CN114735384B - 车行走定位系统、方法、计算机设备及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车行走定位系统、方法、计算机设备及计算机可读存储介，系统包括：数据获取模块，用于构建地图；距离计算模块，用于获取目标路径地图距离S0，构建拟态地图；用于在捕捉到定位孔时，此时编码器数据作为已运动距离S1，利用拟态地图推算已运动地图距离S2，对比S1与S2，计算距离差值S3，S3小于阈值时计算当前修正距目标点距离S4＝S0‑(S1+S3)；用于在捕捉到二维码时，此时编码器数据作为已运动距离S1’，通过拟态地图推算已运动地图距离S2’，对比S1’与S2’，计算此时实际距离与地图距离偏差值S7，S7落入阈值内时计算当前修正距目标点距离S4’＝S0‑(S1’+S7)；运动控制模块，用于控制器根据当前修正距目标点距离S4及S4’来控制四向穿梭车的速度。
Description
技术领域
本发明涉及物流设备技术领域，特别涉及一种行走定位系统及方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，仓储技术也在不断地完善，仓储的方式呈现多样化、智能化，四向穿梭车是智能仓储自动化领域最重要的物流装备之一，随着四向穿梭车在仓储物流行业的广泛应用，在实际项目中因穿梭车本体及载货重量变化较大，且随着设备使用存在轮子磨损，货架轨道灰尘堆积等情况导致编码器计算时位置误差较大，从而影响四向穿梭车运动控制，且每台四向穿梭车的使用频率不一，每台车都需要定期更新地图数据，不利于维护使用。
现有技术中CN202110392550.2号专利申请公开的一种四向穿梭车连续定位系统与方法中，使用工业相机对连续条码进行扫描确定四向车当前位置，但存在施工难度大，成本高，且条码部分破损更换困难等问题。
为此，需要提出一种新的车行走定位系统及方法。
发明内容
发明目的：本发明提供一种行走定位系统及方法，用于解决现有四向穿梭车在编码器计算时位置误差较大从而影响四向穿梭车运动控制，且通过二维码扫描确定四向穿梭车当前位置时存在二维码维护困难的问题。
技术方案如下：本发明提供一种车行走定位系统，包括：数据获取模块，用于提供实际仓库布局，包括第一方向延伸的多条母轨道、第二方向延伸的多条子轨道、控制器及车，车上设有与控制器电连接的数孔光电、工业相机及编码器，每一子轨道包括多个同轴排列的货位，子轨道与母轨道交叉形成交叉口，货位设有定位孔，交叉口设有二维码；用于构建地图，选取地图原点，划分地图为多个单元格，设置单元格位置属性为货位与交叉口，获取每一单元格相对于地图原点的第一方向偏移量、第二方向偏移量并存储至控制器；距离计算模块，用于设定车的目标路径、当前位置、目标位置、目标路径上所有坐标点的地图信息，构建运动过程拟态地图，计算目标路径地图距离S0；并且，距离计算模块用于判断数孔光电是否捕捉到定位孔，若是，记录捕捉到定位孔时编码器数据作为已运动距离S1，结合拟态地图推算已运动地图距离S2，S2与S1的差值大于零时，计算经过定位孔时的距离差值S3，S3落入阈值内时，计算当前修正距目标点距离S4＝S0-(S1+S3)；以及，距离计算模块用于判断工业相机是否捕捉到二维码，若是，用于记录扫描到二维码时编码器数据作为已运动距离S1’，结合拟态地图推算已运动地图距离S2’，S2’与S1’的差值大于零时，计算四向穿梭车运动至捕捉到当前二维码时实际距离与地图距离偏差值S7，S7落入阈值内时，计算当前修正距目标点的距离S4’＝S0-(S1’+S7)；运动控制模块，用于利用控制器根据当前修正距目标点的距离S4及S4’来控制四向穿梭车的速度。
进一步的，距离计算模块还用于记录扫描到二维码时的二维码运动方向偏移值，来计算当前二维码修正距离S6，从拟态地图获取当前位置至捕捉到当前二维码时理论地图距离S5，计算S2’＝S5-S6。
进一步的，S2＝S1+S3+S经验1，S经验1与车速度及采样情况有关。
进一步的，S2’＝S7+S1+S经验2，S经验2＝S经验1。
该车行走定位系统，将二维码识别与光电信号高速检测互相配合，结合高速编码器及拟态地图能准确修正四向穿梭车在运动过程中的偏差，实现将运动过程中的累积误差消除，控制四向穿梭车精准定位。该系统的优点是定位精准，使用成本低廉，可靠性高，无累积误差。
本发明提供一种四向穿梭车行走定位方法，包括以下步骤：
(1)提供实际仓库布局，包括第一方向延伸的多条母轨道、第二方向延伸的多条子轨道、控制器及车，车上设有与控制器电连接的数孔光电、工业相机及编码器，每一子轨道包括多个同轴排列的货位，子轨道与母轨道交叉形成交叉口，货位设有定位孔，交叉口设有二维码；
构建地图，选取地图原点，划分地图为多个单元格，设置单元格位置属性为货位与交叉口，获取每一单元格相对于地图原点的第一方向偏移量、第二方向偏移量并存储至控制器；
(2)设置车的目标路径、当前位置、目标位置，获取目标路径上所有坐标点地图信息，构建运动过程拟态地图，计算目标路径地图距离S0；
(3)判断数孔光电单元是否捕捉到定位孔，若是，记录捕捉到定位孔时的编码器数据作为已运动距离S1，结合拟态地图推算已运动地图距离S2，S2与S1的差值大于零时，计算经过定位孔时的距离差值S3，若S3落入阈值内，计算当前修正距目标点的距离S4为：S4＝S0-(S1+S3)；并且，
判断工业相机是否捕捉到二维码，若是，记录扫描到二维码时的编码器数据，作为已运动距离S1’，结合拟态地图推算已运动地图距离S2’，S2’与S1’的差值大于零时，计算四向穿梭车运动至二维码时的实际距离与地图距离偏差值S7，当前修正距目标点距离S4＝S0-(S1+S7)；
(3)控制器根据当前修正距目标点距离S4来控制四向穿梭车的速度。
进一步的，结合拟态地图推算已运动地图距离S2’的步骤还包括：记录扫描到二维码时的二维码运动方向偏移值来计算当前二维码修正距离S6，从拟态地图获取当前位置至捕捉到当前二维码时理论地图距离S5，计算S2’＝S5-S6。
进一步的，在步骤(2)中，S2＝S1+S3+S经验1，S经验1与四向穿梭车速度及采样情况有关。
进一步的，在步骤(2)中，S2’＝S7+S1’+S经验2，S经验2＝S经验1。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一项所述方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的方法的步骤。
技术效果：所述的车行走定位方法，借助拟态地图、工业相机扫描二维码、检测外部光电信号、编码器采集数据进行判断处理，可将运动过程中的累积误差消除，即使出现某个货位的定位孔或交叉口的二维码异常检测不到的情况，也可在检测到下个货位定位孔或下个二维码时进行修正，实现控制四向穿梭车精准定位。
附图说明
图1是本发明车行走定位系统的系统原理图；
图2是车行走定位系统的地图各坐标示意图；
图3是本发明车行走定位方法的算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1至图3所示，本发明所述的车行走定位系统，适用于四向穿梭车，包括：数据获取模块、距离计算模块、运动控制模块。
所述数据获取模块用于根据实际仓库布局构建地图，实际仓库布局包括车即四向穿梭车、控制器、多条平行延伸的母轨道1、多条平行延伸的子轨道2；其中，每一子轨道2包括多个同轴排列的货位200，每一子轨道2与任一母轨道1交叉形成多个交叉口100；在每一货位200开设一定位孔，每一交叉口100设置有一个二维码，二维码的正面均朝上设置，每一母轨道1沿第一方向延伸，每一子轨道2沿第二方向延伸；四向穿梭车适配于子轨道2或母轨道1上，包括分别与控制器电连接的工业相机、编码器、数孔光电单元，工业相机用于扫描二维码，编码器为高速编码器用于读取行走距离，数孔光电单元用于检测定位孔。
具体地，定位孔均设于货位侧边；工业相机设于四向穿梭车底部，四向穿梭车底部还设有用于安装高速编码器的从动轮，从动轮适配于子轨道2或母轨道1上；每一母轨道1用于四向穿梭车沿第一方向行走及用于使四向穿梭车在母轨道1内实现换向，每一子轨道2用于四向穿梭车沿第二方向行走，二维码用于四向穿梭车在行走过程中地图距离绝对位置校准及交叉口换向定位使用。
数据获取模块用于选取地图原点，用于将地图划分为多个单元格，用于设置单元格的位置属性分别为货位200与交叉口100，以及用于获取每一单元格相对于地图原点的第一方向偏移量、第二方向偏移量并均存储至控制器，以构建地图。
具体地，第一方向设为X轴正方向，第二方向设为Y轴正方向；根据货位200及母轨道1将作业面分为单元格，其中各个单元格大小由货位的定位孔间距及母轨道1宽度决定。并且，以四向穿梭车纵向通行的相同单元格组成纵向通道，纵向即Y轴方向，以四向穿梭车横向通行的相同单元格组成横向通道，横向即X轴方向。以及，每一单元格均包括单元格货位及单元格通道，单元格货位及单元格通道以单元格中心点抽象坐标，单元格货位Y方向中心设为定位孔；选定X轴方向及Y轴方向的起始单元格作为地图原点。从而，数据获取模块用于获取子轨道2各个单元格货位及单元格通道相较于地图原点的Y轴方向实际距离学习并储存；获取母轨道单元格通道相较于地图原点的X轴方向实际距离学习并储存。
所述距离计算模块用于设置四向穿梭车当前位置A，接收四向穿梭车行走任务即目标路径、目标位置B，获取四向穿梭车的当前位置A至目标位置B的目标路径上所有坐标点的地图信息，并用于构建运动过程拟态地图，且计算目标路径的地图距离为S0；
并且，所述距离计算模块用于判断数孔光电单元是否捕捉到定位孔，若是，用于记录扫描到二维码时的编码器数据，以获得已运动距离S1，用于结合拟态地图推算已运动地图距离S2，用于根据S1与S2的结果计算经过定位孔时的距离差值S3，用于在S3落入阈值内时计算当前修正距目标点的距离S4为：S4＝S0-(S1+S3)；
其中已运动地图距离S2＝S1+S3+S经验1，距离差值S3与定位孔宽度有关，定位孔宽度误差约为1mm；S经验1为经验误差，S经验1与四向穿梭车速度及采样情况有关。
以及，距离计算模块用于判断工业相机是否捕捉到二维码，若是，用于记录扫描到二维码时的编码器数据，以获取已运动距离S1’，用于通过拟态地图推算已运动地图距离S2’，且用于根据S1’与S2’的结果计算四向穿梭车运动至捕捉到的当前二维码时的实际距离与地图距离偏差值S7，以及用于在S7落入阈值内时计算当前修正距目标点的距离S4’为：S4’＝S0-(S1’+S7)。
其中，距离计算模块用于获取当前位置至捕捉到的当前二维码时的理论地图距离S5，并用于计算当前二维码修正距离S6，S2’＝S5-S6；已运动地图距离S2’＝S7+S1’+S经验2，其中S7与二维码尺寸有关，S经验2与四向穿梭车速度及采样情况有关。本领域技术人员选取S经验1＝S经验2，经验误差S经验1约为1.22mm。并且，在判断工业相机捕捉到二维码时，距离计算模块用于记录扫描到二维码时二维码运动方向偏移值，以计算当前二维码修正距离S6。此外，距离计算模块还用于根据已运动距离及修正距离推算四向穿梭车的坐标位置。
所述运动控制模块用于通过控制器根据当前修正距目标点的距离S4及S4’来控制四向穿梭车的速度。
该行走定位系统，用于借助拟态地图、工业相机扫描二维码、检测外部光电信号、高速编码器采集数据进行判断处理，实现将运动过程中的累积误差消除，即通过将图像二维码识别与光电信号高速检测互相配合，结合高速编码器及拟态地图能准确修正四向穿梭车在运动过程中的偏差，控制四向穿梭车精准定位，保证四向穿梭车在项目中可靠运行。该系统还可有效解决因从动轮磨损或变形导致的四向穿梭车定位异常问题。该系统的优点是定位精准，使用成本低廉，可靠性高，无累积误差。
本发明还提供一种四向穿梭车行走定位方法，包括以下步骤：
(1)提供实际仓库布局，包括第一方向延伸的多条母轨道1、第二方向延伸的多条子轨道2、控制器及车，车上设有与控制器电连接的数孔光电、工业相机及编码器，每一子轨道2包括多个同轴排列的货位200，子轨道2与母轨道1交叉形成交叉口100，货位200设有定位孔，交叉口100设有二维码；
构建地图，选取地图原点，划分地图为多个单元格，设置单元格位置属性为货位与交叉口，获取每一单元格相对于地图原点的第一方向偏移量、第二方向偏移量并存储至控制器。
在本步骤(1)中，四向穿梭车适配于子轨道2或母轨道1上，工业相机用于扫描二维码，编码器选取为高速编码器用于读取行走距离，数孔光电单元用于检测定位孔；每一定位孔具体设于每一货位侧边；四向穿梭车底部设有用于安装高速编码器的从动轮。
在本步骤(1)中，设第一方向为X轴正方向，设第二方向为Y轴正方向；根据货位200及母轨道1将作业面分为单元格，其中各个单元格大小由货位200的定位孔间距及母轨道1宽度决定。并且，以四向穿梭车纵向通行的相同单元格组成纵向通道，纵向即Y轴方向，以四向穿梭车横向通行的相同单元格组成横向通道，横向即X轴方向。每一单元格均包括单元格货位及单元格通道，单元格货位及单元格通道以单元格中心点抽象坐标，单元格货位Y方向中心设为定位孔；选定X轴方向及Y轴方向的起始单元格作为地图原点。
在本步骤(2)中，获取子轨道各个单元格货位及单元格通道相较于地图原点的Y轴方向实际距离学习并储存；获取母轨道单元格通道相较于地图原点的X轴方向实际距离学习并储存。
(3)设置四向穿梭车当前位置A，接收四向穿梭车行走任务及目标位置B，获取四向穿梭车的当前位置A至目标位置B的目标路径上所有坐标点的地图信息，构建运动过程中的拟态地图，计算目标路径地图距离S0。
(4)判断数孔光电单元是否捕捉到定位孔，若是，记录扫描到二维码时的高速编码器数据，获得已运动距离S1，结合拟态地图推算已运动地图距离S2，S2与S1的差值大于零时，计算经过定位孔时的距离差值S3，若S3落入阈值内，计算当前修正距目标点的距离S4为：S4＝S0-(S1+S3)；并且，
判断工业相机是否捕捉到二维码，若是，记录扫描到二维码时的高速编码器数据，获取已运动距离S1’，结合拟态地图推算已运动地图距离S2’，S2’与S1’的差值大于零时，计算四向穿梭车运动至二维码时的实际距离与地图距离偏差值S7，当前修正距目标点距离S4’＝S0-(S1’+S7)，控制器根据当前修正距目标点距离S4’来控制四向穿梭车的速度。
在本步骤(4)数孔光电单元捕捉到定位孔后的步骤中，计算已运动地图距离S2＝S1+S3+S经验1，其中距离差值S3与定位孔宽度有关，定位孔宽度误差约为1mm；S经验1为经验误差，S经验1与四向穿梭车速度及采样情况有关。
在步骤(4)中还包括以下步骤：结合拟态地图推算已运动地图距离S2’的步骤还包括：记录扫描到二维码时的二维码运动方向偏移值来计算当前二维码修正距离S6，从拟态地图获取当前位置至捕捉到当前二维码时理论地图距离S5，计算S2’＝S5-S6。
在本步骤(4)工业相机捕捉到二维码后的步骤中，已运动地图距离S2’
＝S7+S1’+S经验2，其中S7与二维码尺寸有关，S经验2与四向穿梭车速度及采样情况有关。
并且，本领域技术人员选取S经验1＝S经验2，经验误差S经验1约为1.22mm。
此外，在步骤(4)中还包括以下步骤：根据已运动距离及修正距离推算四向穿梭车的坐标位置。
(5)控制器根据当前修正距目标点距离S4及S4’来控制四向穿梭车的速度。
所述的车行走定位方法，借助拟态地图、工业相机扫描二维码、检测外部光电信号、高速编码器采集数据进行判断处理，可将运动过程中的累积误差消除，即使出现某个货位的定位孔或交叉口的二维码异常检测不到的情况，也可在检测到下个货位定位孔或下个二维码时进行修正。因此，该四向穿梭车行走定位方法将图像二维码识别与光电信号高速检测互相配合，结合高速编码器及拟态地图能准确修正四向穿梭车在运动过程中的偏差，控制四向穿梭车精准定位，保证四向穿梭车在项目中可靠运行。本发明的优点是整体的成本低，也可借此方法有效解决因从动轮磨损或变形导致的四向穿梭车定位异常问题。该四向穿梭车行走定位方法，具有定位精准，使用成本低廉，可靠性高，无累积误差的特点。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种车行走定位系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于提供实际仓库布局，包括第一方向延伸的多条母轨道、第二方向延伸的多条子轨道、控制器及车，车上设有与控制器电连接的数孔光电、工业相机及编码器，每一子轨道包括多个同轴排列的货位，子轨道与母轨道交叉形成交叉口，货位设有定位孔，交叉口设有二维码；用于构建地图，选取地图原点，划分地图为多个单元格，设置单元格位置属性为货位与交叉口，获取每一单元格相对于地图原点的第一方向偏移量、第二方向偏移量并存储至控制器；
距离计算模块，用于设定车的目标路径、当前位置、目标位置、目标路径上所有坐标点的地图信息，构建运动过程拟态地图，计算目标路径地图距离S0；
并且，距离计算模块用于判断数孔光电是否捕捉到定位孔，若是，记录捕捉到定位孔时编码器数据作为已运动距离S1，结合拟态地图推算已运动地图距离S2，S2与S1的差值大于零时，计算经过定位孔时的距离差值S3，S3落入阈值内时，计算当前修正距目标点距离S4＝S0-(S1+S3)；
以及，距离计算模块用于判断工业相机是否捕捉到二维码，若是，用于记录扫描到二维码时编码器数据作为已运动距离S1’，结合拟态地图推算已运动地图距离S2’，S2’与S1’的差值大于零时，计算四向穿梭车运动至捕捉到当前二维码时实际距离与地图距离偏差值S7，S7落入阈值内时，计算当前修正距目标点的距离S4’＝S0-(S1’+S7)；
运动控制模块，用于利用控制器根据当前修正距目标点的距离S4及S4’来控制四向穿梭车的速度。
2.根据权利要求1所述的车行走定位系统，其特征在于，距离计算模块还用于记录扫描到二维码时的二维码运动方向偏移值，来计算当前二维码修正距离S6，从拟态地图获取当前位置至捕捉到当前二维码时理论地图距离S5，计算S2’＝S5-S6。
3.根据权利要求2所述的车行走定位系统，其特征在于，S2＝S1+S3+S经验1，S经验1与车速度及采样情况有关。
4.根据权利要求3所述车行走定位系统，其特征在于，S2’＝S7+S1+S经验2，S经验2＝S经验1。
5.一种车行走定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)提供实际仓库布局，包括第一方向延伸的多条母轨道、第二方向延伸的多条子轨道、控制器及车，车上设有与控制器电连接的数孔光电、工业相机及编码器，每一子轨道包括多个同轴排列的货位，子轨道与母轨道交叉形成交叉口，货位设有定位孔，交叉口设有二维码；
构建地图，选取地图原点，划分地图为多个单元格，设置单元格位置属性为货位与交叉口，获取每一单元格相对于地图原点的第一方向偏移量、第二方向偏移量并存储至控制器；
(2)设置车的目标路径、当前位置、目标位置，获取目标路径上所有坐标点地图信息，构建运动过程拟态地图，计算目标路径地图距离S0；
(3)判断数孔光电单元是否捕捉到定位孔，若是，记录捕捉到定位孔时的编码器数据作为已运动距离S1，结合拟态地图推算已运动地图距离S2，S2与S1的差值大于零时，计算经过定位孔时的距离差值S3，若S3落入阈值内，计算当前修正距目标点的距离S4为：S4＝S0-(S1+S3)；并且，
判断工业相机是否捕捉到二维码，若是，记录扫描到二维码时的编码器数据，作为已运动距离S1’，结合拟态地图推算已运动地图距离S2’，S2’与S1’的差值大于零时，计算四向穿梭车运动至二维码时的实际距离与地图距离偏差值S7，当前修正距目标点距离S4＝S0-(S1+S7)；
(3)控制器根据当前修正距目标点距离S4来控制四向穿梭车的速度。
6.根据权利要求5所述的车行走定位方法，其特征在于，结合拟态地图推算已运动地图距离S2’的步骤还包括：记录扫描到二维码时的二维码运动方向偏移值来计算当前二维码修正距离S6，从拟态地图获取当前位置至捕捉到当前二维码时理论地图距离S5，计算S2’＝S5-S6。
7.根据权利要求6所述的车行走定位方法，其特征在于，在步骤(2)中，S2＝S1+S3+S经验1，S经验1与四向穿梭车速度及采样情况有关。
8.根据权利要求7所述的车行走定位方法，其特征在于，在步骤(2)中，S2’＝S7+S1’+S经验2，S经验2＝S经验1。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求5至8任一项所述车行走定位方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求5至8中任一项所述的车行走定位方法的步骤。
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