CN105607633A - 一种垛区环境中移动扫描车的自主寻径方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垛区环境中移动扫描车的自主寻径方法及系统，涉及移动扫描车领域，所述方法包括：按照垛区排列位置，建立具有供移动扫描车行进的基础行进路径的电子地图；所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围；若确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围，则调整所述移动扫描车的行进方向，并实时记录所述移动扫描终端的位置；利用实时记录的所述移动扫描终端的位置，对所述基础行进路径进行调整。本发明实现了最大限度的无人操作，简单易用，保证了操作技术水平较低的工作人员的可靠操作。
Description
技术领域
本发明涉及移动扫描车领域，特别涉及一种垛区环境中移动扫描车的自主寻径方法及系统。
背景技术
在垛区环境中使用的移动扫描终端属于大重量、大体积的移动设备，需要在平整库房内实现全库房遍历巡检。库房内垛区通道一般较狭窄，距离垛区通道侧壁的距离仅为10cm，当库房面积较大时，完成巡检的时间相对较长。
在实际工作中发现，人工操作移动设备的劳动强度较大，且操作人员的操作水平有限，经常存在无操作而导致设备与垛区通道侧壁剐蹭的现象，因此需要一种能够降低人工控制移动设备难度的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垛区环境中移动扫描车的自主寻径方法及系统，能更好地解决人工控制移动设备难度高的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种垛区环境中移动扫描车的自主寻径方法，包括：
按照垛区排列位置，建立具有供移动扫描车行进的基础行进路径的电子地图；
所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围；
若确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围，则调整所述移动扫描车的行进方向，并实时记录所述移动扫描终端的位置；
利用实时记录的所述移动扫描终端的位置，对所述基础行进路径进行调整。
优选地，所述按照垛区排列位置，建立具有供移动扫描车行进的基础行进路径的电子地图的步骤包括：
按照垛区排列位置，建立电子地图；
在移动扫描车从垛区初始位置初次移动至结束位置期间，通过对所述移动扫描车车轮所移动的距离进行实时检测，得到按时间顺序排列的所述移动扫描车车体中心点在所述电子地图中的多个位置；
通过对所述移动扫描车的姿态进行实时检测，得到按时间顺序排列的所述移动扫描车在所述电子地图中的多个行进方向；
按照时间顺序，将所得到移动扫描车车体的中心点位置和行进方向进行联接，在所述电子地图中形成供移动扫描车行进的基础行进路径。
优选地，所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围的步骤包括：
利用超声波检测所述移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及所述移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离；
判断其车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离是否小于预定安全距离阈值；
若小于预定安全距离阈值，则确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围。
优选地，所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围的步骤包括：
利用超声波检测所述移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及所述移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离；
根据检测到的所述移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及所述移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离，计算所述移动扫描车车体中轴线相对于直线通道的中心线的角度偏差；
判断所述角度偏差是否大于预定角度偏差阈值；
若大于预定角度偏差阈值，则确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围。
优选地，所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围的步骤包括：
利用超声波确定所述垛区通道相对于所述移动扫描车车体的顶部是否狭窄；
若确定所述垛区通道相对于所述移动扫描车车体顶部狭窄，则确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围。
优选地，所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围的步骤还包括：
根据检测到的所述移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及所述移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离，判断所述垛区通道相对于所述移动扫描车车体是否狭窄；
若判断所述垛区通道相对于所述移动扫描车的车体狭窄，则控制所述移动扫描车停止，并进行报警。
优选地，所述若确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围，则调整所述移动扫描车的行进方向，并实时记录所述移动扫描终端的位置的步骤包括：
在调整所述移动扫描车的行进方向之前，记录所述移动扫描车在所述基础行进路径上所处的调整前位置；
在调整所述移动扫描车的行进方向期间，记录所述移动扫描车在行进期间的多个调整位置；
在将所述移动扫描车调整至安全距离范围之后，控制所述移动扫描车再次移动至所述基础行进路径上，并记录所述移动扫描车在所述基础行进路径上所处的调整后位置。
优选地，所述利用实时记录的所述移动扫描终端的位置，对所述基础行进路径进行调整的步骤包括：
将所述调整前位置、所述多个调整位置、所述调整后位置进行联接，形成所述调整前位置和所述调整后位置之间的调整路径；
将所述基础行进路径中的所述调整前位置和所述调整后位置之间的原有路径删除，并替换为所述调整路径。
优选地，还包括：
在移动终端行进期间，对所述移动扫描车车轮所受的压力进行实时检测，得到所述移动扫描车车体相对于所述移动扫描车车轮平面的瞬时压力中心位置；
根据所述瞬时压力中心位置与预先得到并保存的静态压力中心位置的距离关系，判断所述瞬时压力中心位置是否在所述移动扫描车车轮平面预置调整门限区域之外；
若判断所述瞬时压力中心位置在所述移动扫描车车轮平面预置调整门限区域之外，则通过对所述移动扫描车的配重平台的位置进行调整，补偿所述移动扫描车的瞬时压力中心位置，和/或，通过降低所述移动扫描车的车速，调整所述移动扫描车的行进姿态。
根据本发明的另一方面，提供了一种垛区环境中移动扫描车的自主寻径系统，包括：
路径建立模块，用于按照垛区排列位置，建立具有供移动扫描车行进的基础行进路径的电子地图；
距离计算模块，用于在所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围；
避障处理模块，用于在确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围时，调整所述移动扫描车的行进方向，并实时记录所述移动扫描终端的位置；
路径调整模块，用于利用实时记录的所述移动扫描终端的位置，对所述基础行进路径进行调整。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
本发明实现了最大限度的无人操作，简单易用，保证操作技术水平较低的工作人员的可靠操作，有效避免移动扫描车与垛区通道侧壁剐蹭。
附图说明
图1是本发明实施例提供的移动扫描车的自主寻径方法原理框图；
图2是本发明实施例提供的移动扫描车在垛区通道内的行进路径示意图；
图3是本发明实施例提供的移动扫描车的自主寻径装置框图；
图4是本发明实施例提供的移动扫描车的自主寻径装置的控制电路示意图；
图5是本发明实施例提供的移动扫描车的自主寻径算法拓扑结构示意图；
图6是本发明实施例提供的移动扫描车调整行进方向的示意图；
图7是本发明实施例提供的移动扫描车的压力传感器的装配位置示意图；
图8是本发明实施例提供的移动扫描车瞬时压力中心位置投影点示意图；
图9是本发明实施例提供的移动扫描车的配重平台俯视示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明实施例提供的移动扫描车的自主寻径方法原理框图，如图1所示，步骤包括：
步骤S101：按照垛区排列位置，建立具有供移动扫描车行进的基础行进路径的电子地图。
图2是本发明实施例提供的移动扫描车在垛区通道内的行进路径示意图，如图2所示，移动扫描车可在间距近似固定的垛区之间行进，两侧垛区为托盘及其上的物品堆放组成，可以存在一定程度的不平直情况。
建立具有基础行进路径的电子地图的方式有以下几种：
方式1、使用移动扫描车以外的其它设备建立。
按照垛区排列位置，建立电子地图，并在电子地图中设置移动扫描终端的基础行径路径，然后将具有基础行进路径的电子地图保存至移动扫描车，以供移动扫描车按照基础行进路径移动。
方式2、由移动扫描车建立。
在移动扫描车中，按照垛区排列位置，建立电子地图，在移动扫描车从垛区初始位置初次移动至结束位置期间，在电子地图中记录移动扫描车的初始位置和结束位置，通过对移动扫描车车轮所移动的距离进行实时检测，得到按时间顺序排列的移动扫描车车体中心点在电子地图中的多个位置；通过对移动扫描车的姿态进行实时检测，得到按时间顺序排列的移动扫描车在电子地图中的多个行进方向；按照时间顺序，将所得到移动扫描车车体的中心点位置和行进方向进行联接，在电子地图中形成供移动扫描车行进的基础行进路径。
其中，通过装配在移动扫描车车轮上的距离传感器，获取移动扫描车车轮的位移，并根据移动扫描车车轮的位移，确定不同时刻移动扫描车车体中心点在电子地图中的位置和行进方向。
其中，行进方向还可以通过设置在移动扫描车车体的姿态传感器组获取，姿态传感器组包括速度传感器、加速度传感器、角加速度传感器等。
采用方式2，每次库房进行调整后，操作人员以较低速度操纵设备沿着合理的路径行进一次，移动扫描车即可记录车体行进的轨迹和关键位置的环境特点，从而在电子地图中形成基础行进路径，以供移动扫描车在随后无人操作的情况下，自动按照第一次记录的基础行进路径运行。
步骤S102：移动扫描终端按照电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围。
本发明利用超声波传感器面探测且只反馈最近距离的特点，消除了激光传感器等采用点探测模式的模块难以采集到最近点的问题，避免未被探测到的凸起意外剐蹭到移动扫描车。利用超声波传感器的特点，移动扫描车通过采样到的最近点作为基本数据，构建通道的可通行范围，并以此数据为依据，调整移动扫描车的行进方向。
确定是否处于安全距离范围的方式有以下几种：
方式1：通过车体两侧距离通道的距离确定是否处于安全距离范围。
在移动扫描车车体左前侧和左后侧、车体右前侧和右后侧分别安装超声传感器，从而利用超声波传感器检测移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离，判断移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离是否小于预定安全距离阈值，若存在某一距离小于预定安全距离阈值，例如左/右前侧相对于垛区通道左/右侧壁的距离小于预定安全距离阈值，则确定移动扫描车车体左/右侧相对于垛区通道左/右侧壁未处于安全距离范围，此时说明移动扫描车车体左/右侧距离垛区通道左/右侧壁过近，存在剐蹭风险。
方式2：通过车体中轴线的角度偏差确定是否处于安全距离范围。
与方式1相同，在移动扫描车车体左前侧和左后侧、车体右前侧和右后侧分别安装超声传感器，然后利用超声波传感器检测移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离，并根据检测到的移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离，计算移动扫描车车体中轴线相对于直线通道的中心线的角度偏差，判断角度偏差是否大于预定角度偏差阈值，若大于预定角度偏差阈值，则确定移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围。
方式3：通过车体顶部的垛区通道是否狭窄确定是否处于安全距离范围。
与方式1和方式2相似，在移动扫描车车体顶部安装超声传感器，然后利用超声波传感器检测确定垛区通道相对于移动扫描车车体的顶部是否狭窄，若确定垛区通道相对于移动扫描车车体顶部狭窄，则确定移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围，此时需要控制移动扫描车绕过顶部狭窄的部分。例如垛区通道右侧壁上部有向垛区通道方向延伸的物体，安装在移动扫描车顶部的超声传感器将检测到右侧壁上部物体使垛区通道相对于移动扫描车车体顶部狭窄，此时需要控制移动扫描车向左移动，以避过右侧壁顶部物体。
需要进一步说明的是，在方式1和方式2中，还可以进一步根据检测到的移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离，判断垛区通道相对于移动扫描车车体是否狭窄，若判断垛区通道相对于移动扫描车的车体狭窄，则控制移动扫描车停止，并进行报警。
步骤S103：若确定移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围，则调整移动扫描车的行进方向，并实时记录移动扫描终端的位置。
调整移动扫描车的行进方向的方式包括左斜移调整方式、右斜移调整方式、左转向调整方式和右转向调整方式等，选取的调整方式可以根据移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离确定，例如，根据上述距离，确定移动扫描车车体中轴线相对于直线通道的中心线的角度偏差，并根据角度偏差大小选取相应的调整方式。
在移动扫描车按照所选取的调整方式行进过程中，需要记录移动扫描车在基础行进路径上所处的调整前位置，在调整移动扫描车的行进方向期间，记录移动扫描车在行进期间的多个调整位置，并在将移动扫描车调整至安全距离范围之后，控制移动扫描车再次移动至基础行进路径上，并记录移动扫描车在基础行进路径上所处的调整后位置。
步骤S104：利用实时记录的移动扫描终端的位置，对基础行进路径进行调整。
具体地说，按照时间顺序，将调整前位置、多个调整位置、调整后位置进行联接，形成调整前位置和调整后位置之间的调整路径，并将基础行进路径中的调整前位置和调整后位置之间的原有路径删除，并替换为调整路径，实现一次路径微调。
图3是本发明实施例提供的移动扫描车的自主寻径装置框图，如图3所示，包括路径建立模块10、距离计算模块20、避障处理模块30和路径调整模块40。
路径建立模块10用于按照垛区排列位置，建立具有供移动扫描车行进的基础行进路径的电子地图。例如，操作人员在库房调整后，首次以较低速度操纵移动扫描车沿着合理的路径行进期间，路径建立模块10记录车体行进的轨迹，并在电子地图中形成基础行进路径，其中，车体行进的轨迹可以通过装配在移动扫描车车轮上的距离传感器采集的移动扫描车车轮的位移进一步计算得到。
距离计算模块20用于在移动扫描终端按照电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围。距离计算模块20确定移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围的的方式可以参考图1中的步骤S102，在此不再赘述。
避障处理模块30用于在确定移动扫描车与垛区通道侧壁未处于安全距离范围时，调整移动扫描车的行进方向，例如，左斜移调整方式、右斜移调整方式、左转向调整方式和右转向调整方式等，在确认调整并执行调整期间，实时记录移动扫描终端的位置，例如移动扫描车在调整前的位置、调整期间的多个位置、调整后的位置。
路径调整模块40用于利用实时记录的移动扫描终端的位置，对基础行进路径进行调整，具体地说，路径调整模块40实时记录的移动扫描终端的位置形成一条新的调整路径，用来替换基础行进路径中的相应部分。
图4是本发明实施例提供的移动扫描车的自主寻径装置的控制电路示意图，本发明通过传感器组识别垛区通道特定位置的特征，并能够在后续稳定的辨识此位置，从而实现对陀螺、码盘等传感器的闭环校正，实现高精度的导航。如图4所示，移动扫描终端配置距离传感器实现开环距离测量，距离传感器可以采用用来驱动车轮移动的驱动电机自带的测距码盘。姿态传感器组包括加速度传感器、角速度传感器等，反馈移动扫描车的方向、角度、加速度，用于移动扫描车自身定位的开环控制。超声传感器用来检测垛区通道宽度、移动扫描车车体与墙壁的距离等，并可以配合识别通道口环境，为测距码盘和角速度传感器提供阶段性修正参考；环境传感器可以是超声传感器，通过对周围环境进行精确测量，判定参考点位置；所有传感器采集的数据由作为中控的CPU进行汇总，并进行计算后转化为驱动参数，以供驱动电机控制移动扫描终端按照最合理的路径行进。
本实施例可利用垛区出入口、墙壁等特征性显著位置的传感器采样数据，识别垛区起/止点、通道、立柱、墙壁等特定目标，实现坐标的实时校正。
在人工操作移动扫描车移动期间，本实施例的CPU通过对多套传感器组自动采集的周围环境要素进行分析处理，完成行进路径的自学习功能。并在自学习成功后的无人操作自动行进过程中，移动扫描车可以利用驱动轮测距传感器、行进状态传感器等测量并计算移动扫面车所处的实时坐标以及行进方位、速度，通过和自学习过程记录的初始路径(即基础行进路径)进行比较，调整差异，形成精确的轨迹复现。
本实施例的CPU将人工操作的行进路径解算成相对于垛区通道起始点的精确坐标，从而标记出移动扫描车的精准行迹路径矢量坐标。
进一步地，通过多套传感器组采集的数据，记录特殊位置或路径变化期间，移动扫描车周边的环境特点，形成可靠的自学习行进路径参考数据库。在自学习成功后的无人操作自动行进过程中，通过将传感器组合采集的周围环境要素与路径参考数据库比较，识别特殊位置或路径变化位置，并对路径定位精度，以便对基础行进路径进行校正，实现开环路径定位控制算法的离散闭环校正，从根本上抑制传感器的温飘、零漂以及累计误差，可以将大库房内的行进控制精度提高1-2个数量级。
进一步地，在每次行进过程中，将采样数据和自学习行进路径数据进行加权比较，优化自学习行进路径参考数据库的精度，形成智能学习和优化能力。通过智能学习和优化，可以将较小的垛区变动信息自动采集并更新到自学习行进路径数据库内，从而在库房内的垛区变化不大时不再需要人工操作学习过程。
移动扫描车的自学习功能、智能学习功能和行进控制算法主要按照图5的模式工作，图5是本发明实施例提供的移动扫描车的自主寻径算法拓扑结构示意图，如图5所示，算法内核包括各个传感器数据采集模块、超声波避障参数设置模块、路径矢量数据库模块、行进路径纠偏数据计算模块(输出ΔX，ΔY)、自学习路径管理模块(含自学习路径生成模块、智能路径优化模块)，具体流程实现如下：
1.数据采集模块
在人工操作移动扫描车过程中，由控制器运行分时采样算法，控制各传感器分时工作，采集行进数据，以避免多个传感器之间互相扰动。
采样得到的数据通过滤波算法，屏蔽异常测试数据，并消除扰动，得到平滑采样数据，以提高数据准确度。
2.自学习路径生成模块
将滤波后的平滑采样数据汇总并按照时间戳顺序进行记录，通过定心算法计算出设备的中心点定位，通过定向算法计算出设备的行进方向角度，通过纠偏处理屏蔽行进过程中的调整操作带来的位置波动，最终生成平滑的路径曲线函数，将平滑采样数据整合成矢量“学习路径”采样数据，即矢量路径数据。
3.路径矢量数据库模块
接收数据采集模块和控制器处理后的矢量路径数据，加盖时间戳，保存在数据库内。
该模块可以按照时间和版本管理路径，对于失效的路径数据自动进行删除，并能够响应控制器提出的查询请求，向控制器发送相应的路径数据。
进一步地，该模块具有UI界面用于显示、编辑、剪裁路径。
4.超声波避障参数设置模块(以下简称避障模块)
利用超声波传感器，实时向控制器反馈环境探测信息；
控制器根据事先设定的安全阈值和报警阈值判断是否存在碰撞风险，如果障碍物在安全阈值内但大于报警阈值，则可以通过在正常运行参数上矢量叠加转向、平移、加减速等操作，从而在行进中规避障碍物；如果障碍物在报警阈值内，则移动扫描车紧急停止发出警报，要求操作员人工处理。
5.行进路径纠偏数据计算模块(以下简称纠偏数据输出模块)
在移动扫描车自动运行过程中，移动扫描车按照人工教学过程相同的逻辑采样和处理数据，并实时发给控制器。
控制器根据收到的数据计算实时运行路径，并计算车体相对于“学习路径”的坐标、角度差异，然后根据差异的大小和类别，在正常运行参数上矢量叠加转向、平移、加减速等操作，各种调整动作可以同时叠加，以实现更灵活的偏差纠正，保证设备运行在最准确的路径上。
需要注意的是，如果避障模块计算出的避障路径和纠偏数据有冲突，则以避障模块计算的数据优先，移动扫描车在安全范围内尽量按照最接近“学习路径”的轨迹行进。
6.智能路径优化模块
在通道尽头处，当物品移动导致两侧堆放区小范围变化时，通过传感器能够及时探测到堆放区的结束位置。
将堆放区的结束位置和“学习路径”中的结束位置比较，差异在预定范围内，则认为属于堆放区小幅变化，启动优化路径功能；差异在预定范围之外，则说明堆放区有较大变动，此时需要再次启动人工教学流程，重新生成行进路线的矢量数据。
优化路径功能可以通过探测堆放区的环境，以最短行进路线行进到下一个堆放区通道，实现对环境局部变化的自动处理。
移动扫描车在通过变化区域后，将新的行进路线自动更新到“学习路径”。
图6是本发明实施例提供的移动扫描车调整行进方向的示意图，如图6所示，利用超声波检测移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离，根据检测到的移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离，计算移动扫描车车体中轴线相对于直线通道的中心线的位置偏差和/或角度偏差，判断位置偏差和/或角度偏差是否大于预定位置偏差阈值和/或预设角度偏差阈值，若大于预定位置偏差阈值和/或预设角度偏差阈值，则确定移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围，需要调整移动扫描车的行进方向。
此外，移动扫描车还具备自动延垛区回转的功能，其主要工作流程如下：
步骤一：超声波在车头行驶出通道后，检测到回波的突然变化，经过测距码盘组预设的通道长度阈值判断为通道出口后，CPU开始启动转出控制；
步骤二：CPU控制终端从检测到通道尽头位置的位置继续行进设定距离后，启动固定的回转控制指令驱动四轮，控制移动扫描车按照既定的最小包络线轨迹转动90°，并通过测超声波传感器探测与垛区顶头的距离，判定转出操作是否完成；
步骤三：CPU控制移动扫描车沿着垛区的顶边(如有墙壁则为垛区和墙壁间的通道)行进，直至检测到下一个通道的入口，发现超声波信号突变为止；
步骤四：CPU根据测距码盘组预设的通道宽度阈值判断是否已经行进到下一个通道入口，如果判定正确，则启动转入控制；
步骤五：移动扫描车依照最小包络线行进轨迹，按照固定的行进控制参数组合驱动四轮，实现90°转入操作；
步骤六：移动扫描车通过侧向超声波传感器判断是否完成回转，并调整车头相对于通道的中心位置，完成回转后，结束回转控制，切换到直行控制逻辑。
移动扫描车能够利用超声波传感器探测通道的起止位置，利用行进控制算法，实现在通道内的自动回转，也就是说，移动扫描车的回转路线采用最小包络线法，以探测到的垛区终止点为转向初始坐标，利用固定参数的车轮行进控制指令组合，可以实现最小回转空间占用，从而保证和周围的物品保持最大间距，避免人工操作不精确造成移动扫描车剐蹭碰撞的情况。移动扫描车利用垛区及通道的相对固定空间尺寸，采用包络线法进行控制，可以最大限度的降低对传感器探测实时性和路径计算能力的要求，实现可靠的连续回转。只有在回转过程中出现某个超声波传感器出现距离过近的探测信号时，才会启动实时探测模式，进行机动轨迹行进回转控制。在后一个控制模式下行进，则需要将速度降低，且需要多次进退及回转，反复调整才可以实现完整的转弯操作，效率较低。
进一步地，在移动终端行进期间，本发明还可以对移动扫描车车轮所受的压力进行实时检测，得到移动扫描车车体相对于移动扫描车车轮平面的瞬时压力中心位置；根据瞬时压力中心位置与预先得到并保存的静态压力中心位置的距离关系，判断瞬时压力中心位置是否在移动扫描车车轮平面预置调整门限区域之外；若判断瞬时压力中心位置在移动扫描车车轮平面预置调整门限区域之外，则通过对移动扫描车的配重平台的位置进行调整，补偿移动扫描车的瞬时压力中心位置，和/或，通过降低移动扫描车的车速，调整移动扫描车的行进姿态。
就移动扫描车的特点来说，行进空间和路径相对固定，只有进行定期库内操作时，会使垛区摆放产生较小的变动，可能需要对行进路径进行一定的微调。为此，本实施例通过一种自学习的路径导航算法，实现最大限度的无人操作，同时保证操作的简单易用习惯，满足技术水平较低人员的可靠操作。
图7是本发明实施例提供的移动扫描车的压力传感器的装配位置示意图，图8是本发明实施例提供的移动扫描车瞬时压力中心位置投影点示意图，如图7和图8所示，移动扫描车的稳定状态的动态监测主要是通过实时检测移动扫描车上装设的压力传感器、底盘平台上的速度传感器、加速度传感器、角加速度传感器共同来实现的，如图7所示，压力传感器放置在移动扫描车的四个驱动轮连接结构之上，上层工作平台和底盘的重力将全部作用在压力传感器上；用四个车轮电机自带的光栅码盘作为速度传感器；在底盘平台正中部位安放陀螺仪作为加速度/角加速度传感器。因为车轮部分重量相对于移动扫描车可以忽略，压力传感器采集的实时压力信号反映的就是整个移动扫描车的实际作用于车轮的受力参数。同时因为移动扫描车的质心位置高度稳定不变，且移动扫描车自身刚度较高，可以认为质心中心位置相对于四个车轮的相对位置是固定的。因此，只要能控制移动扫描车四个轮子上承受的载荷相对一致，就能够保证移动扫描车不会产生侧倾危险。
数据总线采集各个传感器的实时检测值，其中，各个传感器包括压力传感器(1-4)、速度传感器(1-4)以及加速度/角加速度传感器1。
将四个压力传感器采集到的压力数据信息进行解算，就可以定位瞬时压力中心位置在传感器所在平面的投影。如图8所示，如果压力中心位置瞬时投影点在调整门限区和临界稳定边界范围内，则移动扫描车启动调整方案，使用预设的方案进行姿态控制，解除移动扫描车的不稳定状态；如果压力中心位置瞬时投影点超过临界稳定边界，则移动扫描车紧急停车，并立即报警。其中，姿态调整需要采集速度、加速度、角加速度值，以综合计算最合适的行进姿态调整方案，保证不会因为急刹车、急转弯造成压力中心位置偏移情况的恶化，最终通过合适的行进速度、方向调整，以及配重平台中心点调整，实现移动扫描车偏斜姿态的纠正。
其中，计算移动扫描车的压力中心位置在四个轮轴平面上的压力中心位置瞬时投影点，如果以移动扫描车的四轮中心点定义为(X，Y)＝＝(0,0)，移动扫描车的动态压力中心位置坐标计算公式可以简化为：
X＝[G(左前)+G(左后)-G(右前)-G(右后)]/(M*g)
Y＝[G(左前)+G(右前)-G(左后)-G(右后)]/(M*g)
其中，G(xx)代表相应车轮压力传感器测得的压力数据，M为移动扫描车整个质量，g为当地重力加速度，(X，Y)坐标即为移动扫描车压力中心位置在四个轮轴平面上的压力中心位置瞬时投影点。
如果压力中心位置瞬时投影点处于调整门限区域之外且临界稳定边界之内，则调整操作启动，通过加减速、回转等方式将压力中心位置瞬时投影点调整回压力中心位置投影中心点，即根据移动扫描车预先设定的姿态纠偏参数(车轮驱动力、车体重量、重心高度、动态补偿配重惯量等)计算出纠正不稳定姿态所需要的参数，对驱动姿态调整系统进行纠偏。如果压力中心位置瞬时投影点处于临界稳定边界附近，则应紧急停车，并警告操作人员，及时进行人工干预。
本实施例通过合理应用传感器选择和位置规划，以及配套的算法，能够实时监控移动扫描车的平衡状态，在超过预先设定的阈值时，及时发出报警。并能够提醒姿态保持系统，采用合理的措施，及时纠正失稳状态，恢复移动扫描车的平稳运行模式。
图9是本发明实施例提供的移动扫描车的配重平台俯视示意图，如图9所示，如图9所示，在移动扫描车低压力中心位置的合适位置配置一个可以双轴向联动的配重平台。根据移动扫描车压力中心位置测算系统发送的姿态纠偏数据，平台通过X向导轨和Y向导轨联动，实现配重平台的实时位置调整。同时移动扫描车可以根据实时行进状态，启动X和Y方向上的加减速控制，变速前进/后退、左转/右转加速/减速，从而产生和移动扫描车的压力中心位置偏斜方向相反的惯性力，抵消瞬间产生的较大偏斜，配合配重平台消除倾覆隐患。
配重平台是核心压力中心位置调整模块，在移动扫描车启动的所有时段产生功效，而加减回转控制仅作为紧急状态的调整手段，仅在配重平台上固定大重量的移动扫描车(大容量铅酸电池、稳压器等)，通过平台的联动平移，可以实现移动扫描车压力中心位置投影的动态改变，从而抵消由于转弯、加减速、地面倾斜造成的移动扫描车重心偏斜影响。其核心调整算法如下：
1、压力中心位置传感器定时发出压力中心位置测算坐标；
移动扫描车的压力中心位置的测算坐标主要是通过实时检测移动扫描车上装设的压力传感器、底盘平台上的速度传感器、加速度传感器、角加速度传感器共同来实现的。
2、CPU计算压力中心位置相对于中心点的偏斜程度，评估是否需要启动调整操作；
3、CPU发出指令，驱动配重平台的X轴直线电机及Y轴直线电机，将配重平台调整到与移动扫描车实时中心投影相反的位置，将移动扫描车压力中心位置投影平衡回原点。
4、如果属于地面坑洼或外力碰撞导致的瞬间压力中心位置偏斜，仅仅通过配重平台难以及时调整，此时加速度计的测信号会达到一个启动值，启动移动扫描车的行进速度和方向的调整，利用加速度和离心力变化产生反向平衡力，将压力中心位置投影点调整回中心点附近。
通过接收压力中心位置测算系统发送的输入参数，配合自身检测到的配重平台X/Y轴位置以及配重重量，也就是说，采集各个传感器的实时检测值，由中央控制器CPU通过平面解析的算法，其中，各个传感器包括压力传感器(1-4)、速度传感器(1-4)以及加速度/角加速度传感器1。动态压力中心位置补偿系统可以计算出实际需要补偿的压力中心位置偏移，控制相应的X/Y轴驱动电机，移动配重平台到合适位置，实现移动扫描车整体压力中心位置的纠正。
其中，压力传感器放置在移动扫描车的四个驱动轮连接结构之上，上层工作平台和底盘的重力将全部作用在压力传感器上；用四个车轮电机自带的光栅码盘作为速度传感器；在底盘平台正中部位安放陀螺仪作为加速度/角加速度传感器。因为车轮部分重量相对于移动扫描车可以忽略，压力传感器采集的实时压力信号反映的就是整个移动扫描车的实际作用于车轮的受力参数。同时因为移动扫描车的压力中心位置高度稳定不变，且移动扫描车自身刚度较高，可以认为压力中心位置相对于四个车轮的相对位置是固定的。因此，只要能控制移动扫描车四个轮子上承受的载荷相对一致，就能够保证移动扫描车不会产生侧倾危险。
本实施例在移动扫描车的运行底盘上设置一个二维动态调整配重平台，平台上可以固定大重量的配重。通过配种平台的X/Y向移动，能够主动改变移动扫描车的压力中心位置，以纠正地面倾斜、转弯离心力、外力冲击等造成的移动扫描车。此动态压力中心位置补偿系统相对于传统的被动式姿态稳定系统，具有更好的减重、姿态恢复性能。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种垛区环境中移动扫描车的自主寻径方法，其特征在于，包括：
按照垛区排列位置，建立具有供移动扫描车行进的基础行进路径的电子地图；
所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围；
若确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围，则调整所述移动扫描车的行进方向，并实时记录所述移动扫描终端的位置；
利用实时记录的所述移动扫描终端的位置，对所述基础行进路径进行调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照垛区排列位置，建立具有供移动扫描车行进的基础行进路径的电子地图的步骤包括：
按照垛区排列位置，建立电子地图；
在移动扫描车从垛区初始位置初次移动至结束位置期间，通过对所述移动扫描车车轮所移动的距离进行实时检测，得到按时间顺序排列的所述移动扫描车车体中心点在所述电子地图中的多个位置；
通过对所述移动扫描车的姿态进行实时检测，得到按时间顺序排列的所述移动扫描车在所述电子地图中的多个行进方向；
按照时间顺序，将所得到移动扫描车车体的中心点位置和行进方向进行联接，在所述电子地图中形成供移动扫描车行进的基础行进路径。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围的步骤包括：
利用超声波检测所述移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及所述移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离；
判断其车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离是否小于预定安全距离阈值；
若小于预定安全距离阈值，则确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围的步骤包括：
利用超声波检测所述移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及所述移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离；
根据检测到的所述移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及所述移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离，计算所述移动扫描车车体中轴线相对于直线通道的中心线的角度偏差；
判断所述角度偏差是否大于预定角度偏差阈值；
若大于预定角度偏差阈值，则确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围的步骤包括：
利用超声波确定所述垛区通道相对于所述移动扫描车车体的顶部是否狭窄；
若确定所述垛区通道相对于所述移动扫描车车体顶部狭窄，则确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围。
6.根据权利要求3或4或5所述的方法，其特征在于，所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围的步骤还包括：
根据检测到的所述移动扫描车车体左前侧和左后侧相对于垛区通道左侧壁的距离以及所述移动扫描车车体右前侧和右后侧相对于垛区通道右侧壁的距离，判断所述垛区通道相对于所述移动扫描车车体是否狭窄；
若判断所述垛区通道相对于所述移动扫描车的车体狭窄，则控制所述移动扫描车停止，并进行报警。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围，则调整所述移动扫描车的行进方向，并实时记录所述移动扫描终端的位置的步骤包括：
在调整所述移动扫描车的行进方向之前，记录所述移动扫描车在所述基础行进路径上所处的调整前位置；
在调整所述移动扫描车的行进方向期间，记录所述移动扫描车在行进期间的多个调整位置；
在将所述移动扫描车调整至安全距离范围之后，控制所述移动扫描车再次移动至所述基础行进路径上，并记录所述移动扫描车在所述基础行进路径上所处的调整后位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用实时记录的所述移动扫描终端的位置，对所述基础行进路径进行调整的步骤包括：
将所述调整前位置、所述多个调整位置、所述调整后位置进行联接，形成所述调整前位置和所述调整后位置之间的调整路径；
将所述基础行进路径中的所述调整前位置和所述调整后位置之间的原有路径删除，并替换为所述调整路径。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在移动终端行进期间，对所述移动扫描车车轮所受的压力进行实时检测，得到所述移动扫描车车体相对于所述移动扫描车车轮平面的瞬时压力中心位置；
根据所述瞬时压力中心位置与预先得到并保存的静态压力中心位置的距离关系，判断所述瞬时压力中心位置是否在所述移动扫描车车轮平面预置调整门限区域之外；
若判断所述瞬时压力中心位置在所述移动扫描车车轮平面预置调整门限区域之外，则通过对所述移动扫描车的配重平台的位置进行调整，补偿所述移动扫描车的瞬时压力中心位置，和/或，通过降低所述移动扫描车的车速，调整所述移动扫描车的行进姿态。
10.一种垛区环境中移动扫描车的自主寻径装置，其特征在于，包括：
路径建立模块，用于按照垛区排列位置，建立具有供移动扫描车行进的基础行进路径的电子地图；
距离计算模块，用于在所述移动扫描终端按照所述电子地图中指定的基础行进路径移动期间，利用超声波确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁是否处于安全距离范围；
避障处理模块，用于在确定所述移动扫描车相对于垛区通道侧壁未处于安全距离范围时，调整所述移动扫描车的行进方向，并实时记录所述移动扫描终端的位置；
路径调整模块，用于利用实时记录的所述移动扫描终端的位置，对所述基础行进路径进行调整。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20180808 Address after: 100044 No. 143, West Gate Street, Xicheng District, Beijing. Applicant after: China banknote printing and Minting Corporation Applicant after: Zhongchao Credit Card Industry Development Co., Ltd. Address before: 100044 No. 143, West Gate Street, Xicheng District, Beijing. Applicant before: China banknote printing and Minting Corporation Applicant before: Zhongchao Credit Card Industry Development Co., Ltd. Applicant before: Hismart Information Technology (Beijing) Co.,Ltd. |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160525 |