CN111056197B - 基于局部定位系统的货箱自动转移方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于局部定位系统的货箱自动转移方法，其步骤为：步骤S1：进入局部定位系统的检测区域内；步骤S2：对货箱和待对准平台进行局部位姿测量；步骤S3：车辆自动驾驶到目标位置，完成粗对准；步骤S4：运动到位后，若误差在粗对准可容忍误差范围内，则转下一步；否则，重复上一步；步骤S5：利用精对准系统进行精对准；步骤S6：运动到位后，若误差在精对准可容忍误差范围内，则转下一步，否则，重复上一步；步骤S7：货箱自动运行到待对接平台上。本发明具有原理简单、适用范围广、可实现精确对接等优点。

Description

基于局部定位系统的货箱自动转移方法
技术领域
本发明主要涉及到物流、快递及仓储领域，特指一种适用于无人设备用的基于局部定位系统的货箱自动转移方法。
背景技术
随着物流和快递的迅猛发展，给人类生活的方式带来的新的变化。随着人类对物流和快递的依赖越来越严重，对物流和快递行业的效率和成本提出了更多的要求。在当前，物流成本占国民生产总值的比例高于发达国家的水平。如果需要降低物流的配送的成本，那么就需要减少整个物流环节中人和车的数量，车的数量暂时没有合适的方式减少，那么可以考虑的就是减少人的数量。最理想的状态是，整个物流过程均有机器、尤其是无人化的智能设备来取代。
在物流和快递行业，为了提高配送的效率，通常会设置多个层级的仓库，物流包裹在各个仓库之间进行转运，直到用户的手中。转运车辆与仓库之间的交互均由人来手工完成，运用人力将物流包裹一件件地从仓库搬到转运车辆上，或者从转运车辆上卸到仓库里。
众多人力参与到转运车辆与仓库之间的交互过程中，导致物流成本的居高不下，尤其是人工环节存在较大的错误率和一定的损坏率，也不能够保证货品在整个物流环节的“可控”、“可观”，实现真正意义上全流程化的实时管理和监控。为了提升物流效率，降低成本，很多物流公司已经开始尝试在仓库里采用机械臂进行自动分拣，减少人力，同时降低物流成本。
另外，有一些物流公司尝试利用配送机器人实现转运和终端配送，此举可以减少终端物流配送的人员数量；也有物流公司尝试仓库之间的转运采用无人驾驶车辆进行运输，从而减少转运过程中对司机的需求。综上，为了减少物流过程中人的数量，降低物流成本，现有技术已经在物流的很多流程和环节进行了无人化改造，但是无人车搭载的货物在仓库上下的过程依然由人力完成。
但是，在整个物流环节当中，对于设备之间、尤其是无人智能化设备之间的对接、货物的转运等方面都没有较佳的解决方式，未能实现真正的全流程无人化管理。
货箱在转运过程中，需要完成无人设备与货箱的对接，而在整个过程中传统方式一般仅靠无人设备自身的位置信息配合货箱的位置信息来进行对准，即通过获取两者的相对位置信息，然后利用位置信息来对二者进行对准。但是，位置信息仅仅是影响到二者对准的一个方面，对于二者的姿态信息而言，未曾考虑。加上，位置信息往往在一些复杂应用场下还有不确定性，无法可靠的保证两者的对准精度，从而无法保证货箱的可靠转运。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、适用范围广、可实现精确对接的基于局部定位系统的货箱自动转移方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于局部定位系统的货箱自动转移方法，其步骤为：
步骤S1：进入局部高精度定位系统的检测区域内；
步骤S2：对货箱和待对准平台进行局部高精度位姿测量；
步骤S3：车辆自动驾驶到目标位置，完成粗对准；
步骤S4：运动到位后，若误差在粗对准可容忍误差范围内，则转下一步；否则，重复上一步；
步骤S5：利用精对准系统进行精对准；
步骤S6：运动到位后，若误差在精对准可容忍误差范围内，则转下一步，否则，重复上一步；
步骤S7：货箱自动运行到待对接平台上。
作为本发明的进一步改进：所述局部高精度定位系统用来检测目标三维位姿，在检测区域内的任何一个位置均可以同时检测到待对准平台和货箱的位姿。
作为本发明的进一步改进：所述局部高精度定位系统采用光学动作捕捉系统，用来获取三维的位置和姿态。
作为本发明的进一步改进：所述局部高精度定位系统采用UWB系统，用来获取三维的位置和姿态；所述UWB系统包括有源UWB基站和多个UWB接收器，所述UWB接收器安装于货箱上，UWB接收器相对于货箱坐标系(OhXhYhZh)的坐标是确定的，所述UWB基站同步发射信号。
作为本发明的进一步改进：还可以包括一个转运机器人，转运机器人通过通信系统向计算服务器查询货箱当前的位姿参数；转运机器人通过通信系统向计算服务器查询转运机器人当前的位置，并通过六自由度平台的反馈传感器获取转运平台姿态；转运机器人规划路径并行驶到无人车待对接位置；(第一次精对准第一步)；转运机器人调整转运平台的姿态准备与货箱对接；(第一次精对准第二步)；转运机器人位姿误差在对准可容忍误差范围内，转下一步；否则，转第四步；转运机器人准备好对接，并发送信号给货箱；货箱控制器控制发送指令给转运系统，货箱从无人车上自动转运至转运机器人的转运平台上。
作为本发明的进一步改进：所述转运机器人直接把整个无人车顶起来，转运机器人的六自由度平台进行调整，间接调整货箱的姿态；转运机器人的运动，间接调整货箱的位置；那么转运机器人直接转到无人车下面，把无人车顶起来，然后运动到待对准平台附近，然后调整姿态，使得位姿参数满足要求即可；然后货箱自动从无人车转运到待对接平台上。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的基于局部定位系统的货箱自动转移方法；，原理简单、适用范围广，能够大大提高无人设备的容错率，提高对准的精度，从而保证对接过程中以及货柜转接过程中的稳定性和可靠性，最终能够实现整个物流环节当中真正的全流程无人化管理。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
图2是本发明在具体应用实例中采用UWB系统的整体原理示意图。
图3是本发明在具体应用实例中在货箱上布置接收器的原理示意图。
图4是本发明在另一个具体应用实例中的原理示意图。
图5是本发明在另一个具体应用实例中采用机器人之后各部件之间配合的原理示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的基于局部定位系统的货箱自动转移方法，其步骤为：
步骤S1：进入局部高精度定位系统的检测区域内；所述局部高精度定位系统用来检测目标三维位姿，在检测区域内的任何一个位置均可以同时检测到待对准平台和货箱的位姿。
步骤S2：对货箱和待对准平台进行局部高精度位姿测量；
步骤S3：车辆自动驾驶到目标位置，完成粗对准；
步骤S4：运动到位后，若误差在粗对准可容忍误差范围内，则转下一步；否则，重复上一步；
步骤S5：利用精对准系统进行精对准；
步骤S6：运动到位后，若误差在精对准可容忍误差范围内，则转下一步，否则，重复上一步；
步骤S7：货箱自动运行到待对接平台上。
在具体应用实例中，在步骤S1中，所述局部高精度定位系统可以根据实际需要采用UWB系统或者光学动作捕捉系统，可以直接获取三维的位置和姿态。
以下将以一个具体应用实施例来详细阐述本发明的原理。该实例中以UWB系统的技术来进行描述。原理如下：
如图2和图3所示，在一个10米长，10米宽，5米高的区域内布置8个有源UWB基站，8个基站可以精确同步发射信号。
在货箱上布置多个UWB接收器，不少于3个。本实施例中，在货箱的八个顶点也各安装了一个接收器。八个接收器相对于货箱坐标系(OhXhYhZh)的坐标是确定的。
同时，可以通过UWB定位系统获取这八个接收器在UWB定义的参考坐标系下的坐标。因此，可以求得货箱坐标系相对于参考坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。也就是说，可以求得货箱在参考坐标系中的三维坐标和姿态。
Figure BDA0001831830780000051
共有12个未知参数，通过不在同一个平面的四个点的坐标，就可以求得Rwh，Twh。
货箱相对于参考坐标系的三个姿态角(θ，γ，ψ)与Rwh的关系为：
Figure BDA0001831830780000052
求得Rwh后，即可求得货箱相对于参考坐标系的三个姿态角。
Figure BDA0001831830780000053
Figure BDA0001831830780000054
Figure BDA0001831830780000055
Twh是货箱坐标系原点在参考坐标系的中的坐标。
由此，货箱相对于参考坐标的位姿信息计算完毕。转运无人车能够和后台通信，获取有源标签0-9的所有三维位置。
即，可以通过UWB定位系统获取这八个接收器在UWB定义的参考坐标系下的坐标。因此，可以求得货箱坐标系相对于参考坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。也就是说，可以求得货箱在参考坐标系中的三维坐标和姿态。
在另一个实施例中，参见图4和图5，还可以包括一个转运机器人，转运机器人通过通信系统向计算服务器查询货箱当前的位姿参数；转运机器人通过通信系统向计算服务器查询转运机器人当前的位置，并通过六自由度平台的反馈传感器获取转运平台姿态；转运机器人规划路径并行驶到无人车待对接位置；(第一次精对准第一步)；转运机器人调整转运平台的姿态准备与货箱对接；(第一次精对准第二步)；转运机器人位姿误差在对准可容忍误差范围内，转下一步；否则，转第四步；转运机器人准备好对接，并发送信号给货箱；货箱控制器控制发送指令给转运系统，货箱从无人车上自动转运至转运机器人的转运平台上。
作为进一步的优化，转运机器人直接把整个无人车顶起来，转运机器人的六自由度平台进行调整，可以间接调整货箱的姿态；转运机器人的运动，可以间接调整货箱的位置。那么转运机器人直接转到无人车下面，把无人车顶起来，然后运动到待对准平台附近，然后调整姿态，使得位姿参数满足要求即可。然后货箱自动从无人车转运到待对接平台上。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于局部定位系统的货箱自动转移方法，其特征在于，步骤为：
步骤S1：进入局部定位系统的检测区域内；
步骤S2：对货箱和待对接平台进行局部位姿测量；
步骤S3：车辆自动驾驶到目标位置，完成粗对准；
步骤S4：运动到位后，若误差在粗对准可容忍误差范围内，则转下一步；否则，重复上一步；
步骤S5：利用精对准系统进行精对准；包括一个转运机器人，转运机器人通过通信系统向计算服务器查询货箱当前的位姿参数；转运机器人通过通信系统向计算服务器查询转运机器人当前的位置，并通过六自由度平台的反馈传感器获取转运平台姿态；转运机器人规划路径并行驶到无人车待对接位置；转运机器人调整转运平台的姿态准备与货箱对接；转运机器人位姿误差在对准可容忍误差范围内，转运机器人准备好对接，并发送信号给货箱；货箱控制器控制发送指令给转运系统，货箱从无人车上自动转运至转运机器人的转运平台上；否则，重复进行精对准；步骤S6：转运平台运动到位后，与待对接平台进行精对准，若误差在精对准可容忍误差范围内，则转下一步，否则，重复进行精对准；
步骤S7：货箱自动运行到待对接平台上。
2.根据权利要求1所述的基于局部定位系统的货箱自动转移方法，其特征在于，所述局部高精度定位系统用来检测目标三维位姿，在检测区域内的任何一个位置均可以同时检测到待对准平台和货箱的位姿。
3.根据权利要求1所述的基于局部定位系统的货箱自动转移方法，其特征在于，所述局部高精度定位系统采用光学动作捕捉系统，用来获取三维的位置和姿态。
4.根据权利要求1所述的基于局部定位系统的货箱自动转移方法，其特征在于，所述局部定位系统采用UWB系统，用来获取三维的位置和姿态；所述UWB系统包括有源UWB基站和多个UWB接收器，所述UWB接收器安装于货箱上，UWB接收器相对于货箱坐标系(OhXhYhZh)的坐标是确定的，所述UWB基站同步发射信号。
5.根据权利要求1所述的基于局部定位系统的货箱自动转移方法，其特征在于，所述转运机器人直接把整个无人车顶起来，转运机器人的六自由度平台进行调整，间接调整货箱的姿态；转运机器人的运动，间接调整货箱的位置；那么转运机器人直接转到无人车下面，把无人车顶起来，然后运动到待对准平台附近，然后调整姿态，使得位姿参数满足要求即可；然后货箱自动从无人车转运到待对接平台上。
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Denomination of invention: Automatic container transfer method based on local positioning system

Effective date of registration: 20220721

Granted publication date: 20211105

Pledgee: CHANGSHA RURAL COMMERCIAL BANK Co.,Ltd.

Pledgor: CHANGSHA XINGSHEN INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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