虚实结合模式下虚拟无人设备导航系统的制作方法

1.本发明属于虚实结合导航技术领域，具体是虚实结合模式下虚拟无人设备导航系统。


背景技术：

2.虚实结合导航是小众应用领域，现行技术方案利用仿真平台gazebo、matlab，构建一个和现实场景相仿的虚拟环境，再通过urdf脚本在虚拟场景生成若干无人车，再实现导航避障方案。仿真平台的优势是同时兼具虚拟化和展示两个功能，并且可以接入机器人元操作系统如ros提供的现行导航方案。
3.在目前市场上，matlab、gazebo等仿真工具，构建地图场景耗时耗力，生成无人车步骤繁琐，可扩展性低；仿真平台下虚拟化行为和展示行为高度耦合，拆解困难。传统仿真工具特性在于仿真，虚拟无人车感知真实无人车需要在仿真环境中生成真实无人车的镜像，同步困难且浪费计算资源。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供虚实结合模式下虚拟无人设备导航系统。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.虚实结合模式下虚拟无人设备导航系统，包括无人车核心、外部接口、感知模块、路径规划模块以及制动控制模块；
7.所述外部接口、感知模块、路径规划模块以及制动控制模块均与无人车核心电连接，所述感知模块与路径规划模块电连接，路径规划模块与制动控制模块电连接；
8.其中：
9.所述无人车核心配置为：抽象表示虚拟无人车的真实属性；
10.所述外部接口配置为：接收外部控制命令，实时上报自身状态信息；
11.所述感知模块配置为：实时生成代价地图；
12.所述路径规划模块配置为：获取路径序列列表；
13.所述制动控制模块配置为：静止状态、控制状态及导航状态三种控制模式。
14.优选的，所述无人车核心，进一步配置为：
15.描述虚拟无人车的轮廓、大小；
16.描述虚拟无人车所处的坐标、朝向；
17.描述虚拟无人车的当前运行状态、速度、加速度信息；
18.描述虚拟无人车当前的任务状态，是否处于导航状态。
19.优选的，所述外部接口，进一步配置为：
20.设置虚拟无人车的初始状态、制动速度、导航目标点。
21.优选的，所述实时生成代价地图，包括：
22.综合地图信息和其它无人车位置，结合虚拟无人车自身状态和物理尺寸、轮廓，实时生成代价地图。
23.优选的，所述地图信息的获取，包括：
24.通过搭载激光雷达的真实无人车，利用slam定位与构图算法，获取表示二维地图的灰度图片及描述地图信息的配置文件并上传至地图服务器，虚拟无人车通过请求地图服务器，感知所处的二维世界；
25.真实世界抽象成pgm格式的2d灰度图像，不同像素代表障碍物、空白区域或未知区域，配置文件yaml描述地图属性，包括坐标原点、像素比例尺、障碍物和空白区域划分阈值等。
26.优选的，所述其它无人车位置的获取，包括：
27.真实无人车和虚拟无人车实时向消息队列话题上报自身状态信息，虚拟无人车订阅消息话题，通过间接通信模式获取其它无人车的状态信息，其中，间接通信不限制无人车的数量，支持热插拔。
28.优选的，所述获取路径序列列表，包括：
29.获取感知模块提供的代价地图，以虚拟无人车当前位姿为起始点，导航目标位置为终点，利用启发式的路径规划算法，得到路径序列列表，上述过程持续进行，直至代价地图不再变化或虚拟无人车抵达目标点。
30.优选的，所述静止状态无行动；
31.所述控制状态下，依据预设线速度和角速度，结合虚拟无人车当前位姿，控制虚拟无人车行动；
32.所述导航模式下，获取路径规划模块生成的最新路径序列列表，按照预设速度，依次前往。
33.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
34.本发明中，虚拟无人车抽象、制动进程和无人车展示进程分离，有利于独立开发维护，节约计算资源；
35.本发明中，在物理空间和计算资源充足的前提下，整个系统真实无人车和虚拟无人车的数量无约束，可以动态增加而不影响系统运行；可以依据需求，更换测试场景，而无需重新开发，可扩展性高。
附图说明
36.图1是本发明虚实结合模式下虚拟无人设备导航系统的整体框架图；
37.图2是本发明虚实结合模式下虚拟无人设备导航系统的运行流程图。
具体实施方式
38.以下结合附图1-2，进一步说明本发明虚实结合模式下虚拟无人设备导航系统的具体实施方式。本发明虚实结合模式下虚拟无人设备导航系统不限于以下实施例的描述。
39.实施例1：
40.本实施例给出虚实结合模式下虚拟无人设备导航系统的具体实施方式，如图1所示，包括无人车核心、外部接口、感知模块、路径规划模块以及制动控制模块；
41.外部接口、感知模块、路径规划模块以及制动控制模块均与无人车核心电连接，感知模块与路径规划模块电连接，路径规划模块与制动控制模块电连接；
42.其中：
43.无人车核心配置为：抽象表示虚拟无人车的真实属性；
44.外部接口配置为：接收外部控制命令，实时上报自身状态信息；
45.感知模块配置为：实时生成代价地图；
46.路径规划模块配置为：获取路径序列列表；
47.制动控制模块配置为：静止状态、控制状态及导航状态三种控制模式。
48.进一步的，无人车核心，进一步配置为：
49.描述虚拟无人车的轮廓、大小；
50.描述虚拟无人车所处的坐标、朝向；
51.描述虚拟无人车的当前运行状态、速度、加速度信息；
52.描述虚拟无人车当前的任务状态，是否处于导航状态。
53.进一步的，外部接口，进一步配置为：
54.设置虚拟无人车的初始状态、制动速度、导航目标点。
55.进一步的，实时生成代价地图，包括：
56.综合地图信息和其它无人车位置，结合虚拟无人车自身状态和物理尺寸、轮廓，实时生成代价地图。
57.进一步的，地图信息的获取，包括：
58.通过搭载激光雷达的真实无人车，利用slam定位与构图算法，获取表示二维地图的灰度图片及描述地图信息的配置文件并上传至地图服务器，虚拟无人车通过请求地图服务器，感知所处的二维世界；
59.真实世界抽象成pgm格式的2d灰度图像，不同像素代表障碍物、空白区域或未知区域，配置文件yaml描述地图属性，包括坐标原点、像素比例尺、障碍物和空白区域划分阈值等。
60.进一步的，其它无人车位置的获取，包括：
61.真实无人车和虚拟无人车实时向消息队列话题上报自身状态信息，虚拟无人车订阅消息话题，通过间接通信模式获取其它无人车的状态信息，其中，间接通信不限制无人车的数量，支持热插拔。
62.进一步的，获取路径序列列表，包括：
63.获取感知模块提供的代价地图，以虚拟无人车当前位姿为起始点，导航目标位置为终点，利用启发式的路径规划算法，得到路径序列列表，上述过程持续进行，直至代价地图不再变化或虚拟无人车抵达目标点。
64.进一步的，静止状态无行动；
65.控制状态下，依据预设线速度和角速度，结合虚拟无人车当前位姿，控制虚拟无人车行动；
66.导航模式下，获取路径规划模块生成的最新路径序列列表，按照预设速度，依次前往。
67.进一步的，可将获取地图信息的slam算法更换为sota算法，以提高建图精度和效
率。
68.进一步的，slam：simultaneours localization and mapping，即时定位与地图构建；sota：state of the art，指在改项目研究任务重，是目前最好、最先进的算法。
69.原理：
70.虚拟无人车的本质是运行在计算机上的进程，本发明中，虚拟无人车与真实无人车暴露相同的外部接口，接收相同的控制、导航指令，采用相同的格式上报状态信息，能够完成虚拟无人车的抽象过程、虚拟无人车感知真实世界和真实无人车、虚拟无人车的导航避障，简化场景构建过程，提高系统可扩展性；分离虚拟无人车仿真和展示平台，方便开发维护，降低计算资源需求。
71.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。