一種提高堆垛機無線定位精度的方法

2023-04-26 12:27:56

專利名稱：一種提高堆垛機無線定位精度的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高堆垛機無線定位精度的方法，尤其涉及一種利用堆垛機直線運動特點，在傳統四邊定位算法基礎上改進的四邊投影定位方法，以提高定位精度，並降低定位算法的複雜度，該方法可廣泛應用於物流倉儲中心、現代配送中心等領域，屬於倉儲設備技術領域。
背景技術：
全自動倉儲系統是指不用人工直接處理，將物料以單元化形式存儲在貨架內，並能自動存/取物料的系統。全自動倉儲技術是現代物流技術的核心。堆垛機是全自動倉儲系統的核心搬運設備，在巷道內來回穿梭，完成入庫、出庫、移庫、調庫等作業，堆垛機的運行速度和效率決定了整個倉儲系統的吞吐量和周轉率。目前高速堆垛機都採用變頻電機牽弓丨，通過優化變頻電機速度曲線提高運行效率。然而，堆垛機提速難點在於認址定位的精度。目前，認址技術主要有三種編 碼器認址、雷射測距認址、BPS (Barcode Positioning System)條碼定位認址。編碼器認址是將堆垛機的距離通過編碼器轉化為脈衝數值，缺點在於機械誤差導致計數錯誤；雷射測距認址將雷射頭裝在堆垛機上，反射板裝在地面上，通過測量雷射反射時間差，計算距離值，精度可達士3mm，缺點是光路不能有障礙物，對使用環境要求較高；BPS條碼定位系統在行進路線上安置條碼帶，通過掃描條碼並轉換為距離信息實現精確定位，缺點是條碼汙染影響掃描結果，高速運動時響應速度跟不上。目前市場上，編碼器認址一般用於120m/min以下低速堆垛機，雷射測距認址和BPS條碼定位認址用於240m/min以上高速堆垛機。基於無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN)技術的室內定位具有價格低、安裝調試方便、響應速度快等優點，主要包括基於測距算法(Range-based)和無需測距算法(Range-free)，在堆垛機應用中，由於硬體結構較簡單，因此多採用基於測距算法。目前該類算法主要有基於測量無線信號強度衰減指數的RSSI (Received Signal Strength Index)算法，基於無線信號傳播時間差的TOA(Time of Arrival)算法、以及 TDOA (Time Difference of Arrival)算法，基於無線信號方向的 AOA (Angle of Arrival) 算法等。而為了實現精確定位，一般採用三邊測量術、三角測量術，以及多邊測量術等方法。近年來，針對WSN晶片的RSSI特徵，出現了一些優化變種，主要有對RSSI進行高斯濾波預處理的算法，選擇RSSI值最大的前幾個信標節點進行的加權質心定位法等。ZigBee技術是目前較流行和廉價的WSN技術之一，德州儀器TI公司推出的 ZigBee晶片CC2430本身就已經集成有測量RSSI和測距的模塊，使用方便，功耗低，發射功率僅為lmW，響應速度快，信道接入時延僅為15ms。缺點在於測距距離較短，在不加功率放大的情況下測距距離只能達到64米，測量精度較低，往往只能達到3 5米的精度。傳統的基於RSSI的四邊定位算法，首先需要計算RSSI值，RSSI是通過無線信號在傳播中的衰減來估計兩個節點之間的距離，目前主要有三種無線信號傳播模型=FreeSpace模型，Two-Ray Ground Reflection模型，以及Shadowing模型。而在實際測量中，選用以下的數學模型RSSI = -(10nlgd+A)式中，射頻參數A定義為用dBm表示的距離發射器Im接收到的平均能量絕對值， 也就是距發射節點Im處的接收信號強度，η為信號傳輸常數，與信號傳輸環境有關，d為距發射節點的距離。由於堆垛機在一次停機之後，其坐標位置基本上是確定的，因此對於具有固定坐標部署的信標節點的初始距離是已知的，通過測量RSSI的差值，可以得到距離的比值RSSI - RSSI0 = 1 On Igi ^L
J
式中，RSSI為當前測量值，d為當前距離，RSSI0為初始測量值，d0為初始距離。由於RSSI測距誤差較大，本發明利用堆垛機運動特點，在傳統四邊定位算法基礎上改進四邊投影定位方法，以提高定位精度，並降低定位算法的複雜度，從而優化變頻電機速度曲線的方法。具有成本低、效率高、穩定可靠的優點。

發明內容
本發明的目標是提供一種提高堆垛機無線定位精度的方法，具體的說，就是在傳統四邊定位算法的基礎上，改進為四邊投影定位算法，這種改進是建立在堆垛機直線運動特徵的基礎之上的，不僅提高了定位精度，而且降低了定位運算複雜度。為了實現上述目的，本發明所應用的全自動倉儲系統中信標節點為規則網格狀分布，且坐標已知，而堆垛機只能沿直線運行，也即只需確定一個橫坐標即可。因此，本發明提出所謂四邊投影定位的技術方案如下(1)在巷道對稱的兩邊選擇兩對信標節點；(2)計算各自和堆垛機移動節點的RSSI距離；(3)根據勾股定理，已知信標節點至堆垛機運動直線之間的垂直距離h，可以計算各自交點的橫坐標；(4)如果RSSI距離小於信標節點至堆垛機運動直線之間的垂直距離h，則直接剔出該信標節點，所得結果並不會受到嚴重影響；(5)求交點橫坐標的算術平均值，即為堆垛機移動節點的橫坐標估計值；(6)而堆垛機移動節點的縱坐標可以認為是一個常數。綜上所述，本發明所提出的技術方案的有益技術效果是計算複雜度低，只需要利用勾股定理計算橫坐標即可，而傳統的四邊定位需要解多元方程組，且定位精度大大提高， 對稱的信標節點抵消了 RSSI測距的系統誤差。具有良好的應用前景和經濟效益。


圖1是本發明一種提高堆垛機無線定位精度的方法的倉儲系統無線傳感器網絡部署圖；圖2是本發明一種提高堆垛機無線定位精度的方法的四邊測距定位法示意圖；圖3是本發明一種提高堆垛機無線定位精度的方法的四邊投影定位算法原理圖。
具體實施例方式參考附圖，下面對本發明進行詳細描述。如圖1所示，本發明一個實施例的全自動倉儲系統主要包括立體貨架(100)、巷道1 (101)、巷道2(102)、巷道3(103)、堆垛機移動無線節點 1 (104)、堆垛機移動無線節點2(105)、堆垛機移動無線節點3(106)、信標節點A(107)、信標節點B(108)、信標節點C(109)、信標節點D(IlO)組成。從圖中可以看到，每一個巷道(101、102、103)都有一臺堆垛機，可以對左右兩面的立體貨架(100)執行存/取操作，堆垛機在巷道內作水平移動，對於大多數倉儲系統，巷道的長度遠遠大於立體貨架(100)的高度，因此堆垛機水平方向的調速優化起著決定作用。在巷道的上方每隔一定間隔部署信標節點(107、108、109、110)，信標節點(107、 108、109、110)的初始坐標都是已知值，對信標節點(107、108、109、110)進行編號，最終形成網格狀的信標節點(107、108、109、110)陣列。在每個堆垛機的上方部署堆垛機移動無線節點(104、105、106)，該節點的位置可以代表堆垛機的坐標。由於巷道的上方為自由空間， 因此相對來說，無線信號的衰減情況較好。如圖2所示，在傳統四邊測距定位法中，已知四個信標節點A(205)、信標節點 B(206)、信標節點C(207)、信標節點D(208)，和移動無線節點P(200)的距離分別為dA、dB、 dc、dD，則有
權利要求
1. 一種提高堆垛機無線定位精度的方法，所應用的全自動倉儲系統中信標節點為規則網格狀分布，且坐標已知，而堆垛機只能沿直線運行，也即只需確定一個橫坐標即可的應用場景，其特徵為根據堆垛機直線運動特徵，採用四邊投影定位算法，不僅提高了定位精度，而且降低了定位運算複雜度，具體技術方案包括以下步驟(1)在巷道對稱的兩邊選擇兩對信標節點；(2)計算各自和堆垛機移動節點的RSSI距離；(3)根據勾股定理，已知信標節點至堆垛機運動直線之間的垂直距離h，可以計算各自交點的橫坐標；(4)如果RSSI距離小於信標節點至堆垛機運動直線之間的垂直距離h，則直接剔出該信標節點，所得結果並不會受到嚴重影響；(5)求交點橫坐標的算術平均值，即為堆垛機移動節點的橫坐標估計值；(6)而堆垛機移動節點的縱坐標可以認為是一個常數。
全文摘要
本發明公開了一種提高堆垛機無線定位精度的方法，利用堆垛機直線運動特點，在傳統四邊定位算法基礎上改進四邊投影定位方法，以提高定位精度，並降低定位算法的複雜度，該方法可廣泛應用於物流倉儲中心、現代配送中心等領域，具有良好的經濟效益和應用前景。
文檔編號G01S5/14GK102435979SQ201110269598
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月8日 優先權日2011年9月8日
發明者傅培華, 朱安定 申請人:浙江工商大學