CN112911504B - 面向智慧工厂的以车定货和路径规划的系统及规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向智慧工厂的以车定货和路径规划的系统，包括UWB高精度定位系统、RFID系统和车辆本地显示系统，UWB高精度定位系统由定位标签、定位基站和后台位置解算引擎构成，RFID系统包括设备ID标签、RFID读卡器、本地通讯模块和供电管理单元，车辆本地显示系统包括通讯模块和显示模块、按键输入模块和供电管理单元。本发明只需对极少量的搬运车辆安装车载定位标签，设备配置无源RFID标签即可实现对超大库区货物进行位置精确管控，极大的降低了系统复杂度，减少了系统部署以及后期维护成本，为数字化智慧工厂建设提供数据支撑，大大提升了工厂的智能化和自动化水平。

Description

面向智慧工厂的以车定货和路径规划的系统及规划方法
技术领域
本发明属于具体涉及一种面向智慧工厂的以车定货和路径规划的系统及规划方法。
背景技术
伴随着经济的飞速发展，人们出行条件不断改善，室外定位技术已经非常成熟，得到了大面积普及，给人们的日常生活、工作提供了极大便利。相对应的室内定位技术近年得到了飞速发展，作为室外GPS定位的补充，已经在很多应用场景得到了应用，尤其是以UWB为代表的高精度室内定位技术在数字化工厂、智慧园区、智慧矿山等领域得到了大范围推广，极大的提升了智慧工厂、厂矿的智能化、自动化水平以及数字透明化管理水平，成为数字化工厂安全防控、精准化经营管理有力支撑。
UWB作为数字化工厂室内定位的核心代表技术，无论是定位精度还是部署维护成本都具备绝对竞争优势，但由于设备需求数量一般不大，导致成本比较高；另外，由于目前的绝大多数工厂，如：钢厂、大型设备制造厂内定位环境相当复杂、遮挡严重，很难通过定位基站做全厂区覆盖，再加上需要定位的机器设备数量巨大，导致整个建设成本居高不下。
本技术方案针对生产大型机器设备的制造工厂提供一种通过以车定位货的新型定位方法和系统，实现对大型设备定位目标的同时最大限度降低系统复杂度和成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向智慧工厂的以车定货和路径规划的系统及规划方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向智慧工厂的以车定货和路径规划的系统，包括UWB高精度定位系统、RFID系统和车辆本地显示系统；
所述UWB高精度定位系统由定位标签、定位基站和后台位置解算引擎构成；
所述定位标签为车载定位标签，从搬运车辆电瓶取电，与定位基站进行精确测距和数据传输，接收基站的实时坐标信息，进一步传输给车辆本地显示系统；
所述定位基站用于与车载定位标签进行测距定位、接收来自车载定位标签上传的车辆ID、被搬运设备ID信息，同时下发当前需要搬运设备的位置点信息给车载定位标签，进一步通过车载定位标签本地串行接口传输给车载显示单元；
所述后台位置解算引擎用于接收来自定位基站转发的测距信息和车辆ID信息，进一步通过解算给出车辆实时的坐标位置点信息，通过具体车辆规格并结合陀螺仪、加速度传感器获取的车辆方向信息推算出当前被搬运设备的精确位置点信息，进行后台存储和展示；
所述RFID系统包括设备ID标签、RFID读卡器、本地通讯模块和供电管理单元；
所述设备ID标签为无源标签，配置在设备上，与设备的静态规格信息绑定；
所述RFID读卡设备：当车辆搬运设备时，当车辆靠近设备ID标签时，激活设备ID标签，读取设备ID信息，进一步通过本地通讯模块传输给UWB车载标签；
所述供电管理单元为RFID系统提供电源；
所述车辆本地显示系统包括通讯模块和显示模块、按键输入模块和供电管理单元；
其中所述通讯模块用于接收来自车载定位标签的位置坐标点，显示模块将坐标位置点显示在预先内置的定位区域坐标系统地图上；所述按键输入模块用于接收用户输入的查询信息。
进一步，所述本地通讯模块采用非工频(3-7GHz)通讯频率。
进一步，所述推算当前被搬运设备的精确位置点信息的具体步骤为：首先，车辆根据陀螺仪角度信息判断自身与当前搬运设备的相对方向；通过加速度信息判断车辆运行状态，即静止还是运动状态；其次，已知车辆与搬运货物方向，即货物位于车辆哪个方向，车辆瞬间静止状态时进行计算；再其次，通过设备ID信息从后台获取搬运货物的尺寸规格即长、宽、高信息；最后，通过车辆位置坐标点和货物尺寸规格，进行几何运算获取货物位置坐标点；例如：车辆当前坐标点为(X0，Y0)，货物为长、宽分别为L、W，搬运叉车臂长为：L0，则货物的位置坐标点为：[(X0+L0+W/2)，Y0])
一种面向智慧工厂的以车定货和路径规划系统的规划方法，包括以下步骤：
A)设备定位：
初次使用系统时，首先需要将设备的设备ID标签在后台与设备的规格型号静态信息绑定，对UWB车载定位标签内置的陀螺仪、加速度传感器进行校准，车载显示单元内部存储固化定位库区的坐标系地图；
当车辆搬运设备、RFID读卡器靠近设备时，获取设备ID信息，通过其本地通讯模块将设备ID传输给UWB车载定位标签；
进一步车载定位标签连同车辆ID、设备ID以及与基站之间的测距信息以及车载定位标签本地内嵌的陀螺仪、加速度传感器状态信息一起打包传输给定位基站；
所述定位基站进一步将信息传输给位置解析引擎后台，位置解析引擎后台根据定位基站上传的车载定位标签ID、基站ID以及测距信息解算给出车辆当前位置坐标点，通过设备ID标签信息从后台解析给出设备尺寸规格信息；
然后，后台根据陀螺仪和加速度传感器获取车辆当前的行驶方向角度信息；接下来，通过后台预置的位置解算模型给出当前设备的位置坐标点信息，后台数据库存储，下行通过基站、车载标签传输到车辆本地，以备后用；
B)设备寻找：
当后台系统需要指定搬运车辆需要寻找、搬运某台设备时，首先下行通过定位基站、车载定位标签将设备ID以及历史位置点信息传输到车辆本地显示系统，或者有车辆本地显示系统按键输入需要搬运设备ID信息；进一步上传至后台获取设备历史位置点信息；
然后，由车辆本地显示系统调用内部预置的定位库区坐标系地图，按照车辆当前的位置点和设备位置点信息，为车辆规划行驶路径寻找设备；车辆搬运设备后，按照“设备定位”模式再次将设备搬运后的位置点在后台更新，保证设备位置点实时更新、准确可靠。
进一步，所述本地通讯模块包括串行接口或无线蓝牙。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
1.通讯系统采用非工频(3-7GHz)通讯频率，安全性高，抗干扰能力强，稳定性好；
2.UWB测距精度高，正常测距误差在30厘米以内，能够满足绝大多数数字化工厂对设备仓储的管控需求；
3.假设私有基站，自成系统，不依赖于卫星信号、光线等外界环境，应用场景不受限制；
4.仅在设备搬运车辆(叉车)上安装车载定位标签，设备存放区域部署定位基站，性价比高，部署以及后期维护成本低。
5.规避了设备海量定位标签所引入的系统复杂度和巨额成本支出问题，同时规避了生产厂商复杂定位环境下的无线射频信号干扰问题，只需对极少量的搬运车辆安装车载定位标签，设备配置无源RFID标签即可实现对超大库区货物进行位置精确管控，极大的降低了系统复杂度，减少了系统部署以及后期维护成本，为数字化智慧工厂建设提供数据支撑，大大提升了工厂的智能化和自动化水平。
附图说明
图1为本发明的系统框架图；
图2为本发明的工作流程图；
图3为本发明的定位寻找流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2和图3示出了一种面向智慧工厂的以车定货和路径规划的系统及规划方法，一种面向智慧工厂的以车定货和路径规划的系统，包括UWB高精度定位系统、RFID系统和车辆本地显示系统；
所述UWB高精度定位系统由定位标签、定位基站和后台位置解算引擎构成；
所述定位标签为车载定位标签，从搬运车辆电瓶取电，与定位基站进行精确测距和数据传输，接收基站的实时坐标信息，进一步传输给车辆本地显示系统；
所述定位基站用于与车载定位标签进行测距定位、接收来自车载定位标签上传的车辆ID、被搬运设备ID信息，同时下发当前需要搬运设备的位置点信息给车载定位标签，进一步通过车载定位标签本地串行接口传输给车载显示单元；
所述后台位置解算引擎用于接收来自定位基站转发的测距信息和车辆ID信息，进一步通过解算给出车辆实时的坐标位置点信息，通过具体车辆规格并结合陀螺仪、加速度传感器获取的车辆方向信息推算出当前被搬运设备的精确位置点信息，进行后台存储和展示；
所述RFID系统包括设备ID标签、RFID读卡器、本地通讯模块和供电管理单元；
所述设备ID标签为无源标签，配置在设备上，与设备的静态规格信息绑定；
所述RFID读卡设备：当车辆搬运设备时，当车辆靠近设备ID标签时，激活设备ID标签，读取设备ID信息，进一步通过本地通讯模块传输给UWB车载标签，所述本地通讯模块采用非工频(3-7GHz)通讯频率，所述本地通讯模块包括但不限于串行接口、无线蓝牙等通讯方式；
所述供电管理单元为RFID系统提供电源；
所述车辆本地显示系统包括通讯模块和显示模块、按键输入模块和供电管理单元；
其中所述通讯模块用于接收来自车载定位标签的位置坐标点，显示模块将坐标位置点显示在预先内置的定位区域坐标系统地图上；所述按键输入模块用于接收用户输入的查询信息；
其中推算当前被搬运设备的精确位置点信息的具体步骤为：首先，车辆根据陀螺仪角度信息判断自身与当前搬运设备的相对方向；通过加速度信息判断车辆运行状态，即静止还是运动状态；其次，已知车辆与搬运货物方向，即货物位于车辆哪个方向，车辆瞬间静止状态时进行计算；再其次，通过设备ID信息从后台获取搬运货物的尺寸规格即长、宽、高信息；最后，通过车辆位置坐标点和货物尺寸规格，进行几何运算获取货物位置坐标点；例如：车辆当前坐标点为(X0，Y0)，货物为长、宽分别为L、W，搬运叉车臂长为：L0，则货物的位置点坐标为：[(X0+L0+W/2)，Y0])
一种面向智慧工厂的以车定货和路径规划系统的规划方法，包括以下步骤：
A)设备定位：
初次使用系统时，首先需要将设备的设备ID标签在后台与设备的规格型号静态信息绑定，对UWB车载定位标签内置的陀螺仪、加速度传感器进行校准，车载显示单元内部存储固化定位库区的坐标系地图；
当车辆搬运设备、RFID读卡器靠近设备时，获取设备ID信息，通过其本地通讯模块将设备ID传输给UWB车载定位标签；
进一步车载定位标签连同车辆ID、设备ID以及与基站之间的测距信息以及车载定位标签本地内嵌的陀螺仪、加速度传感器状态信息一起打包传输给定位基站；
所述定位基站进一步将信息传输给位置解析引擎后台，位置解析引擎后台根据定位基站上传的车载定位标签ID、基站ID以及测距信息解算给出车辆当前位置坐标点，通过设备ID标签信息从后台解析给出设备尺寸规格信息；
然后，后台根据陀螺仪和加速度传感器获取车辆当前的行驶方向角度信息；接下来，通过后台预置的位置解算模型给出当前设备的位置坐标点信息，后台数据库存储，下行通过基站、车载标签传输到车辆本地，以备后用；
B)设备寻找：
当后台系统需要指定搬运车辆需要寻找、搬运某台设备时，首先下行通过定位基站、车载定位标签将设备ID以及历史位置点信息传输到车辆本地显示系统，或者有车辆本地显示系统按键输入需要搬运设备ID信息；进一步上传至后台获取设备历史位置点信息；
然后，由车辆本地显示系统调用内部预置的定位库区坐标系地图，按照车辆当前的位置点和设备位置点信息，为车辆规划行驶路径寻找设备；车辆搬运设备后，按照“设备定位”模式再次将设备搬运后的位置点在后台更新，保证设备位置点实时更新、准确可靠。
本发明通讯系统采用非工频(3-7GHz)通讯频率，安全性高，抗干扰能力强，稳定性好；UWB测距精度高，正常测距误差在30厘米以内，能够满足绝大多数数字化工厂对设备仓储的管控需求；假设私有基站，自成系统，不依赖于卫星信号、光线等外界环境，应用场景不受限制；仅在设备搬运车辆(叉车)上安装车载定位标签，设备存放区域部署定位基站，性价比高，部署以及后期维护成本低；规避了设备海量定位标签所引入的系统复杂度和巨额成本支出问题，同时规避了生产厂商复杂定位环境下的无线射频信号干扰问题，只需对极少量的搬运车辆安装车载定位标签，设备配置无源RFID标签即可实现对超大库区货物进行位置精确管控，极大的降低了系统复杂度，减少了系统部署以及后期维护成本，为数字化智慧工厂建设提供数据支撑，大大提升了工厂的智能化和自动化水平。
申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的实现方法及装置结构，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开的范围之内。
本发明并不限于上述实施方式，凡采用和本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有方式，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种面向智慧工厂的以车定货和路径规划的系统，其特征在于，包括UWB高精度定位系统、RFID系统和车辆本地显示系统；
所述UWB高精度定位系统由定位标签、定位基站和后台位置解算引擎构成；
所述定位标签为车载定位标签，从搬运车辆电瓶取电，与定位基站进行精确测距和数据传输，接收基站的实时坐标信息，进一步传输给车辆本地显示系统；
所述定位基站用于与车载定位标签进行测距定位、接收来自车载定位标签上传的车辆ID、被搬运设备ID信息，同时下发当前需要搬运设备的位置点信息给车载定位标签，进一步通过车载定位标签本地串行接口传输给车载显示单元；
所述后台位置解算引擎用于接收来自定位基站转发的测距信息和车辆ID信息，进一步通过解算给出车辆实时的坐标位置点信息，通过具体车辆规格并结合陀螺仪、加速度传感器获取的车辆方向信息推算出当前被搬运设备的精确位置点信息，进行后台存储和展示；
所述RFID系统包括设备ID标签、RFID读卡器、本地通讯模块和供电管理单元；
所述设备ID标签为无源标签，配置在设备上，与设备的静态规格信息绑定；
所述RFID读卡设备：当车辆搬运设备时，当车辆靠近设备ID标签时，激活设备ID标签，读取设备ID信息，进一步通过本地通讯模块传输给UWB车载标签；
所述供电管理单元为RFID系统提供电源；
所述车辆本地显示系统包括通讯模块和显示模块、按键输入模块和供电管理单元；
其中所述通讯模块用于接收来自车载定位标签的位置坐标点，显示模块将坐标位置点显示在预先内置的定位区域坐标系统地图上；所述按键输入模块用于接收用户输入的查询信息。
2.根据权利要求1所述的面向智慧工厂的以车定货和路径规划的系统，其特征在于，所述本地通讯模块采用非工频通讯频率，即：3-7GHz。
3.根据权利要求1所述的面向智慧工厂的以车定货和路径规划的系统，其特征在于，所述推算当前被搬运设备的精确位置点信息的具体步骤为：首先，车辆根据陀螺仪角度信息判断自身与当前搬运设备的相对方向；通过加速度信息判断车辆运行状态，即静止还是运动状态；其次，已知车辆与搬运货物方向，即货物位于车辆哪个方向，车辆瞬间静止状态时进行计算；再其次，通过设备ID信息从后台获取搬运货物的尺寸规格即长、宽、高信息；最后，通过车辆位置坐标点和货物尺寸规格，进行几何运算获取货物位置坐标点。
4.如权利要求1所述的面向智慧工厂的以车定货和路径规划系统的规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)设备定位：
初次使用系统时，首先需要将设备的设备ID标签在后台与设备的规格型号静态信息绑定，对UWB车载定位标签内置的陀螺仪、加速度传感器进行校准，车载显示单元内部存储固化定位库区的坐标系地图；
当车辆搬运设备、RFID读卡器靠近设备时，获取设备ID信息，通过其本地通讯模块将设备ID传输给UWB车载定位标签；
进一步车载定位标签连同车辆ID、设备ID以及与基站之间的测距信息以及车载定位标签本地内嵌的陀螺仪、加速度传感器状态信息一起打包传输给定位基站；
所述定位基站进一步将信息传输给位置解析引擎后台，位置解析引擎后台根据定位基站上传的车载定位标签ID、基站ID以及测距信息解算给出车辆当前位置坐标点，通过设备ID标签信息从后台解析给出设备尺寸规格信息；
然后，后台根据陀螺仪和加速度传感器获取车辆当前的行驶方向角度信息；接下来，通过后台预置的位置解算模型给出当前设备的位置坐标点信息，后台数据库存储，下行通过基站、车载标签传输到车辆本地，以备后用；
B)设备寻找：
当后台系统需要指定搬运车辆需要寻找、搬运某台设备时，首先下行通过定位基站、车载定位标签将设备ID以及历史位置点信息传输到车辆本地显示系统，或者有车辆本地显示系统按键输入需要搬运设备ID信息；进一步上传至后台获取设备历史位置点信息；
然后，由车辆本地显示系统调用内部预置的定位库区坐标系地图，按照车辆当前的位置点和设备位置点信息，为车辆规划行驶路径寻找设备；车辆搬运设备后，按照“设备定位”模式再次将设备搬运后的位置点在后台更新，保证设备位置点实时更新、准确可靠。
5.根据权利要求4所述的面向智慧工厂的以车定货和路径规划系统的规划方法，其特征在于，所述本地通讯模块包括串行接口或无线蓝牙。
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