CN107449425A - 港口集装箱水平搬运无人车串行导航方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种港口集装箱水平搬运无人车串行导航方法，所述导航方法包括：测量第一搬运车相对第二搬运车的相对位置姿态信息；获取所述第二搬运车的位置姿态信息；根据所述第二搬运车的位置姿态信息、所述相对位置姿态信息、所述第一搬运车和所述第二搬运车的尺寸信息生成目标位置姿态信息；控制所述第二搬运车以所述目标位置姿态信息进行导航运行；其中，所述第二搬运车跟随所述第一搬运车运行。还提供了一种港口集装箱水平搬运无人车串行导航系统，包括测量单元、姿态获取单元、生成单元和导航单元。通过利用后车测量前车的位置姿态来作为后车的目标位置姿态，保证了串行的前后车的轨迹一致，保证了运送货物的安全。
Description
技术领域
本发明涉及港口集装箱水平搬运无人车导航控制领域，具体而言，涉及一种港口集装箱水平搬运无人车串行导航方法及一种港口集装箱水平搬运无人车串行导航系统。
背景技术
在港口环境中，搬运集装箱常规需要人为开动卡车进行来回搬运，效率较低，常常出现排队等候的情况，造成资源浪费；现有的集装箱自动搬运车，通过磁钉与惯导组合来获取实时获取位置姿态，从而到达目标位置，减少人为的干预；现实情况中，常需要多个自动搬运车协同工作的来搬运物体，如进行编组搬运；另一方面，有时候所搬运的物体(如超长集装箱、高铁车体、飞机车体)长度尺寸常常超过自动搬运车的尺寸，需要的载重量也超过了单个自动搬运车的尺寸，这时需要多个自动搬运车串联起来进行公共载重搬运，通过人工操作各个自动搬运车进行协同工作实现搬运；实际情况中，由于人工操作带来的误差常常使得被搬运的物体(超长集装箱、高体车体、飞机车体)收到弯矩，对物体内同结构造成一定损坏；另一方面采用人工操作，由于需要协同操作，搬运的效率底下，很难满足高效率港口的需求，更难满足无人化港口的需求。
发明内容
本发明为了解决现有技术中港口搬运无人车串行协同工作低效率，误差大的问题，提出了一种港口集装箱水平搬运无人车串行导航方法，所述导航方法包括：
S110、测量第一搬运车相对第二搬运车的相对位置姿态信息；
S120、获取所述第二搬运车的位置姿态信息；
S130、根据所述第二搬运车的位置姿态信息、所述相对位置姿态信息、所述第一搬运车和所述第二搬运车的尺寸信息生成目标位置姿态信息；
S140、控制所述第二搬运车以所述目标位置姿态信息进行导航运行；
其中，所述第二搬运车跟随所述第一搬运车运行。
进一步地，所述步骤S110包括：
S111、利用安装在所述第二搬运车左前部的测距传感器测量安装在所述第一搬运车左后部的标识点，获取第一测量距离L1；
S112、利用安装在所述第二搬运车右前部的测距传感器测量安装在所述第一搬运车右后部的标识点，获取第二测量距离L2；
S113、根据所述第一搬运车或者所述第二搬运车的侧面尺寸b、所述第一测量距离L1和所述第二测量距离L2获取相对姿态角θ和边缘中心间距L。
进一步地，所述步骤S113具体包括：利用如下公式获取相对姿态角θ和边缘中心间距L：
进一步地，所述步骤S130中，所述目标位置姿态信息包括目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2，所述第一搬运车和所述第二搬运车的尺寸信息包括搬运车中心到搬运车侧面的距离尺寸a；具体步骤包括：根据所述第二搬运车的中心位置(X1，Y1)和姿态角θ1和距离尺寸a和相对姿态角θ和边缘中心间距L获取所述目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2。
进一步地，所述S130具体包括：利用如下公式求取目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角
另方面还提供了一种港口集装箱水平搬运无人车串行导航系统，包括测量单元、姿态获取单元、生成单元和导航单元；所述测量单元用于测量获取第一搬运车相对所述第二搬运车的相对位置姿态信息，并将所述相对位置姿态信息传输给所述生成单元；所述姿态获取单元用于获取所述第二搬运车的位置姿态信息，并将所述第二搬运车的位置姿态信息传输给所述生成单元；所述生成单元用于根据所述第二搬运车的位置姿态信息、所述相对位置姿态信息、所述第一搬运车和所述第二搬运车的尺寸信息生成目标位置姿态信息，并将所述目标位置姿态信息传输给所述导航单元；所述导航单元用于控制所述第二搬运车以所述目标位置姿态信息进行导航运行；其中，所述第二搬运车跟随所述第一搬运车运行。
进一步地，所述测量单元包括安装在所述第二搬运车左前部的测距传感器，用于测量安装在所述第一搬运车左后部的标识点，获取第一测量距离L1；还包括安装在所述第二搬运车右前部的测距传感器，用于测量安装在所述第一搬运车右后部的标识点，获取第二测量距离L2；还包括计算单元，用于根据所述第一搬运车或者所述第二搬运车的侧面尺寸b、所述第一测量距离L1和所述第二测量距离L2获取相对姿态角θ和边缘中心间距L。
进一步地，所述计算单元用于根据公式获取相对姿态角θ和边缘中心间距L。
进一步地，所述目标位置姿态信息包括目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2，所述第一搬运车和所述第二搬运车的尺寸信息包括搬运车中心到搬运车侧面的距离尺寸a；所述生成单元具体用于根据所述第二搬运车的中心位置(X1，Y1)和姿态角θ1、距离尺寸a、相对姿态角θ、边缘中心间距L获取所述目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2。
进一步地，所述生成单元具体用于根据公式
获取目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2。
本发明相对于现有技术，通过利用后车测量前车的位置姿态来作为后车的目标位置姿态，保证了串行的前后车的轨迹一致，保证了运送货物的安全。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明一些实施例中的港口集装箱水平搬运无人车串行导航方法的流程示意图；
图2为本发明一些实施例中的串行搬运车运行的状态示意图；
图3为本发明一些实施例中的港口集装箱水平搬运无人车串行导航方法的子步骤流程示意图
图4为本发明一些实施例中的港口集装箱水平搬运无人车串行导航系统结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明针对串行的港口集装箱水平搬运无人车提出了一种导航方法，将前车的姿态作为后车的目标姿态进行导航运行，运行中，后车实时采集前车的位置姿态信息，作为当前的目标位置姿态信息，然后后车根据本车的GPS和陀螺仪定位结果导航到所述目标位置姿态。
具体地，如图1所示，本发明提供了一种港口集装箱水平搬运无人车串行导航方法，所述导航方法包括：
S110、测量第一搬运车相对第二搬运车的相对位置姿态信息；
S120、获取所述第二搬运车的位置姿态信息，可利用GPS定位技术和陀螺仪组合获取位置姿态信息；
S130、根据所述第二搬运车的位置姿态信息、所述相对位置姿态信息、所述第一搬运车和所述第二搬运车的尺寸信息生成目标位置姿态信息；
S140、控制所述第二搬运车以所述目标位置姿态信息进行导航运行；
其中，所述第二搬运车跟随所述第一搬运车运行。
所述第二搬运车实时测量所述第一搬运车的相对位置姿态信息，然后结合所述第二搬运车的位置姿态信息获取目标姿态信息，进行导航运行。保证了前车与后车的运行轨迹一致，实现串行轨迹可控，保证了货物运输的安全。
如图2、图3所示，所述步骤S110包括：
S111、利用安装在所述第二搬运车300左前部的测距传感器测量安装在所述第一搬运车200左后部的标识点，获取第一测量距离L1；
S112、利用安装在所述第二搬运车300右前部的测距传感器测量安装在所述第一搬运车200右后部的标识点，获取第二测量距离L2；
S113、根据所述第一搬运车或者所述第二搬运车的侧面尺寸b、所述第一测量距离L1和所述第二测量距离L2获取相对姿态角θ和边缘中心间距L。
上述测距传感器可采用激光测距传感器、激光跟踪测距传感器和摄像头来实现。所述标识点可为具有特定形状、颜色的物体。
为了保证前后车的轨迹一致，并保证轨迹的连续性，设定前后车的轨迹的曲率半径和曲率中心一致，即所述根据所述第一搬运车或者所述第二搬运车的侧面尺寸b、所述第一测量距离L1和所述第二测量距离L2组成等腰梯形，运行等腰梯形的集合参数特性，求出相对姿态角θ和边缘中心间距L，相对姿态角θ为前后车的中心线之间的夹角，定义逆时针为正；具体地，所述步骤S113具体包括：利用如下公式获取相对姿态角θ和边缘中心间距L：
所述步骤S130中，所述目标位置姿态信息包括目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2，所述第一搬运车和所述第二搬运车的尺寸信息包括搬运车中心到搬运车侧面的距离尺寸a；具体步骤包括：根据所述第二搬运车的中心位置(X1，Y1)和姿态角θ1和距离尺寸a和相对姿态角θ和边缘中心间距L获取所述目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2。
可利用相似三角形的原理求出所述第一搬运车200的中心C1和所述第二搬运车300的中心C2之间的间距T，所述S130具体包括：利用如下公式求取目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角将目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2传递给导航控制器，导航控制器以此为目标姿态位置，控制所述第二搬运车300运行。
另一方面，参照如图2、图4所示，本发明还提供了一种港口集装箱水平搬运无人车串行导航系统100，包括测量单元110、姿态获取单元120、生成单元130和导航单元140；所述测量单元110用于测量获取第一搬运车200相对所述第二搬运车300的相对位置姿态信息，并将所述相对位置姿态信息传输给所述生成单元130；所述姿态获取单元120用于获取所述第二搬运车300的位置姿态信息，并将所述第二搬运车300的位置姿态信息传输给所述生成单元130；所述生成单元130用于根据所述第二搬运车300的位置姿态信息、所述相对位置姿态信息、所述第一搬运车200和所述第二搬运车300的尺寸信息生成目标位置姿态信息，并将所述目标位置姿态信息传输给所述导航单元140；所述导航单元140用于控制所述第二搬运车300以所述目标位置姿态信息进行导航运行；其中，所述第二搬运车300跟随所述第一搬运车200运行。通过测量前车姿态位置为后车的导航目的地址姿态提供参考，保证了前后车运行轨迹一致，保证了轨迹的可控性，使得搬运货物平稳，对货物损伤小。
所述测量单元110包括安装在所述第二搬运车左前部的测距传感器111，用于测量安装在所述第一搬运车200左后部的标识点112，获取第一测量距离L1；还包括安装在所述第二搬运车300右前部的测距传感器111，用于测量安装在所述第一搬运车200右后部的标识点112，获取第二测量距离L2；还包括计算单元113，用于根据所述第一搬运车200或者所述第二搬运车300的侧面尺寸b、所述第一测量距离L1和所述第二测量距离L2获取相对姿态角θ和边缘中心间距L。所述第一搬运车200与第二搬运车300的尺寸参数一致，方便了计算，也符合实际情况。
具体地，所述计算单元113用于根据公式获取相对姿态角θ和边缘中心间距L。
所述目标位置姿态信息包括目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2，所述第一搬运车200和所述第二搬运车300的尺寸信息包括搬运车中心(C1或C2)到搬运车侧面的距离尺寸a；所述生成单元具体用于根据所述第二搬运车的中心位置(X1，Y1)和姿态角θ1、距离尺寸a、相对姿态角θ、边缘中心间距L获取所述目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2。
具体地，所述生成单元130具体用于根据公式
获取目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2。将所述目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2发送给所述导航单元140，对所述第二搬运车300进行导航。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种港口集装箱水平搬运无人车串行导航方法，其特征在于，所述导航方法包括：
S110、测量第一搬运车相对第二搬运车的相对位置姿态信息；
S120、获取所述第二搬运车的位置姿态信息；
S130、根据所述第二搬运车的位置姿态信息、所述相对位置姿态信息、所述第一搬运车和所述第二搬运车的尺寸信息生成目标位置姿态信息；
S140、控制所述第二搬运车以所述目标位置姿态信息进行导航运行；
其中，所述第二搬运车跟随所述第一搬运车运行。
2.根据权利要求1所述的港口集装箱水平搬运无人车串行导航方法，其特征在于，所述步骤S110包括：
S111、利用安装在所述第二搬运车左前部的测距传感器测量安装在所述第一搬运车左后部的标识点，获取第一测量距离L1；
S112、利用安装在所述第二搬运车右前部的测距传感器测量安装在所述第一搬运车右后部的标识点，获取第二测量距离L2；
S113、根据所述第一搬运车或者所述第二搬运车的侧面尺寸b、所述第一测量距离L1和所述第二测量距离L2获取相对姿态角θ和边缘中心间距L。
3.根据权利要求2所述的港口集装箱水平搬运无人车串行导航方法，其特征在于，所述步骤S113具体包括：利用如下公式获取相对姿态角θ和边缘中心间距L：
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4.根据权利要求2或3所述的港口集装箱水平搬运无人车串行导航方法，其特征在于，所述步骤S130中，所述目标位置姿态信息包括目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2，所述第一搬运车和所述第二搬运车的尺寸信息包括搬运车中心到搬运车侧面的距离尺寸a；具体步骤包括：根据所述第二搬运车的中心位置(X1，Y1)和姿态角θ1和距离尺寸a和相对姿态角θ和边缘中心间距L获取所述目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2。
5.根据权利要求4所述的港口集装箱水平搬运无人车串行导航方法，其特征在于，所述S130具体包括：利用如下公式求取目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2，
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6.一种港口集装箱水平搬运无人车串行导航系统，其特征在于，包括测量单元、姿态获取单元、生成单元和导航单元；所述测量单元用于测量获取第一搬运车相对所述第二搬运车的相对位置姿态信息，并将所述相对位置姿态信息传输给所述生成单元；所述姿态获取单元用于获取所述第二搬运车的位置姿态信息，并将所述第二搬运车的位置姿态信息传输给所述生成单元；所述生成单元用于根据所述第二搬运车的位置姿态信息、所述相对位置姿态信息、所述第一搬运车和所述第二搬运车的尺寸信息生成目标位置姿态信息，并将所述目标位置姿态信息传输给所述导航单元；所述导航单元用于控制所述第二搬运车以所述目标位置姿态信息进行导航运行；其中，所述第二搬运车跟随所述第一搬运车运行。
7.根据权利要求6所述的港口集装箱水平搬运无人车串行导航系统，其特征在于，所述测量单元包括安装在所述第二搬运车左前部的测距传感器，用于测量安装在所述第一搬运车左后部的标识点，获取第一测量距离L1；还包括安装在所述第二搬运车右前部的测距传感器，用于测量安装在所述第一搬运车右后部的标识点，获取第二测量距离L2；还包括计算单元，用于根据所述第一搬运车或者所述第二搬运车的侧面尺寸b、所述第一测量距离L1和所述第二测量距离L2获取相对姿态角θ和边缘中心间距L。
8.根据权利要求7所述的港口集装箱水平搬运无人车串行导航系统，其特征在于，所述计算单元用于根据公式获取相对姿态角θ和边缘中心间距L。
9.根据权利要求6或7所述的港口集装箱水平搬运无人车串行导航系统，其特征在于，所述目标位置姿态信息包括目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2，所述第一搬运车和所述第二搬运车的尺寸信息包括搬运车中心到搬运车侧面的距离尺寸a；所述生成单元具体用于根据所述第二搬运车的中心位置(X1，Y1)和姿态角θ1、距离尺寸a、相对姿态角θ、边缘中心间距L获取所述目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2。
10.根据权利要求9所述的港口集装箱水平搬运无人车串行导航系统，其特征在于，所述生成单元具体用于根据公式获取目标中心位置(X2，Y2)和目标姿态角θ2。
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