CN106446746B - 一种基于rfid的空间寻物导航系统 - Google Patents

一种基于rfid的空间寻物导航系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于RFID的空间寻物导航系统，包括：基于RFID的空间定位子系统，含有平面定位单元和空间高度定位单元；后台数据统计子系统，包括设置在叉车上的CPU处理单元和具有GPRS模块的叉车电控单元；叉车位姿估计与实时导航子系统，包括叉车位姿估计单元、实时导航单元。空间定位子系统、后台数据统计子系统、叉车位姿估计与实时导航子系统通过一个系统总控中心进行通讯；叉车从仓库中取货箱时，总控中心将货箱空间位置信息发送给后台数据统计子系统的叉车电控单元；叉车进入仓库后，叉车电控单元根据叉车位姿和货箱位置对叉车进行实时导航。本发明可以定位货物的平面和高度空间信息，能对货箱的移动情况进行实时记录与信息更新，并提供实时导航。

Description

一种基于RFID的空间寻物导航系统
技术领域
本发明属于导航技术领域，涉及空间寻物导航系统，特别是涉及一种基于RFID的空间寻物导航系统。
背景技术
当前，随着物流技术的不断发展，仓库管理的物资种类也在不断增加、出入库频率剧增，仓库管理作业日趋复杂和多样化，传统的人工仓库作业模式和数据采集方式已难以满足仓库管理快速、准确的要求，严重影响了仓库运行工作效率。在仓库环境较复杂、人员流动性较大的情况下，快速准确的空间寻物导航系统能在很大程度上提高仓库管理的工作效率。
现有技术的仓库管理系统已实现了物资入库、库存、出库的动态化管理，但当工人需从仓库中取出特定物品时，仍缺少实时准确的寻物导航系统。
由于库房室内环境空间较小，结构复杂，还有各种干扰的存在，室内定位技术一直是各类研究的热点和难点。现有的室内定位技术，如超声波定位技术和无线局域网定位技术等，存在成本和精度的各种问题，新兴的无线射频识别技术(RFID，Radio-frequencyidentification)，以其非视距识别和低成本等优点成为了室内定位的首选技术之一。无线射频识别技术，通过射频的电磁场把依附在物体上的标签数据传输到RFID阅读器，达到自动识别和追踪物体的功能目的。随着RFID技术的发展及应用，现已开发的适合于RFID定位应用的定位系统，如RADAR系统、SpotOn系统、LANDMARC系统等，大多应用于室内平面定位。而在仓库中，可能会有多个货箱堆叠在一起，当需取出特定货箱时，系统需给出货箱空间信息，包含平面位置和高度信息，以方便叉车进行取物。另外，当在仓库中移动货箱而并未取出时，系统需对货箱信息进行重新记录。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于RFID的空间寻物导航系统，可以定位货物的平面和高度空间信息，能对货箱的移动情况进行实时记录与信息更新，并提供实时导航。
为了解决现有技术的上述问题，本发明采用以下技术方案。
本发明的一种基于RFID的空间寻物导航系统，包括：
基于RFID的空间定位子系统，用于确定货箱的空间位置信息，包括平面定位单元、空间高度定位单元；
后台数据统计子系统，用于对货箱的空间位置进行实时更新，并将更新过的货箱的空间位置信息发送给总控中心和取货箱的叉车；包括：设置在叉车上的CPU处理单元、含有GPRS模块的叉车电控单元；
叉车位姿估计与实时导航子系统，包括：叉车位姿估计单元、实时导航单元；
所述的基于RFID的空间定位子系统、后台数据统计子系统、叉车位姿估计与实时导航子系统，通过一个系统总控中心进行通讯；
当叉车需从仓库中取出某个货箱时，所述的系统总控中心将货箱的空间位置信息发送给所述的后台数据统计子系统的叉车电控单元；叉车进入仓库后，所述的叉车电控单元可根据叉车位姿和货箱位置对叉车进行实时导航。
所述的基于RFID的空间定位子系统的平面定位单元，包括：
均布于仓库地面上的地面电子标签，包含信息：仓库号、电子标签（11）位置座标（x,y）；
设置在叉车底盘下方的地面电子阅读器，用于读取所述的地面电子标签信息；
分布在每个货箱周围四个侧面上的货箱电子标签，包含信息：货箱编号；
设置在叉车前方货架上的货箱电子阅读器，用于读取所述的货箱电子标签信息。
所述的地面电子标签的分布每隔1m一个；所述的地面电子阅读器工作在13.56MHz，一次可识别多个地面电子标签，设定解读距离为60cm。
所述的货箱电子阅读器工作在125KHz，一次可识别一个货箱电子标签，设定解读距离为10cm。
所述的空间高度定位单元，包括：
高度电子标签，每隔hm分布在叉车货叉支架上，包含高度信息；其中，h为货箱高度；
高度电子阅读器，安装在叉车货叉与货叉支架的联接部位，用于读取高度电子标签所含的信息。
所述的叉车在分布有地面电子标签的仓库地面行驶时，安装在叉车上的地面电子阅读器可读取地面电子标签中标注的位置信息并传送给叉车电控单元，叉车电控单元根据该信息确定叉车当前的位置；所述的叉车前端叉取货物时，高度电子阅读器可读取叉车架上高度电子标签包含的信息，根据该标签信息，叉车电控单元可确定货叉的高度位置；叉车的平面位置信息和货叉高度信息均保存在叉车电控单元中；所述的叉车前端叉起货物时，货箱电子阅读器可读取货箱上货箱电子便签包含的信息，此时叉车电控单元将叉车空间位置信息标注为货箱的位置信息并进行记录；从而，货箱空间位置信息被叉车电控单元记录下来。
所述的叉车位姿估计与实时导航子系统，通过LED显示屏指引叉车驾驶员去取指定货箱；所述的显示屏可显示货箱在仓库中的空间位置坐标和方位，也可实时显示叉车位置和位姿信息，方便驾驶员实时调整叉车行驶方向快速取出物品；所述的叉车叉起货箱时，叉车货架前端的货箱电子阅读器读取货箱信息，当叉起货箱与待取货箱编号不同时，屏幕则显示×号；所述的叉车需移动其他货箱时，叉车电控单元会实时更新货箱位置信息；当所取货箱正确时，屏幕会显示√号，至此取物成功，导航结束。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果包括：
1.本发明可以定位货物的平面和高度空间信息，能对货箱的移动情况进行实时记录与信息更新，对取物工作人员进行准确实时导航实现快速取物。
2.本发明可根据货物仓库地面标签对叉车位姿进行位置估计，再结合货箱位置信息对叉车进行实时导航；而当货箱位置移动时，可将货箱空间信息实时更新到后台系统中进行记录，从而实现仓库货物动态化管理。
附图说明
图1a是本发明基于RFID的空间寻物导航系统的一种实施例的系统构成示意图。
图1b是本发明的一种实施例的标签设置示意图。
图2是本发明的一种实施例的系统框图。
图3是本发明的一种实施例的地面电子标签在仓库中的分布方式及包含信息示意图。
图4是本发明的一种实施例的货箱电子标签分布方式及包含信息示意图。
图5是本发明的一种实施例的叉车叉架高度位置确定示意图。
图6是本发明的一种实施例的叉车不同行驶情况示意图。
图7是本发明的一种实施例的叉车导航屏幕显示模式示意图。
图8是本发明的一种实施例的叉车取物错误时屏幕显示模式示意图。
图9是本发明的一种实施例的叉车取物正确时屏幕显示模式示意图。
其中，11地面电子标签，12地面电子阅读器；21货箱电子标签，22货箱电子阅读器；31高度电子标签，32高度电子阅读。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1a是本发明基于RFID的空间寻物导航系统的一种实施例的系统框图。如图1a所示，本发明实施例系统包括：
基于RFID的空间定位子系统，用于确定货箱的空间位置信息，包括平面定位单元、空间高度定位单元；
后台数据统计子系统，用于对货箱的空间位置进行实时更新，并将更新过的货箱的空间位置信息发送给总控中心和取货箱的叉车；包括：设置在叉车上的CPU处理单元、含有GPRS模块的叉车电控单元；当叉车移动货箱时，叉车电控单元可结合叉车位置信息和货叉高度信息对货箱空间位置进行实时更新。当叉车驶出仓库时，叉车电控单元可通过GPRS模块将更新过的货箱空间位置信息发送给系统总控中心。当叉车去仓库取某货箱时，可被告知货箱的准确位置信息。
叉车位姿估计与实时导航子系统，包括：叉车位姿估计单元、实时导航单元。图2是本发明的一种实施例的系统框图。如图2所示，当叉车需从仓库中取出某个货箱时，系统总控中心可将货箱空间位置信息发送给叉车电控单元。叉车进入仓库后，叉车电控单元可根据叉车位姿和货箱位置对叉车进行实时导航。
所述的基于RFID的空间定位子系统、后台数据统计子系统、叉车位姿估计与实时导航子系统，通过一个系统总控中心进行通讯；
当叉车需从仓库中取出某个货箱时，所述的系统总控中心将货箱的空间位置信息发送给所述的后台数据统计系统的叉车电控单元；叉车进入仓库后，所述的叉车电控单元可根据叉车位姿和货箱位置对叉车进行实时导航。
本发明实施例的平面定位单元，包括：均布于仓库地面上的地面电子标签11，包含信息：仓库号、货箱平面位置座标（x,y）；设置在叉车底盘下方的地面电子阅读器12，用于读取所述的地面电子标签信息；
分布在每个货箱周围四个侧面上的货箱电子标签21，包含信息：货箱编号；其货箱电子标签21分布方式和包含信息如图4所示，这可保证叉车从任何一面叉起货箱时均能识别到货箱电子标签21的信息。设置在叉车前方货架上的货箱电子阅读器22，用于读取所述的货箱电子标签信息。
在本发明实施例中，工作在不同频率的电子阅读器读写速度和读写距离均会有所区别。
图3是本发明的一种实施例的地面电子标签在仓库中的分布方式及包含信息示意图。如图3所示，地面电子标签11的分布方式是每隔1m分布一个；所述的地面电子阅读器12工作在13.56MHz，一次可识别多个地面电子标签11，设定解读距离为60cm。当叉车在分布有地面电子标签11的地面行驶时，安装在叉车上的地面电子阅读器12可读取地面电子标签11中标注的位置信息并传送给CPU处理单元进行实时记录。
所述的叉车在分布有地面电子标签11的仓库地面行驶时，安装在叉车上的地面电子阅读器12可读取地面电子标签11中标注的位置信息并传送给叉车电控单元，叉车电控单元根据该信息确定叉车当前的位置；所述的叉车前端叉取货物时，高度电子阅读器32可读取叉车架上高度电子标签31包含的信息，根据该标签信息，叉车电控单元可确定货叉的高度位置；叉车的平面位置信息和货叉高度信息均保存在叉车电控单元中；所述的叉车前端叉起货物时，货箱电子阅读器22可读取货箱上货箱电子便签21包含的信息，此时叉车电控单元将叉车空间位置信息标注为货箱的位置信息并进行记录；从而，货箱空间位置信息被叉车电控单元记录下来。
图4是本发明的一种实施例的货箱电子标签分布方式及包含信息示意图。如图4所示，本发明实施例的货箱电子阅读器22工作在125KHz，一次可识别一个货箱电子标签21，设定解读距离为10cm。当叉车前端叉起货物时，可读取货箱上货箱电子标签21包含的信息，此时CPU处理单元可根据叉车位置信息标注货箱平面位置（x,y）。
本发明实施例的空间高度定位单元，包括：
高度电子标签31，每隔hm分布在叉车货叉支架上，包含高度信息；其中，h为货箱高度。图5是本发明的一种实施例的叉车叉架高度位置确定示意图。如图5所示，高度电子阅读器32，安装在叉车货叉与货叉支架的联接部位，用于由于面向叉车车体，所以其只可读取高度电子标签31所含的信息。当货叉在货叉支架上移动时，高度电子阅读器32会读取高度电子标签31所含的高度信息，当货叉叉起货箱时，高度电子阅读器32读取货物信息，此时CPU处理单元会结合货叉高度标注货箱空间高度信息。
当叉车放下货箱时，即高度电子阅读器22从可以读到货箱电子标签21信息变化为无法读取标签信息时，CPU处理单元会将最后标注的货箱平面位置和高度信息记录为货箱的最终空间位置。
图7是本发明的一种实施例的叉车导航屏幕显示模式。如图7所示，本发明实施例的叉车位姿估计与实时导航系统，通过LED显示屏指引叉车驾驶员去取指定货箱；所述的显示屏可显示货箱在仓库中的空间位置坐标和方位，也可实时显示叉车位置和位姿信息，方便驾驶员实时调整叉车行驶方向快速取出物品。
图8是本发明的一种实施例的叉车取物错误时屏幕显示模式。如图8所示，当叉车叉起货箱时，叉车货架前端的货箱电子阅读器22会读取货箱信息，当叉起货箱与待取货箱编号不同时，屏幕则显示×号。
图9是本发明的一种实施例的叉车取物正确时屏幕显示模式。如图9所示，当叉车需移动其他货箱时，叉车电控单元会实时更新货箱位置信息；当所取货箱正确时，屏幕会显示√号。至此取物成功，导航结束。
本发明实施例的叉车位姿估计与实时导航系统在运行中，当叉车需从仓库中取出某个货箱时，系统总控中心可将货箱空间位置信息发送给叉车电控单元。叉车进入仓库后，叉车电控单元可根据叉车位姿和货箱位置对叉车进行实时导航。
由于仓库货箱摆放较随意，叉车在仓库内运行时会不断调整行驶方向。
图6是本发明的一种实施例的叉车不同行驶情况示意图。如图6所示，当叉车以行驶状况1运动时，叉车下前面的地面电子阅读器和叉车下后面的地面电子阅读器均只能读到一个地面电子标签，两个地面电子阅读器的间距为1m左右，其可间隔很短时间即读到两个电子标签的位置信息，叉车位姿信息如下所示：
叉车前下的地面电子阅读器坐标：(x1,y1)；
叉车后下的地面电子阅读器坐标：(x2,y2)；
叉车位置坐标：
叉车位姿向量：(x1-x2,y1-y2)；
当叉车以行驶状况2运动时，叉车下的地面电子阅读器的阅读距离可达60cm左右，因此一个地面电子阅读器可同时读到左右两个地面电子标签的位置信息，此时将两个坐标中间值作为电子阅读器的坐标。叉车位姿信息如下所示：
叉车前下的地面电子阅读器读取标签坐标：(x3,y3)、(x4,y4)；
叉车前下的地面电子阅读器坐标：
叉车后下的地面电子阅读器读取标签坐标：(x5,y5)、(x6,y6)；
叉车后下的地面电子阅读器坐标：
叉车位置坐标：
叉车位姿向量
当叉车以行驶情况3运动时，对角的两个地面电子标签距离为所以，地面电子阅读器只能识别到一个标签信息。此时，叉车位姿信息如下所示：
叉车前下的地面电子阅读器坐标：(x7,y7)；
叉车后下的地面电子阅读器坐标：(x8,y8)；
叉车位置坐标：
位姿向量：(x7-x8,y7-y8)；
综上所述，本发明提出了基于RFID的空间寻物导航系统，能够实时更新物资在仓库中存放的位置信息，对取物工作人员进行准确导航实现快速取物。该系统可根据货物仓库地面标签对叉车位姿进行位置估计，再结合货箱位置信息对叉车进行实时导航；而当货箱位置移动时，可将货箱空间信息实时更新到后台系统中进行记录，从而实现仓库货物动态化管理。

Claims (1)

1.一种基于RFID的空间寻物导航系统，其特征在于，包括：
基于RFID的空间定位子系统，用于确定货箱的空间位置信息，包括平面定位单元、空间高度定位单元；
后台数据统计子系统，用于对货箱的空间位置进行实时更新，并将更新过的货箱的空间位置信息发送给总控中心和取货箱的叉车；包括：设置在叉车上的CPU处理单元、含有GPRS模块的叉车电控单元；
叉车位姿估计与实时导航子系统，包括：叉车位姿估计单元、实时导航单元；
所述的基于RFID的空间定位子系统、后台数据统计子系统、叉车位姿估计与实时导航子系统，通过一个系统总控中心进行通讯；
当叉车需从仓库中取出某个货箱时，所述的系统总控中心将货箱的空间位置信息发送给所述的后台数据统计子系统的叉车电控单元；叉车进入仓库后，所述的叉车电控单元可根据叉车位姿和货箱位置对叉车进行实时导航；
所述的基于RFID的空间定位子系统的平面定位单元，包括：均布于仓库地面上的地面电子标签(11)，包含信息：仓库号、地面电子标签(11)平面位置座标(x,y)；设置在叉车底盘下方的地面电子阅读器(12)，用于读取所述的地面电子标签信息；
分布在每个货箱周围四个侧面上的货箱电子标签(21)，包含信息：货箱编号；
设置在叉车前方货架上的货箱电子阅读器(22)，用于读取所述的货箱电子标签信息；
所述的地面电子标签(11)的分布每隔1m一个；所述的地面电子阅读器(12)工作在13.56MHz，一次可识别多个地面电子标签(11)，设定解读距离为60cm；
所述的货箱电子阅读器(22)工作在125KHz，一次可识别一个货箱电子标签(21)，设定解读距离为10cm；
所述的空间高度定位单元，包括：高度电子标签(31)，每隔hm分布在叉车货叉支架上，包含高度信息；其中，h为货箱高度；
高度电子阅读器(32)，安装在叉车货叉与货叉支架的联接部位，用于读取高度电子标签(31)所含的信息；
所述的叉车在分布有地面电子标签(11)的仓库地面行驶时，安装在叉车上的地面电子阅读器(12)可读取地面电子标签(11)中标注的位置信息并传送给叉车电控单元，叉车电控单元根据该信息确定叉车当前的位置；所述的叉车前端叉取货物时，高度电子阅读器(32)可读取叉车架上高度电子标签(31)包含的信息，根据该标签信息，叉车电控单元可确定货叉的高度位置；叉车的平面位置信息和货叉高度信息均保存在叉车电控单元中；所述的叉车前端叉起货物时，货箱电子阅读器(22)可读取货箱上货箱电子便签(21)包含的信息，此时叉车电控单元将叉车空间位置信息标注为货箱的位置信息并进行记录；从而，货箱空间位置信息被叉车电控单元记录下来；
所述的叉车位姿估计与实时导航子系统，通过LED显示屏指引叉车驾驶员去取指定货箱；所述的显示屏可显示货箱在仓库中的空间位置坐标和方位，也可实时显示叉车位置和位姿信息，方便驾驶员实时调整叉车行驶方向快速取出物品；所述的叉车叉起货箱时，叉车货架前端的货箱电子阅读器(22)读取货箱信息，当叉起货箱与待取货箱编号不同时，屏幕则显示×号；所述的叉车需移动其他货箱时，叉车电控单元会实时更新货箱位置信息；当所取货箱正确时，屏幕会显示√号，至此取物成功，导航结束。
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