shù)為0的點等限制條件，提虛擬軌道關(guān)鍵點信息；
傳感器數(shù)據(jù)采集濾波模塊：采集智能設(shè)備配置傳感器數(shù)據(jù)，采用相關(guān)濾波算法，除去測量數(shù)據(jù)噪點；
里程計模塊：獲取智能設(shè)備里程數(shù)據(jù)，為自定位模塊提供先驗知識；
地圖模塊：主要利用SLAM相關(guān)算法，構(gòu)建環(huán)境地圖；該地圖可用于全局路徑規(guī)劃以及自定位模塊，是智能移動算法中的核心模塊；
自主定位模塊：基于當(dāng)前傳感器信息，結(jié)合地圖構(gòu)建存儲模塊，利用相關(guān)匹配算法，獲得當(dāng)前位姿信息，使得智能設(shè)備實時知道自己在環(huán)境中所處位置；
軌道關(guān)鍵點圖結(jié)構(gòu)構(gòu)建模塊：利用軌道關(guān)鍵點提取模塊中的關(guān)鍵點信息及傳感器數(shù)據(jù)采集濾波模塊的地圖信息，結(jié)合關(guān)鍵點之間可達性，構(gòu)建圖結(jié)構(gòu)頂點及邊信息，為沿虛擬軌道關(guān)鍵軌跡搜索提供數(shù)據(jù)支撐；
任務(wù)調(diào)度管理模塊：該模塊主要用于管理用戶下發(fā)的導(dǎo)航任務(wù)，包括設(shè)置任務(wù)序列、任務(wù)分發(fā)、任務(wù)執(zhí)行邏輯、調(diào)用路徑規(guī)劃服務(wù)等部分，是整個系統(tǒng)的中控中心；
全局關(guān)鍵點路徑搜索模塊：根據(jù)任務(wù)調(diào)度管理模塊下發(fā)任務(wù)和自主定位模塊信息，結(jié)合啟發(fā)式搜索算法，利用軌道關(guān)鍵點圖結(jié)構(gòu)，搜索起點到終點沿虛擬軌道的最優(yōu)路徑，指引智能設(shè)備完成巡航任務(wù)；
局部軌跡規(guī)劃模塊：利用多傳感器融合后數(shù)據(jù)，當(dāng)前虛擬軌道節(jié)點信息以及自定位信息，結(jié)合當(dāng)前速度信息，產(chǎn)生平滑的無碰撞控制決策，使得智能設(shè)備可以無碰撞的完成指定的巡航任務(wù)；
運動控制模塊：利用局部軌跡規(guī)劃模塊產(chǎn)生的無碰撞控制決策；結(jié)合智能設(shè)備運動模型，產(chǎn)生運動控制決策，控制智能設(shè)備以一定的速度平滑無碰撞的移動；
智能移動模塊：接收運動控制模塊指令，控制設(shè)備無碰撞移動。
通信模塊和交互模塊構(gòu)成交互部分。
所述獲取模塊、直線提取模塊、分段查找樹構(gòu)建模塊、觀測數(shù)據(jù)融合模塊、虛擬地圖構(gòu)建存儲模塊、任務(wù)調(diào)度管理模塊、地圖構(gòu)建存儲模塊、自主定位模塊、全局路徑規(guī)劃模塊、局部路徑規(guī)劃模塊、運動控制模塊、智能移動模塊構(gòu)成算法處理部分。
本發(fā)明用于移動設(shè)備的虛擬軌道設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)方法包括以下步驟：
步驟一：用戶通過交互模塊，設(shè)定、增添、刪除及編輯虛擬軌道信息，由通信模塊發(fā)送至算法處理部分；
步驟二：算法處理部分的通信模塊，收到交互模塊發(fā)送的相應(yīng)的虛擬軌道信息，轉(zhuǎn)入步驟三；
步驟三：獲取模塊接收到該虛擬軌道相關(guān)信息后，根據(jù)虛擬軌道信息，可根據(jù)曲線斜率、分段擬合求一階倒數(shù)為0的點等限制條件，提虛擬軌道關(guān)鍵點信息，轉(zhuǎn)入步驟四；
步驟四：結(jié)合地圖模塊地圖信息及軌道關(guān)鍵點信息，及關(guān)鍵點之間可達性，構(gòu)建圖結(jié)構(gòu)頂點及邊信息；
步驟五：當(dāng)通信模塊收到導(dǎo)航任務(wù)后，根據(jù)自主定位模塊信息，結(jié)合搜索算法，利用步驟四軌道關(guān)鍵點圖結(jié)構(gòu)，搜索起點到終點沿虛擬軌道的最優(yōu)關(guān)鍵點路徑，轉(zhuǎn)入步驟六；
步驟六：根據(jù)步驟五產(chǎn)生的關(guān)鍵點路徑，結(jié)合機器人當(dāng)前融合觀測及自定位信息，并根據(jù)機器人運動速度及模型，產(chǎn)生控制策略；如果無，則進入步驟七，否則，退出，任務(wù)結(jié)束；
步驟七：根據(jù)步驟六的控制決策，對速度進行平滑處理，下發(fā)控制指令到移動設(shè)備，控制移動設(shè)備移動。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。