[发明专利]一种在公园、小区等场景下使用的自动导航系统和方法

说明书

本发明通过事先对公园、风景区、小区等场景中道路和目标点位的合理规划和精确测量，将道路分割为由绝大部分直线路径和少量特殊路径组成的路径网络，其中针对直线路径的导航将简化为按路径方向的直线导航，而少量特殊路径采用以预先验证好的导航指令为主，以通过视频实时道路边界识别和在关键路径位置预埋一组电子标签的办法微调纠正设备行进方向为辅的方式来实现自动导航，从而避免了智能移动设备在自动导航时对实时高精度定位系统的依赖，从而大大降低了智能移动设备的导航成本。

技术领域

随着人工智技术的进步，各种服务型智能移动设备（如机器人）逐渐应用在餐饮店、医院、商场等公共场所，目前主要实现了语音咨询、送餐、送菜等服务功能。但在公园、风景区、小区等户外场景下利用智能移动设备进行相关服务还未普及，其主要原因还是受目前智能移动设备的自动导航技术所限制，传统的室内导航方式不适合在户外使用，而在汽车上使用的自动驾驶技术又成本高昂，也无法普及。

背景技术

当前餐厅内使用的送菜机器人所常用的导航方式为磁导航，机器人沿磁条移动，在重要节点位置的正上方，如屋顶上安装Ｒｆｉｄ（电子标签）来标记不同目标位置（如餐桌），这样当需要从厨房传菜到某个餐桌时，机器人就沿着预先铺设好的磁条轨道行进，经过不同的餐桌时获得不同的电子标签号，直到到达目的电子标签即可，待客人或服务员取菜后即可重新回到厨房进行下一单传菜工作。该导航技术无法在户外使用，一方面因为户外距离更远，磁轨导航成本会超高，另一方面磁轨在户外不易维护，容易消磁或被损坏，因此使用该方案实现公园等户外场景的自动导航功能不可行。另外，若使用公路上汽车使用的无人驾驶导航技术，虽然可以实现精确的任意路径导航但其技术实现需要依赖如实时卫星定位、惯性导航等各种高精度实时定位系统，将使得智能移动设备的制造成本大幅提高，无法满足在公园等大众化场合的普及。

发明内容

本发明所述的导航系统将不依赖高精度实时定位系统低成本地实现智能移动设备的自动导航功能，其实现方式如下。

通过进行现场测量和路径规划将所有道路分割为大量近视直线的路径和少量特殊路径，并将目标点位和路径分叉口统一为路径拐点，形成包含路径和拐点以及相关测量参数的电子信息地图。

首先，针对直线路径上的导航将简化为沿固定方向做直线运动。考虑到部分路况不好的情况，在设备行进过程中可能会出现的方向偏差将通过以下3种辅助方式进行纠正。方式一：设备使用电子罗盘实时识别行进方向后对比电子信息地图中的路径方向进行方向微调纠正。方式二：采用在路径关键位置垂直路径方向以一定间隔距离预埋一组电子标签的办法对设备前进方向进行微调纠正（注：设备携带的电子标签阅读器只有在从电子标签正上方经过时才会触发，因此设备只能感应到垂直路径方向上某一个电子标签，从而就可以识别出设备的偏航位置大小进行微调纠正）。方式三：通过视频对道路边界的实时识别来进行方向微调，保证设备不会驶出道路边界。

其次，针对特殊路径的导航，系统将预先使用智能移动设备试验出能够完整通过该特殊路径的一组控制指令，然后以此组控制指令为主结合前文提到的方式二和方式三进行辅助方向微调从而完成特殊路径的导航功能。其控制指令的执行时机由设备在本段路径上的行进距离和方向决定。在系统正式运行后，随着不同设备多次反复地使用该控制指令通过此路径，系统还会根据每个设备的通过情况（如行进方向微调的情况等）对控制指令进行持续优化，使得设备可以自主学习到通过该路径的最优控制指令。

最后，针对路径拐点的导航，实际可看作是一组距离很短的特殊路径的导航，对拐点上任意两条路径的转弯动作可事先进行试验，之后其关键就是确定转弯动作的发起时机。一般情况下通过精确统计设备在转弯前路径上的行进距离可计算出发起转弯动作的时机，针对特殊路径以及路况不好的直线路径则分别在路径两端靠近拐点中心一定距离的位置预埋电子标签，以设备感应到电子标签触发转弯动作的发起，从而实现拐点的平滑跨越。