[發明專利]一種適用于磷礦開采巷道的無人駕駛運輸車系統及運行方法

在審

• 申請號: 202210575456.5
• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN114954525A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 杜軒;鐘燕波;李寶萬
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: B60W60/00
• 分類號: B60W60/00;B60W30/095;B60W40/02;B60W40/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

本發明提出一種適用于磷礦開采巷道的無人駕駛運輸車系統及運行方法，包括執行系統，所述執行系統用于搭載整個運輸車系統，執行系統包括無人運輸車；感知系統，所述感知系統依靠傳感器為執行系統的無人運輸車提供環境信息，輔助無人運輸車完成導航和定位；控制系統，所述控制系統包含決策模塊和規劃模塊兩個模塊，使用來自感知系統的環境信息，獲得無人運輸車的控制信號；所述執行系統接收控制系統下發的控制信號，向無人運輸車發送方向、速度、加速度、航向角和行駛軌跡類執行信息，使無人運輸車能夠避讓局部的障礙物，并跟蹤全局路徑，進而在磷礦開采巷道完成無人駕駛任務。

技術領域

本發明屬于磷礦開采設備技術領域，具體涉及一種適用于磷礦開采巷道的無人駕駛運輸車系統。

背景技術

磷礦開采巷道是用于磷礦的開采和運輸的通道，可供礦用運輸車通行。巷道中光線昏暗，工作環境多粉塵，在這種環境下長時間工作，容易對工作人員身體健康產生影響。因此，使用無人化的采礦、運輸裝備，可以減少礦下工作人員的數量，有利于提高工作效率以及開采和運輸的安全性。當前，隨著機器人技術的發展，基于場景建模、場景識別和路徑規劃技術的移動機器人在室內外環境中得到了較多地應用。但在磷礦開采巷道這種昏暗、狹窄的環境下，依賴機器人技術和自主導航技術等，完成運輸車在巷道內的自主駕駛，使其能行駛到指定工作面并和其它采礦設備配合的相關技術，仍處于研究階段，未得到實際良好的應用。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種基于多傳感器數據融合，適用于磷礦開采巷道的無人駕駛運輸車系統及應用方法。運輸車的無人駕駛系統由感知系統、控制系統和執行系統組成，通過各系統的配合，無人運輸車能夠完成自主導航任務。

為了實現上述的技術特征，本發明的目的是這樣實現的：一種適用于磷礦開采巷道的無人駕駛運輸車系統，包括：

執行系統，所述執行系統用于搭載整個運輸車系統，執行系統包括無人運輸車；

感知系統，所述感知系統依靠傳感器為執行系統的無人運輸車提供環境信息，輔助無人運輸車完成導航和定位；

控制系統，所述控制系統包含決策模塊和規劃模塊兩個模塊，使用來自感知系統的環境信息，獲得無人運輸車的控制信號；

所述執行系統接收控制系統下發的控制信號，向無人運輸車發送方向、速度、加速度、航向角和行駛軌跡類執行信息，使無人運輸車能夠避讓局部的障礙物，并跟蹤全局路徑，進而在磷礦開采巷道完成無人駕駛任務。

所述感知系統包括搭載在無人運輸車上的LED照明源，所述LED照明源對磷礦開采巷道進行有限范圍的照明，然后，通過搭載在無人運輸車上的深度相機借助LED光源，拍攝磷礦開采巷道的環境圖片，從環境圖片中獲得深度信息，再對環境圖片進行形態學、聚類和二值化操作，計算環境圖片的質心，以質心引導無人運輸車向正確方向前進；同時，通過搭載在無人運輸車上的3D激光雷達對磷礦開采巷道進行掃描，得到巷道點云，對點云進行濾波、感興趣區域分割處理后提取路面點云，再使用Alpha Shapes算法提取路面點云的航道邊界，以航道邊界約束無人運輸車在巷道中間行駛；無人運輸車在巷道中行駛時，采用激光慣導定位；以松耦合的方式進行數據的收集和處理，3D激光雷達進行狀態估計，IMU數據作為觀測值，再用卡爾曼濾波器融合數據，完成定位無人運輸車位置的任務。

所述決策模塊根據環境信息，確定無人運輸車行駛速度和方式，在決策限定的范圍內，規劃模塊結合車輛運動學模型、巷道中的障礙物信息、行駛任務以及交通規則求解得到平滑連續的局部行車軌跡，并將速度和軌跡信息下發至執行系統。

適用于磷礦開采巷道的無人駕駛運輸車系統的運行方法，包括以下步驟：

步驟1：根據磷礦開采巷道地圖，規劃無人運輸車導航的全局路徑；

步驟2：通過無人運輸車搭載的LED照明源，提供有限范圍的光照；

步驟3：深度相機拍攝磷礦開采巷道環境的環境圖片，對環境圖片進行相應處理；

步驟4：環境圖片的信息經過進一步處理，進而獲得開放區域質心，引導無人運輸車向正確方向前進；