CN108733058B - 无人栈桥车智能导航系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了无人栈桥车智能导航系统，包括设置在无人栈桥车上的定位基站O、固定站A和固定站B，所述的固定站A和固定站B呈相对位置进行固定，所述的定位基站O设置在固定站A和固定站B后端的中间位置，还包括运输船舱体侧壁的移动站点C和移动站点D，所述的定位基站O通过无线的方式与固定站A、固定站B、移动站点C和移动站点D进行通信连接，获取各站点的测距信息。通过上述方式，本发明提供的无人栈桥车智能导航系统，运行稳定、可靠，延迟时间短，具有异常保护措施，采用车船相对定位，计算出偏航信息，用于行驶导航，并生成无人栈桥车运动控制指令，实现无人栈桥车与运输船的精确对中。
Description
技术领域
本发明涉及车辆自主导航的领域，尤其涉及无人栈桥车智能导航系统。
背景技术
在抢险救灾行动或作战状态下，有时需要建立应急渡场，保障物资及人员输送。在非制式码头条件下，受吃水深度的影响，运输船经常无法靠岸，需要通过一种应急栈桥来建立船岸间的过渡通道。无人栈桥车是将无人行驶底盘与应急栈桥结合起来的特种装备，作业时，无人栈桥车行驶到运输船和海（或江、河）岸间，展开头尾两端跳板，实现船岸间运输通道的快速搭接。普通的无人栈桥车不具备自主导航功能，通过指挥员人眼目测的方式进行栈桥车与运输船舱门的对位，完全依赖人员的操控水平，精度无法保证，且经常需要反复调节，车辆行驶不稳定，严重影响任务完成的质量和效率。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供无人栈桥车智能导航系统，用于运输船与岸边搭接时的自动对位控制，通过车船间多点测距，计算出偏航信息，对无人栈桥车进行行驶导航，系统运行稳定、可靠，延迟时间短，具有异常保护措施。另外，系统可生成无人栈桥车运动控制指令，实现了无人栈桥车与运输船的精确对位，便于后续货物的装卸载。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了无人栈桥车智能导航系统，包括设置在无人栈桥车上的定位基站O、固定站A和固定站B，所述的固定站A和固定站B呈相对位置进行固定，所述的定位基站O设置在固定站A和固定站B后端的中间位置，还包括运输船上舱体侧壁的移动站点C和移动站点D，所述的定位基站O通过无线的方式与固定站A、固定站B、移动站点C和移动站点D进行通信连接，获取各站点的测距信息。
在本发明一个较佳实施例中，所述的定位基站O通过CAN线与无人栈桥车上的行车控制ECU进行通信连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述的无人栈桥车智能导航系统采用基于DS测距的超宽带无线定位技术。
在本发明一个较佳实施例中，所述的定位基站O包括天线、电源控制、射频收发模块、MCU控制器、外设和通信接口，所述的天线通过射频收发模块和MCU控制器与外设相连接，电源控制分别与射频收发模块和MCU控制器相连接，所述的通信接口与外设相连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述的外设包括LED/LCD和按键。
在本发明一个较佳实施例中，所述的通信接口包括CAN总线、USB、UART和TCP接口。
本发明的有益效果是：本发明的无人栈桥车智能导航系统，运行稳定、可靠，延迟时间短，具有异常保护措施，通过车船间多点测距，计算出偏航信息，用于行驶导航，并生成无人栈桥车运动控制指令，实现了无人栈桥车与运输船舱门的精确对位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1 是本发明无人栈桥车智能导航系统的一较佳实施例的结构示意图；
图2是无人栈桥车智能导航系统的通信模型；
图3是无人栈桥车智能导航系统的测距模型；
图4是无人栈桥车智能导航系统的偏移夹角计算模型；
图5是无人栈桥车智能导航系统的无人栈桥车自动纠正的模型；
图6是图 中定位基站的结构框图；
图7是无人栈桥车智能导航系统的测距过程的信息交互示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例包括：
无人栈桥车智能导航系统，包括设置在无人栈桥车上的定位基站O、固定站A和固定站B，所述的固定站A和固定站B呈相对位置进行固定，所述的定位基站O设置在固定站A和固定站B后端的中间位置，还包括运输船上舱体侧壁的移动站点C和移动站点D，所述的定位基站O通过无线的方式与固定站A、固定站B、移动站点C和移动站点D进行通信连接，获取各站点的测距信息。
上述中，所述的定位基站O通过CAN总线与无人栈桥车上的行车控制ECU进行通信连接，输出当前各测距站点的定位信息及车船间偏航角度与偏航距离等信息，行车控制ECU按一定的控制逻辑自动控制车辆进行对中行驶。
所述的无人栈桥车智能导航系统采用基于DS测距（double-sided Two-wayRanging）的超宽带无线定位技术，通过站点之间的定位信息交互，实现相对位置的确定，其通信模型如图2所示。
本实施例中，所述的定位基站O通过无线的方式，与其他站点进行通信，获取各站点的测距信息。智能导航的测距模型如图3所示。
根据超宽带无线定位原理，计算如下参数：
A(x1,y1,z1)=f(L1, L3, L5, L7, L8, L9) (1)
B(x2,y2,z3)=f(L2, L4, L6, L7, L8, L9) (2)
C(x3,y3,z3)=f(L7, L8, L9) (3)
D(x4,y4,z4)=f(L7, L8, L9) (4)
N点为A，B点的空间中心点，其坐标为（(x1+ x2)/2，(y1+ y2)/2，(z1+ z2)/2）；M点为C，D点的空间中心点，其坐标为（(x3+ x4)/2，(y3+ y4)/2，(z3+ z4)/2）。
(1)当无人栈桥车的车体（AB）⊥正常行驶路径（NM）且L1=L2时，无人栈桥车的行驶方向与舱门中心的中心线重合，继续行驶。
(2) 当无人栈桥车的车体（AB）⊥正常行驶路径（NM）且L1≠L2时，无人栈桥车的行驶方向与舱门中心的中心线偏离, 无人栈桥车发生水平偏移。通过超宽带无线定位技术，综合计算底盘车偏离舱门中心的中心线的夹角Θ。底盘车偏离舱门中心的中心线的距离为：SDG。则底盘车偏离舱门中心的中心线：|NM| *sinΘ。
如图4所示，为偏移夹角计算模型，计算如下参数：
cos∠CND=(L1*L1+L2*L2-L4*L4)/(2*L1*L2) (5)
H=(L1*L5* Sin∠CND)/L4 (6)
Θ=arcos（（H）/（L5）） (7)
如图5所示，为无人栈桥车自动纠正的模型。假设O点处理器获取所有参数时间T1，数据处理时间T2。当发生无人栈桥车偏离舱门中心的中心线时，输出控制信息：无人栈桥车行驶的方向角Θc<Θ, 行驶速度Vc=（|NQ|）/（T1+ T2）。整个过程需要反复迭代运算，确保底盘车处于如图7 (A)状态。Q位置选取规则：向量QM垂直向量AB,Q到向量AB的距离大于无人栈桥车的最小轴距，且点A，B，Q为同一平面。圆弧NQ为调整过程，QM为调整后的正常行驶。
基于超宽带定位测距采用DW1000芯片进行设计，DW1000芯片定位精度达到±5厘米，它支持高达6.8Mb/s的数据传输率，特别适合无线传感器网络应用。它还有不错的通信距离，直视距离达290米，非直视距离为35米，有助于降低系统成本及对额外基础设施的需求。
该系统主要由1个定位基站，2个固定站和2个移动站组成，各站点组成类似，区别是由定位基站采用高性能MCU，负责测距定位信息处理，给出对中偏差数据，并与外部无人栈桥车行车控制ECU进行信息交换，对车辆进行行驶控制。
如图6所示，所述的定位基站O包括天线、电源控制、射频收发模块、MCU控制器、外设和通信接口，所述的天线通过射频收发模块和MCU控制器与外设相连接，电源控制分别与射频收发模块和MCU控制器相连接，所述的通信接口与外设相连接。
本实施例中，所述的外设包括LED/LCD和按键；所述的通信接口包括CAN总线、USB、UART和TCP接口，实现与外部数据交换。
本实施例中的，无人栈桥车智能导航系统采用基于DS测距（double-sided Two-way Ranging）的超宽带无线定位技术，确定车辆中心线与船之间的相对位置与行驶方向偏差工，核心是节点之间的准确测距，其测距过程的信息交互如图7所示。
本发明的无人栈桥车智能导航系统，具有如下功能：
（1）车船相对定位，给出位置信息，用于行驶导航；
（2）路径规划与智能运动控制计算，生成无人栈桥车运动控制指令；
（3）实现无人栈桥车与运输船舱门的精确对中。
本发明的无人栈桥车智能导航系统的主要技术指标如下：
1、目标识别距离：不小于100m；
2、对中误差：不大于100mm；
3、室外元器件防护等级IP65，防雨淋，防海水盐雾环境腐蚀；
4、工作环境温度：-10℃～+46℃，存储环境温度：-40℃～+55℃；
5、工作电压：车载DC24V（18～30VDC），移动节点采用锂电池供电；
6、系统运行稳定、可靠，延迟时间短，具有异常保护措施；
7、系统启动时间：不大于2Min；
8、通过CAN总线与无人栈桥车行驶控制器进行通讯。
综上所述，本发明的无人栈桥车智能导航系统，运行稳定、可靠，延迟时间短，具有异常保护措施，通过车船间多点测距，计算出偏航信息，用于行驶导航，生成无人栈桥车运动控制指令，实现了无人栈桥车与运输船舱门的精确对中。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (1)
1.无人栈桥车智能导航系统，其特征在于，包括设置在无人栈桥车上的定位基站O、固定站A和固定站B，所述的固定站A和固定站B呈相对位置进行固定，所述的定位基站O设置在固定站A和固定站B后端的中间位置，还包括运输船上舱体侧壁的移动站点C和移动站点D，所述的定位基站O通过无线的方式与固定站A、固定站B、移动站点C和移动站点D进行通信连接，获取各站点的测距信息，所述的定位基站O通过CAN总线与无人栈桥车上的行车控制ECU进行通信连接；所述的无人栈桥车智能导航系统采用基于DS测距的超宽带无线定位技术，所述的定位基站O包括天线、电源控制、射频收发模块、MCU控制器、外设和通信接口，所述的天线通过射频收发模块和MCU控制器与外设相连接，电源控制分别与射频收发模块和MCU控制器相连接，所述的通信接口与外设相连接，所述的外设包括LED/LCD和按键，所述的通信接口包括CAN总线、USB、UART和TCP接口。
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