CN114265374B

CN114265374B - 一种agv对厢式卡车货物存取的系统和方法

Info

Publication number: CN114265374B
Application number: CN202111415471.5A
Authority: CN
Inventors: 田华亭; 时吕; 韩德昱; 杨进; 李元勇; 陈明; 聂稳; 张献军; 赵立; 俞沛齐; 安耘; 周杨能; 李瑞康
Original assignee: Yunnan Ksec Intelligent Equipment Co ltd
Current assignee: Yunnan Ksec Intelligent Equipment Co ltd
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2024-06-11
Anticipated expiration: 2041-11-25

Abstract

本发明公开了一种AGV对厢式卡车货物存取的系统和方法，本发明通过AGV车载导航用激光雷达，对卡车车厢进行扫描，获取车厢的点云数据，再通过对点云数据的滤波等处理，经过对车厢轮廓的识别，获取车厢轮廓的数学描述，结合卡车类型、车厢尺寸参数、货位信息等进一步计算出车厢的航向角、关键角点、车厢的第一柔性点和第二柔性点，再通过控制点的计算方法，得到申请点、柔性点的控制点序列，由控制点序列，按照柔性路径生成计算方法完成柔性路径计算，同时由关键角点获得车厢内导航墙数据，AGV驶入车厢内将导航模式切换到墙面导航或称轮廓导航，至此完成了AGV进入车厢内的导航、路径规划问题，实现了AGV驶入厢式卡车车厢内完成对标准托盘货物的存取。

Description

一种AGV对厢式卡车货物存取的系统和方法

技术领域

本发明涉及AGV技术领域，主要涉及AGV对一种位姿可变的、动态的货位识别、定位及柔性路径规划，确切地说是AGV对厢式卡车识别并生成厢式卡车内部导航环境、承载托盘的识别、生成AGV驶入厢式卡车内部路径的系统及方法。

背景技术

在工业领域，AGV一般用于位置已知，且固定的货物搬运任务，是自动化物流系统中不可或缺的移动搬运机器人。但是AGV在面对搬运货物对象位置不确定、搬运路径不固定的货物则显得力不从心，有的采用视觉技术对所搬运物体进行二次识别定位，但基于视觉的技术容易受光线干扰、视场有限、难以聚焦被测对象、且定位精度差，很多情况下难以满足AGV的定位要求。特别是在直接对卡车所装载货物的准确识别、定位、装卸等方面更是难以应对，因卡车车型较多、卡车停靠位置、停靠姿态难以固定，导致卡车所装载货物的位置难以事先确定。因此如何实现AGV对卡车所搬运货物的准确定位，实现AGV对卡车所承载货物的自动搬运、装卸，成为了AGV技术领域中的一个技术难题。

发明内容

为解决上述现有技术存在的不足和缺陷，发明人针对AGV应用领域中，就如何实现对厢式卡车识别、停靠姿态计算、车厢内导航环境构建、车厢内货物的装卸等方面进行了深入研究分析，现提出了一种AGV对厢式卡车货物存取的系统和方法，本发明通过AGV车载导航用激光雷达对卡车车厢进行扫描，获取车厢的点云数据，通过对点云数据的滤波等处理，解算出车厢的轮廓数据，进一步计算出车厢的关键点坐标，即车厢四个角点的坐标数据，再根据卡车的类型、货物托盘的基本参数计算出车厢入口处的第一柔性点、车厢内部的第二柔性点，以及AGV进入车厢前申请点和各柔性点对应的控制点，组成控制点序列A1、A、A2、B1、B、B2、C1、C、C2，最终完成驶入车厢内部的柔性路径计算；再由角点P1、P2、P3、P4构建成AGV驶入车厢后切换为墙面导航或轮廓导航所需的导航墙，即构成左侧导航墙的起始点PLs、PLe，构成右侧导航墙的起始点PRs、PRe，AGV由申请点，经计算出柔性段跨过登车桥驶入车厢并切换导航模式为墙面导航，最终完成对车厢内货物的存取。

具体的，本发明是这样实现的：一种AGV对厢式卡车货物存取的系统和方法，包括AGV、AGV调度系统、AGV导航环境、AGV路径、卡车、登车桥、装卸货月台，所述AGV与AGV调度系统之间有通信连接，所述AGV路径为在所述AGV导航环境下预先或动态规划的用于AGV行驶的路径，所述登车桥安装在装卸货月台上，卡车停靠在月台后，登车桥抬起并搭放到车厢的尾部，将卡车与月台连接；还包括：

地面卡车停靠标识区域：用于让卡车驶入并停车的矩形地面标识区域；

至少一枚激光雷达：为安装于正对矩形地面卡车停车标识区域短边的月台地面上的激光雷达，或：

直接采用AGV导航所用的车载激光雷达，用于识别进入地面卡车停靠标识区域内的卡车车辆，并获取卡车车厢的点云数据，发送至激光雷达卡车识别系统；

激光雷达卡车识别系统：包含卡车类型数据库、外部路径计算服务模块、车厢轮廓识别模块；所述激光雷达卡车识别系统与激光雷达、AGV主控制器、AGV调度系统、外部系统之间相互通信，安装部署在AGV辅助控制器中；所述外部系统为手持终端或卡车类型自动识别系统；用于从外部系统中获取当前卡车的类型信息、从激光雷达获取当前卡车车厢点云数据、从AGV主控制器获取AGV申请外部路径时的AGV位姿数据；

所述外部路径计算服务模块，能根据计算所得的车厢轮廓数据，进一步计算出卡车车厢轮廓关键点位姿数据，再根据卡车的航向角theta_truck、车厢关键点位姿数据，进一步计算出AGV从固定路径的申请点到车厢内部的动态路径信息及用于AGV在车厢内部导航的导航墙数据信息，并将车厢内部动态路径信息、导航墙数据信息发送至AGV调度系统或外部路径申请的AGV；

所述车厢轮廓识别模块，能基于所述车厢点云数据，并结合从AGV主控制器获取的AGV位姿数据，计算出卡车车厢的轮廓数据、卡车的停靠的航向角theta_truck；基于所述卡车的类型信息及卡车类型数据库，查找该车辆类型所对应的车厢长L、宽W，并对卡车轮廓数据进行校正与核验。

进一步的，所述AGV为单工位或双工位执行机构设计，执行机构上安装有光电检测传感器和倾角传感器，并与AGV主控制器通信连接；

所述倾角传感器用于采集AGV执行机构的水平度，由AGV主控制器实现对执行机构水平的自动控制；

所述AGV导航环境是AGV运行在世界坐标系下的复合导航环境，包括：人工设置的激光反射胶贴R在世界坐标系下的(Rx,Ry,Rtheta)以及卡车车厢在世界坐标系下的导航墙数据信息；

所述申请点到车厢内部的动态路径：为物理空间上满足AGV载货后行驶要求的任意一条或多条曲线；

所述AGV路径包括：在AGV导航环境下预先规划的固定路径和柔性路径；所述固定路径包括固定段和固定点，所述柔性路径包括柔性段和柔性点。

进一步的，所述卡车类型信息包括：代表卡车类型的编号；

所述卡车车厢轮廓数据包括：车厢内各墙面在水面平投影的直线数学描述LFunc1、LFunc2、LFunc3、LFunc4；

所述AGV位姿数据包括：AGV在导航环境下或AGV系统坐标系下的，横向坐标值x，纵向坐标值y和角度值即AGV航向角theta；

所述车厢关键点位姿数据包括：车厢内各墙面在水平投影上形成的角点P1、P2、P3、P4在AGV导航环境下或AGV系统坐标系下的横向坐标值，纵向坐标值和角度值；

所述导航墙数据信息包括：包括左右两侧导航墙数据信息，分别为用于描述左侧导航墙直线段NavLine_L起点坐标PLs(x,y)和终点坐标PLe(x,y)，以及用于描述右侧导航墙直线段NavLine_R起点坐标PRs(x,y)和终点坐标PRe(x,y)；AGV驶入卡车车厢后，在AGV车载导航激光雷达左右两侧所测量到的车厢墙面数据，用于实现AGV在车厢内的导航定位。

进一步的，所述左侧导航墙直线段NavLine_L起点PLs与P1及终点PLe与P2为同一个点，所述右侧导航墙直线段NavLine_R起点PRs与P4及终点PRe与P3为同一个点。

进一步的，所述激光雷达卡车识别系统计算出AGV从固定路径的申请点到车厢内部的动态路径信息包括：

基于所述导航墙数据信息、卡车航向角theta_truck以及所装载托盘的尺寸数据计算出位于车厢入口处的第一点B及位于车厢内底部的第二点C的位姿数据，作为AGV路径的外部点或称柔性点的位姿数据，按照控制点计算方法计算出从申请点到柔性点之间的控制点，再由控制点按照柔性路径算法生成柔性段或称外部段。

进一步的，激光雷达卡车识别系统分别与AGV调度系统、激光雷达、外部系统相互通信连接，所述从外部系统中获取当前卡车的类型信息是由作为外部系统的手持终端或卡车类型识别系统通过有线或无线通信将当前停靠的卡车类型告知激光雷达卡车识别系统。

进一步的，激光雷达卡车识别系统中预先建立有卡车类型数据库，所述卡车类型数据库包括：卡车类型、以及与卡车类型相对应的车厢长L、宽W、高H、货位数量、货位信息。

进一步的，所述货位信息包括：车辆类型所对应的货位数量信息及货位具体分布信息。

所述车厢入口处第一点B及位于车厢内底部的第二点C的位姿数据包括：B点坐标值(xb,yb)、C点坐标值(xc,yc)和B点角度值theta_b、C点角度值theta_c，并且存在：theta_b＝theta_c＝theta_truck。

进一步的，月台到卡车车厢尾部设置有登车桥，实现月台与卡车车厢的物理连接，AGV可由登车桥驶入车厢。

本发明的另一方面，基于以上系统，提供了一种AGV对厢式卡车货物存取的方法，包括以下步骤：

步骤S1、卡车驶入地面卡车停靠标识区域，通过手持终端或卡车类型自动识别系统，告知激光雷达识别系统所停靠卡车的类型；

步骤S2、激光雷达卡车识别系统根据外部系统告知的卡车类型，并通过预设的卡车类型数据库查询该类型卡车的货位信息；

步骤S3、激光雷达卡车识别系统通过激光雷达读取车厢轮廓的点云数据；

步骤S4、基于车厢轮廓的点云数据，结合当前AGV在导航环境的位姿信息，经坐标变换，将车厢轮廓的点云数据由激光雷达坐标系变换到AGV系统坐标系下；

步骤S5、计算出卡车车厢的轮廓数据、卡车的停靠航向角theta_truck、车厢关键角点位姿数据P1(x1,y1,theta1)、P2(x2,y2,theta2)、P3(x3,y3,theta3)、P4(x4,y4,theta4)，以及导航墙数据信息；

步骤S6、基于步骤5所述导航墙数据信息、卡车航向角theta_truck以及所装载托盘的尺寸数据计算出位于车厢入口处的第一柔性点B及位于车厢内底部第二柔性点C的位姿数据，作为AGV路径的外部点或称柔性点的位姿数据；

步骤S7、按照控制点计算方法计算出从申请点到与之匹配的柔性点之间的控制点，再由控制点按照柔性路径算法生成柔性段或称外部段，并将其作为柔性路径或外部路径新增入AGV的运行路径中，得到AGV驶入车厢内部的装、卸货物路径；

还包括步骤S8将所述导航墙数据信息、柔性路径的数据发送给AGV调度系统，由AGV调度系统下发导航墙数据信息、及固定路径和柔性段路径到相应的AGV上，同时AGV切换导航模式到墙面导航或轮廓导航模式，使AGV驶入车厢，AGV目标点位于车厢内底部第二柔性点C处；或：

将所述导航墙数据信息、柔性路径的数据直接发送给发出外部路径申请的AGV；AGV切换导航模式到墙面导航或轮廓导航后，按照新增的柔性段路径驶入车厢，AGV目标点为车厢内底部第二柔性点C。

进一步的，由控制点按照柔性路径算法生成柔性段或称外部段步骤包括：

(a)首先计算出申请点到柔性点之间的控制点或称锚点；

(b)控制点的数量不少于9个，控制点至少包括申请点A、及申请点两侧的控制点A1、A2，车厢入口处的第一柔性点B、及柔性点两侧的控制点B1、B2，以及车厢内底部第二柔性点C，及柔性点两侧的控制点C1、C2，共同组成AGV从申请点到柔性点的控制点序列A1、A、A2、B1、B、B2、C1、C、C2；除上述9个控制点以外还可在A2和B1之间增加若干控制点；

(c)通过柔性路径算法，计算出受控制点约束从申请点到柔性点的线柔性段为光滑曲线p(u)：

其中，p_i表示第i个矢量点；n表示曲线的次数；k表示曲线方程的阶数，u表示曲线参数，且k＝n+1。

进一步的，所述步骤(a)中，申请点到柔性点之间的控制点计算方法包括：

(1)计算一条过申请点A的直线La，直线La的方向向量与申请点的方向相同；

(2)在直线La上，与申请点A之间距离为D1，计算得到的两个点A1、A2，连同申请点A，组成申请点A的控制点序列A1、A、A2；

(3)计算一条过柔性点B的直线Lb，且该直线Lb的方向向量与柔性点B的方向相同；

(4)在直线Lb上，与柔性点B之间距离为D2，计算得到的两个点B1、B2，连同柔性点B，组成柔性点B的控制点序列B1、B、B2；

(5)同理完成柔性点C及两侧控制点C1、C2的计算，将以上步骤计算所得的控制点组成柔性段的控制点序列A1、A、A2、B1、B、B2、C1、C、C2；

进一步的，所述步骤S5中，车厢关键角点位姿数据P1、P2、P3、P4的计算步骤还包括：

步骤a1、对激光雷达采集到的点云数据进行滤波，获取处于地面卡车停靠标识区域四个顶点Z1、Z2、Z3、Z4之内的点云；

步骤a2、从激光雷达扫描的起始角开始对点云数据所构成的直线段进行识别获取卡车车厢轮廓数据，并将点云数据划分为三组L1、L2、L3；

步骤a3、采用最小二乘法计算出三组点云直线拟合后的直线方程LFunc1、LFunc2、LFunc3；

步骤a4、根据车辆类型中车厢长度可计算出与LFunc2平行，且两直线间距离等于车厢长度L的直线方程LFunc4；

步骤a5、计算LFunc1与LFunc4的交点可得角点P1，计算直线LFunc1与LFunc2的交点可得角点P2，计算LFunc3与LFunc2的交点可得角点P3，计算LFunc3与LFunc4的交点可得角点P4。

进一步的，所述各直线方程LFunc为点斜式方程，将方程用参数描述为：LFunc_parm＝[slop,intercept,r_square]，

式中：

slop：拟合直线的斜率

intercept：拟合直线的截距；

r_square：拟合直线的相关系数。

进一步，所述AGV为双工位执行机构设计时，可一次完成两个标准托盘货物的搬运；

优选的，所述双工位执行机构可为货叉宽度和水平可调式双货叉结构，货叉上安装有倾角传感器和光电检测传感器，并于AGV主控制器通信连接，AGV行驶在车厢内，货叉光电检测传感器检测到货物时，则判定AGV到达目标点，停止并执行装卸操作，否则直至行驶到车厢内第二柔性点C处停止，并执行装卸操作。

所述AGV为单工位执行机构设计时，一次搬运仅完成一个标准托盘货物的搬运，AGV驶入厢式卡车所需的柔性路径至少为两条，搬运效率较双工位执行机构设计的AGV低，但更加灵活，可适应性更强；

本发明的工作原理介绍：本发明中卡车驶入激光雷达所覆盖的范围区域并停靠在月台，在AGV行驶到月台上，停靠在外部路径或柔性路径的申请点处，通过优先采用AGV车载导航用激光雷达对厢式卡车车厢进行激光扫描，也可采用地面激光雷达对车厢进行激光雷达扫描，获取车厢的点云数据，激光雷达将扫描到的地标点云数据信息传输至激光雷达卡车识别系统，用激光雷达卡车识别系统实现对卡车车厢轮廓的识别计算、卡车停靠的航向角计算，进而计算处车厢的关键点：角点P1、P2、P3、P4，根据角点得出AGV左侧导航墙和右侧导航墙数据；再根据外部系统告知的卡车类型，查找出该卡车类型相对应的车厢长L、宽W、高H、货位数量、货位信息等，进一步计算出位于车厢入口处的第一柔性点B及位于车厢内底部第二柔性点C的位姿数据，作为AGV路径的外部点或称柔性点的位姿数据，进一步计算出从AGV所在的申请点到第一柔性点、第二柔性点之间的控制点，进一步由控制点按照柔性路径算法生成柔性段或称外部段，其作为柔性路径或外部路径新增入AGV的运行路径中，得到AGV对卡车及承载托盘的装、卸货物路径，同时将左右两侧导航航墙数据下发到AGV主控制器中，并将导航模式切换到墙面导航或轮廓导航，解决AGV驶入车厢后的导航问题，最终解决AGV在车厢内的导航、路径规划问题，AGV由月台上的申请点经过登车桥驶入到卡车车厢内部，实现卡车车厢内顺滑流畅的AGV运行路径。

本发明的有益效果：本发明实现了AGV应对不特定的厢式卡车停车位置、不固定的厢式卡车货位位置、不特定的货位数量情况下的自动装卸货的路径规划以及厢式卡车内部的导航，解决了AGV只能在固定路径上运行的问题，具有更好的柔性和智能化，提升了AGV对动态、柔性路径的规划能力，实现了多种导航方式的复合导航，驶入卡车车厢时可切换到墙面导航或轮廓导航模式；另外，本发明计算的申请点到柔性点的路径为光滑曲线，相比直线可使AGV运行路径连续可微，运行姿态更加柔和、平顺，AGV控制器输出用于控制AGV运动的控制参数连续性更优，AGV航向角控制更加柔和。

附图说明

图1是本发明的系统构成示意图；

图2是本发明卡车停靠月台、双叉AGV在申请点时的路径系统构成示意图；

图3是本发明卡车停靠月台、单叉AGV在申请点时的路径系统构成示意图；

图4是本发明卡车停靠月台、AGV在申请点时的侧向示意图；

图5是本发明卡车停靠区域及卡车多种停靠姿态的示意图；

图6是本发明卡车倾斜停靠月台时AGV固定及柔性路径示意图；

图7是本发明的AGV驶入车厢入口点时的示意图；

图8是本发明采用双工位AGV时申请点到第一、第二柔性点之间的控制点序列及由控制点序列构成的柔性路径示意图；

图9是本发明采用单工位AGV时申请点到第一、第二柔性点之间的控制点序列及由控制点序列构成的柔性路径示意图；

图10是本发明所采用的双工位可调AGV示意图；

图11是本发明所采用的单工位可调AGV示意图；

图12是本发明AGV车载导航雷达所读取到的原始点云数据；

图13是本发明对原始点云数据滤波、直线拟合后的车厢轮廓及点云数据；

图14是本发明计算所得的车厢关键角点P1、P2、P3、P4的坐标；

图15是本发明计算所得的从申请点A到第一、第二柔性点B、C的控制点序列及柔性路径、车厢轮廓、车厢角点图。

图中：1—固定路径；2—固定点；21—申请点；3—月台；4—车厢中间或右侧柔性路径；4’—车厢左侧柔性路径；41—车厢中间或右侧入口处第一柔性点；41’—车厢左侧入口处第一柔性点；42—车厢中将或右侧内底部第二柔性点；42’—车厢左侧内底部第二柔性点；5—卡车/卡车车厢；51—AGV左侧导航墙NavLine_L；511—AGV左侧导航墙NavLine_L的起点PLs；512—AGV左侧导航墙NavLine_L的中终点PLe；52—AGV右侧导航墙NavLine_R；521—AGV右侧导航墙NavLine_R的起点PRs；522—AGV右侧导航墙NavLine_R的终点PRe；6—卡车装载货物；7—卡车停靠地面标识区域；8—登车桥；9—AGV；91—AGV车载导航激光雷达；92—AGV右侧货叉；93—AGV左侧货叉；94—AGV货叉部位的光电检测传感器；95—AGV货叉部位的倾角传感器；11—激光雷达卡车识别系统；1101—车厢轮廓识别模块；1102—外部路径计算服务模块；1103—卡车类型数据库；12—AGV调度系统；13—AGV导航环境。

图8、9中：Z1、Z2、Z3、Z4为长方形卡车停靠地面标识区域的四个顶点；

图2、3、14、15中：P1、P2、P3、P4为卡车车厢的四个关键角点；

图8中：A1、A、A2、B1、B、B2、C1、C、C2为用于构成柔性路径的申请点、第一、第二柔性点的控制点序列；

图9中：A1、A、A2、B1、B、B2、C1、C、C2为用于构成车厢内右侧柔性路径的控制点序列；

A1、A、A2、B1’、B’、B2’、C1’、C’、C2’为用于构成车厢内左侧柔性路径的控制点序列；

图10、11中：W为AGV载货后的最大宽度；

图15中：LFunc1、LFunc2、LFunc3、LFunc4为车厢各面点云数据直线拟合后各边的直线方程。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例1：

AGV对厢式卡车货物存取的系统，包括AGV(9)、AGV调度系统(12)、AGV导航环境(13)、AGV运行固定路径(1)、卡车(5)、登车桥(8)、装卸货月台(3)；本实施例中的AGV(9)即为AGV叉车，AGV调度系统(12)、AGV导航环境(13)、AGV运行固定路径(1)均是现有的AGV技术，本发明仅仅是利用这些现有的技术进行对接使用，对于AGV的相关技术在此不再进一步展开描述；具体的，如图1所示，外部系统为本发明之外的第三方设备或系统，但与本发明存在通信的，用于实现卡车停止到位确认、卡车类型选择确认的一套独立系统，与本发明之间的激光雷达识别系统(11)之间通过有线或无线TCP/IP协议进行通信，外部系统有可由手持终端PDA或地面操作站、卡车类型自动识别系统中的一种或多种组合实现卡车停位确认、卡车类型选择确认；

本发明还包括：

地面卡车停靠标识区域(7)：用于让卡车驶入并停车的矩形地面标识区域，标识区域的四个顶点分别为Z1(x1，y1)、Z2(x2，y2)、Z3(x3，y3)、Z4(x4，y4)，如图8、9所示；

至少一枚激光雷达：为安装于正对矩形地面卡车停车标识区域短边的装卸货月台(3)地面上的激光雷达，或：

直接采用AGV导航所用的车载激光雷达(91)，用于识别进入地面卡车停靠标识区域(7)内的卡车(5)车辆，并获取卡车车厢的点云数据，发送至激光雷达卡车识别系统(11)，如图5、6所示；

激光雷达卡车识别系统(11)：包含卡车类型数据库(1103)，与AGV车载导航激光雷达、AGV主控制器、AGV调度系统、外部系统之间相互通信，安装部署在AGV辅助控制器中；用于从外部系统中获取当前卡车的类型信息、从AGV车载导航激光雷达获取当前卡车车厢点云数据、从AGV主控制器获取AGV申请外部路径时的AGV位姿数据；还包括车厢轮廓识别模块(1101)，能基于以上车厢点云数据，并结合从AGV主控制器获取的AGV位姿数据，计算出卡车车厢的轮廓数据、卡车的停靠的航向角theta_truck；基于以上卡车的类型信息及卡车类型数据库，查找该车辆类型所对应的车厢长L、宽W，并对卡车轮廓数据进行校正与核验；还包括外部路径计算服务(1102)模块，能根据计算所得的车厢轮廓数据，进一步计算出卡车车厢轮廓关键点位姿数据，再根据卡车的航向角、车厢关键点位姿数据，进一步计算出AGV从固定路径的申请点到车厢内部的路径信息、用于AGV在车厢内部导航的导航墙数据信息，并将路径信息、导航墙数据信息发送至AGV调度系统(12)或外部路径申请的AGV(9)。

所述卡车类型信息包括：代表卡车类型的编号；

所述AGV位姿数据包括：AGV在导航环境下或AGV系统坐标系下的，横向坐标值x，纵向坐标值y和角度值即AGV航向角theta。

所述导航墙数据信息包括：包括左右两面导航墙数据信息，分别为用于描述左侧导航墙直线段NavLine_L(51)起点(511)坐标PLs(x,y)和终点(512)坐标PLe(x,y)，以及用于描述右侧导航墙直线段NavLine_R(52)起点(521)坐标PRs(x,y)和终点(522)坐标PRe(x,y)；AGV(9)驶入卡车车厢后，在AGV车载导航激光雷达(91)左右两侧所测量到的车厢墙面数据，用于实现AGV(9)在卡车车厢(5)内的导航定位。

所述激光雷达卡车识别系统(11)计算出AGV(9)从固定路径(1)的申请点(2)到车厢(5)内部的路径信息包括：基于所述导航墙数据信息、卡车航向角theta_truck以及所装载托盘的尺寸数据计算出位于车厢入口处的第一点B(41)及位于车厢内底部的第二点C(42)的位姿数据，作为AGV路径的外部点或称柔性点的位姿数据，按照柔性路径计算方法计算出从申请点到柔性点之间的控制点，再由控制点按照路径算法生成柔性段或称外部段，AGV运行路径包括固定路径和柔性路径，固定路径包括固定路径段(1)、固定点(2)、柔性路径包括第一柔性点(41)、第二柔性点(42)、和柔性段(4)；

柔性段(4)是由申请点(21)到第一柔性点(41)、第二柔性点(42)，及申请点(21)、柔性点(41)、(42)之间依据控制点计算方法计算所得的控制点序列A1、A、A2、B1、B、B2、C1、C、C2，以及根据控制点按照路径算法计算所得，如图8、9所示。

激光雷达卡车识别系统(11)分别与AGV调度系统(12)、激光雷达(91)、外部系统相互通信连接，所述从外部系统中获取当前卡车的类型信息是由作为外部系统的手持终端或卡车类型识别系统通过有线或无线通信将当前停靠的卡车类型告知激光雷达卡车识别系统(11)。

优选地，激光雷达卡车识别系统(11)中预先建立有卡车类型数据库(1103)，当手持终端或激光雷达将当前卡车类型通过有线或无线通信告知激光雷达卡车识别系统(11)后，激光雷达卡车识别系统(11)可在卡车类型数据库(1103)中查询到当前卡车类型、卡车车厢的基本参数、货位信息等。

卡车类型数据库(1103)包括：卡车类型，以及与卡车类型相对应的车厢长L、宽W、高H、货位数量、货位信息。

货位信息包括：车辆类型所对应的货位数量信息及货位具体分布信息。

如图2、4、6所示，车厢(5)入口处第一点B(41)及位于车厢(5)内底部的第二点C(42)的位姿数据包括：B点坐标值(xb,yb)、C点坐标值(xc,yc)和B点角度值theta_b、C点角度值theta_c，并且存在：theta_b＝theta_c＝theta_truck。

如图2、3、4、6、8所示，月台(3)到卡车车厢(5)尾部设置有登车桥(8)，实现月台(3)与卡车车厢(5)的物理连接，AGV可由登车桥驶入车厢(5)。

如图2、3、4、6、8所示，地面划定有卡车(5)的地面标识区域(7)，驾驶员必须确保卡车停靠在划定的地面标识区域(7)，

激光雷达识别系统(11)在接收到外部系统的卡车停位确认信号和卡车类型数据后，通过对激光雷达采集数据的识别、读取、判别，结合AGV9当前所在申请点时的位姿，再根据车辆类型数据，查询到该车辆车厢的基本参数，计算出车厢的偏角、轮廓数据，进一步计算出车厢的关键角点P1、P2、P3、P4，由角点即可获得AGV9左右两侧的导航墙数据信息；AGV9左侧导航墙(51)起点PLs(511)与角点P1、终点PLe(512)与P2为同一个点，所述AGV右侧导航墙(52)起点PRs(521)与P4和终点PRe(522)与P3为同一个点，如图2、3、4、7所示。

外部路径计算服务(1102)模块，根据车厢轮廓数据、车厢参数、角点数据以及AGV9在申请点A(21)时的位姿数据，进而推算出卡车车厢(5)入口处第一柔性点B(41)，以及车厢内底部第二柔性点C(42)，根据控制点计算方法和柔性路径计算方法计算得出柔性路径；如图8、9所示；

激光雷达识别系统(11)将计算结果发送至AGV(9)调度系统(12)，AGV调度系统(12)再将新产生的柔性路径段(4)、柔性点(41)、(42)发送至AGV(9)，AGV(9)行驶到目标点进行装卸操作。

如图10、11所示：

作为优选，本实施例中车厢轮廓识别用激光雷达采为AGV(9)车载导航激光雷达91；

作为优选，本实施例中AGV(9)为双工位AGV，采用货叉宽度和水平可调式双货叉执行机构，可一次完成两个标准托盘货物的装载；

作为优选，AGV(9)货叉上安装有倾角传感器(95)和光电检测传感器(94)，AGV行驶在车厢内，货叉光电检测传感器检测到货物时，则判定AGV到达目标点，停止并执行装卸操作，否则直至行驶到车厢内第二柔性点C处停止，并执行装卸操作。

实施例2：在实施例1的基础上，AGV对厢式卡车货物存取的方法可简要描述为：

图12显示了激光雷达所采集的原始点云数据，经滤波、轮廓识别计算得到车厢轮廓的数学描述，得到车厢轮廓的直线方程，直线拟合后的车厢轮廓如图13所示，根据角点的计算步骤，进一步计算得到如图14所示的车厢的角点P1、P2、P3、P4，根据车厢尺寸、托盘信息等进一步计算得到第一柔性点B和第二柔性点C，进一步根据控制点的计算方法得到申请点A、第一柔性点B、第二柔性点C的控制点序列A1、A、A2、B1、B、B2、C1、C、C2，如图8、9、15所示，进一步根据控制点由柔性段计算方法获得驶入车厢的柔性段，同时根据角点计算得到车厢内左侧导航墙(51)和右侧导航墙(52)的起点和终点，最终的柔性路径、控制点序列、各墙面的直线方程、车厢角点的计算结果如图15所示。

更加具体的，包括以下步骤：

步骤S3、激光雷达卡车识别系统通过激光雷达读取车厢轮廓的点云数据，点云数据如图12所示；

步骤S5、计算出卡车车厢的轮廓数据、卡车的停靠的航向角、车厢关键点位姿数据P1、P2、P3、P4，以及导航墙数据信息；

步骤S7、按照控制点计算方法计算出从申请点到与之匹配的柔性点之间的控制点，再由控制点按照柔性路径算法生成柔性段或称外部段，并将其作为柔性路径或外部路径新增入AGV的运行路径中，得到AGV驶入车厢内部的装、卸货物路径。

还包括，步骤S8将所述导航墙数据信息、柔性段路径的数据发送给AGV调度系统，由AGV调度系统下发导航墙数据信息、及固定路径和柔性段路径到相应的AGV上，同时AGV切换导航模式到墙面导航或轮廓导航模式，使AGV驶入车厢，AGV目标点位于车厢内底部第二柔性点C处；或：

将所述导航墙数据信息、柔性段路径的数据直接发送给发出外部路径申请的AGV；AGV切换导航模式到墙面导航或轮廓导航后，按照新增的柔性段路径驶入车厢，AGV目标点为车厢内底部第二柔性点C。

AGV按照新增的柔性段路径驶入车厢包括：

AGV货叉叉尖处安装有光电检测传感器；

AGV驶入车厢后：

在行驶到目标点的途中光电传感器检测到货物停止并进行装、卸货操作；或，

在行驶到目标点的途中光电传感器未检测到货物，直至行驶到位于车厢内底部的第二点C处进行装、卸货操作。

如图8、9、15所示，从申请点到柔性点按照路径算法生成柔性段或称外部段的步骤还包括：

(a)首先计算出申请点到柔性点之间的控制点或称锚点；

(b)控制点的数量不少于9个，控制点至少包括申请点A、及申请点两侧的控制点A1、A2，车厢入口处的第一柔性点B、及柔性点两侧的控制点B1、B2，以及车厢内底部第二柔性点C，及柔性点两侧的控制点C1、C2，共同组成AGV从申请点到柔性点的控制点序列A1、A、A2、B1、B、B2、C1、C、C2，如图8、9所示；除上述9个控制点以外还可在A2和B1之间增加若干控制点；

其中，p_i表示第i个矢量点；n表示曲线的次数；k表示曲线方程的阶数，u表示曲线参数，且k＝n+1；

在本实施例中，取k＝4，0≤u≤1，即n+1＝4，n＝3，经过某一矢量点的曲线由前一个矢量点、矢量点本身和后面两个矢量点共同来决定，经过第i个矢量点的曲线p_i(u)由N_0,4(u)、N_1,4(u)、N_2,4(u)、N_3,4(u)四段曲线来进行描述，即：

对式(1)展开后为：

p_i(u)＝N_0,4(u)p_i-1+N_1,4(u)p_i+N_2,4(u)p_i+1+N_3,4(u)p_i+2 (2)

其中：

/>

所述申请点到柔性点之间的控制点序列的计算方法还包括：

所述车厢内各墙面的角点P1、P2、P3、P4如图14所示，的计算步骤还包括：

步骤a1、对激光雷达采集到的点云数据如图12所示，进行滤波，获取处于地面卡车停靠标识区域四个顶点Z1、Z2、Z3、Z4之内的点云，并进行滤波处理，滤波处理后的点云结果如图13所示；

车厢的轮廓数学描述后的数据如图13所示，完成了车厢轮廓的识别，并获得了个边的直线方程描述；

所述各直线方程LFunc为点斜式方程，将方程用参数描述为：LFunc_parm＝[slop,intercept,r_square]，

式中：

slop：拟合直线的斜率

intercept：拟合直线的截距；

r_square：拟合直线的相关系数。

所述AGV左侧导航墙(51)起点PLs(511)与角点P1、终点PLe(512)与P2为同一个点，所述AGV右侧导航墙(52)起点PRs(521)与P4和终点PRe(522)与P3为同一个点。

本发明所用术语柔性点、外部点、动态点和柔性段、外部段、动态段等，是有着不同称谓的同质表述；本发明所述的手持终端或卡车类型自动识别系统为外部系统，同时也是可选系统，当不采用手持终端或卡车类型自动识别系统时，可在激光雷达卡车识别系统(11)中通过增加卡车类型识别算法，实现卡车车型的识别。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims

1.一种AGV对厢式卡车货物存取的系统，包括AGV、AGV调度系统、AGV导航环境、AGV路径、卡车、登车桥、装卸货月台；所述AGV与AGV调度系统之间有通信连接，所述AGV路径为在所述AGV导航环境下预先或动态规划的用于AGV行驶的路径，所述登车桥安装在装卸货月台上，卡车停靠在月台后，登车桥抬起并搭放到车厢的尾部，将卡车与月台连接；其特征在于，还包括有：

所述AGV路径包括：在AGV导航环境下预先规划的固定路径和柔性路径；所述固定路径包括固定段和固定点，所述柔性路径包括柔性段和柔性点；

激光雷达卡车识别系统：包含卡车类型数据库、外部路径计算服务模块、车厢轮廓识别模块；所述激光雷达卡车识别系统与激光雷达、AGV主控制器、AGV调度系统、外部系统之间有通信连接，并安装部署在AGV辅助控制器中；所述外部系统为手持终端或卡车类型自动识别系统；用于从外部系统中获取当前卡车的类型信息、从激光雷达获取当前卡车车厢点云数据、从AGV主控制器获取AGV申请外部路径时的AGV位姿数据；

所述外部路径计算服务模块，能根据计算所得的车厢轮廓数据，进一步计算出卡车车厢轮廓关键点位姿数据，再根据卡车的航向角theta_truck及车厢关键点位姿数据，进一步计算出AGV从固定路径的申请点到车厢内部的动态路径信息及用于AGV在车厢内部导航的导航墙数据信息，并将车厢内部动态路径信息、导航墙数据信息发送至AGV调度系统或外部路径申请的AGV；所述计算出AGV从固定路径的申请点到车厢内部的动态路径信息包括：基于所述导航墙数据信息、卡车航向角theta_truck以及所装载托盘的尺寸数据计算出位于车厢入口处的第一点B及位于车厢内底部的第二点C的位姿数据，作为AGV路径的外部点或称柔性点的位姿数据，按照控制点计算方法计算出从申请点到柔性点之间的控制点，再由控制点按照柔性路径算法生成柔性段或称外部路径；

2.根据权利要求1所述一种AGV对厢式卡车货物存取的系统，其特征在于，

所述AGV为单工位或双工位执行机构设计，执行机构上安装有光电检测传感器和倾角传感器，并与AGV主控制器通信连接，所述执行机构水平度可自动调节；

所述AGV导航环境是AGV运行在世界坐标系下的复合导航环境，包括：人工设置的激光反射胶贴R在世界坐标系下的位姿数据（Rx, Ry, Rtheta）以及卡车车厢在世界坐标系下的导航墙数据信息；

所述申请点到车厢内部的动态路径：为物理空间上满足AGV载货后行驶要求的任意一条或多条直线或曲线。

3.根据权利要求1所述的一种AGV对厢式卡车货物存取的系统，其特征在于，

所述卡车类型信息包括：代表卡车类型的编号；

所述导航墙数据信息包括：包括左右两侧导航墙数据信息，分别为用于描述左侧导航墙直线段NavLine_L起点坐标PLs（x,y）和终点坐标PLe（x,y），以及用于描述右侧导航墙直线段NavLine_R起点坐标PRs（x,y）和终点坐标PRe（x,y）；AGV驶入卡车车厢后，在AGV车载导航激光雷达左右两侧所测量到的车厢墙面数据，用于实现AGV在车厢内的导航定位；

所述左侧导航墙直线段NavLine_L起点PLs与P1及终点PLe与P2为同一个点，所述右侧导航墙直线段NavLine_R起点PRs与P4及终点PRe与P3为同一个点。

4.根据权利要求1所述的一种AGV对厢式卡车货物存取的系统，所述从外部系统中获取当前卡车的类型信息是由作为外部系统的手持终端或卡车类型识别系统通过有线或无线通信将当前停靠的卡车类型告知激光雷达卡车识别系统。

5.根据权利要求1所述的一种AGV对厢式卡车货物存取的系统，其特征在于激光雷达卡车识别系统中预先建立有卡车类型数据库，所述卡车类型数据库包括卡车类型，以及与卡车类型相对应的车厢长L、宽W、高H、货位数量、货位信息。

6.根据权利要求1所述的一种AGV对厢式卡车货物存取的系统，其特征在于所述车厢入口处第一点B及位于车厢内底部的第二点C的位姿数据包括：B点坐标值（xb,yb）、C点坐标值（xc,yc）和B点角度值theta_b、C点角度值theta_c，并且存在：theta_b=theta_c=theta_truck。

7.一种AGV对厢式卡车货物存取的方法，基于权利要求1~6任意一项所述的系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S5、计算出卡车车厢的轮廓数据、卡车的停靠航向角theta_truck、车厢关键角点位姿数据P1（x1,y1,theta1）、P2（x2,y2,theta2）、P3（x3,y3,theta3）、P4（x4,y4,theta4），以及导航墙数据信息；

步骤S7、按照控制点计算方法计算出从申请点到与之匹配的柔性点之间的控制点，再由控制点按照柔性路径算法生成柔性段或称外部路径，并将其作为柔性路径或外部路径新增入AGV的运行路径中，得到AGV驶入车厢内部的装、卸货物路径。

8.根据权利要求7所述的一种AGV对厢式卡车货物存取的方法，其特征在于，还包括步骤S8将所述导航墙数据信息、柔性路径的数据发送给AGV调度系统，由AGV调度系统下发导航墙数据信息、及固定路径和柔性段路径到相应的AGV上，同时AGV切换导航模式到墙面导航或轮廓导航模式，使AGV驶入车厢，AGV目标点位于车厢内底部第二柔性点C处；或：

9.根据权利要求7或8所述的一种AGV对厢式卡车货物存取的方法，其特征在于，AGV按照新增的柔性路径驶入车厢包括：

AGV驶入车厢后，在行驶到目标点的途中光电传感器检测到货物停止并进行装、卸货操作；或，

在行驶到目标点的途中光电传感器未检测到货物，直至行驶到位于车厢内的目标点C处，进行装、卸货操作。

10.根据权利要求7所述的一种AGV对厢式卡车货物存取的方法，其特征在于，所述步骤7中，由控制点按照柔性路径算法生成柔性段或称外部路径步骤包括：

（a）首先计算出申请点到柔性点之间的控制点或称锚点；

（b）控制点的数量不少于9个，控制点至少包括申请点A、及申请点两侧的控制点A1、A2，车厢入口处的第一柔性点B、及柔性点两侧的控制点B1、B2，以及车厢内底部第二柔性点C，及柔性点两侧的控制点C1、C2，共同组成AGV从申请点到柔性点的控制点序列A1、A、A2、B1、B、B2、C1、C、C2；除上述9个控制点以外还可在A2和B1之间增加若干控制点；

（c）通过柔性路径算法，计算出受控制点约束从申请点到柔性点的线柔性段为光滑曲线：

其中，p_i表示第i个矢量点；n表示曲线的次数；k表示曲线方程的阶数，u表示曲线参数，且k=n+1。

11.根据权利要求10所述的一种AGV对厢式卡车货物存取的方法，其特征在于所述申请点、柔性点均为矢量点，所述步骤（a）中，申请点到柔性点之间的控制点计算方法包括：

（1）计算一条过申请点A的直线La，直线La的方向向量与申请点的方向相同；

（2）在直线La上，与申请点A之间距离为D1，计算得到的两个点A1、A2，连同申请点A，组成申请点A的控制点序列A1、A、A2；

（3）计算一条过柔性点B的直线Lb，且该直线Lb的方向向量与柔性点B的方向相同；

（4）在直线Lb上，与柔性点B之间距离为D2，计算得到的两个点B1、B2，连同柔性点B，组成柔性点B的控制点序列B1、B、B2；

（5）同理完成柔性点C及两侧控制点C1、C2的计算，将以上步骤计算所得的控制点组成柔性段的控制点序列A1、A、A2、B1、B、B2、C1、C、C2。

12.根据权利要求7所述的一种AGV对厢式卡车货物存取的方法，其特征在于，所述步骤S5中，车厢关键角点位姿数据P1（x1,y1,theta1）、P2（x2,y2,theta2）、P3（x3,y3,theta3）、P4（x4,y4,theta4）的计算步骤包括：

步骤a5、计算LFunc1与LFunc4的交点可得角点P1，计算直线LFunc1与LFunc2的交点可得角点P2，计算LFunc3与LFunc2的交点可得角点P3，计算LFunc3与LFunc4的交点可得角点P4；

所述各关键角点的角度值：

theta1=theta2=theta3=theta4=theta_truck；

所述各直线方程LFunc为点斜式方程，将方程用参数描述为：LFunc_parm=[slop,intercept,r_square]，

式中：

slop：拟合直线的斜率

intercept：拟合直线的截距;

r_square：拟合直线的相关系数。