CN113415561B - 一种基于uwb技术的四向穿梭车防撞避障方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于UWB技术的四向穿梭车防撞避障方法及系统，四向穿梭车UWB模块持续发射包含车辆编码信息的信号，并接收来自其他四向穿梭车UWB模块的发射信号；根据接收到的信号计算车辆间距；设置安全距离W1和W2，其中W1为减速停止距离，W2为紧急制动距离；当车辆间距小于等于W1时，四向穿梭车的控制器控制车辆减速并停在下一个货位的正到位，并将停止位置、车辆编码、减速事件触发信息反馈给上游四向穿梭车调度控制系统；当车辆间距小于等于W2时，四向穿梭车本体的控制器控制车辆紧急制动并将停止位置、车辆编码、急停事件触发信息反馈给上游四向穿梭车调度控制系统。本发明的方法和系统弥补了现有避障方法存在的缺陷，且成本较低。

Description

一种基于UWB技术的四向穿梭车防撞避障方法及系统

技术领域

本发明属于自动化仓储设备及其控制技术领域，具体涉及一种基于UWB技术的四向穿梭车防撞避障方法及系统。

背景技术

四向穿梭车为应用于立库存储货物搬运用途，可以在货架轨道上四向换向行驶的搬运车辆，包括传感、行驶、换向、顶升、控制、通讯5大功能模块，四向穿梭车和四向穿梭车提升机、穿梭车货架共同构成四向穿梭车立库的硬件设施。

四向穿梭车运行于穿梭车货架上，和开放环境不同，穿梭车货架存在较多的立柱、横梁、货物支撑板等部件，需要穿梭车能够仅识别可能与之发生碰撞的物体，而对于立柱、横梁、货物支撑板等尽管与穿梭车可能距离极近但不会与穿梭车发生碰撞的部件不做避障动作。

目前穿梭车多采用在前后左右四个方向的车体上安装开关型激光传感器的方法进行避障，该类型传感器可以探测传感器正前方的障碍物，如车体或者异常掉落的货物，但是对于穿梭车之间的交叉碰撞无法形成实质保护。

类似的开放环境下工作的AGV等自动行驶设备可以通过在对角线处安装激光雷达或超声波雷达，但由于穿梭车工作在货架环境中，立柱、横梁、货物挡板等天然距离穿梭车极近，因而不能采用这种方式进行穿梭车的防撞避障。目前市场上尚无针对这种场景有效的穿梭车本体避障设计。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种基于UWB技术的四向穿梭车防撞避障方法和系统。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于UWB技术的四向穿梭车防撞避障方法，包括：

S100四向穿梭车UWB模块持续发射信号，并接收来自其他四向穿梭车UWB模块的发射信号，所述发射信号中包含车辆编码信息；

S200根据接收到的信号，基于双向飞行时间法计算车辆间距；

S300设置安全距离W1和W2，其中W1为减速停止距离，长度为n个货位，W2为紧急制动距离，长度为m个货位，n＞m；当车辆间距小于等于W1时，四向穿梭车的控制器控制车辆减速并停在下一个货位的正到位，并将停止位置、车辆编码、减速事件触发信息反馈给上游四向穿梭车调度控制系统；当车辆间距小于等于W2时，四向穿梭车本体的控制器控制车辆紧急制动并将停止位置、车辆编码、急停事件触发信息反馈给上游四向穿梭车调度控制系统。

作为一种优选的实施方式，所述S100还包括，将四向穿梭车沿主通道行驶时定义为沿X轴行驶，在货道中行驶时定义为沿Y轴行驶；

所述发射信号中还包含该四向穿梭车自身当前行驶轴信息。

作为一种优选的实施方式，所述S100还包括：

获取接收到的信号后，计算其RSSI值，筛选出RSSI值超出阈值的信号，对筛选出的信号对应的四向穿梭车进行跟踪，持续接收其UWB信号。

进一步的，所述阈值基于仓库大小、货物类型和/或货架材质确定。

作为一种优选的实施方式，所述S100还包括：

从接收到的信号中获取四向穿梭车行驶轴信息，并与自身行驶轴信息进行对比判断，

当两台四向穿梭车同轴行驶时，重复S100，否则进入S200。

作为一种优选的实施方式，还包括，采用开关型激光传感器完成同轴方向的避障传感。

作为一种优选的实施方式，采用到位传感器进行正到位判断，使四向穿梭车停在货位的正到位。

作为一种优选的实施方式，所述W1设置为3个货位距离，W2设置为1个货位距离。

本发明的另一目的在于提供一种基于UWB技术的四向穿梭车防撞避障系统，包括：

UWB模块，设置于四向穿梭车上，用于收发UWB信号，并将接收的UWB信号发送至控制器；

到位传感器，用于检测四向穿梭车是否停止于货位的正到位位置，并将检测信号发送至控制器；

控制器，接收UWB模块、到位传感器发送的信号，执行权利要求1~8任一项所述方法；

上位调度系统通讯模块，根据控制器发送的指令与上位调度系统通信。

作为一种优选的实施方式，所述系统还包括激光避障传感器，设置于四向穿梭车四周，用于收发激光信号，并将接收到的激光信号发送至控制器。

本发明的四向穿梭车结合UWB技术实现交叉碰撞情况下的防撞避障，UWB技术可以实现较好的信号穿透能力，从而能够在立柱遮挡的立库环境下使用，且四向穿梭车避障这一场景对测距精度的要求并不高，UWB技术cm级的定位精度即可完美适应该场景的需求，弥补了现有避障方法存在的缺陷，可以保证在调度控制系统失灵等异常情况下均不会发生四向穿梭车碰撞这一严重的安全问题，且成本较低。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图。

图2是碰撞情况示意图。

图3是四向穿梭车行驶状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步阐述。

应用了UWB技术的四向穿梭车防撞避障系统结构如图1所示，四向穿梭车至少包括控制器、UWB模块、上位调度系统通讯模块、激光避障传感器、到位传感器，其中控制器用于接收各传感器信号、进行运算判定、下发控制指令、接收上位调度系统指令、向上位调度系统上报状态等；UWB模块用于接收和发送UWB信号；上位调度系统通讯模块用于和部署于局域网或云端的调度系统进行通讯；激光避障传感器用于检测前后左右四个方向正向的障碍物情况；到位传感器用于检测并确保四向穿梭车精确的停止于货位的正到位位置，每台四向穿梭车均预先配置一特定编码，每一四向穿梭车的编码不同，以便互相识别。

以四向穿梭车A为例，基于上述系统执行防撞避障的流程如下：

S100将四向穿梭车沿主通道行驶时定义为沿X轴行驶，在货道中行驶时定义为沿Y轴行驶，四向穿梭车A上的UWB模块持续发射含有其四向穿梭车编码及行驶轴信息的UWB信号，并将接收到的信号（来自其他四向穿梭车发射的UWB信号）发送至控制器；

同时激光避障传感器在行驶方向常开，将障碍物情况发送至控制器；

控制器根据行驶轴信息判断四向穿梭车A是否与接收信号所属的四向穿梭车同轴，如果同轴，则采用激光避障传感器避障，重复S100；否则进入S200；

S200控制器中预设RSSI阈值；

阈值可以根据具体的仓库情况（如货物类型、仓库大小、货架材质等）进行确定。如将距离定为四个货位，则预先计算直线距离为四个货位的两辆四向穿梭车接收到的信号的RSSI值，作为阈值。

控制器计算接收到信号的RSSI值，根据预设的阈值筛选出RSSI值≥阈值的信号；

S300控制器预设安全距离W1、W2。W1作为正常减速停止距离，W2作为紧急制动距离，一般建议对W1设置为3个货位距离，W2设置为1个货位距离。

采用如下方式计算得出两台四向穿梭车之间的距离D：

每个UWB模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳。UWB模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，UWB模块B接收机在其时间戳上的Tb1接收到该信号。

对UWB信号加以一定的处理手段后，UWB模块B在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被UWB模块A在自己的时间戳Ta时刻接收。由此可以计算出脉冲信号在两个UWB模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离。距离D=光速C×［（Ta2-Ta1) -（Tb2-Tb1)］

多台四向穿梭车同时在库中运行时，将D记为D_ij，表示i车辆检测到的距离j车辆的距离，i和j为预设的车辆编码。

对RSSI范围内的车辆，四向穿梭车持续接收UWB信号并计算D_ij，当D_ij小于等于W1时，四向穿梭车本体的控制器控制车辆减速并停止到下一个正到位的货位位置（正常情况），并将停止位置、车辆编码反馈给上游四向穿梭车调度控制系统；当D_ij小于等于W2时，四向穿梭车本体的控制器控制车辆紧急制动（异常情况）并将情况反馈给上游四向穿梭车调度控制系统。

两车触发避障动作停止后，需等待上位控制系统（可以是电脑、手持遥控设备或车辆本体上的控制按钮）的操作指令，按指令由其中一辆车为另一辆车让行。

Claims (5)

1.一种基于UWB技术的四向穿梭车防撞避障方法，其特征在于，包括：

S100四向穿梭车UWB模块持续发射信号，并接收来自其他四向穿梭车UWB模块的发射信号，将四向穿梭车沿主通道行驶时定义为沿X轴行驶，在货道中行驶时定义为沿Y轴行驶，所述发射信号中包含车辆编码信息和该四向穿梭车自身当前行驶轴信息；

从接收到的信号中获取四向穿梭车行驶轴信息，并与自身行驶轴信息进行对比判断，

当两台四向穿梭车同轴行驶时，则采用开关型激光传感器完成同轴方向的避障传感，重复S100，否则进入S200；

S200获取接收到的信号后，计算其RSSI值，筛选出RSSI值超出阈值的信号，对筛选出的信号对应的四向穿梭车进行跟踪，持续接收其UWB信号，根据接收到的信号，基于双向飞行时间法计算车辆间距；

S300设置安全距离W1和W2，其中W1为减速停止距离，长度为n个货位，W2为紧急制动距离，长度为m个货位，n＞m；当车辆间距小于等于W1时，四向穿梭车的控制器控制车辆减速并停在下一个货位的正到位，并将停止位置、车辆编码、减速事件触发信息反馈给上游四向穿梭车调度控制系统；当车辆间距小于等于W2时，四向穿梭车本体的控制器控制车辆紧急制动并将停止位置、车辆编码、急停事件触发信息反馈给上游四向穿梭车调度控制系统。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阈值基于仓库大小、货物类型和/或货架材质确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用到位传感器进行正到位判断，使四向穿梭车停在货位的正到位。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述W1设置为3个货位距离，W2设置为1个货位距离。

5.一种基于UWB技术的四向穿梭车防撞避障系统，其特征在于，包括：

UWB模块，设置于四向穿梭车上，用于收发UWB信号，并将接收的UWB信号发送至控制器；

到位传感器，用于检测四向穿梭车是否停止于货位的正到位位置，并将检测信号发送至控制器；

激光避障传感器，设置于四向穿梭车四周，用于收发激光信号，并将接收到的激光信号发送至控制器；

控制器，接收UWB模块、到位传感器发送的信号，执行权利要求1～4任一项所述方法；

上位调度系统通讯模块，根据控制器发送的指令与上位调度系统通信。

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