技术领域
[0001] 本
发明属于智能搬运转移技术领域，涉及基于载运装置的自动车辆泊车的方法及系统，尤其是包含多泊车
机器人搬运调度、泊车
机器人自主导航、泊车机器人用户泊车位自主对位和
人机交互的方法及系统。
背景技术
[0002] 车辆的搬运与转移系统对于很多
停车场所十分重要，主要负责将用户的车辆从停车地点搬运并转移到目的地点。现有的解决方案主要由驾驶员手动驾驶用户车辆，驾驶员可以是用户本人，如大型商场的地下停车场，驾驶员也可以是停车场所工作人员，工作人员代客泊车或者工作人员通过其他负责托运车辆将用户车辆转移至目的地。这种方案无法解决驾驶员的舒适性，车辆的安全性也得不到保证，同时人工实现搬运特别是大型的停车场所工作强度大，作业效率低下。
[0003] 为此出现了较多的全自动机械式立体停车场，它们的工作原理简单来说就是，有一台或多台搬运设备可以从
汽车底部把汽车抬升起来搬运。然后一起移动到升降机，升降机再把搬运设备连同汽车运往不同的停车层，再由搬运设备把汽车送入
指定的
停车位。但这类机械式停车场的主要
缺陷是，这类机械式立体停车场其搬运设备完全基于
导轨运行，为实现整个立体停车场的功能需要铺设大量的导轨。对现有停车场要进行工程量浩大的改造，消耗大量材料、人工和时间。此外这类机械式立体停车场中的设备及机构过于庞大笨重，安装以及维修量大，不易于随时拆卸更换，一旦某个机械部件出了问题，就会造成整个系统瘫痪。
[0004] 为了提高停车场所用户停车的舒适性，安全性，降低人
力成本，还有部分公司开发了自动导引搬运车(AGV)。自动导引搬运车能实现无人自主导航，整车为一个底盘十分低的平板结构，由电力驱动，用户通过将车驾驶至平板正上方后，通过自动导引系统实现车辆的搬运与转移。自动导引搬运车能解决用户停车舒适性的问题，提高搬运效率，可以全天候24小时工作。自动导引车的缺点在于，其
导航系统需要在停车场所铺设地面磁钉，建设周期长，一旦铺设磁钉后该场地将不允许其他车辆驶入，限制了停车场所的使用范围；自动导引车的低底盘结构以及对地面平整度有极高的要求决定了其不能够在室外使用，爬坡度和越障能力严重受限制。
[0005] 为此，客观上需要研发一种新的自动车辆搬运和转移的方法与系统，解决
现有技术中存在的上述问题。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种能够用于各种停车场所的自动车辆搬运与转移的方法与系统。该自动车辆泊车方法与系统对停车场环境依赖较小，无需对现有停车场所进行大量改造，适用于室内停车场、室外停车场以及需要转运车辆的停车场所如大型车间和港口码头等各种停车场所。另一方面，该自动车辆泊车系统维护容易，通用性和可靠性高。
[0007] 为实现上述目的，本发明的解决方案如下：
[0008] 一种自动车辆搬运与转移的方法，包括以下步骤：
[0009] 与用户建立交互联系；
[0010] 获取用户的泊车
请求，调度用于装载和运输用户车辆的载运装置到用户停车处；
[0011] 由所述载运装置自动将用户车辆装载、运送到指定停车
位置停放；
[0012] 获取用户的取车请求，调度用于装载和运输用户车辆的载运装置到上述指定停车位置；
[0013] 由所述载运装置自动将用户车辆装载、运送到指定取车位置停放；
[0014] 其中：所述载运装置进行自主导航，包括：自身
定位、路径决策以及在装载好用户车辆后，结合所接收到的指令将用户车辆搬至指定停车位置或取车位置；
[0015] 识别与定位用户车辆，实时获取载运装置与用户车辆的相对位置关系，协助载运装置完成对用户车辆的预对位过程。
[0016] 进一步，泊车的流程为：用户利用人机交互设备或手机APP向无人泊车系统提交泊车的请求；无人泊车系统通过任务调度系统规划合理的泊车机器人前往用户泊车位，通过泊车机器人高
精度对位系统的泊车自主对位子系统实现对用户车辆在泊车位的精准对位，然后利用举升装置对用户车辆进行抬举；在自主导航系统和任务调度系统的协调下，将用户车辆搬运到无人泊车系统规划的车辆存储位置，完成对用户车辆的泊车；
[0017] 取车的流程为：用户利用人机交互设备或手机APP向无人泊车系统提交取车的请求，无人泊车系统通过任务调度系统规划合理的泊车机器人前往用户车辆的存储位置，通过泊车机器人高精度对位系统的取车对位子系统实现对目标车辆的精准对位，然后利用举升装置对用户车辆进行抬举；在自主导航系统和任务调度系统的协调下，将用户车辆搬运到用户泊车位；在用户泊车位，实现对用户的车辆交接，完成用户的取车。
[0018] 本发明还提出了一种实现上述自动车辆搬运与转移的方法的系统，该系统包括载运装置、多载运装置任务调度系统、载运装置车载自动导航
硬件平台与
软件系统、车辆转运站系统和人机交互子系统。
[0019] 所述载运装置包括泊车机器人以及其它具有相关功能、实现相关目标的装置或设备，不限于使用
电能驱动。以下以使用电能驱动的泊车机器人为例加以介绍。
[0020] 该系统包括泊车
机器人本体、泊车机器人自动充电装置、多泊车机器人任务调度系统、泊车机器人车载自动导航硬件平台与软件系统、车辆转运站系统和人机交互子系统。
[0021] 所述的泊车机器人本体，机械结构上装配有万向
驱动轮可实现灵活转向，其横向展开宽度与纵向伸长宽度能够在对位子系统的控制下进行调整以适应不同
轴距和
轮距的车辆。此外可通过可90°张开的举升叉臂夹持用户车辆
车轮并通过电动
推杆实现对用户车辆的举升。另外泊车机器人底盘相对较高能够适应颠簸路面和坡道等工况。
[0022] 所述的泊车机器人自动充电装置，用于对泊车机器人进行自动充电。能够实现当泊车机器人自主停在指定充电停车区，并打开其充电盖后。充电桩自动伸出蛇形充
电机械臂，通过
机械臂末端摄像头，自动识别寻找充电口，并与泊车机器人充电口结合实现充电。待充电完成后蛇形充电机械臂能自动缩回充电桩内。
[0023] 所述的多泊车机器人任务调度系统根据实时运营信息，进行自动泊车系统
群体机器人任务调度，确保顾客车辆等待成本、泊车机器人投入成本最优，确保车辆不长时间滞留路面上拥堵交通，并最大限度利用泊车机器人资源，优化运营成本。
[0024] 所述任务调度系统还具有对泊车机器人全局的路径规划作用；系统中载运装置的自主导航功能实现中所需的路径决策与规划，分为两部分——全局路径规划和局部路径规划；全局路径规划由任务调度系统实现，用于规划泊车机器人到达最终目的地所需的多个中途子
节点，即任务调度系统在指定载运装置的最终目的地的同时会给出载运装置的由一系列路径点构成的参考路径，参考路径由起始点，多个的中途
子节点和最终目的地构成。
[0025] 局部路径规划由车载的自主导航系统实现，用于实现在相邻两个路径点之间生成无障碍的、流畅的局部路径作为载运装置在此处的实际运动的目标轨迹，通过全局路径规划和局部路径规划的协调结合实现泊车机器人的自动导航。
[0026] 所述的泊车机器人车载自动导航硬件平台与软件系统，通过车载的硬件平台的环境
感知传感器采集当前环境信息。利用软件系统结合硬件平台采集的环境信息实现对泊车机器人的在线定位和当前环境的感知。在此
基础上配合泊车机器人任务调度系统进行泊车机器人的运动控制，并将泊车机器人的运动控制信息传递给硬件平台实现对泊车机器人的运动控制。
[0027] 所述的车辆转运站系统，由用户泊车位和用户泊车位所布置环境感知传感器所组成。能够实现对用户车辆的感知，协助泊车机器人完成与用户车辆的泊车对位。
[0028] 所述的人机交互系统，包括用户泊车位的人机交互设备、手机应用和泊车机器人状态管理终端。用户泊车位的人机交互设备，能够实现用户向无人泊车系统提交停取车需求。与泊车系统相匹配的手机应用，能帮助用户向无人泊车系统提交取车预约的请求，实现用户“零等待”取车。泊车机器人的状态管理终端，能够帮助管理员实时监控当前的泊车机器人的位置、剩余电量、工作情况等属性，便于维护与管理。
[0029] 所述的泊车机器人本体，包括泊车机器人头部，所述泊车机器人由两段组成，中间由头部伸缩装置连接，可根据用户车辆的宽度
自动调节两段间距离。在所述泊车机器人头部两端连有泊车机器人侧部，所述机泊车器人侧部由两段组成，中间由侧部伸缩装置相连，可根据车辆的轴距自动调节两段间距离。所述泊车机器人侧部装有4个举升机构，所述举升机构通过可90°打开的举升叉臂夹持车轮利用电动缸实现举升。
[0030] 所述的泊车机器人通过
电池供电，配备电源管理系统。
[0031] 所述的泊车机器人自动充电装置，主要由蛇形机械臂、充电口感知模
块和充电口对位模块组成。
[0032] 所述的仿蛇形机械臂主要包括仿蛇头关节，仿蛇底座关节与多节仿蛇躯干关节。
[0033] 所述的充电口感知模块，包括三个部分，第一个是安装在底座的3d摄像头，能够随着底座360度旋转，找到机器充电口的大致位置，从而实现预定位；第二个是位于仿蛇头关节处的摄像头，能够精确识别充电口的位置，从而实现准确插上充电枪；第三个为充电桩
基座上的
激光雷达，能够识别是否有需要充电的机器到来，从而开始自动充电操作。
[0034] 所述的泊车机器人自主充电装置充电口对位模块，对位过程分为两阶段----预对位和精准对位。预对位过程实现蛇形机械臂的充电接头与充电
接口共线。精准对位过程控制蛇形机械臂充电头旋转，完成充电接头与充电接口完全匹配，使得充电接头准确插入所述充电接口，以实现充电机械臂对泊车机器人的充电。
[0035] 所述的多泊车机器人调度系统，中央
服务器能够利用各个泊车机器人目前在停车场所地图的位置，利用最优化
算法推理各个泊车机器人的承担的任务并形成多泊车机器人的任务序列及其完成作业任务的路径点序列。然后利用通信模块中央服务器直接对泊车机器人发出任务指令，实现智能调度。保障用户车辆等待成本、泊车机器人投入成本最优，确保车辆不长时间滞留转运站造成拥堵，并最大限度利用泊车机器人资源，优化运营成本。
[0036] 所述的泊车机器人本体自动导航硬件平台，采用NVIDIA Jetson TX2作为处理计算平台，由
传感器系统完成定位、航位推算、SLAM以及语义标注过程，通过底盘线控装置完成对车辆运动的控制，同时利用通过通信模块实现泊车机器人与服务器的实时信息交换和泊车机器人车载的运动控制信息流传递。
[0037] 所述的泊车机器人本体自动导航软件系统，导航软件系统主要包括泊车机器人的定位算法、泊车机器人的环境感知算法、泊车机器人对用户车辆的对位算法以及泊车机器人的运动控制算法。
[0038] 所述的车辆转运站系统，车辆转运站系统主要由环境感知子系统和用户车辆对位子系统组成。环境感知子系统能够利用其布置的传感器进行转运站的环境感知，识别与定位用户车辆。用户车辆对位子系统能实时获取泊车机器人与用户车辆的相对位置关系，协助泊车机器人完成对用户车辆的预对位过程。
[0039] 所述的机器人传感器系统，泊车机器人的导航系统传感器采用2台置于泊车机器人头部两侧的16线激光雷达，用于泊车机器人行驶过程中的障碍物识别、定位与建图；2台置于泊车机器人尾部两侧的单线激光雷达，用于泊车机器人与目标车辆对接过程中对其车轮位置的精确定位；4台固连在机器人的四个举升叉臂上的单点激光雷达，用于泊车机器人与用户车辆精准定位过程；以及2台放置于泊车机器人正前方单目摄像头，用于泊车机器人行驶过程中的行人、车辆、
减速带、人工标记等语义信息的识别；泊车机器人的定位系统天线放置于泊车机器人顶部，并在泊车机器人头部顶端安装两个左右轴对称的蘑菇头天线，用于泊车机器人的运动测量与组合定位；并采用
超声波传感器阵列用于泊车机器人的碰撞预警。
[0040] 所述的机器人全线控底盘装置，接收来自泊车机器人运动处理单元的控制信息，实现对于泊车机器人
油门、
刹车和转向的控制。线控装置和泊车机器人总线系统连接，实时输出泊车机器人状态信息给车辆处理单元用于进行泊车机器人运动的反馈控制，并供泊车机器人的状态管理终端显示当前泊车机器人的状态信息。
[0041] 所述的机器人通信模块，所述通信模块能够接收来自泊车机器人任务调度系统下发的泊车机器人路径点信息，并将获得的路径信息发送到泊车机器人的运动处理单元，实现泊车机器人的路径跟随。此外通信模块还可以实现对将泊车机器人的状态信息传输给车载的运动处理单元实现对泊车机器人运动的反馈控制，并能够将泊车机器人的状态信息传输给服务器终端用于人机交互和任务调度系统的实时更新。
[0042] 所述的自动导航软件系统的定位算法，采取GPS与标记点定位结合的方法。具体特征为在室外
信号良好的条件下采信GPS输出定位与航向信息，信号弱则切换为航位推算模式，结合人工标记点(如二维码等)进行以上两种模式误差的修正，达成在室外工作场景下的精确定位。对于室内场地这种GPS信号不佳的场所，采取激光同时定位和建图方法(SLAM)，利用SLAM方法的局部最优化和全局最优化相结合的策略，同时加入闭环检测机制，实现对泊车机器人的精确定位。
[0043] 所述的自动导航软件系统的感知算法，感知算法由基于激光雷达点
云信息的障碍物、目标
物体识别与拟合、以及即时定位与建图，基于单目摄像头的物体辨识、人工标记识别与读取，
超声波雷达探测到过近障碍物则触发相关操作与警报等子算法构成。
[0044] 所述的自动导航软件系统的对位算法，对位过程分为预对位和精准对位过程。在所述的车辆转运站系统的对位子系统协助下实现对用户车辆的预对位。车辆转运站系统的对位子系统只在泊车对位过程起辅助作用，因为此时的车辆
位姿是较为随意的。而在取车过程的对位中，由于车辆是由泊车机器人停放的，其位姿相对确定；且在取车对位的时候，车辆也并不处于车辆转运站系统中，故在取车对位过程中车辆转运站的对位子系统并不起作用。
[0045] 然后利用泊车机器人车载的4台位于举升叉臂处的单点激光雷达获取用户车辆的车轮位置信息，依据车轮位置信息调整泊车机器人的
姿态和位置，最终实现举升叉臂与用户车辆中心定准且保持特定距离，完成对用户车辆的精准对位。
[0046] 所述的自动导航软件系统的高精度地图系统，在激光雷达生成普通高精地图的基础之上，无需人工进行地图要素的语义标注，可在采图过程中通过视觉传感器对地图要素特定位置放置的标记(如二维码等)进行识别、读取和定位，从而自动的在生成地图中标记地图要素的大小、类型、位置等信息。
[0047] 所述的转运站感知系统，利用位于用户泊车位四周的四个单线激光雷达，获取用户车辆的车轮点云数据。通过
密度聚类算法(DBSCAN算法)进行点云数据预处理，然后基于随机抽样一致算法(RANSAC算法)拟合目标车辆的车轮的直
角型特征。基于用户车辆的四个车轮的直角型特征获取用户车辆的位置和姿态信息。此外转运站感知系统的另一特征还在于，能够利用位于泊车位前后两侧的单目摄像头获取用户车辆的诸如车标、前车灯、前车脸和后车灯等车辆特征信息。然后结合
深度学习，获取当前车辆的车系与具体型号，进而感知车辆的车长与车宽。
[0048] 所述的“通过密度聚类算法(DBSCAN算法)进行点云数据预处理，然后基于随机抽样一致算法(RANSAC算法)拟合目标车辆的车轮的直角型特征”包括以下内容：
[0049] (1)利用密度聚类算法(DBSCAN算法)对采集的点云数据进行
聚类分析，得到不同的点云数据簇。
[0050] (2)逐一对各个点云数据簇中的数据点进行孤立点数占比分析；当一个点云数据簇的孤立点数占比大于或等于设定
阈值时，进行以下第(3)步；当该点云数据簇的孤立点数占比小于所述数据点个数阈值时，进行以下第(4)步；
[0051] (3)、采用随机抽样一致算法对各个点云数据簇逐个进行直角型特征的提取，获取最合适表征直角型特征的三个角点，将所述三个角点拟合成代表待测车辆的矩形框作为该待测车辆的位置信息；
[0052] 进一步，所述随机抽样一致算法包括如下步骤：
[0053] (3-1)、在单个点云数据簇中随机选取三个点作为数学模型中的直角型特征的三个端点；
[0054] (3-2)、对该点云数据簇中余下的点逐一通过距离计算判定其是否为该直角型特征的内群数据点，若判定出为内群数据点，则内群数据点的个数加1，直至对所有余下的点均判断完毕；
[0055] (3-3)、获取内群数据点的总数，根据该内群数据点的总数判定该数学模型是否合理；若不合理，则重新选择数学模型；若合理，则进行以下第(3-4)步；
[0056] (3-4)、对合理的数学模型中的内群数据点计算其相对于该数学模型的边界距离的方差；比较并更新当前的最小方差及其对应的模型；
[0057] (3-5)、重复执行上述步骤(3-1)至步骤(3-4)，当最小方差小于设定的检测阈值，或者达到指定的检测次数，退出检测，将此时方差最小的模型作为最合适表征直角特征的模型；
[0058] (4)、按照不同角度分别生成包围该点云数据簇的多个矩形框，根据该点云数据簇中的数据点相对于每个矩形框的分布选出该矩形框中具有直角型特征的两条边线，计算该点云数据簇中的数据点相对于该矩形框中的两条边线的距离，根据该距离将该点云数据簇中的数据点分为两类，计算出该矩形框中的两类数据点相对于对应边线的距离靠近程度，选取距离靠近程度最大的矩形框作为待测车辆的矩形框，从而确定该待测车辆的位置信息；
[0059] 在步骤(4)中，每个矩形框的距离靠近程度的计算方法如下：
[0060]
[0061] 其中，D1(i)为一个矩形框中的第一类数据点与对应的第一边线的距离，D2(j)为该矩形框中的第二类数据点与对应的第二边线的距离，第一边线和第二边线是该矩形框中具有直角型特征的两条边线，d0为距离阈值。
[0062] 所述的转运站对位子系统，主要用于协助预对位过程。预对位过程利用所述的转运站感知系统，获取当前用户车辆的位置姿态信息和用户车辆的车长与车宽数据，通过
控制器调整泊车机器人的纵横向展开长度。使得泊车机器人适配目标车辆。然后调整转运站的激光雷达高度，扫描泊车机器人
车身，获取泊车机器人与用户车辆的相对位置关系，并调整泊车机器人位置和姿态，使得泊车机器人与用户车辆位于同一
水平位置，完成预对位。
[0063] 所述自动车辆搬运与转移方法或系统在需要转运车辆的停车场所的应用；优选地，所述停车场所包括室内停车场、室外停车场、大型车间及港口码头等。
[0064] 由于采用了上述技术方案，本发明提出的一种用于各种停车场所的自动车辆搬运与转移方法与系统提高了用户泊取车的舒适性，提升了停车系统的运行效率和停车场空间利用率，减少了立体停车场建设所需要的高额成本；相比于现有机械式立体停车场，避免了复杂繁琐的运营与维修。
附图说明
[0065] 图1是本发明系统结构部署示意图。
具体实施方式
[0066] 以下结合附图所示
实施例对本发明进一步加以说明。
[0067] 本发明一种用于各种停车场所的自动车辆搬运与转移方法与系统，该系统包括多泊车机器人任务调度系统、泊车机器人室内外自主导航系统、泊车机器人高精度对位系统和人机交互系统。
[0068] 多泊车机器人任务调度子系统根据停车场停车实际运转状态和用户的泊取车请求进行多泊车机器人调度。泊车机器人室内外自主导航子系统基于机器人自身装备的传感器进行环境感知与自身定位并进行路径决策，给出泊车机器人全局最优的行走路径。泊车机器人高精度对位系统包括泊车自主对位子系统和取车自主对位子系统。
[0069] 用户泊车位自主对位子系统依靠泊车机器人自身的感知系统和用户泊车位的感知系统，实时获取用户车辆相对于泊车机器人的位置关系，通过运动控制器控制泊车机器人按规划的路径安全精确地移动到指定位置，实现泊车机器人对用户车辆在用户泊车位的对位。
[0070] 人机交互系统包括在用户泊车位提供的人机交互设备、适配主流手机的手机APP和泊车机器人的状态管理终端。
[0071] 泊车位的人机交互设备和手机APP都能够帮助用户完成向无人泊车系统提交泊取车需求。手机APP还能够帮助用户向无人泊车系统提交预约取车的请求。根据用户的预约时间，结合多泊车机器人任务调度系统的规划，实现用户“零等待”取车。泊车机器人的状态管理终端，能够帮助管理员实时监控当前的泊车机器人的位置、剩余电量、工作情况等属性，便于维护与管理。
[0072] 泊车的流程为：用户利用人机交互设备或手机APP向无人泊车系统提交泊车的请求。无人泊车系统通过任务调度系统规划合理的泊车机器人前往用户泊车位。通过泊车机器人高精度对位系统的泊车自主对位子系统实现对用户车辆在泊车位的精准对位，然后利用举升装置对用户车辆进行抬举，在自主导航系统和任务调度系统的协调下，将用户车辆搬运到无人泊车系统规划的车辆存储位置，完成对用户车辆的泊车。
[0073] 取车的流程为：用户利用人机交互设备或手机APP向无人泊车系统提交取车的请求。无人泊车系统通过任务调度系统规划合理的泊车机器人前往用户车辆的存储位置，通过泊车机器人高精度对位系统的取车对位子系统实现对目标车辆的精准对位。然后利用举升装置对用户车辆进行抬举，在自主导航系统和任务调度系统的协调下，将用户车辆搬运到用户泊车位。在用户泊车位，实现对用户的车辆交接，完成用户的取车。
[0074] 需要说明的是：任务调度系统还具有对泊车机器人全局的路径规划作用。在此无人泊车系统中泊车机器人的自主导航功能实现中所需的路径决策与规划，分为两部分——全局路径规划和局部路径规划。
[0075] 全局路径规划由任务调度系统实现，用于规划泊车机器人到达最终目的地所需的多个中途子节点。即任务调度系统在指定泊车机器人的最终目的地的同时会给出泊车机器人的由一系列路径点构成的参考路径，参考路径由起始点，多个的中途子节点和最终目的地构成。
[0076] 局部路径规划由车载的自主导航系统实现，用于实现在相邻两个路径点之间生成无障碍的、流畅的局部路径作为泊车机器人在此处的实际运动的目标轨迹。通过全局路径规划和局部路径规划的协调结合实现泊车机器人的自动导航。
[0077] 一种用于各种停车场所的自动车辆搬运与转移系统由多泊车机器人任务调度系统、泊车机器人车载自动导航系统、对目标车辆的高精度对位系统、车辆转运站系统和人机交互系统组成。
[0078] 所述的多泊车机器人任务调度系统是自动车辆搬运与转移系统的最上层，中央服务器能够利用各个泊车机器人目前在停车场所地图的位置信息，利用现有技术中的多目标
优化算法，根据多个优化目标函数(如用户车辆在用户泊车位滞留时间、泊车机器人的路程长短和时间的综合成本、泊车机器人执行任务所需消耗时间等优化目标函数)推理各个泊车机器人的所需承担的任务，并形成多泊车机器人的任务序列及其完成作业任务的路径点序列，然后利用通信模块对泊车机器人发出任务指令，实现智能调度。
[0079] 其中需要说明的是：所述中央服务器可视为任务调度系统的组成部分，但中央服务器还可用于其它用途。
[0080] 中央服务器获得各个泊车机器人目前在停车场所地图的位置信息的方式是：泊车机器人在停车场所在地图的实时位置，是由各自主导航系统的定位模块判断得到，然后各自主导航系统与任务调度系统通信连接，向其发送该位置信息；
[0081] 所述路径点序列点为调度系统为泊车机器人规划的全局路径的中途点，泊车机器人利用全局路径点结合车载的自动导航系统的局部路径规划实现泊车机器人的安全迅速的自主导航。
[0082] 每个泊车机器人都配备有自动导航系统，所述的泊车机器人自动导航系统通过泊车机器人车载的传感器感知当前环境中的障碍物信息、标识物信息、周围环境的点云数据等环境信息，并利用定位模块给出泊车机器人在所在停车场矢量地图上的精确定位信息。基于泊车机器人的精确的定位信息和环境感知信息，考虑到多个泊车机器人之间的路径碰撞约束和可能存在的障碍物，给出泊车机器人局部的最优运行轨迹，结合调度系统所指定的作业任务路径点，完成泊车机器人从当前位置到目标位置的自主导航。
[0083] 泊车机器人的自主导航系统包括环境感知模块、泊车机器人定位模块、泊车机器人控
制模块和通信模块。
[0084] 环境感知模块主要由安装在泊车机器人上的多种传感器构成，总体分为内感受型传感器和外感受型传感器。内感受型传感器由
里程计和惯性测量单元组成，这类传感器能够感知泊车机器人自身的运动状态，惯性测量单元和车体固连在一起，提供车体三方向
加速度和三方向
角速度，从而能够进一步完成推理出车体的短时姿态。本发明还引入了外感受型传感器，如激光
扫描仪、毫米波雷达和视觉传感器，通过这些传感器可以感知环境周围其它车辆和障碍物信息。本发明提出的环境感知方法融合这几类传感器，能够精确的感知环境中的静态和动态障碍物，利用概率滤波的方法，可以
跟踪环境中的动态障碍物，预测出动态障碍物在环境中的运行轨迹，从而为泊车机器人的局部路径规划提供可靠的信息。
[0085] 定位模块用于实时获取泊车机器人的位置，给车辆调度系统提供决策依据。泊车机器人的定位系统天线放置于泊车机器人顶部，并在泊车机器人头部顶端安装两个左右轴对称的蘑菇头天线，用于泊车机器人的运动测量与组合定位。对于室外场地定位模块具采取GPS与标记点定位结合的方法。在室外信号良好的条件下采信GPS输出定位与航向信息，信号弱则切换为航位推算模式，结合人工标记点(如二维码等)进行以上两种模式误差的修正，达成在对泊车机器人在停车场所的精准定位。对于室内场地这种GPS信号不佳的场所，采取激光同时定位和建图方法(SLAM)，利用SLAM方法的局部最优化和全局最优化相结合的策略，同时加入闭环检测机制，实现对泊车机器人的精准定位。
[0086]
控制模块用于控制泊车机器人的纵横向运动。控制模块接受自主导航系统提供的路径信息，结合感知模块的惯性测量单元，将泊车机器人的纵横向控制信息发送底盘线控单元。底盘线控单元作为实际控制泊车机器人的运动的控制模块的执行单元，由
电子油门、电子转向、电子
制动、纵向伸展收缩模块和横向伸展收缩模块等模块组成。底盘线控单元省去了现有传统汽车上的一系列机械传动装置能够节省空间的同时还实现对泊车机器人转向、刹车和定速巡航等运动的灵活控制。对泊车机器人的运动进行控制时，底盘线控单元接收控制模块所传送的诸如电子油门、转向和刹车等控制信息，然后通过这些控制信息，控制和驱动泊车机器人按目标轨迹运动。
[0087] 通信模块分为泊车机器人内部信息通信模块和泊车机器人与服务器的外部通信模块。与服务器的外部通信模块负责将来自泊车机器人任务调度系统的路径点信息传递给泊车机器人，且也能够将泊车机器人的状态信息传输给服务器终端用于人机交互系统和任务调度系统的实时更新。泊车机器人的内部信息通信模块负责将泊车机器人获得的路径信息发送到泊车机器人的控制模块，实现泊车机器人的路径跟随。此外内部通信模块还负责将泊车机器人的状态信息传输给车载的运动处理单元实现对泊车机器人运动的反馈控制。外部通信模块可采用蜂窝移动网络通信模块进行实现，内部通信模块可采用以太网或CAN总线实现。
[0088] 所述的泊车机器人对目标车辆的高精度对位系统包括泊车自主对位子系统和取车自主对位子系统。所述高精度对位系统实际上为结合多个其他系统的特定功能系统，并非具体的实体，通过高精度对位系统协调其他系统，用于实现对目标车辆的对位。
[0089] 所有的泊车对位系统的执行过程均分为两阶段，预对位阶段和精准对位阶段。泊车自主对位子系统，首先利用泊车机器人后端的单线激光雷达作为感知传感器，同时结合位于车辆转运站的感知系统，获取泊车机器人相对于目标车辆的相对位置和姿态信息。将相对位置信息和姿态信息传递给泊车机器人控制模块，从而调整泊车机器人相对于目标车辆的位置和姿态，直至泊车机器人与目标车辆纵向对齐。然后利用泊车机器人车载的位于举升叉臂附近的单点激光雷达，获取泊车机器人举升叉臂与目标车辆的车轮相对位置关系。基于举升叉臂与目标车辆车轮的位置信息，利用泊车机器人的控制模块，完成对目标车辆的精准对位。而取车自主对位子系统与泊车自主对位子系统的差别在于，不结合使用车辆转运站的感知系统，只使用泊车机器人后端的单线激光雷达作为感知传感器，获取泊车机器人相对于目标车辆的相对位置和姿态信息。而其余步骤均与泊车自主对位子系统一致。
[0090] 所述的车辆转运站系统主要由环境感知子系统和用户车辆对位子系统组成。环境感知子系统能够利用其布置的传感器进行转运站的环境感知，识别与定位用户车辆。用户车辆对位子系统能实时获取泊车机器人与用户车辆的相对位置关系，协助泊车机器人完成对用户车辆的泊车预对位过程。
[0091] 车辆转运站系统的环境感知子系统由位于用户泊车位四周的四个单线激光雷达和位于泊车位前后两侧的单目摄像头所组成。利用单线激光雷达可以获取用户车辆的车轮点云数据，结合DBSCAN算法进行点云数据预处理，然后基于RANSAC算法拟合出目标车辆的车轮的直角型特征。接着基于用户车辆的四个车轮的直角型特征即可获取用户车辆的位置和姿态信息。此外利用位于泊车位前后两侧的单目摄像头获取用户车辆的诸如车标、前车灯、前车脸和后车灯等车辆特征信息，结合深度学习即可获取当前车辆的车系与具体型号，进而感知车辆的车长与车宽。
[0092] 车辆转运站系统的用户车辆对位子系统，主要用于协助泊车自主对位子系统的预对位过程。预对位过程中利用转运站的环境感知子系统，获取当前用户车辆的位置姿态信息和用户车辆的车长与车宽数据，通过控制模块调整泊车机器人的纵横向展开长度，使得泊车机器人适配目标车辆。然后调整转运站的激光雷达高度至离地50cm左右的合适高度，扫描泊车机器人车身，获取泊车机器人与用户车辆的相对位置关系。利用控制模块调整泊车机器人位置和姿态，使得泊车机器人与用户车辆处于同一水平位置，完成预对位过程。
[0093] 所述的人机交互子系统，包括用户泊车位的人机交互设备、手机应用和泊车机器人状态管理终端。用户泊车位的人机交互设备，能够实现用户向无人泊车系统提交停取车需求。利用泊车系统相匹配的手机应用，能实现用户向无人泊车系统提交取车预约的请求，实现用户“零等待”取车。泊车机器人的状态管理终端，能够帮助管理员实时监控当前的泊车机器人的位置、剩余电量、工作情况等属性，便于维护与管理。
[0094] 本发明提出了一种用于各种停车场所的自动车辆搬运与转移的方法与系统，该系统主要由泊车机器人本体、泊车机器人自动充电装置、多泊车机器人任务调度系统、泊车机器人车载自动导航硬件平台与软件系统、车辆转运站系统和人机交互系统组成。
[0095] 下面首先对实施例中涉及的各部分系统进行阐述。
[0096] 泊车机器人本体是该系统的具体执行装置。
[0097] 作为泊车机器人的驱动方式，泊车机器人采用纯电驱动，泊车机器人配备有可充电电池和
电池管理系统。泊车机器人也可以采用燃油驱动或者混合动力方式，本发明不做限定。
[0098] 为了降低停车场的运营成本，本系统包含了泊车机器人的自动充电装置。本发明的实施例中，自动充电系统的流程体现为：首先任务调度系统为需要充电的泊车机器人分配充电任务并规划前往充电停车区的全局路径(即一系列的路径点)，泊车机器人结合全局路径点利用车载自主导航系统前往至充电停车区的特定位置，并自主打开其充电盖。充电停车区内的充电桩检测泊车机器人并自动伸出蛇形充电机械臂，通过机械臂末端摄像头自动识别寻找泊车机器人的充电口，并与充电口结合实现自动充电。待泊车机器人的电量饱和时，泊车机器人向服务器发送停止充电请求，服务器接收到停止充电请求后，向充电桩发送停止充电指令，蛇形充电机械臂然后自动缩回充电桩内，结束充电。
[0099] 多泊车机器人任务调度系统是该发明提出的系统的最上层，中央服务器能够利用各个泊车机器人目前在停车场所地图的位置和状态，利用最优化算法推理各个泊车机器人的承担的任务并形成多泊车机器人的任务序列及其完成作业任务的路径点序列。然后利用通信模块中央服务器直接对泊车机器人发出任务指令，实现智能调度。
[0100] 泊车机器人车载的自主导航系统，通过泊车机器人车载的传感器感知当前环境信息，并给出泊车机器人在所在停车场矢量地图上的精确定位信息。基于泊车机器人的精确的定位信息和环境感知信息，考虑到多个泊车机器人之间的路径碰撞约束和可能存在的障碍物，给出泊车机器人局部的最优运行轨迹，结合调度系统所指定的作业任务路径点，完成泊车机器人从当前位置到目标位置的自主导航。泊车机器人的自主导航系统包括环境感知模块、泊车机器人定位模块、泊车机器人控制模块和通信模块。
[0101] 自主导航系统的环境感知模块主要由安装在泊车机器人上的多种传感器构成，本发明实施例中环境感知系统传感器采用2台置于泊车机器人头部两侧的16线激光雷达，用于泊车机器人行驶过程中的障碍物识别、定位与建图；2台置于泊车机器人尾部两侧的单线激光雷达，用于泊车机器人与目标车辆对接过程中对其车轮位置的精确定位；4台固连在机器人的四个举升叉臂上的单点激光雷达，用于泊车机器人与用户车辆精准定位过程；以及2台放置于泊车机器人正前方单目摄像头，用于泊车机器人行驶过程中的行人、车辆、减速带、人工标记等语义信息的识别。
[0102] 自主导航系统的定位模块用于实时获取泊车机器人的位置，给车辆调度系统提供决策依据。本发明实施例中泊车机器人的定位系统天线放置于泊车机器人顶部，并在泊车机器人头部顶端安装两个左右轴对称的蘑菇头天线，用于泊车机器人的运动测量与组合定位。
[0103] 本发明实施例中对泊车机器人的定位方法根据场地的不同而有所差异。对于室外场地泊车机器人的定位模块采取GPS与标记点定位结合的方法。在室外信号良好的条件下采信GPS输出定位与航向信息，信号弱则切换为航位推算模式，结合人工标记点(如二维码等)进行以上两种模式误差的修正，达成在对泊车机器人在停车场所的精准定位。对于室内场地这种GPS信号不佳的场所，采取激光同时定位和建图方法(SLAM)，利用SLAM方法的局部最优化和全局最优化相结合的策略，同时加入闭环检测机制，实现对泊车机器人的精准定位。
[0104] 本发明实施例中的自主导航系统的控制模块用于控制泊车机器人的纵横向运动。控制模块接受自主导航系统提供的路径信息，结合感知模块的惯性测量单元，将泊车机器人的纵横向控制信息发送底盘控制单元，驱动泊车机器人按目标轨迹运动。本发明实施例中采用完全线控的底盘控制系统，能够省去所有制动、转向、油门传动过程中的机械、液压部件，直接通过输出
电信号对相关动作电机进行控制，在精简设计的基础上，控制更直接、更简洁。出于安全性考虑，本发明实施例中的线控转向和
制动系统配备有一套冗余系统，以在系统失效的情况下保证安全。
[0105] 本发明实施例中的自主导航系统的通信模块分为泊车机器人内部信息通信模块和泊车机器人与服务器的外部通信模块。与服务器的外部通信模块负责将来自泊车机器人任务调度系统的路径点信息传递为泊车机器人，且也能够将泊车机器人的状态信息传输给服务器终端用于人机交互系统和任务调度系统的实时更新。泊车机器人的内部信息通信模块负责将泊车机器人获得的路径信息发送到泊车机器人的运动处理单元，实现泊车机器人的路径跟随。此外内部通信模块还负责将泊车机器人的状态信息传输给车载的运动处理单元实现对泊车机器人运动的反馈控制。本发明实施例中的外部通信模块采用蜂窝移动网络通信模块进行实现，内部通信模块采用以太网和CAN总线实现。
[0106] 本发明示例中对用户车辆的高精度对位由泊车机器人的车载自动导航系统、车载定位传感器和车辆转运系统共同实现。本发明实施例中的具体泊车对位步骤如下：
[0107] 首先获取泊车机器人相对于用户车辆的相对位置和姿态信息。实施例中利用位于泊车机器人后端的两个单线激光雷达作为车载感知传感器，同时结合位于车辆转运站的感知系统。本发明实施例中的车辆转运站感知系统配备有4个位于转运站四周的单线激光雷达和2个位于转运站前后方的单目摄像头。利用4个单线激光雷达采集用户车辆的车轮点云数据，然后提取车轮的直角型特征。通过获取的用户车辆的直角型特征完成对用户车辆的位置和姿态的检测。利用2个单目摄像头，获取用户车辆的车脸、前车灯、后车灯和车标等特征信息，结合深度学习实现对用户车辆的车系和型号的识别，然后通过云端
数据库获取车辆的车长和车宽。
[0108] 然后将用户车辆相对于泊车机器人的位置与姿态信息传递给泊车机器人控制模块。通过线控的底盘控制系统调整泊车机器人相对于目标车辆的位置与姿态和泊车机器人的横向展开宽度，直至泊车机器人与目标车辆纵向对齐，完成对用户车辆的预对位。
[0109] 接着利用泊车机器人车载的位于举升叉臂附近的单点激光雷达，获取泊车机器人举升叉臂与目标车辆的车轮相对位置关系。将举升叉臂与目标车辆车轮的相对位置信息发送给泊车机器人运动控制模块，通过线控的底盘控制系统控制泊车机器人的侧向运动直至完成对目标车辆的精准对位。
[0110] 车辆转运站系统由用户泊车位和用户泊车位所布置环境感知传感器所组成。能够实现对用户车辆的感知，协助泊车机器人完成与用户车辆的对位。本发明实施例中的车辆转运系统泊车位所布置的感知传感器包括4个位于泊车位角落的单线激光雷达和2个位于泊车位前后两端的单目摄像头组成。利用4个单线激光雷达扫描用户车辆的四个车轮，对扫描的点云数据进行直角型特征提取，结合4个车轮的直角型特征实现对用户车辆的定位。利用2个位于泊车区前后的单目摄像头提取用户车辆的车脸、前车灯、后车灯和车标等特征信息，结合深度学习获取用户车辆的车系和型号，进而获取用户车辆的相关尺寸参数。
[0111] 本发明实施例中的人机交互系统，包括用户泊车位的人机交互设备、手机应用和泊车机器人状态管理终端。
[0112] 本发明实施例中的用户泊车位人机交互设备，采用一块尺寸为21英寸的安卓平板。触控平板上运行有相应的程序，能够实现用户根据自己的需求提交停取车要求。此外还能够实现用户自定义语言，满足不同国家和地区的用户使用。
[0113] 本发明实施例中的手机应用基于目前主流的手机平台，能够实现用户随时随地使用APP查看、管理订单，并预约、
修改、取车时间。
[0114] 本发明实施例中的泊车机器人状态管理终端，能够帮助管理员实时监控当前的泊车机器人的位置、剩余电量、工作情况等属性。管理员能够直接通过管理终端，更改泊车机器人的工作情况。特殊情况能够实现直接控制泊车机器人急停。
[0115] 为便于理解，现对实施例中涉及的具体用户停取车流程进行阐述。
[0116] 用户车辆的停车流程为：
[0117] 1.用户将车辆停放在位于车辆转运站的泊车位，通过手机APP或者利用位于用户泊车位人机交互设备提交停车请求。用户完成停车并离开。
[0118] 2.自动车辆搬运与转移系统接收到用户的停车请求，通过调度系统安排最合适的泊车机器人前往用户车辆泊车位。换言之，人机交互系统直接接受用户的停车请求，之后人机交互系统将该请求发送给调度系统。
[0119] 3.泊车机器人接收调度系统的安排，结合车载的自主导航系统前往泊车位。
[0120] 4.泊车机器人抵达用户泊车位，泊车机器人利用车载传感器和泊车位处的传感器对用户车辆进行高精度对位操作。
[0121] 5.泊车机器人接收调度系统的安排，结合车载的自主导航系统前往最为合适的停车位，并将用户车辆的停车位信息记录到服务器中，即将该信息记录到系统的一个停车数据存储区。
[0122] 用户车辆的取车流程为：
[0123] 1.用户利用位于用户泊车位人机交互设备提交取车请求，或者通过手机APP提交预约取车的请求。
[0124] 2.自动车辆搬运与转移系统接收到用户的停车请求，读取当前服务器中用户车辆的停车位信息。调度系统安排合适的泊车机器人前往用户车辆停车位，进行取车。
[0125] 3.泊车机器人利用车载的自主导航系统，将用户车辆搬运转移至用户所在转运系统泊车位。
[0126] 4.用户通过手机App或者泊车位的人机交互设备支付停车费，完成取车并离开。
[0127] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
