一種用於運載車行駛狀態及路徑的生成系統及方法
2023-06-14 03:19:06
一種用於運載車行駛狀態及路徑的生成系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於射頻設別（RFID，RadioFrequencyIdentification）的AGV行駛狀態檢測與路徑生成系統；在貨櫃碼頭及堆場埋設無源RFID標籤陣列，建立碼頭堆場位置坐標系，通過安裝在AGV車身（車前及車後）下方的RFID讀寫天線，在AGV行駛過程中讀取到天線感應範圍內的堆場地埋RFID標籤，獲得AGV行駛的當前位置、速度、方向等狀態信息。根據AGV的當前位置，以及來自中央控制系統的AGV行駛指令（目標位置），生成AGV的實時行駛路徑，從而通過AGV的驅動控制器實現AGV的路逕行駛控制；本發明實現簡單，性能可靠、實用，不受環境影響，不僅可用於智能化貨櫃碼頭的AGV無人自動導航，也可以應用於大型自動化物流倉庫的載貨車無人自動導航。
【專利說明】一種用於運載車行駛狀態及路徑的生成系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種生成系統及方法，尤其涉及一種專用於射頻設別的自動導航運載 車行駛狀態檢測與路徑生成系統與方法。
【背景技術】
[0002] 新一代大型智能化貨櫃碼頭可實現無人值守的全自動化貨櫃裝卸運輸，可極 大提高貨櫃港口的裝卸運輸效率。在貨櫃裝卸運輸過程中，碼頭前沿與後方堆場之間 的貨櫃平面運輸任務主要由無人自動導航運載車（AGV，Automated Guided Vehicle)完 成；
[0003] 在AGV拖運貨櫃過程中，AGV的行駛路徑將根據碼頭堆場的道路、障礙物等狀況 進行預先設定，並在行駛過程中可以通過檢測AGV的運動狀態修改AGV的行駛路徑。在這 之中，AGV的行駛位置檢測極為重要，只有在快速、準確檢測AGV行駛位置前提下，才能自動 生成安全、可靠的AGV行駛路徑規劃；
[0004] AGV的行駛位置檢測可以由全球衛星定位系統（GPS，Global Positioning System)實現，但是當天氣條件惡劣、或AGV被障礙物遮擋時，GPS信號變得不穩定，這將影 響到AGV的定位可靠性以及影響到AGV的行駛安全；
[0005] AGV的行駛位置檢測也可以由全站儀（ETS，Electronic Total Station)實現，在 碼頭堆場設立基準參考點，每輛AGV上安裝一套ETS，通過ETS來精確檢測AGV的行駛位置。 但是，由ETS建立的AGV行駛位置檢測系統價格昂貴，且AGV所處環境惡劣，行駛顛簸、颳風 下雨等都對ETS的性能和壽命帶來不利影響；
[0006] AGV的行駛位置檢測也可以通過檢測AGV前後車輪的轉速和轉向角，在確定AVG初 始位置基礎上，經過循環迭加計算，進而推算（估算）出AGV的當前位置狀態；但是，這種方 法主要依賴於模型計算，所產生的累積誤差可能會對AGV的行駛安全帶來影響。
【發明內容】
[0007] 本發明為了彌補現有技術的不足，提供一種新型的帶有射頻設別的自動導航運載 車行駛狀態檢測與路徑生成系統，該系統實現簡單，性能可靠、實用，不受環境影響，不僅可 用於智能化貨櫃碼頭的AGV無人自動導航，也可以應用於大型自動化物流倉庫的載貨車 無人自動導航；同時，本發明還提供利用該系統進行行駛狀態檢測與路徑生成的方法，該方 法操作簡單，性能穩定，能最大程度的實現自動導航的控制；
[0008] 為實現上述目的，本發明採取的技術方案是：
[0009] -種用於運載車行駛狀態及路徑的生成系統，其特徵在於：包括設置在貨櫃堆 場中的地埋式RFID標籤陣列、行駛狀態檢測模塊、行駛路徑生成模塊、中央控制系統及與 AGV相連的AGV驅動控制器；
[0010] 所述地埋式RFID標籤陣列用於產生電磁感應信號，對行駛在碼頭堆場上的AGV進 行位置定位； toon] 所述行駛狀態檢測模塊與中央控制系統、行駛路徑生成模塊電連接，接收電磁感 應信號並將該信號進行處理後產生位置信號輸送給行駛路徑生成模塊，同時將AGV行駛位 置狀態反饋給中央控制系統；
[0012] 所述彳丁駛路徑生成|旲塊與中央控制系統、AGV驅動控制器連接，接收中央控制系統 發出的AGV行駛指令，並將該指令與接收到的位置信號融合處理後產生行駛路線指令後輸 送給AGV驅動控制器；
[0013] 所述AGV驅動控制器用於驅動控制AGV車的行駛運動；
[0014] 進一步改進，所述行駛狀態檢測模塊包括AGV車前下方RFID讀寫天線、AGV車後 下方RFID讀寫天線及AGV行駛絕對位置檢測單元；所述AGV行駛絕對位置檢測單元分別與 AGV車前下方RFID讀寫天線、AGV車後下方RFID讀寫天線電連接；所述AGV車前下方RFID 讀寫天線、AGV車後下方RFID讀寫天線均用於在每個掃描周期內讀取到其天線感應範圍內 的堆場RFID標籤的當前坐標信息，並將該坐標信息輸送給AGV行駛絕對位置檢測單元；所 述AGV行駛絕對位置檢測單元分別與行駛路徑生成模塊、中央控制系統相連接，將接收到 坐標信心，經過行駛位置與行駛速度的計算、行駛方向的判定後，形成當前AGV車的行駛狀 態信號，並將該狀態信號輸送給行駛路徑生成模塊、中央控制系統；
[0015] 進一步改進，所述AGV車前下方RFID讀寫天線與AGV車後下方RFID讀寫天線的 距離為12m ;
[0016] 進一步改進，所述行駛路徑生成模塊包括AGV行駛路徑MAP圖、堆場RFID標籤陣 列映像MAP圖；所述AGV行駛路徑MAP圖與堆場RFID標籤陣列映像MAP圖；所述AGV行駛 路徑MAP圖用於生成AGV的實時行駛路徑；所述堆場RFID標籤陣列映像MAP圖為堆場地埋 式RFID標籤陣列的一個邏輯映像圖，用於為AGV行駛路徑生成提供位置參考；
[0017] 進一步改進，所述地埋式RFID標籤陣列中設有控制點和減速點；所述控制點用於 AGV的轉向控制；所述減速點用於AGV到達目標位置前的減速控制；
[0018] 進一步改進，所述地埋式RFID標籤陣列為無源RFID標籤；
[0019] 本發明還涉及利用上述該系統進行行駛狀態檢測及行駛路徑生成的方法，具體的 步驟如下：
[0020] 第一步，將AGV車至於地埋式RFID標籤陣列中；AGV車接收中央控制系統的控制 指令，進行行駛運動；
[0021] 第二步，AGV行駛狀態檢測模塊通過其內部的AGV車前下方RFID讀寫天線與AGV 車後下方RFID讀寫天線對地埋式RFID標籤陣列中AGV車當前狀態進行檢測，同時利用該 模塊中的AGV行駛絕對位置檢測單元對AGV車的行駛位置、行駛速度進行計算，並進行行駛 方向的判定；產生AGV車行駛狀態信號，同時將該行駛狀態信號輸送到行駛路徑生成模塊、 中央控制系統；
[0022] 第三步，行駛路徑生成模塊接收AGV行駛狀態檢測模塊輸出的行駛狀態信號，同 時將該信號與從中央控制系統中取得的行駛指令進行融合處理後得到AGV車的當前行駛 位置，生成AGV行駛路徑的MAP圖；AGV行駛路徑MAP圖生成的AGV實時行駛路徑，送給AGV 驅動控制器，從而實現AGV的路逕行駛控制；
[0023] 第四步，AGV車到達目標位置後，就結束一次行駛路徑的生成，由堆場RFID標籤陣 列映像MAP圖對AGV行駛路徑MAP圖清零並初始化，在接到中央控制系統新的AGV行駛指 令（AGV新的目標位置）後，進行下一次的AGV實時行駛路徑規劃；
[0024] 進一步改進，在步驟二中，形成AGV車行駛狀態信號的過程，具體步驟如下：
[0025] A、位置信息傳感：通過AGV車前下方RFID讀寫天線、AGV車後下方RFID讀寫天線 在每個掃描周期讀取到其天線感應範圍內的堆場RFID標籤的當前坐標信息，對於車前天 線，當前（最新）坐標位置數據為X fN和Yffl ;對於車後天線，當前（最新）坐標位置數據為 XbN和YbN ;獲取到的AGV坐標位置數據（XfN和YfN ;XbN和YbN)，被送到AGV行駛絕對位置檢測 環節；
[0026] B、當前位置檢測：通過AGV行駛絕對位置檢測單元獲取到的AGV坐標位置數據 (Xffi和YfN ;XbN和YbN)進行進一步計算和處理，得到AGV的當前行駛位置、速度、方向等的狀 態息；
[0027] C、AGV行駛絕對位置檢測單元將計算結果輸出給AGV行駛路徑生成模塊，並同時 通過無線網絡發送給碼頭中央控制系統，從而可以在碼頭中央控制室遠程監測AGV的行駛 狀態；
[0028] 進一步改進，在步驟二中，AGV車當前行駛位置的計算：AGV的當前行駛位置（XN， YN)是由AGV車前下方RFID讀寫天線、AGV車後下方RFID讀寫天線檢測到的RFID標籤位 置的平均值計算獲得；其計算公式為 ：
[0029] XN = (XfN+XbN) /2 公式（1)
[0030] YN = (YfN+YbN)/2 公式（2)
[0031] 進一步改進，在步驟二中，AGV車當前行駛速度的計算：AGV的當前行駛速度（VN) 是由當前（N)位置計算值與前一次（N-1)位置的計算值計算獲得，其計算公式為：
[0032]
【權利要求】
1. 一種用於運載車行駛狀態及路徑的生成系統，其特徵在於：包括設置在貨櫃堆場 中的地埋式RFID標籤陣列、行駛狀態檢測模塊、行駛路徑生成模塊、中央控制系統及與AGV 相連的AGV驅動控制器； 所述地埋式RFID標籤陣列用於產生電磁感應信號，對行駛在碼頭堆場上的AGV進行位 置定位； 所述行駛狀態檢測模塊與中央控制系統、行駛路徑生成模塊電連接，接收電磁感應信 號並將該信號進行處理後產生位置信號輸送給行駛路徑生成模塊，同時將AGV行駛位置狀 態反饋給中央控制系統； 所述行駛路徑生成模塊與中央控制系統、AGV驅動控制器連接，接收中央控制系統發出 的AGV行駛指令，並將該指令與接收到的位置信號融合處理後產生行駛路線指令後輸送給 AGV驅動控制器； 所述AGV驅動控制器用於驅動控制AGV車的行駛運動。
2. 根據權利要求1所述的一種用於運載車行駛狀態及路徑的生成系統，其特徵在於： 所述行駛狀態檢測模塊包括AGV車前下方RFID讀寫天線、AGV車後下方RFID讀寫天線及 AGV行駛絕對位置檢測單元；所述AGV行駛絕對位置檢測單元分別與AGV車前下方RFID讀 寫天線、AGV車後下方RFID讀寫天線電連接；所述AGV車前下方RFID讀寫天線、AGV車後 下方RFID讀寫天線均用於在每個掃描周期內讀取到其天線感應範圍內的堆場RFID標籤的 當前坐標信息，並將該坐標信息輸送給AGV行駛絕對位置檢測單元；所述AGV行駛絕對位置 檢測單元分別與行駛路徑生成模塊、中央控制系統相連接，將接收到坐標信心，經過行駛位 置與行駛速度的計算、行駛方向的判定後，形成當前AGV車的行駛狀態信號，並將該狀態信 號輸送給行駛路徑生成模塊、中央控制系統。
3. 根據權利要求2所述的一種用於運載車行駛狀態及路徑的生成系統，其特徵在於： 所述AGV車前下方RFID讀寫天線與AGV車後下方RFID讀寫天線的距離為12m。
4. 根據權利要求1所述的一種用於運載車行駛狀態及路徑的生成系統，其特徵在於： 所述行駛路徑生成模塊包括AGV行駛路徑MAP圖、堆場RFID標籤陣列映像MAP圖；所述AGV 行駛路徑MAP圖與堆場RFID標籤陣列映像MAP圖；所述AGV行駛路徑MAP圖用於生成AGV 的實時行駛路徑；所述堆場RFID標籤陣列映像MAP圖為堆場地埋式RFID標籤陣列的一個 邏輯映像圖，用於為AGV行駛路徑生成提供位置參考。
5. 根據權利要求1所述的一種用於運載車行駛狀態及路徑的生成系統，其特徵在於： 所述地埋式RFID標籤陣列中設有控制點和減速點；所述控制點用於AGV的轉向控制；所述 減速點用於AGV到達目標位置前的減速控制。
6. 根據權利要求1所述的一種用於運載車行駛狀態及路徑的生成系統，其特徵在於： 所述地埋式RFID標籤陣列為無源RFID標籤。
7. 利用如權利要求1所述的系統進行行駛狀態檢測及行駛路徑生成的方法，具體的步 驟如下： 第一步，將AGV車至於地埋式RFID標籤陣列中；AGV車接收中央控制系統的控制指令， 進行行駛運動； 第二步，AGV行駛狀態檢測模塊通過其內部的AGV車前下方RFID讀寫天線與AGV車後 下方RFID讀寫天線對地埋式RFID標籤陣列中AGV車當前狀態進行檢測，同時利用該模塊 中的AGV行駛絕對位置檢測單元對AGV車的行駛位置、行駛速度進行計算，並進行行駛方向 的判定；產生AGV車行駛狀態信號，同時將該行駛狀態信號輸送到行駛路徑生成模塊、中央 控制系統； 第三步，行駛路徑生成模塊接收AGV行駛狀態檢測模塊輸出的行駛狀態信號，同時將 該信號與從中央控制系統中取得的行駛指令進行融合處理後得到AGV車的當前行駛位置， 生成AGV行駛路徑的MAP圖；AGV行駛路徑MAP圖生成的AGV實時行駛路徑，送給AGV驅動 控制器，從而實現AGV的路逕行駛控制； 第四步，AGV車到達目標位置後，就結束一次行駛路徑的生成，由堆場RFID標籤陣列映 像MAP圖對AGV行駛路徑MAP圖清零並初始化，在接到中央控制系統新的AGV行駛指令（AGV 新的目標位置）後，進行下一次的AGV實時行駛路徑規劃。
8. 根據權利要求7所述的方法，其特徵在於：在步驟二中，形成AGV車行駛狀態信號的 過程，具體步驟如下： A、 位置信息傳感：通過AGV車前下方RFID讀寫天線、AGV車後下方RFID讀寫天線在每 個掃描周期讀取到其天線感應範圍內的堆場RFID標籤的當前坐標信息，對於車前天線，當 前（最新）坐標位置數據為Xf^PY?;對於車後天線，當前（最新）坐標位置數據為XbN和 YbN ;獲取到的AGV坐標位置數據（Xffi和YfN ;XbN和YbN)，被送到AGV行駛絕對位置檢測環節； B、 當前位置檢測：通過AGV行駛絕對位置檢測單元獲取到的AGV坐標位置數據（Xffi和 ;^和YbN)進行進一步計算和處理，得到AGV的當前行駛位置、速度、方向等的狀態信 息； C、 AGV行駛絕對位置檢測單元將計算結果輸出給AGV行駛路徑生成模塊，並同時通過 無線網絡發送給碼頭中央控制系統，從而可以在碼頭中央控制室遠程監測AGV的行駛狀 態。
9. 根據權利要求7所述的方法，其特徵在於：在步驟二中，AGV車當前行駛位置的計算： AGV的當前行駛位置（XN，YN)是由AGV車前下方RFID讀寫天線、AGV車後下方RFID讀寫天 線檢測到的RFID標籤位置的平均值計算獲得；其計算公式為： XN= (Xffl+XbN)/2 公式（1) YN = (YfN+Yj/2 公式（2)
10. 根據權利要求7所述的方法，其特徵在於：在步驟二中，AGV車當前行駛速度的計 算：AGV的當前行駛速度（VN)是由當前（N)位置計算值與前一次（N-1)位置的計算值計算 獲得，其計算公式為：
式中T為位置檢測環節循環計算周期，即N時與N-1時之間的時間差值。
11. 根據權利要求7所述的方法，其特徵在於：，在步驟二中，AGV車當前行行駛方向的 判定：AGV的當前行駛方向（ΨΝ)是由當前（N)位置計算值與前一次（N-1)位置的計算值計 算獲得，其計算公式為： 當以X軸為基準方向時，AGV的當前行駛方向為：
當以Y軸為基準方向時，AGV的當前行駛方向為：
AGV行駛狀態檢測模塊將AGV的當前行駛位置（XN，YN)、當前行駛速度（VN)和當前行駛 方向（ΨΝ)等狀態信息送給本系統的路徑生成模塊；同時，通過無線網絡發送至貨櫃碼頭 的中央控制系統，用於對AGV的遠程監控。
12. 根據權利要求7所述的方法，其特徵在於：在步驟三中，行駛路徑生成的過程，具體 步驟如下： 1) 、獲得AGV車的行駛指令：行駛路徑生成模塊通過無線網絡與中央控制系統連接，並 從中央控制系統中獲取AGV車的行駛指令； 2) 、獲得AGV車的當前位置信號：駛路徑生成模塊從AGV行駛絕對位置檢測單元中獲得 AGV車的當前形式位置； 3) 、以所述的堆場RFID標籤陣列映像MAP圖為參考，在地埋式RFID標籤陣列中設置控 制點和減速點；控制AGV車的行駛狀態的改變； 4) 、AGV行駛路徑MAP圖生成的AGV實時行駛路徑，送給AGV驅動控制器，從而實現AGV 的路逕行駛控制。
13. 根據權利要求12所述的方法，其特徵在於：在步驟3)中，AGV車行駛狀態改變的過 程，具體步驟如下： ① 根據堆場靜態障礙區情況，設置4個控制點，分別為第一控制點、第二控制點、第三 控制點及第四控制點實施AGV的二次改道行使； ② 第一控制點與第二控制點用於躲避障礙區1，根據障礙區1的端點RFID坐標（XZ1， YZ1)，選擇控制點1 (XZ1_2, YN)和控制點2 (XZ1，Yzl+2)，AGV將在控制點1和控制點2之間進行 轉彎，實施第一次改道； ③ 第三控制點及第四控制點用於躲避障礙區2,根據障礙區2的端點RFID坐標（XZ2， YZ2)，選擇控制點3 (XZ2, YZ2_2)和控制點4 (XZ2+2, YT)，AGV將在控制點3和控制點4之間進行 轉彎，實施第二次改道； ④ 減速點用於AGV到達目標位置前的減速，根據目標位置（Χτ，Υτ)，選擇減速點（Χτ_ 2， Υτ)。
【文檔編號】G06K17/00GK104089623SQ201410333231
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】褚建新, 雷晉生, 牛王強, 黃細霞, 高迪駒 申請人:上海海事大學