CN115893032A - 用于厢式集装箱的自动装车系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于厢式集装箱的自动装车系统，自动规划厢式集装箱中的栈板排布，通过确定当前待装车栈板在集装箱的排布位置，即可获取当前待装车栈板在全局坐标系中的装车位姿，进而自动生成栈板装车的行驶路径，激光叉车将待装车栈板以装车位姿放置在厢式集装箱内，实现了栈板在厢式集装箱内的自动装车。

Description

用于厢式集装箱的自动装车系统

技术领域

本发明属于自动装车技术领域，更具体地，本发明涉及一种用于厢式集装箱的自动装车系统。

背景技术

进入21世纪以来，世界经济的高速发展与商品物流的大量流通，物流行业已经成为经济建设中至关重要的行业之一，随之而来的是物流行业的繁荣与劳动力成本的提升，人工装车已逐步无法满足市场需求。

现有的自动装车装置是大多针对侧开式厢式集装箱，货车停放在指定位置，在货车的两侧分布有固定轨道，运货的小车沿轨道行驶至放货位置点后停车，抬高货物，将货物从小车平移至车厢内，实现货物的自动装装车，由于厢式集装箱一般是通过尾门进行货物的装卸和卸载，因此装车方法只能适用于侧开式厢式集装箱，无法适用于厢式集装箱。

发明内容

本发明提供一种用于厢式集装箱的自动装车系统，旨在实现厢式集装箱的自动装车。

本发明是这样实现的，一种用于厢式集装箱的自动装车系统，所述系统包括：

集成有相机的激光叉车，与激光叉车通讯连接的装车管理器；

装车管理器上集成有：任务下发单元、栈板识别单元、局部位姿确定单元、全局位姿确定单元、路径规划单元、导航单元及存储单元；

在上一个任务结束后，任务下发单元将下一个任务下发至激光叉车，对应激光叉车基于主行驶路径1行驶至对应的主站点，控制相机进行拍照；

栈板识别单元，基于相机拍摄的图像识别当前待装车栈板精准的插取位姿，发送至路径规划单元，激光叉车基于从行驶路径2行驶至目标位姿1时，激光叉车以插取姿态对栈板进行插取，并返回对应主站点；

局部位姿确定单元，确定当前待装车栈板在厢式集装箱中的排布位置，读取该排布位置在局部坐标系下的位姿；

全局位姿确定单元，将当前待装车栈板在局部坐标系下的位姿转换至全局坐标系下，获取待装车栈板的装车位姿；

路径规划单元，规划待机位置至距当前待装车栈板最近主站点的最短主行驶路径1，规划当前主站点至目标位姿1的从行驶路径2，规划从主站点至厢式集装箱入口中点的最短主行驶路径3，并实时规划装箱入口中点至目标位置2的从行驶路径4，激光叉车的中心处于目标位姿2时，栈板以目标装车位姿放置于厢式集装箱内；

导航单元，主行驶路径1、从行驶路径2及主行驶路径3采用激光导航，在到达厢式集装箱入口中点位置时，切换导航模式，在从行驶路径4采用车厢轮廓进行导航，行驶至目标位姿2后，将栈板以目标装车位姿放置在厢式集装箱内，激光叉车返回月台的待机位置，当前任务结束；

存储单元，用于存储仓库内各栈板在全局坐标系下的设定位姿。

进一步的，局部位姿确定单元包括：

栈板排布模块，生产栈板在厢式集装箱内的容积最大化排布方式；

局部位姿计算模块，计算该排布方式下各栈板在局部坐标系下的位姿。

进一步的，全局位姿确定单元包括：

厢式集装箱识别模块，通过对厢式集装箱的内部进行扫描，提取厢式集装箱的内轮廓，进而获取厢式集装箱的长度W、宽度L及局部坐标系的原点位置；

标定模块，标定局部坐标系原点在全局坐标系下的位姿，进而确定局部坐标系到全局坐标系的转换矩阵及平移向量；

转换模块，基于上述转换矩阵及平移向量将栈板在局部坐标系下的位姿转换至全局坐标系下。

进一步的，若栈板为单面插取，则栈板排布模块包括：列数确定子模块及行数确定子模块；

列数确定子模块，用于获取满足安全列向间距的最小栈板列间距及该列间距下的最大栈板列数n；

行数确定子模块，用于获取满足安全行向间距的最小栈板行间距及该行间距下的栈板行数m。

进一步的，列数确定子模块中最大栈板列数n的获取过程具体如下：

(11)将厢式集装箱在宽度方向上的最大栈板容纳数量n_max作为n的初始值；

(12)计算当前n值下的d₁是否大于安全列向间距；

(13)若检测结果为是，则输出当前的列数n及该列数n值的列向间距d₁，若检测结果为否，则令n＝n-1，执行步骤(12)。

进一步的，局部位姿计算模块基于如下公式计算第i行第j列单面插取栈板在局部坐标系下的位姿(Lx_ij，Ly_ij,Lθ_ij)：

其中，d₁为设定的安全列向间距，d₂为设定的安全行向间距，w、l分别表示栈板的宽度、长度。

进一步的，从行驶路径4的形成过程具体如下：

在月台点与目标位姿2距离较远，则行驶路径的行驶路径点集为：厢式集装箱入口中心点->厢式集装箱中间行驶的转折点->厢式集装箱放货点的前视调整点->目标位姿2；

厢式集装箱入口中心点在局部坐标系中的位姿为

转换至全局坐标系下；

厢式集装箱中间行驶的转折点在局部坐标系中的位姿为

转换至全局坐标系下；

厢式集装箱放货点的前视调整点在局部坐标系中的位姿为

转换至全局坐标系下；

厢式集装箱内的目标位置2，在激光叉车的中心处于目标位置2时，栈板中心在全局坐标系下的目标位姿(Px_ij,Py_ij,Pθ_ij)。

进一步的，行驶路径的规划方法具体如下：

在月台点与2距离较近，行驶路径的行驶路径点集为：待机位置点->月台点->厢式集装箱放货点的前视调整点->目标位姿2。

进一步的，在当前待装车栈板的在厢式集装箱内排布位置的行号m₁≥m-3时，则认定月台点距目标位姿置2较近，否则，认定月台点距目标位姿2较远。

本发明自动规划厢式集装箱中的栈板排布，通过确定当前待装车栈板在集装箱的排布位置，即可获取当前待装车栈板在全局坐标系中的装车位姿，进而自动生成栈板装车的行驶路径，激光叉车将待装车栈板以装车位姿放置在厢式集装箱内，实现了栈板在厢式集装箱内的自动装车。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于厢式集装箱的自动装车系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的局部坐标系的示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

从仓库→月台的待机位置→装车位置点设有固定的主行驶路径，主行驶路径上设置有若干站点，即成为主站点，再将各主站点作为起点，实时规划至目标位置的行驶路径，成为从行驶路径。

图1为本发明实施例提供的用于厢式集装箱的自动装车系统结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。

该系统包括：

集成有相机的激光叉车，与激光叉车通讯连接的装车管理器，装车管理器上集成有：任务下发单元、栈板识别单元、局部位姿确定单元、全局位姿确定单元、路径规划单元及导航单元；

在上一个任务结束后，任务下发单元将下一个任务下发至激光叉车，对应激光叉车基于主行驶路径1行驶至对应的主站点，控制相机进行拍照；

栈板识别单元，基于相机拍摄的图像识别当前待装车栈板精准的插取位姿，发送至路径规划单元，激光叉车基于从行驶路径2行驶至目标位姿1时，激光叉车以插取位姿对栈板进行插取，并基于从行驶路径2返回对应的主站点；

局部位姿确定单元，确定当前待装车栈板在厢式集装箱中的排布位置(第m行第n列)，读取该排布位置在局部坐标系下(即厢式集装箱坐标系，如图2所示)的位姿；

全局位姿确定单元，将当前待装车栈板在局部坐标系下的位姿转换至全局坐标系下，获取待装车栈板的装车位姿；

路径规划单元，规划待机位置至距当前待装车栈板最近主站点的最短主行驶路径1，规划当前主站点至目标位姿1的从行驶路径2，规划从主站点至厢式集装箱入口中点的最短主行驶路径3，并实时规划装箱入口中点至目标位姿2的从行驶路径4，激光叉车的中心处于目标位姿2时，栈板以装车位姿放置于厢式集装箱内；

导航单元，主行驶路径1、从行驶路径2及主行驶路径3采用激光导航，在到达厢式集装箱入口中点位置时，切换导航模式，在从行驶路径4采用车厢轮廓进行导航，行驶至目标位置2后，将栈板以目标位姿放置在厢式集装箱内，激光叉车返回月台的待机位置，当前任务结束；

存储单元，用于存储仓库内各栈板在全局坐标系下的设定位姿，货物放置在栈板上。由于在进行栈板放置时，栈板在仓库内的实际位姿与设定位姿存在一定的差异，因此，需要基于相机进行栈板插取位姿的精定位，以提高激光叉车的插取精度。

在本发明实施例中，局部位姿确定单元包括：

栈板排布模块；确定栈板在厢式集装箱内的容积最大化排布方式；

在本发明实施例中，针对单面插取的栈板，即插取栈板的宽面，宽面朝向厢式集装箱的箱门，将厢式集装箱在宽度方向排布栈板数量定义为列数，长度方向排布的栈板数量为行数，栈板排布模块包括：列数确定子模块及行数确定子模块，其中；

列数确定子模块，获取满足安全列向间距的最小列间距及该列间距下的最大列数n，可以通过步骤11)至步骤13)来获取当前的最大列数n：

11)计算厢式集装箱在宽度方向上的最大栈板容纳数量n_max，即列数，其计算公式具体如下：

为了保证放货的安全，每列栈板之间需要保持一定的间距，该距离是大于安全列向间距的最小列向间距，用d₁表示，其中d₁的取值确定方法具体如下：

12)计算当前n值下的d₁是否大于安全列向间距；

13)若检测结果为是，则输出当前的列数n及该列数n值的列向间距d₁，若检测结果为否，则令n＝n-1，执行步骤12)，其中，n的初始取值为n_max。

行数确定子模块，获取满足安全行向间距的最小栈板行间距及该行间距下的栈板行数m，可以通过步骤21)至步骤23)来获取当前的最大行数m；

21)计算厢式集装箱在长度方向上的最大栈板容纳数量m_max，即行数，其计算公式具体如下：

为了保证放货的安全，每行栈板之间需要保持一定的间距，该距离是大于安全行向间距的最小行向间距，用d₂表示，其中d₂的取值确定方法具体如下：

22)计算当前m值下的d₂是否大于安全列向间距；

23)若检测结果为是，则输出当前的行数m及该行数m值的行向间距d₂，若检测结果为否，则令m＝m-1，执行步骤22)，其中，m的初始取值为m_max。

局部位姿计算模块；计算该排布方式下各栈板在局部坐标系下的位姿。

计算m*n个单面插取栈板中心在厢式集装箱局部坐标系中的位姿，在厢式集装箱局部坐标系下，第i行第j列的栈板位姿(Lx_ij，Ly_ij,Lθ_ij)为：

其中，d₁为设定的安全列向间距，d₂为设定的安全行向间距，w、l分别表示栈板的宽度、长度。

在本发明实施例中，全局位姿确定单元包括：

厢式集装箱识别模块，通过对厢式集装箱的内部进行扫描，提取厢式集装箱的内轮廓，进而获取厢式集装箱的长度W、宽度L及局部坐标系的原点位置；

标定模块，标定局部坐标系原点在全局坐标系下的位姿，进而确定局部坐标系到全局坐标系的转换矩阵及平移向量；

转换模块，基于上述转换矩阵及平移向量将栈板在局部坐标系下的位姿(Lx_ij，Ly_ij,Lθ_ij)转换至全局坐标系下，形成装车位姿(Px_ij,Py_ij,Pθ_ij)。

在本发明实施例中，从行驶路径4的规划方法具体如下：

在当前待装车栈板的在厢式集装箱内排布位置的行号m₁＜m-3时，此时月台点距目标位姿2较远，则行驶路径的行驶路径点集为：厢式集装箱入口中心点->厢式集装箱中间行驶的转折点->厢式集装箱放货点的前视调整点->目标位姿2；

厢式集装箱入口中心点在局部坐标系中的位姿为

转换全局坐标系下，形成位姿(Px₁,Py₁,Pθ₁)；

厢式集装箱中间行驶的转折点在局部坐标系下的位姿为

转换全局坐标系下，形成位姿(Px₂,Py₂,Pθ₂)；

厢式集装箱放货点的前视调整点在局部坐标下的位姿为

转换全局坐标系下，形成位姿(Px₃,Py₃,Pθ₃)；

厢式集装箱内的目标位姿2，在激光叉车中心处于目标位姿2时，栈板中心在全局坐标系下的位姿为装车位姿(Px_ij,Py_ij,Pθ_ij)。

在当前待装车栈板的在厢式集装箱内排布位置的行号m₁≥m-3时，此时月台点与目标位姿2距离较近，行驶路径的行驶路径点集为：厢式集装箱入口中心点->厢式集装箱放货点的前视调整点->目标位姿2。

在本发明实施例中，从行驶路径2的规划方法与上述从行驶路径4的规划方法基本相同。

在本发明实施例中，在主行驶路径的布置反光板，将激光雷达扫描到的反光板与地图中的路标进行匹配，进而实现激光叉车在全局坐标系中的定位，这种导航方式成为激光导航；激光叉车在进入厢式集装箱后，通过实时扫描获取其距厢式集装箱内侧壁的距离，进而确定激光叉车在局部坐标系中位姿，并转化至全局坐标系，实现激光叉车在全局坐标系中的定位。

本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于厢式集装箱的自动装车系统，其特征在于，所述系统包括：

集成有相机的激光叉车，与激光叉车通讯连接的装车管理器；

装车管理器上集成有：任务下发单元、栈板识别单元、局部位姿确定单元、全局位姿确定单元、路径规划单元、导航单元及存储单元；

在上一个任务结束后，任务下发单元将下一个任务下发至激光叉车，对应激光叉车基于主行驶路径1行驶至对应的主站点，控制相机进行拍照；

栈板识别单元，基于相机拍摄的图像识别当前待装车栈板精准的插取位姿，发送至路径规划单元，激光叉车基于从行驶路径2行驶至目标位姿1时，激光叉车以插取姿态对栈板进行插取，并返回对应主站点；

局部位姿确定单元，确定当前待装车栈板在厢式集装箱中的排布位置，读取该排布位置在局部坐标系下的位姿；

全局位姿确定单元，将当前待装车栈板在局部坐标系下的位姿转换至全局坐标系下，获取待装车栈板的装车位姿；

路径规划单元，规划待机位置至距当前待装车栈板最近主站点的最短主行驶路径1，规划当前主站点至目标位姿1的从行驶路径2，规划从主站点至厢式集装箱入口中点的最短主行驶路径3，并实时规划装箱入口中点至目标位置2的从行驶路径4，激光叉车的中心处于目标位姿2时，栈板以目标装车位姿放置于厢式集装箱内；

导航单元，主行驶路径1、从行驶路径2及主行驶路径3采用激光导航，在到达厢式集装箱入口中点位置时，切换导航模式，在从行驶路径4采用车厢轮廓进行导航，行驶至目标位姿2后，将栈板以目标装车位姿放置在厢式集装箱内，激光叉车返回月台的待机位置，当前任务结束；

存储单元，用于存储仓库内各栈板在全局坐标系下的插取位姿。

2.如权利要求1所述用于厢式集装箱的自动装车系统，其特征在于，局部位姿确定单元包括：

栈板排布模块，生产栈板在厢式集装箱内的容积最大化排布方式；

局部位姿计算模块，计算该排布方式下各栈板在局部坐标系下的位姿。

3.如权利要求1所述用于厢式集装箱的自动装车系统，其特征在于，全局位姿确定单元包括：

厢式集装箱识别模块，通过对厢式集装箱的内部进行扫描，提取厢式集装箱的内轮廓，进而获取厢式集装箱的长度W、宽度L及局部坐标系的原点位置；

标定模块，标定局部坐标系原点在全局坐标系下的位姿，进而确定局部坐标系到全局坐标系的转换矩阵及平移向量；

转换模块，基于上述转换矩阵及平移向量将栈板在局部坐标系下的位姿转换至全局坐标系下。

4.如权利要求2所述用于厢式集装箱的自动装车系统，其特征在于，若栈板为单面插取，则栈板排布模块包括：列数确定子模块及行数确定子模块；

列数确定子模块，用于获取满足安全列向间距的最小栈板列间距及该列间距下的最大栈板列数n；

行数确定子模块，用于获取满足安全行向间距的最小栈板行间距及该行间距下的栈板行数m。

5.如权利要求4所述用于激光叉车的箱内栈板自动排布方法，其特征在于，列数确定子模块中最大栈板列数n的获取过程具体如下：

(11)将厢式集装箱在宽度方向上的最大栈板容纳数量n_max作为n的初始值；

(12)计算当前n值下的d₁是否大于安全列向间距；

(13)若检测结果为是，则输出当前的列数n及该列数n值的列向间距d₁，若检测结果为否，则令n＝n-1，执行步骤(12)。

6.如权利要求4所述用于激光叉车的箱内栈板自动排布方法，其特征在于，局部位姿计算模块基于如下公式计算第i行第j列单面插取栈板在局部坐标系下的位姿(Lx_ij，Ly_ij,Lθ_ij)：

其中，d₁为设定的安全列向间距，d₂为设定的安全行向间距，w、l分别表示栈板的宽度、长度。

7.如权利要求1所述用于激光叉车的箱内栈板自动排布方法，其特征在于，从行驶路径4的形成过程具体如下：

在月台点与目标位姿2距离较远，则行驶路径的行驶路径点集为：厢式集装箱入口中心点->厢式集装箱中间行驶的转折点->厢式集装箱放货点的前视调整点->目标位姿2；

厢式集装箱入口中心点在局部坐标系中的位姿为

转换至全局坐标系下；

厢式集装箱中间行驶的转折点在局部坐标系中的位姿为

转换至全局坐标系下；

厢式集装箱放货点的前视调整点在局部坐标系中的位姿为

转换至全局坐标系下；

厢式集装箱内的目标位置2，在激光叉车的中心处于目标位置2时，栈板中心在全局坐标系下的目标位姿(Px_ij,Py_ij,Pθ_ij)。

8.如权利要求1所述所述动态路径规划方法，其特征在于，行驶路径的规划方法具体如下：

在月台点与2距离较近，行驶路径的行驶路径点集为：待机位置点->月台点->厢式集装箱放货点的前视调整点->目标位姿2。

9.如权利要求3或4所述所述动态路径规划方法，其特征在于，在当前待装车栈板的在厢式集装箱内排布位置的行号m₁≥m-3时，则认定月台点距目标位姿置2较近，否则，认定月台点距目标位姿2较远。

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