CN109160451A - 自主导航无人叉车、系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种自主导航无人叉车、系统及控制方法，系统包括：启停控制模块用于根据启动信号控制叉车通电，并在叉车完成任务指令后根据停止信号控制叉车断电；感测模块用于在预设取货位置处获取待取货物的准确位置，将该准确位置作为货叉目标位置；中央数据处理模块用于对货叉目标位置进行解析得货叉控制指令；货叉控制模块用于根据货叉控制指令控制货叉移动至货叉目标位置处，叉取出相应的货物。叉车的货叉可前后伸缩、上下升降，具有自主伸缩性。本申请的系统及方法在叉取货物时可自主精确定位货叉的位置；在不叉取货物的时候，货叉可以收缩在叉车的底部，运行起来比较安全，减少空载运行时的空间，可适应复杂性的环境，提高灵活性和使用率。

Description

自主导航无人叉车、系统及控制方法

技术领域

本发明涉及物流搬运领域，具体涉及一种自主导航无人叉车、系统及控制方法。

背景技术

随着技术进步，在生产制造、物流仓储和码头搬运中，经常需要使用叉车来取出货物。

现在绝大部分的叉车具有体积大、笨重和载重大的特点，适合大型货物的处理，但是对于较小空间内的小型货物，大型叉车非常不方便；另外，现在所使用的叉车机器人也大部分由人工控制来运行并取出货物，例如：对于搬运较小型的货物，可使用拖拉型叉车机器人，但拖拉型的机器人转弯时候需要转弯半径，要求运行空间较大；或者采用顶升式叉车机器人，则需要考虑高度问题，整体机械结构复杂。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种自主导航无人叉车、系统及控制方法。

第一方面，本发明提供一种自主导航无人叉车系统，包括：

通讯模块，用于接收启动信号和任务指令，所述任务指令包括预设取货位置；

启停控制模块，用于根据所述启动信号控制叉车通电，并在叉车完成所述任务指令后切断叉车电源；

感测模块，用于在所述预设取货位置处获取待取货物的准确位置，将该准确位置作为货叉目标位置；

中央数据处理模块，用于对所述货叉目标位置进行解析得货叉控制指令；以及，

货叉控制模块，用于根据所述货叉控制指令控制货叉移动至货叉目标位置处，叉取出相应的货物。

第二方面，本发明提供一种自主导航无人叉车，包括上述自主导航无人叉车系统、叉车本体和货叉，所述自主导航无人叉车系统设置在所述叉车本体内；其中，

所述叉车本体底部平行且间隔设置有至少两个向上凹的凹槽，每个凹槽内设置有所述货叉；所述叉车本体底部还设置有用于驱动货叉前后移动的货叉前后驱动机构和用于驱动货叉上下移动的货叉上下驱动机构。

第三方面，本发明还提供一种自主导航无人叉车控制方法，包括：

步骤100：接收启动信号和任务指令；

步骤120：在所述任务指令中的预设取货位置处获取待取货物的准确位置，将该准确位置作为货叉目标位置；

步骤140：对所述货叉目标位置解析得货叉控制指令，根据所述货叉控制指令控制货叉移动并取出货物。

本发明的方案中货叉具有前后移动、上下移动的自主伸缩性，具有零转弯半径，运行灵活；在叉取货物时能够自主确定货叉目标位置，供货叉在货叉目标位置处伸到货物的下方以取出货物；在不取货物的时候，货叉可以收缩在叉车的底部，运行起来比较安全，减少空载运行时的空间，可适应复杂性的环境，提高灵活性和使用率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的自主导航无人叉车的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的自主导航无人叉车的底部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的自主导航无人叉车系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的感测模块对货物进行定位的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的自主导航无人叉车控制方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种叉车使用场景示意图；

图7为在图6所示场景中叉车的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本申请提供一种轻量型自主导航无人叉车，参照图1和图2，叉车包括叉车本体1和货叉2，叉车本体1底部平行且间隔设置有至少两个向上凹的凹槽3，每个凹槽3内设置有货叉2；叉车本体底部还设置有用于驱动货叉前后移动的货叉前后驱动机构和用于驱动货叉上下移动的货叉上下驱动机构。货叉前后驱动机构可以优选为第一电机，带动货叉在凹槽内前后移动；货叉上下驱动机构可以优选为第二电机，带动货叉上下移动。

本申请中叉车的货叉具有自主伸缩性，在不取物时可收缩在叉车本体底部的凹槽内；在叉取货物时可移动至货物下方。伸缩灵活，减少空载运行时的空间，具有零转弯半径，可以适应复杂的环境，提高灵活性和使用率。

上述实施例提供的自主导航无人叉车还包括自主导航无人叉车系统，以控制货叉自主定位叉取货物、自动导航。

如图3所示，本发明实施例提供一种自主导航无人叉车系统，包括：

通讯模块10，用于接收启动信号和任务指令，任务指令包括预设取货位置；

启停控制模块11，用于根据启动信号控制叉车通电，并在叉车完成任务指令后切断叉车电源；

感测模块12，用于在预设取货位置处获取待取货物的准确位置，将该准确位置作为货叉目标位置；

中央数据处理模块13，用于对货叉目标位置进行解析得货叉控制指令；以及，

货叉控制模块14，用于根据货叉控制指令控制货叉移动至货叉目标位置处，叉取出相应的货物。

本实施例提供的自主导航无人叉车系统，利用叉车的自主伸缩性，在预设取货位置处获得待取货物的准确位置，进而确定货叉目标位置，以准确自主叉取货物；在不叉取货物时候，货叉会回缩进叉车的底部，运行起来比较安全，减少空载运行时的空间，可适应复杂性的环境，增加了机器人的灵活性和使用率。

例如，叉车在A点处，叉车接收启动信号和任务指令，任务指令指定叉车在A点叉取货物a，叉车在接收启动信号后通电，在感测模块、中央数据处理模块和货叉控制模块的作用下控制货叉移动叉取货物a。

进一步地，自主导航无人叉车系统还包括：路径规划模块15和自主导航模块16；

路径规划模块15用于在预存地图上将叉车的当前位置作为叉车起始位置，基于叉车起始位置和任务指令中的预设临靠位置在预存地图上进行路径规划，预设临靠位置至少包括预设取货位置和预设卸货位置；

中央数据处理模块13还用于对规划的路径进行解析，将与规划的路径相对应的导航控制指令传送给自主导航模块16；以及，

自主导航模块16用于根据与规划路径相对应的导航控制指令控制叉车的方向、车速。

本实施例提供的自主导航无人叉车系统，具备自主叉取货物功能的同时，通过路径规划模块和自主导航模块，实现自主导航，进而可实现自主配送货物。

进一步地，自主导航无人叉车系统还包括：防撞模块17，用于检测叉车周围的障碍物并将障碍物信息发送给中央数据处理模块；

路径规划模块15还用于根据中央数据处理模块实时传递的障碍物信息对所规划的路径进行调整。

其中，防撞模块17优选为激光雷达、超声波传感器或红外传感器，用于感测叉车周边的障碍物信息，供中央处理数据单元分析障碍物信息和规划的路径，以便于及时调整路径。

例如，叉车的起始位置为A点，预设取货位置为B点，自A点至B点生成相应的规划路径，叉车在行驶过程中在C点(C点介于A点和B点之间)处由防撞模块检测到前方有障碍物(例如沙堆)，路径规划模块根据防撞模块反馈的障碍物信息，在C处控制叉车偏移一定方向使得叉车绕过C点前方的沙堆，继续前行。

作为一种优选的实施方式，感测模块包括：

激光检测传感器，用于在预设取货位置处接收与货物相对应的反光板反射的光束，确定反光板的位置信息，供中央数据处理模块根据反光板的位置信息、反光板与货物之间的相对位置关系确定货物的准确位置。反光板设置在货架上紧邻且正对货物的正上方，激光检测传感器设置在叉车的前方，用来接收反光板反射的光束；或，

视觉相机，用于在预设取货位置处扫描货物的标识码并获取标识码对应的货物信息，货物信息包括货物的位置信息，将待取货物的位置信息确定为待取货物的准确位置。标识码优选为二维码，标识码设置在货架上紧邻且正对货物的正上方，视觉相机设置在叉车上获取到标识码，识别出货物的位置信息。

参照图4，感测模块12为激光检测传感器，货物4上方的凸块结构示意反光板；或者，感测模块12为视觉相机，货物上方的凸块结构示意标识码。

通过感测模块精确获取待取货物的位置信息以作为货叉目标位置，进而便于控制货叉自主移动、准确叉取货物，提高工作效率。

进一步地，感测模块12还用于在叉车通电时获取叉车当前的环境信息，将叉车当前的环境信息发送给中央数据处理模块，由中央数据处理模块分析得相应的三维信息，供路径规划模块根据三维信息在预存地图中获取叉车的当前位置。

例如激光检测传感器检测叉车当前的环境信息，或者视觉相机扫描获取叉车当前的环境信息，供中央数据处理模块分析后在预存地图中确定叉车的当前位置。

进一步地，自主导航无人叉车系统还包括：建图模块18，用于根据叉车在规划区域内的运动轨迹以及感测模块观测的环境信息，创建对应于规划区域的预存地图。叉车在规划区域内行走，感测模块在叉车行走过程中实时观测叉车周围的环境信息，根据叉车的运动轨迹和感测模块感知的环境信息，创建预存地图，进而供路径规划模块根据预存地图规划路径。

本申请提供的自主导航无人叉车系统，由感测模块和货叉控制模块控制货叉精准定位，货叉控制模块根据货叉控制指令控制货叉前后驱动机构、货叉上下驱动机构，进而自主准确叉取货物；通过路径规划模块和自主导航模块，自主规划路径、自主导航，无需操作人员干预；通过防撞模块自主避障、灵活运行。

如图5所示，本发明实施例还提供一种自主导航无人叉车控制方法，包括：

步骤100：接收启动信号和任务指令；

步骤120：在任务指令中的预设取货位置处获取待取货物的准确位置，将该准确位置作为货叉目标位置；

步骤140：对货叉目标位置解析得货叉控制指令，根据货叉控制指令控制货叉移动并取出货物。

通过确定货叉目标位置，控制货叉移动、自主对准叉取货物，方便快捷；在不叉取货物时候，货叉会回缩进叉车的底部，运行起来比较安全，减少空载运行时的空间，可适应复杂性的环境。

进一步地，在步骤100之后还包括：

步骤110：在预存地图上将叉车的当前位置作为叉车起始位置，基于叉车起始位置和任务指令中的预设临靠位置在预存地图上进行路径规划，对规划的路径进行解析生成相应的导航控制指令，预设临靠位置至少包括预设取货位置和预设卸货位置；

步骤111：按照规划的路径自主导航叉车至任务指令中的预设取货位置处。

进一步地，在步骤140之后还包括：

步骤141：按照规划的路径将叉车由预设取货位置自主导航至预设卸货位置，在预设卸货位置处卸货后将货叉收纳至叉车本体底部。

例如叉车接收启动信号和任务指令时所处的位置即为预设取货位置，则可以直接实施步骤120、步骤140。

又如，一般叉车停放在存放区，叉车接收启动信号和任务指令时，任务指令要求叉车从存放区(起始位置)行驶至预设取货位置，在预设取货位置处取货；接着行驶至预设卸货位置处，在预设位置处卸货；然后回到存放区(终点位置)。即依次实施步骤100、步骤110、步骤111、步骤120、步骤140和步骤141；在步骤140之后按照规划的路径由预设卸货位置处自主导航至终点位置。

进一步地，获取待取货物的准确位置包括：

通过激光检测传感器在预设取货位置处接收与货物相对应的反光板反射的光束，确定反光板的位置信息，根据反光板的位置信息、反光板与货物之间的相对位置关系确定货物的准确位置；或，

通过视觉相机在预设取货位置处扫描货物的标识码并获取标识码对应的货物信息，货物信息包括货物的位置信息，以将待取货物的位置信息确定为待取货物的准确位置。

通过视觉相机或激光检测传感器，确定待取货物的位置信息，定位准确，便于自主准确地叉取货物。

进一步地，自主导航无人叉车控制方法还包括：

检测叉车周围的障碍物，根据检测所得的障碍物信息对规划的路径进行实时调整。该自主导航无人叉车控制方法能够自动避障、自主定位寻物，以期望的速度和方向灵活运行，不需要人为干预路径规划。

进一步地，在步骤110之前还包括：

获取叉车当前的环境信息，对叉车当前的环境信息分析得相应的三维信息，根据三维信息在预存地图中确定叉车的当前位置。

进一步地，自主导航无人叉车控制方法还包括：根据叉车在规划区域内的运动轨迹以及沿运动轨迹观测到的环境信息，创建并存储对应于规划区域的预存地图。事先创建预存地图并存储，在接收到启动信号和任务指令后，确定叉车的当前位置。

如图6所示，本发明实施例提供一种叉车使用场景示意图。参照图6，该场景中：叉车在闲置时处于叉车存放区，皮带线I上具有多个格口，皮带线II上具有多个格口。皮带线I处A格口货物满后，由叉车将货物由皮带线I处的A格口运输至皮带线II处空置的B格口。每个格口上对应设置有测距传感器，当检测到货物到达格口的空间阈值时，服务器根据测距传感器的信号，则生成请求叉车服务的信号。

具体的工作流程参照图7，例如，格口的空间阈值为3/4，当格口内箱子的体积占格口空间的3/4或者超过3/4时；

请求叉车服务的信号，当有闲置的叉车时，确定叉车；当无闲置的叉车时，继续发送请求叉车服务的信号，直至确定叉车；

在叉车启动信号下叉车由存放区自主导航至皮带线I的A格口；

由感测模块，精确定位待取货物的位置，确定为货叉目标位置；

货叉控制模块控制货叉从叉车底部伸出，伸入到货物底部，并升高到合适的高度；

叉取好货物后，在皮带线I处接收叉车启动信号，自主导航至皮带线II的B格口处，确定好卸货的位置，抽出货叉，将货叉收回至叉车底部的货叉存放槽中；

完成此次取放货的操作，等待下一次任务。

整个过程自主导航、自主定位且自主取货、卸货；使用轻量型无人叉车，货叉具有可自主伸缩性，在不叉取货物时候，货叉会回缩进叉车的底部，运行起来比较安全，减少空载运行时的空间，可适应复杂性的环境无需转弯、移动灵活。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (14)

1.一种自主导航无人叉车系统，其特征在于，包括：

通讯模块，用于接收启动信号和任务指令，所述任务指令包括预设取货位置；

启停控制模块，用于根据所述启动信号控制叉车通电，并在叉车完成所述任务指令后切断叉车电源；

感测模块，用于在所述预设取货位置处获取待取货物的准确位置，将该准确位置作为货叉目标位置；

中央数据处理模块，用于对所述货叉目标位置进行解析得货叉控制指令；以及，

货叉控制模块，用于根据所述货叉控制指令控制货叉移动至货叉目标位置处，叉取出相应的货物。

2.根据权利要求1所述的自主导航无人叉车系统，其特征在于，还包括：路径规划模块和自主导航模块；

所述路径规划模块用于在预存地图上将叉车的当前位置作为叉车起始位置，基于叉车起始位置和所述任务指令中的预设临靠位置在所述预存地图上进行路径规划，所述预设临靠位置至少包括所述预设取货位置和预设卸货位置；

所述中央数据处理模块还用于对规划的路径进行解析，将与规划的路径相对应的导航控制指令传送给所述自主导航模块；以及，

所述自主导航模块用于根据与规划的路径相对应的导航控制指令控制叉车的方向、车速。

3.根据权利要求1所述的自主导航无人叉车系统，其特征在于，还包括：

防撞模块，用于检测叉车周围的障碍物并将障碍物信息发送给所述中央数据处理模块；

所述路径规划模块还用于根据所述中央数据处理模块实时传递的障碍物信息对所规划的路径进行调整。

4.根据权利要求1-3任一项所述的自主导航无人叉车系统，其特征在于，所述感测模块包括：

激光检测传感器，用于在所述预设取货位置处接收与货物相对应的反光板反射的光束，确定反光板的位置信息，供所述中央数据处理模块根据所述反光板的位置信息、反光板与货物之间的相对位置关系确定货物的准确位置；或，

视觉相机，用于在所述预设取货位置处扫描货物的标识码并获取标识码对应的货物信息，所述货物信息包括货物的位置信息，将待取货物的位置信息确定为所述待取货物的准确位置。

5.根据权利要求4所述的自主导航无人叉车系统，其特征在于，

所述感测模块还用于在叉车通电时获取叉车当前的环境信息，将叉车当前的环境信息发送给中央数据处理模块，由所述中央数据处理模块分析得相应的三维信息，供所述路径规划模块根据所述三维信息在所述预存地图中获取叉车的当前位置。

6.根据权利要求5所述的自主导航无人叉车系统，其特征在于，还包括：

建图模块，用于根据叉车在规划区域内的运动轨迹以及所述感测模块观测的环境信息，创建对应于所述规划区域的预存地图。

7.一种自主导航无人叉车，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的自主导航无人叉车系统、叉车本体和货叉，所述自主导航无人叉车系统设置在所述叉车本体内；其中，

所述叉车本体底部平行且间隔设置有至少两个向上凹的凹槽，每个凹槽内设置有所述货叉；所述叉车本体底部还设置有用于驱动货叉前后移动的货叉前后驱动机构和用于驱动货叉上下移动的货叉上下驱动机构。

8.一种自主导航无人叉车控制方法，其特征在于，包括：

步骤100：接收启动信号和任务指令；

步骤120：在所述任务指令中的预设取货位置处获取待取货物的准确位置，将该准确位置作为货叉目标位置；

步骤140：对所述货叉目标位置解析得货叉控制指令，根据所述货叉控制指令控制货叉移动并取出货物。

9.根据权利要求8所述的自主导航无人叉车控制方法，其特征在于，在步骤100之后还包括：

步骤110：在预存地图上将叉车的当前位置作为叉车起始位置，基于所述叉车起始位置和所述任务指令中的预设临靠位置在预存地图上进行路径规划，对规划的路径进行解析生成相应的导航控制指令，所述预设临靠位置至少包括所述预设取货位置和预设卸货位置；

步骤111：按照所述规划的路径自主导航叉车至所述任务指令中的预设取货位置处。

10.根据权利要求9所述的自主导航无人叉车控制方法，其特征在于，在步骤140之后还包括：

步骤141：按照所述规划的路径将叉车由预设取货位置自主导航至预设卸货位置，在预设卸货位置处卸货后将货叉收纳至叉车本体底部。

11.根据权利要求8所述的自主导航无人叉车控制方法，其特征在于，

所述获取待取货物的准确位置包括：

通过激光检测传感器在所述预设取货位置处接收与货物相对应的反光板反射的光束，确定反光板的位置信息，根据所述反光板的位置信息、反光板与货物之间的相对位置关系确定货物的准确位置；或，

通过视觉相机在所述预设取货位置处扫描货物的标识码并获取标识码对应的货物信息，所述货物信息包括货物的位置信息，以将待取货物的位置信息确定为所述待取货物的准确位置。

12.根据权利要求9或10所述的自主导航无人叉车控制方法，其特征在于，还包括：

检测叉车周围的障碍物，根据检测所得的障碍物信息对规划的路径进行实时调整。

13.根据权利要求9所述的自主导航无人叉车控制方法，其特征在于，在步骤110之前还包括：

获取叉车当前的环境信息，对叉车当前的环境信息分析得相应的三维信息，根据所述三维信息在所述预存地图中确定叉车的当前位置。

14.根据权利要求9所述的自主导航无人叉车控制方法，其特征在于，还包括：根据叉车在规划区域内的运动轨迹以及沿所述运动轨迹观测到的环境信息，创建并存储对应于所述规划区域的预存地图。