CN112875576A - 一种自动驾驶叉车系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动驾驶叉车系统，包括叉车车体、叉车车载控制系统、叉车导航定位系统、叉车安全避障系统、叉车上位管理系统、叉车行走路径规划系统、叉车任务调度管理系统、叉车交通管理系统、显示系统、控制信号无缝智慧链接系统、叉车本车通讯系统、叉车上位通讯系统、智慧仓储管理控制系统服务器。本发明能够实现叉车的无人化运动控制，解决了叉车对于作业环境适应性差的问题，系统部署简单，对于自动驾驶叉车作业环境的光线、地面平整度适应性强，后期维护工作量小，可实现24小时黑灯作业。

Description

一种自动驾驶叉车系统

技术领域

本发明属于叉车技术领域，尤其涉及一种自动驾驶叉车系统。

背景技术

现有自动驾驶叉车系统，具有如下技术缺陷：

1）采用激光雷达、二维码、地磁、视觉等方式导航，对作业环境适应性差。

2）激光导航成本高。

3）激光雷达导航需要布设反射板并严格测绘，部署复杂；无反射板激光SLAM对自动驾驶叉车作业地面平整度要求很高；采用二维码、地磁需要在地面铺设二维码、地磁，重载自动驾驶叉车对二维码、地磁会造成损坏，要经常维护二维码、地磁；采用视觉导航对作业环境光线的均匀性及照度要求高。

4）自动驾驶叉车受导航方式的特性所限，自动驾驶叉车的行驶速度受限。

5）大部分自动驾驶叉车路线不够柔性化。

6）仓库布局不能实时动态调整。

7）对货物放置位置需进行严格限位。

8）自动驾驶叉车导航方式不能很好的适用室内、室外行走，特别是极端天气的室外导航定位。

9）自动驾驶叉车缺少有效的立体避障措施，尤其是沿叉车货叉叉取货物方向前进时，存在安全隐患。

10）新旧生产系统之间对接接口困难，尤其是旧的生产系统不能开放接口情况下的无缝对接难。

11)生产同自动驾驶叉车控制系统之间管理基本处于松耦合状态，全流程智慧化程度不高。

12）对于不开放控制接口的叉车改造为自动驾驶叉车时，大部分情况下需减配叉车原有的核心部件，如电机驱动，改变了叉车原有的特种设备的属性。

发明内容

本发明的目的是提供自动驾驶叉车，以解决上述技术问题。

本发明提供了一种自动驾驶叉车系统 ，包括叉车车体、叉车车载控制系统、叉车导航定位系统、叉车安全避障系统、叉车上位管理系统、叉车行走路径规划系统、叉车任务调度管理系统、叉车交通管理系统、显示系统、控制信号无缝智慧链接系统、叉车本车通讯系统、叉车上位通讯系统、智慧仓储管理控制系统服务器；

所述叉车车载控制系统设于所述叉车车体上；

所述叉车车载控制系统、叉车导航定位系统、叉车安全避障系统之间通过所述叉车本车通讯系统互相通讯；

所述叉车行走路径规划系统、叉车任务调度管理系统、叉车交通管理系统、显示系统通过所述叉车上位通讯系统与所述叉车车载控制系统通讯；

所述叉车车载控制系统，用于通过所述叉车上位通讯系统接收所述叉车上位管理系统的控制及管理指令，根据所述叉车上位管理系统的规划方案，接收所述叉车任务调度管理系统的调度任务，按照所述叉车行走路径规划系统提供的实时动态路径，并按照所述叉车交通管理系统提供的策略，自动行驶到指定位置，完成所述叉车上位管理系统下达的控制及管理指令；

所述叉车导航定位系统及叉车安全避障系统分别用于所述叉车车体在执行相关控制及管理指令过程中的导航定位及安全避障；

所述显示系统与所述上位管理系统通信，用于显示叉车的实时信息、仓储库位信息、巷道信息等；所述实时信息同时包括叉车的任务信息、空满载信息、速度信息、位置信息、路线信息、电量信息，所述显示系统可通过本地网络实现在本地显示系统显示或通过5G网络实现在远程云端显示系统显示；

进一步地，所述叉车导航定位系统包括uwb全局导航定位系统、车载惯性导航系统、激光测距定位系统及3D视觉定位系统；

所述uwb全局导航定位系统包括安装于工作区域天花板上或叉车工作区域周界的全局导航定位基站及安装于叉车车体上的车载定位基站；

所述车载惯性导航系统包括安装于所述叉车车体上的惯性导航传感器；

所述激光测距定位系统包括设于所述叉车车体货叉下侧的激光测距传感器，所述3D视觉定位系统包括设于所述叉车车体货叉下侧的3D深度相机；

所述3D深度相机及激光测距传感器各布置两套，分为两组，其中一组3D深度相机及激光测距传感器设于固定高度，用于上、下层或上几层货物同底层货物之间左、右，前、后对齐及不同运行阶段时的叉车精准导航定位；另一组3D深度相机及激光测距传感器可随货叉上下运动，用于叉车不同运行阶段时精准导航定位及叉车货叉进叉深度的精准测量；

所述叉车导航定位系统基于导航定位智慧融合SLAM算法，将定位基站数据、车载惯性导航数据、激光测距数据、3D深度相机数据进行融合并结合叉车里程计（实时速度）、编码器数据（实时转向角），得出叉车的精确位置数据及航向数据，以实现叉车无人驾驶的闭环控制。

进一步地，所述全车安全避障系统包括安全激光雷达、安全防撞条、安全防撞基站、安全立体避障3D深度相机及碰撞传感器；

所述安全激光雷达安装于所述叉车车体沿货叉反方向运动时车体正面下侧左右转角各一套，用于车体四周周界平面安全避障；

所述安全防撞条安装于所述叉车车体下侧周界，用于叉车同障碍物之间接触时的紧急避障；

所述安全立体避障3D深度相机，安装于所述叉车车体沿货叉方向前进时货叉下侧两套，一套固定高度，另一套随货叉上下运动，在所述叉车沿货叉反方向运动时，车体正面中上侧左右居中位安装一套3D深度相机，用于叉车在空载或满载状态下沿叉齿方向或叉齿反方向前进时的安全立体避障及障碍物尺寸及相对叉车位置数据进行测量；车体左右两侧可根据应用需求在中上侧左右居中位各安装一套3D深度相机，用于叉车左右两侧安全立体避障；

所述安全防撞基站安装于所述叉车车载控制系统控制箱上侧，用于安装有防撞基站的车、车间或叉车同配戴防撞标签的人之间的安全避障；

所述碰撞传感器安装于所述叉车车体内部，用于叉车受到碰撞时叉车的紧急停车避障；

所述全车安全避障系统基于安全避障融合算法融合安全激光雷达、安全防撞基站、安全立体避障3D深度相机、安全防撞条、防碰撞传感器以及上位管理系统避让相关的所有实时数据，按设定的安全策略给出算法结果到所述全车安全避障系统，并通过所述叉车本车通讯系统将安全避障结果发送到叉车车载控制系统，通过叉车车载控制系统控制叉车完成预警、减速、直接通过、最优避让通过、快速通过、停车等待、停车、紧急停车工作。

进一步地，所述碰撞传感器与所述叉车车载控制系统通过所述叉车本车通讯系统进行通讯。

进一步地，所述全车安全避障系统中固定高度的安全立体避障3D深度相机及随货叉上下运动的安全立体避障3D深度相机与所述叉车导航定位系统中固定高度的3D深度相机及随货叉上下运动的3D深度相机分时共用。

进一步地，所述叉车上位通讯系统包括安装在工作区域天花板上或工作区域周界的无线AP或5G基站，以及安装在叉车车体上的无线AP客户端或5G接收端。

进一步地，该系统还包括用于为所述叉车充电的自动充电系统，所述自动充电系统供叉车在接收到所述上位管理系统的充电指令时，自动行驶到所述自动充电系统进行自动充电。

进一步地，所述自动充电系统为无线自动充电系统或接触式自动充电系统，所述无线自动充电系统包括充电桩、自动充电发射端、车载自动充电接收端；所述接触式自动充电系统包括充电桩、自动充电发射端-接触式充电臂、车载自动充电接收端-车载接触式充电刷。

进一步地，所述自动充电系统包括电池管理控制系统及叉车、充电桩之间的uwb通讯系统，所述uwb通讯系统通过车载安全防撞基站与安装在充电桩上的基站进行通讯，以使叉车同充电桩完成信息传送，并由所述电池管理控制系统完成充电管理与控制。

进一步地，该系统还包括生产线末端智慧感知系统，所述产线末端智慧感知系统与所述上位管理系统通过所述叉车上位通讯系统进行通信，用于采集生产线货物生产状态，将产线末端货物状态信息发送至所述上位管理系统，供上位管理系统对叉车进行管理调度，以使叉车将货物及时准确入库。

进一步地，该系统还包括生产线托盘仓智慧感知系统，所述生产线托盘仓智慧感知系统与所述上位管理系统通过所述叉车上位通讯系统进行通信，用于采集生产线托盘仓空托盘缺盘信息，将生产线托盘仓空托盘缺盘信息发送至所述上位管理系统，供上位管理系统对叉车进行管理调度，以使叉车将空托盘及时准确送入空托盘仓。

进一步地，该系统还包括无人装车智慧感知系统，所述无人装车智慧感知系统与所述上位管理系统通过叉车上位通讯系统进行通信，用于采集智慧无人装车系统前端货物缺货信息，所述无人装车智慧感知系统将装车缺货信息发送至所述上位管理系统，供上位管理系统对叉车进行管理调度，以使叉车将装车所需货物送至无人装车系统。

进一步地，该系统还包括无人装车空托盘智慧感知系统，所述无人装车空托盘智慧感知系统与所述上位管理系统通过叉车上位通讯系统通信，用于采集智慧无人装车系统货物装车后所留下的空托盘信息，所述无人装车空托盘智慧感知系统将装车后所留下的空托盘信息发送至所述上位管理系统，供上位管理系统对叉车进行管理调度，以使叉车将装车后所留下的空托盘及时送入仓库指定区域存放。

进一步地，所述叉车为不开放控制接口或开放控制接口的前移式叉车、托盘搬运式叉车、平衡重式叉车、三向式叉车、地牛式叉车、窄巷道叉车或堆垛式叉车。

进一步地，所述控制信号无缝智慧链接系统用于升级不开放/开放控制接口的叉车为自动驾驶叉车，并不减配叉车原有的核心部件，升级后的自动驾驶叉车可保持叉车原有的特种车辆属性。

借由上述方案，通过一种自动驾驶叉车系统，具有如下技术效果：

1）解决了自动驾驶叉车对于作业环境适应性差的问题，系统部署简单，对于叉车作业环境的光线、地面平整度适应性强，后期维护工作量小，可实现24小时黑灯作业。

2）自动驾驶叉车作业环境可快速电子地图化，以此为基础，将电子地图预装在自动驾驶叉车上，可快速升级叉车为自主移动机器人叉车（AMR）。

3）实现叉车路线柔性化，不局限于预先设置好的路线，可通过系统自主动态规划叉车任意的安全行驶路径，对于空旷作业环境，可随时按用户需求调整货物摆放位置及角度。

4）自动驾驶叉车可室外作业，实现了室内、外导航一体化。

5）自动驾驶叉车的行驶速度不受导航方式限制，在叉车车体支持速度范围内，随时可按系统给出的任意安全速度行驶。

6）自动驾驶叉车为双模工作模式，可一键切换为人工驾驶或自动无人驾驶。

7）自动驾驶叉车系统方案具有通用性，可方便对用户现有叉车进行自动驾驶改造。

8）通过3D深度相机实现叉车前后左右四个方向的安全立体避障，安全激光雷达、3D深度相机、安全防撞基站、安全防撞条、防碰撞传感器五重安全措施解决了重载叉车运行安全性，完全消除了事故隐患。

9)仓库布局可实时动态调整，生产同自动驾驶叉车系统上位管理系统实现紧耦合融合，新旧生产系统可实现无缝技术链接，从生产到入库、出库、装车全流程智慧化、系统化作业。

10）人工叉车改造为自动驾驶叉车时，不需减配叉车原有的核心部件，如电机驱动，不改变叉车原有的特种设备的属性，提高了自动驾驶叉车系统运行的可靠性、安全性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

附图说明

图1是本发明一种自动驾驶叉车系统结构示意图；

图2是本发明叉车导航定位系统的结构示意图；

图3是本发明叉车安全避障系统的结构示意图；

图4是本发明叉车安全避障系统的俯视结构示意图。

图中标号：

1-叉车车体；2-叉车车载控制系统；3-叉车导航定位系统；4-叉车上位通讯系统；5-安全避障系统；6-自动充电接收端；7-充电桩及自动充电发射端；8-叉车上位管理控制系统；9-显示系统；10-智慧仓储管理控制系统服务器；11-5G通讯基站；12-生产线未端智慧感知系统；13-生产线托盘仓智慧感知系统；14-无人装车智慧感知系统；15-无人装车空托盘智慧感知系统；31-定位基站；32-车载导航定位基站；33-惯性导航传感器；34-激光测距传感器；35-3D深度相机；51-安全防撞基站；52-安全立体避障3D相机；53-避障相机识别区；54-安全防撞条；55-安全激光雷达；56-安全激光雷达识别区；57- 安全防撞基站识别区。

具体实施方式

下面结合附图和本实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明发明，但不用来限制本发明的范围。

参图1至图4所示，本实施例提供了一种自动驾驶叉车系统，包括叉车车体1、叉车车载控制系统2、叉车导航定位系统3、叉车安全避障系统5、自动充电接收端6、充电桩及自动充电发射端7、叉车上位管理系统8、叉车行走路径规划系统、叉车任务调度管理系统、叉车交通管理系统、叉车充电管理系统、显示系统9、控制信号无缝智慧链接系统、叉车本车通讯系统、叉车上位通讯系统4、智慧仓储管理控制系统服务器10、生产线未端智慧感知系统12、生产线托盘仓智慧感知系统13、无人装车智慧感知系统14、无人装车空托盘智慧感知系统15；

叉车车载控制系统2设于叉车车体1上，通过控制信号无缝智慧链接系统、叉车本车通讯系统，将计算机信号同叉车控制系统无缝链接，并向叉车车体1发出前进、后退、转向、停止、刹车、门架前移、货物叉齿倾斜、货物叉齿左、右移动，货物叉齿举升、货物叉齿降下等指令，以保证叉车车体1按系统指令精准、安全执行各项作业。

叉车车载控制系统2、叉车导航定位系统3、叉车安全避障系统5之间通过所述叉车本车通讯系统互相通讯；

叉车行走路径规划系统、叉车任务调度管理系统、叉车交通管理系统、叉车充电管理系统、显示系统9、生产线未端智慧感知系统12、生产线托盘仓智慧感知系统13、无人装车智慧感知系统14、无人装车空托盘智慧感知系统15通过所述叉车上位通讯系统4与所述叉车车载控制系统2通讯；

所述叉车车载控制系统2，用于通过所述叉车上位通讯系统4接收所述叉车上位管理系统8的控制及管理指令，根据所述叉车上位管理系统8的规划方案，接收所述叉车任务调度管理系统的调度任务，按照所述叉车行走路径规划系统提供的实时动态路径，并按照所述叉车交通管理系统提供的策略，自动行驶到指定位置，完成所述叉车上位管理系统8下达的控制及管理指令；

所述叉车导航定位系统3及叉车安全避障系统5分别用于所述叉车车体1在执行相关控制及管理指令过程中的导航定位及安全避障；

所述显示系统9与所述上位管理系统8通信，用于显示叉车的实时信息、仓储库位信息、巷道信息等；所述实时信息同时包括叉车的任务信息、空满载信息、速度信息、位置信息、路线信息、电量信息等，所述显示系统可通过本地网络实现在本地显示系统显示或通过5G网络实现在远程云端显示系统显示；

所述生产线未端智慧感知系统12、生产线托盘仓智慧感知系统13、无人装车智慧感知系统14、无人装车空托盘智慧感知系统15通过叉车上位通讯系统4同上位管理系统8实时通信，用于提供生产线未端及无人装车系统前端实时货物及托盘信息给上位管理系统8，以便上位管理系统8及时下达控制及管理指令；

在本实施例中，所述叉车导航定位系统3包括uwb全局导航定位系统、车载惯性导航系统、激光测距定位系统及3D视觉定位系统，uwb全局导航定位系统包括安装于工作区域天花板上或叉车工作区域周界的全局导航定位基站31及安装于叉车车体上的车载定位基站32；车载惯性导航系统包括安装于所述叉车车体上的惯性导航传感器33；激光测距定位系统包括设于所述叉车车体1货叉下侧的激光测距传感器34，3D视觉定位系统包括设于所述叉车车体货叉下侧的3D深度相机35；

3D深度相机35及激光测距传感器34各布置两台，分为两组，其中一组3D深度相机及激光测距传感器设于固定高度，用于上、下层或上几层货物同底层货物之间左、右，前、后对齐及不同运行阶段时的叉车精准导航定位；另一组3D深度相机及激光测距传感器可随货叉上下运动，用于叉车不同运行阶段时精准导航定位；

叉车导航定位系统3基于导航定位智慧融合SLAM算法，将定位基站数据、车载惯性导航数据、激光测距数据、3D深度相机数据进行融合并结合叉车里程计（实时速度）、编码器数据（实时转向角），得出叉车的精确位置数据及航向数据，以实现叉车无人驾驶的闭控制，叉车车载控制系统2可以根据叉车所处坐标位置及航向指挥叉车按规划路径驶向目标位置。SLAM算法中uwb全局定位主要保证车辆在大范围运行的定位的可靠，车载惯性导航系统主要保证车辆在短时间内连续高精度的定位，3D深度相机可以取得目标的点云数据以及RGB数据，激光测距传感器可以提供精准的距离信息，3D视觉定位系统及激光测距定位主要保证末端精准定位及导航，使得叉车主动修正导航信息、实现立体安全避障及码货对齐，通过导航定位智慧融合SLAM算法有效保证叉车可以准确，快速，安全地完成生产控制任务。

例如，叉车车载控制系统2可根据叉车所处坐标位置及航向指挥叉车按规划路径驶向目标位置；当叉车车体靠近指定取货位置后，由导航定位智慧融合SLAM算法根据激光测距传感器34及3D深度相机35所给出的数据，对货物托盘叉孔进行精确定位，以保证叉车车体货叉能精准对准托盘叉孔，并由算法给出货叉叉进托盘叉孔深度信息，从而保证叉车车体每次都能准确无误的叉取托盘。

通过导航定位智慧融合SLAM算法还可自适应接收车载定位基站周围信号不受干扰或受干扰较小基站数据，从而保证定位数据精度。

叉车导航定位系统3根据叉车车体1工作区域大小，在工作区域内装有一定数量的全局导航定位基站31，全局导航定位基站可将叉车车体1整个工作区域电子地图化；全局导航定位基站采用三点定位原理，通过车载定位基站32得到到达附近几个基站距离，仅得到叉车到各基站的原始距离信息。

全局导航定位基站31除满足定位需求外，还可完成各个基站之间的双向通讯，根据全局导航定位基站31之间的距离及基站到车载定位基站31间信号强弱程度，按车载控制系统指令调节各基站功率，从而满足精准运行需求。

该叉车导航定位系统3融合了3D视觉及激光测距，叉车叉取货物时，货物不需严格限位，即使货物位置或角度偏移，叉车也可自主精准对准托盘孔，杜绝了安全隐患，防止安全事故的发生，实现了真正意义上的智慧化作业；3D视觉及激光测距可输出无货架/有货架尤其无货架码放货物时，上下两层或几层货物之间左右、前后的相对位置信息，由此叉车可在码放货物时将货物前后、左右方向精准对齐；该导航定位系统还很好的解决了叉车室内、室外行走时环境因素对导航定位系统的制约问题，可实现极端环境（如：行走地面不平整、环境湿度大易结露、雨、雾天气、灰尘大、光线强弱变化大）下叉车安全可靠的室内外运行；该导航定位系统不仅仅用于叉车，还可用于室内外作业的其它自主移动平台。

在本实施例中，全车安全避障系统5包括安全激光雷达、安全防撞条、安全防撞基站、安全立体避障3D深度相机及碰撞传感器；安全激光雷达55安装于叉车车体沿货叉反方向运动时车体正面下侧左右转角各一套，用于车体四周周界平面安全避障；安全防撞条54安装于叉车车体下侧周界，用于叉车同障碍物之间接触时的紧急避障。

所述安全立体避障3D深度相机52，安装于所述叉车车体1沿货叉方向前进时货叉下侧两套，一套固定高度，另一套随货叉上下运动，叉车沿叉齿方向前进时，空/满载的不同阶段，叉车将择机启动两套相机中的不同相机进行立体避障，在所述叉车沿货叉反方向运动时，车体正面中上侧左右居中位安装一套3D深度相机，用于叉车在沿叉齿反方向前进时的安全立体避障及障碍物尺寸及相对叉车位置数据进行测量；车体左右两侧可根据应用需求在中上侧左右居中位各安装一套3D深度相机，用于叉车左右两侧安全立体避障；

安全防撞基站51安装于叉车车载控制系统控制箱上侧，用于安装有防撞基站的车、车间或叉车同配戴防撞标签的人之间的安全避障；碰撞传感器安装于叉车车体内部，用于叉车受到碰撞时叉车的紧急停车避障。

全车安全避障系统5通过安全避障融合算法将融合安全激光雷达、安全防撞基站、3D深度相机、安全防撞条、防碰撞传感器以及上位管理控制系统8避让相关的所有实时数据，按一定的安全策略给出算法结果到叉车安全避障系统5，全车安全避障系统5通过本车通讯系统将安全避障结果发送到叉车车载控制系统2，叉车车载控制系统2将控制叉车完成预警、减速、直接通过、最优避让通过、快速通过、停车等待、停车、紧急停车工作。

全车安全避障系统5还将实时检测各安全传感系统故障，并由叉车车载控制系统2通过叉车上位通讯系统4发送给叉车上位管理控制系统8，以便叉车上位管理控制系统8做出系统安全决策。

叉车车载控制系统2通过叉车上位通讯系统4接收来自叉车上位管理控制系统8的交通避障信息，能够实现在同一通道运行或处于交通路口的叉车之间按一定安全策略主动相互避让。

例如，在叉车前进或后退时，安装于叉车车体1沿货叉反方向运动时，车体正面下侧左右转角的安全激光雷达55时刻对叉车车体周界进行障碍物检测，安全激光雷达检测区域周界以俯视叉车车体形成的最小长方形为基础，向四周按同比例扩展一定尺寸，扩展三个同平面长方形区域，最外一层区域为预警区，中间区域为减速区，最里区域为停车区，当障碍物进入到预警区，叉车将收到预警信息，当障碍物进入到减速区，叉车将在叉车车载控制系统2控制下减速，当障碍物进入到停车区， 叉车将在叉车车载控制系统2控制下紧急停车。

在某些情况下，安全防撞条54已经接触到障碍物时，安全防撞条54将通过叉车本车通讯系统通知叉车车载控制系统2，叉车车载控制系统2将控制叉车紧急停车。

在某些情况下，当有障碍物或有物体特别是悬空物体撞向叉车时，或叉车车体振动异常时，防碰撞传感器将通过叉车本车通讯系统通知叉车车载控制系统2，叉车车载控制系统2将控制叉车紧急停车。

该全车安全避障系统5，能够从系统全局及车体本身进行全方位、无盲区、多措施、被动、主动的完成车体周界平面及车体周围立体安全避障，保证叉车安全、可靠运行，并可采用最优避障行驶路径及策略；系统部署简单，后期维护工作量小，可实现24小时黑灯作业。

在本实施例中，碰撞传感器与叉车车载控制系统2通过叉车本车通讯系统进行通讯。

在本实施例中，全车安全避障系统5中固定高度的安全立体避障3D深度相机及随货叉上下运动的安全立体避障3D深度相机与叉车导航定位系统中固定高度的3D深度相机及随货叉上下运动的3D深度相机共用，以减少3D深度相机的布置数量。

在本实施例中，叉车上位通讯系统4包括安装在工作区域天花板上或工作区域周界的无线AP或5G基站，以及安装在叉车车体上的无线AP客户端或5G接收端。

在本实施例中，该系统还包括用于为叉车充电的自动充电系统，叉车自动充电系统以固定周期检测叉车电池电量（包括但不限于铅酸、铁锂），并由车载控制系统2通过叉车上位通讯系统4上报给叉车上位管理控制系统8，当电池电量低于一定阀值时，叉车上位管理控制系统8会同叉车车载控制系统2发出充电指令，包括充电位置及路径信息等，叉车会自动驶到指定位置进行自动充电。在叉车到达自动充电位置时，导航定位系统SLAM算法会给出叉车行走精准位置及航向，主要由3D深度相机实现停车充电精准定位（毫米级），停车精度控制在毫米级。

该自动充电系统可采用无线自动充电系统或接触式自动充电系统，所述无线自动充电系统包括充电桩及自动充电发射端7、车载自动充电接收端6；所述接触式自动充电系统包括充电桩及自动充电发射端-接触式充电臂、车载自动充电接收端-车载接触式充电刷。

该自动充电系统包括电池管理控制系统（BMS），主要由BMS完成充电管理与控制。叉车自动充电系统还包括叉车、充电桩之间的uwb通讯系统，此通讯系统是由车载安全防撞基站51同安装在充电桩上的基站进行通讯，以便叉车同充电桩完成各种信息的传送，由BMS系统完成充电管理与控制。

如采用接触式自动充电系统时，叉车到达充电刷充电位置时，自动驾驶叉车用3D相机或光电对准检测充电到位信息，到位检测通过后，充电桩伸缩臂（接触式充电臂）伸出，同车载接触式充电刷对接，并由BMS管理与控制叉车的电池充电工作。

叉车自动充电完成，叉车上位管理控制系统8会根据系统全局调度叉车完成各项任务指令，如入库、出库，待命区待命等。

在本实施例中，该系统还包括产线末端智慧感知系统12（由一组传感器信息收集终端和附属传感器组成，也可以通过信息收集终端直接接通原有生产线传感器信号构成），生产线末端智慧感知系统12与所述上位管理控制系统8通过所述叉车上位通讯系统4进行通信，用于采集生产线货物生产状态，将产线末端货物状态信息发送至所述上位管理控制系统8，供上位管理控制系统8对叉车进行管理调度，以使叉车将货物及时准确入库。

在本实施例中，该系统还包括生产线托盘仓智慧感知系统14，所述生产线托盘仓智慧感知系统14与所述上位管理控制系统8通过所述叉车上位通讯系统4进行通信，用于采集生产线托盘仓空托盘缺盘信息，将生产线托盘仓空托盘缺盘信息发送至所述上位管理控制系统8，供上位管理控制系统8对叉车进行管理调度，以使叉车将空托盘及时准确送入空托盘仓。

在本实施例中，该系统还包括无人装车智慧感知系统14，所述无人装车智慧感知系统14与所述上位管理控制系统8通过叉车上位通讯系统4进行通信，用于采集智慧无人装车系统前端货物缺货信息，所述无人装车智慧感知系统14将装车缺货信息发送至所述上位管理控制系统8，供上位管理控制系统8对叉车进行管理调度，从而实现装车系统自动装车。

在本实施例中，该系统还包括无人装车空托盘智慧感知系统15，所述无人装车空托盘智慧感知系统15与所述上位管理控制系统8通过叉车上位通讯系统4通信，用于采集智慧无人装车系统16货物装车后所留下的空托盘信息，所述无人装车空托盘智慧感知系统15将装车后所留下的空托盘信息发送至所述上位管理控制系统8，供上位管理控制系统8对叉车进行管理调度，以使叉车将装车后所留下的空托盘及时送入仓库指定区域存放。

自动驾驶叉车可以采用不开放控制接口或开放控制接口的前移式叉车、托盘搬运式叉车、平衡重式叉车、三向式叉车、地牛式叉车、窄巷道式叉车或堆垛式叉车。本实施例中的叉车为为前移式叉车，此叉车可以前进、后退、停止、刹车、转向、门架前移、货物叉齿倾斜、货物叉齿左、右移动，货物叉齿举升、货物叉齿下降、同时具备电池电量显示、叉车工作状态显示、档位显示、转向角度显示等功能，叉车为双模工作模式，可一键切换为人工驾驶或无人自动驾驶。

在本实施例中，控制信号无缝智慧链接系统用于升级不开放/开放控制接口叉车为自动驾驶叉车，即将原厂不开放控制接口或开放控制接口的前移式叉车、托盘搬运式叉车、平衡重式叉车、三向式叉车、地牛式叉车、窄巷道式叉车或堆垛式叉车通过控制信号无缝智慧链接系统系统升级为自动驾驶叉车。通过采用控制信号无缝智慧链接系统不需要改动叉车原有的属性（比如：特种设备），不减配叉车核心部件（如：叉车电机驱动），让自动驾驶叉车车体保持原有属性， 使自动驾驶叉车更具安全性、可靠性，降低了智能制造成本。

该自动驾驶叉车系统具有如下优势：

1）能够实现叉车的无人智慧化运动控制，自动调度以及自动化出入库，实现了无人叉车在大型仓库中从生产、入库、仓库管理到出库、装车的全流程智慧化操作。

2）采用灵活的叉车改装方式，可以选择模拟信号接入以及车载总线信号接入等方式对叉车进行个性化定制，兼容市面上各种有人驾驶叉车品牌。

3）叉车上导航定位可采用uwb（激光雷达）、3D深度相机，激光测距、惯性导航数据进行融合并结合叉车里程计（实时速度）、编码器数据（实时转向角），得出叉车的精确位置数据及航向数据，实现叉车无人驾驶的闭环控制，可以同时满足无人叉车高速运输和高精度叉货的定位需要。

4）采用激光雷达避障、3D相机障碍物识别、防撞基站、接触式防撞条、碰撞传感器以及设置电子围栏多种方式，可以使叉车在一种安全措施失效时依然可以实现全车的安全可靠运行。

5）采用uwb的全局导航方式，使得动态、灵活配置叉车运行路线以及柔性化叉车运行路线得以实现，无需对仓库硬件进行任何改动即可动态、自主规划叉车运行路线。

6）采用3D相机和激光测距进行叉取货物的定位识别，提高了目标识别的准确度和目标定位的精度，使得货物不需要进行严格限位。

7）搭配无人生产线，可以和无人生产线一起实现智慧化无人工厂的生产。

8）搭配智慧工厂云端服务器，可以使工厂的货物流动数据汇入大数据中心，实现仓库的数字化管理。

9）允许同时存在多台无人叉车，协同运行。

10）实现生产、搬运、入库、库管、出库、装车、托盘管理全流程智慧化、无人化操作，实现各个生产环节技术的无缝链接，大大降低了企业生产成本，保证了生产的安全性、可靠性，杜绝了安全事故的发生。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种自动驾驶叉车系统 ，其特征在于，包括叉车车体、叉车车载控制系统、叉车导航定位系统、叉车安全避障系统、叉车上位管理系统、叉车行走路径规划系统、叉车任务调度管理系统、叉车交通管理系统、显示系统、控制信号无缝智慧链接系统、叉车本车通讯系统、叉车上位通讯系统、智慧仓储管理控制系统服务器；

所述叉车车载控制系统设于所述叉车车体上；

所述叉车车载控制系统、叉车导航定位系统、叉车安全避障系统之间通过所述叉车本车通讯系统互相通讯；

所述叉车行走路径规划系统、叉车任务调度管理系统、叉车交通管理系统、显示系统通过所述叉车上位通讯系统与所述叉车车载控制系统通讯；

所述叉车车载控制系统，用于通过所述叉车上位通讯系统接收所述叉车上位管理系统的控制及管理指令，根据所述叉车上位管理系统的规划方案，接收所述叉车任务调度管理系统的调度任务，按照所述叉车行走路径规划系统提供的实时动态路径，并按照所述叉车交通管理系统提供的策略，自动行驶到指定位置，完成所述叉车上位管理系统下达的控制及管理指令；

所述叉车导航定位系统及叉车安全避障系统分别用于所述叉车车体在执行相关控制及管理指令过程中的导航定位及安全避障；

所述显示系统与所述上位管理系统通信，用于显示叉车的实时信息、仓储库位信息、巷道信息等；所述实时信息同时包括叉车的任务信息、空满载信息、速度信息、位置信息、路线信息、电量信息，所述显示系统通过本地网络实现在本地显示系统显示或通过5G网络实现在远程云端显示系统显示。

2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，所述叉车导航定位系统包括uwb全局导航定位系统、车载惯性导航系统、激光测距定位系统及3D视觉定位系统；

所述uwb全局导航定位系统包括安装于工作区域天花板上或叉车工作区域周界的全局导航定位基站及安装于叉车车体上的车载定位基站；

所述车载惯性导航系统包括安装于所述叉车车体上的惯性导航传感器；

所述激光测距定位系统包括设于所述叉车车体货叉下侧的激光测距传感器，所述3D视觉定位系统包括设于所述叉车车体货叉下侧的3D深度相机；

所述3D深度相机及激光测距传感器各布置两套，分为两组，其中一组3D深度相机及激光测距传感器设于固定高度，用于上、下层或上几层货物同底层货物之间左、右，前、后对齐及不同运行阶段时的叉车精准导航定位；另一组3D深度相机及激光测距传感器可随货叉上下运动，用于叉车不同运行阶段时精准导航定位及叉车货叉进叉深度的精准测量；

所述叉车导航定位系统基于导航定位智慧融合SLAM算法，将定位基站数据、车载惯性导航数据、激光测距数据、3D深度相机数据进行融合并结合叉车里程计、编码器数据，得出叉车的精确位置数据及航向数据，以实现叉车无人驾驶的闭环控制。

3.根据权利要求2所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，所述全车安全避障系统包括安全激光雷达、安全防撞条、安全防撞基站、安全立体避障3D深度相机及碰撞传感器；

所述安全激光雷达安装于所述叉车车体沿货叉反方向运动时车体正面下侧左右转角各一套，用于车体四周周界平面安全避障；

所述安全防撞条安装于所述叉车车体下侧周界，用于叉车同障碍物之间接触时的紧急避障；

所述安全立体避障3D深度相机，安装于所述叉车车体沿货叉方向前进时货叉下侧两套，一套固定高度，另一套随货叉上下运动，在所述叉车沿货叉反方向运动时，车体正面中上侧左右居中位安装一套3D深度相机，用于叉车在空载或满载状态下沿叉齿方向或叉齿反方向前进时的安全立体避障及障碍物尺寸及相对叉车位置数据进行测量；车体左右两侧可根据应用需求在中上侧左右居中位各安装一套3D深度相机，用于叉车左右两侧安全立体避障；

所述安全防撞基站安装于所述叉车车载控制系统控制箱上侧，用于安装有防撞基站的车、车间或叉车同配戴防撞标签的人之间的安全避障；

所述碰撞传感器安装于所述叉车车体内部，用于叉车受到碰撞时叉车的紧急停车避障；

所述全车安全避障系统基于安全避障融合算法融合安全激光雷达、安全防撞基站、安全立体避障3D深度相机、安全防撞条、防碰撞传感器以及上位管理系统避让相关的所有实时数据，按设定的安全策略给出算法结果到所述全车安全避障系统，并通过所述叉车本车通讯系统将安全避障结果发送到叉车车载控制系统，通过叉车车载控制系统控制叉车完成预警、减速、直接通过、最优避让通过、快速通过、停车等待、停车、紧急停车工作。

4.根据权利要求3所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，所述碰撞传感器与所述叉车车载控制系统通过所述叉车本车通讯系统进行通讯。

5.根据权利要求3所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，所述全车安全避障系统中固定高度的安全立体避障3D深度相机及随货叉上下运动的安全立体避障3D深度相机与所述叉车导航定位系统中固定高度的3D深度相机及随货叉上下运动的3D深度相机分时共用。

6.根据权利要求1所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，所述叉车上位通讯系统包括安装在工作区域天花板上或工作区域周界的无线AP或5G基站，以及安装在叉车车体上的无线AP客户端或5G接收端。

7.根据权利要求3所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，还包括用于为所述叉车充电的自动充电系统，所述自动充电系统供叉车在接收到所述上位管理系统的充电指令时，自动行驶到所述自动充电系统进行自动充电。

8.根据权利要求7所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，所述自动充电系统为无线自动充电系统或接触式自动充电系统，所述无线自动充电系统包括充电桩、自动充电发射端、车载自动充电接收端；所述接触式自动充电系统包括充电桩、自动充电发射端-接触式充电臂、车载自动充电接收端-车载接触式充电刷。

9.根据权利要求8所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，所述自动充电系统包括电池管理控制系统及叉车、充电桩之间的uwb通讯系统，所述uwb通讯系统通过车载安全防撞基站与安装在充电桩上的基站进行通讯，以使叉车同充电桩完成信息传送，并由所述电池管理控制系统完成充电管理与控制。

10.根据权利要求1所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，还包括生产线末端智慧感知系统，所述产线末端智慧感知系统与所述上位管理系统通过所述叉车上位通讯系统进行通信，用于采集生产线货物生产状态，将产线末端货物状态信息发送至所述上位管理系统，供上位管理系统对叉车进行管理调度，以使叉车将货物及时准确入库。

11.根据权利要求1所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，还包括生产线托盘仓智慧感知系统，所述生产线托盘仓智慧感知系统与所述上位管理系统通过所述叉车上位通讯系统进行通信，用于采集生产线托盘仓空托盘缺盘信息，将生产线托盘仓空托盘缺盘信息发送至所述上位管理系统，供上位管理系统对叉车进行管理调度，以使叉车将空托盘及时准确送入空托盘仓。

12.根据权利要求1所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，还包括无人装车智慧感知系统，所述无人装车智慧感知系统与所述上位管理系统通过叉车上位通讯系统进行通信，用于采集智慧无人装车系统前端货物缺货信息，所述无人装车智慧感知系统将装车缺货信息发送至所述上位管理系统，供上位管理系统对叉车进行管理调度，以使叉车将装车所需货物送至无人装车系统。

13.根据权利要求1所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，还包括无人装车空托盘智慧感知系统，所述无人装车空托盘智慧感知系统与所述上位管理系统通过叉车上位通讯系统通信，用于采集智慧无人装车系统货物装车后所留下的空托盘信息，所述无人装车空托盘智慧感知系统将装车后所留下的空托盘信息发送至所述上位管理系统，供上位管理系统对叉车进行管理调度，以使叉车将装车后所留下的空托盘及时送入仓库指定区域存放。

14.根据权利要求1所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，所述叉车为不开放控制接口或开放控制接口的前移式叉车、托盘搬运式叉车、平衡重式叉车、三向式叉车、地牛式叉车、窄巷道叉车或堆垛式叉车。

15.根据权利要求14所述的一种自动驾驶叉车系统，其特征在于，所述控制信号无缝智慧链接系统用于升级不开放/开放控制接口的叉车为自动驾驶叉车，并不减配叉车原有的核心部件，升级后的自动驾驶叉车可保持叉车原有的特种车辆属性。

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