[发明专利]一种适用于磷矿开采巷道的无人驾驶运输车系统及运行方法

说明书

本发明提出一种适用于磷矿开采巷道的无人驾驶运输车系统及运行方法，包括执行系统，所述执行系统用于搭载整个运输车系统，执行系统包括无人运输车；感知系统，所述感知系统依靠传感器为执行系统的无人运输车提供环境信息，辅助无人运输车完成导航和定位；控制系统，所述控制系统包含决策模块和规划模块两个模块，使用来自感知系统的环境信息，获得无人运输车的控制信号；所述执行系统接收控制系统下发的控制信号，向无人运输车发送方向、速度、加速度、航向角和行驶轨迹类执行信息，使无人运输车能够避让局部的障碍物，并跟踪全局路径，进而在磷矿开采巷道完成无人驾驶任务。

技术领域

本发明属于磷矿开采设备技术领域，具体涉及一种适用于磷矿开采巷道的无人驾驶运输车系统。

背景技术

磷矿开采巷道是用于磷矿的开采和运输的通道，可供矿用运输车通行。巷道中光线昏暗，工作环境多粉尘，在这种环境下长时间工作，容易对工作人员身体健康产生影响。因此，使用无人化的采矿、运输装备，可以减少矿下工作人员的数量，有利于提高工作效率以及开采和运输的安全性。当前，随着机器人技术的发展，基于场景建模、场景识别和路径规划技术的移动机器人在室内外环境中得到了较多地应用。但在磷矿开采巷道这种昏暗、狭窄的环境下，依赖机器人技术和自主导航技术等，完成运输车在巷道内的自主驾驶，使其能行驶到指定工作面并和其它采矿设备配合的相关技术，仍处于研究阶段，未得到实际良好的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于多传感器数据融合，适用于磷矿开采巷道的无人驾驶运输车系统及应用方法。运输车的无人驾驶系统由感知系统、控制系统和执行系统组成，通过各系统的配合，无人运输车能够完成自主导航任务。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种适用于磷矿开采巷道的无人驾驶运输车系统，包括：

执行系统，所述执行系统用于搭载整个运输车系统，执行系统包括无人运输车；

感知系统，所述感知系统依靠传感器为执行系统的无人运输车提供环境信息，辅助无人运输车完成导航和定位；

控制系统，所述控制系统包含决策模块和规划模块两个模块，使用来自感知系统的环境信息，获得无人运输车的控制信号；

所述执行系统接收控制系统下发的控制信号，向无人运输车发送方向、速度、加速度、航向角和行驶轨迹类执行信息，使无人运输车能够避让局部的障碍物，并跟踪全局路径，进而在磷矿开采巷道完成无人驾驶任务。

所述感知系统包括搭载在无人运输车上的LED照明源，所述LED照明源对磷矿开采巷道进行有限范围的照明，然后，通过搭载在无人运输车上的深度相机借助LED光源，拍摄磷矿开采巷道的环境图片，从环境图片中获得深度信息，再对环境图片进行形态学、聚类和二值化操作，计算环境图片的质心，以质心引导无人运输车向正确方向前进；同时，通过搭载在无人运输车上的3D激光雷达对磷矿开采巷道进行扫描，得到巷道点云，对点云进行滤波、感兴趣区域分割处理后提取路面点云，再使用Alpha Shapes算法提取路面点云的航道边界，以航道边界约束无人运输车在巷道中间行驶；无人运输车在巷道中行驶时，采用激光惯导定位；以松耦合的方式进行数据的收集和处理，3D激光雷达进行状态估计，IMU数据作为观测值，再用卡尔曼滤波器融合数据，完成定位无人运输车位置的任务。

所述决策模块根据环境信息，确定无人运输车行驶速度和方式，在决策限定的范围内，规划模块结合车辆运动学模型、巷道中的障碍物信息、行驶任务以及交通规则求解得到平滑连续的局部行车轨迹，并将速度和轨迹信息下发至执行系统。

适用于磷矿开采巷道的无人驾驶运输车系统的运行方法，包括以下步骤：

步骤1：根据磷矿开采巷道地图，规划无人运输车导航的全局路径；

步骤2：通过无人运输车搭载的LED照明源，提供有限范围的光照；

步骤3：深度相机拍摄磷矿开采巷道环境的环境图片，对环境图片进行相应处理；

步骤4：环境图片的信息经过进一步处理，进而获得开放区域质心，引导无人运输车向正确方向前进；