一种交互系统的制作方法

本实用新型属于港口机械设备技术领域，具体涉及一种交互系统。

背景技术：

随着港口繁荣发展，AGV（Automated Guided Vehicle，自动导引运输车）是自动化码头的专用运输设备，包括前车桥和后车桥，前车桥包括前顶升平台、用于顶升20尺集装箱的前顶升机构和位于前顶升平台四个角部处的四个前顶升导向板，后车桥包括后顶升平台、用于顶升20尺集装箱的后顶升机构和位于后顶升平台四个角部处的四个后顶升导向板。导航控制单元是AGV的运动控制单元，自动化码头的AGV导航控制方式采用惯性导航跟绝对位置校正的方式，惯性导航是一种相对定位法，在车上安装陀螺仪、角度编码器、轮速编码器等传感器精确获取小车的方向和速度，当起点位置坐标已知时，由传感器数据计算出小车的位置，该系统具有简单灵活、便宜且实时性好等特点，缺点在于由于各种原因形成误差累积，长时间运行可导致精度完全丧失。目前使用天线绝对位姿测量单元对AGV在堆场中的位姿校正，具体地，在AGV的运行场地中布置磁钉，每个磁钉均记录其在堆场坐标系中的绝对坐标，对应地，在AGV车身底盘的前部和后部对称地装有一对检测天线，天线在覆盖磁钉时可以读出磁钉在堆场中的绝对位置，并且为了保证AGV的行车安全，导航控制单元中的AGV防撞保护单元采用激光防撞保护，能够在行车过程中通过激光传感器对周围环境进行感知，保障单机行车安全。

在集装箱装船和卸船的过程中，码头操作系统（Terminal Operating System，简称TOS）向车辆管理系统（Vehicle Management System，简称VMS）下发取箱指令和送箱指令，实现AGV的调度和交通控制。在集装箱卸船过程中，AGV带载的集装箱需要从AGV平台转移到厂桥上并转移至堆场内，而在集装箱装船过程中，在堆场内的集装箱需要通过厂桥转移至AGV平台上，通过AGV将集装箱带载到船舶上，这种集装箱转移的过程称为交互过程。现有技术中,厂桥和AGV数量有限，在AGV带载集装箱到厂桥下方时需要等待厂桥完成上一个集装箱之后取走AGV平台上的集装箱，然后返回船舶再取集装箱，往复进行，在此交互过程中，AGV与厂桥之间交互时间较长，导致交互效率低，并且两者之间存在差时作业，由于AGV的等待导致AGV占用交互区域时间过长及AGV利用率低，造成AGV资源浪费。

技术实现要素：

本实用新型提供的一种交互系统的目的在于，用于解决现有技术中AGV与厂桥交互效率低且AGV利用率低的问题，用于短时存放集装箱，实现AGV和厂桥之间的差时作业，提高AGV与厂桥交互效率，从而提高厂桥码垛效率及AGV利用率，降低AGV等待能耗。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出如下技术方案予以解决：

一种交互系统，包括TOS、与TOS相连的VMS和AGV，所述AGV包括导航控制单元，其特征在于，还包括交互支架，所述交互支架包括相对布置的用于承载集装箱的第一支架组和第二支架组，两支架组之间形成供所述AGV通过的通道；每个支架组包括间隔布置的四个支架，各支架高度相等；在所述通道的方向上，交互支架一端的四个支架和另一端的四个支架均用于承载20尺集装箱，且八个支架用于承载40尺或45尺集装箱；所述交互支架上还设置有用于检测交互支架是否有集装箱以及反馈所承载的集装箱箱型的第一检测机构；所述AGV上设置有用于检测AGV上是否带载集装箱以及反馈由所述AGV带载的集装箱箱型的第二检测机构，所述第一检测机构与所述TOS通信连接，所述第二检测机构与AGV的主控器通信连接。

进一步地，为了检测放置在支架上的集装箱箱型，第一检测机构包括四个第一光电开关，两个所述第一光电开关分别对应设置在所述交互支架一端的四个支架中成对角的一对支架的每个支架上，而另两个第二光电开关分别对应设置在交互支架另一端的四个支架中成对角的一对支架的每个支架上。

进一步地，为了检测放置在AGV上的集装箱箱型，第二检测机构包括四个第二光电开关，两个第二光电开关分别对应设置在四个前顶升导向板中成对角的一对前顶升导向板的每个上，而另两个第二光电开关分别对应设置在四个后顶升导向板中成对角的一对后顶升导向板的每个上。

进一步地，为了提高支架对集装箱的承载强度以及便于将集装箱放置在支架上，各支架的上端相对于下端朝向所述通道成角度倾斜，且各支架的顶端设置有用于承载集装箱的水平承托板和位于所述水平承托板上表面的导向板，所述导向板与水平承托板的上表面之间形成钝角

进一步地，为了保护AGV的前顶升机构或后顶升机构在取箱或送箱时与交互支架上已有集装箱碰撞，在AGV的前顶升机构的前端安装有第一前端超声波传感器且后端安装有第一后端超声波传感器，在后顶升机构的前端安装有第二前端超声波传感器且后端安装有第二后端超声波传感器，各超声波传感器均与AGV的主控器通信连接。

进一步地，为了保护AGV在进出支架时免受障碍物碰撞，AGV的车头前端和车尾后端均设置有用于检测障碍物的激光传感器，各激光传感器均与AGV的主控器通信连接。

进一步地，为了使AGV在进出支架时避免与两侧支架碰撞，所述交互系统还包括横跨第一支架组或第二支架组中各个支架对应设置在第一支架组或第二支架组下部内侧的反光板、和与AGV的主控器相连的用于校正位姿的天线绝对位姿测量单元；AGV的主控器接收的由激光传感器发出的光线经所述反光板反射后的数据并处理，并根据处理后的数据生成用于对AGV纠偏的控制信号。

进一步地，AGV的车头前端和车尾后端还设置有摇臂型防撞保险杠，各所述摇臂型防撞保险杠包括用于在受撞击时摇臂向AGV车体内侧馈缩的馈缩机构，在所述馈缩机构上安装有与AGV的主控器通信连接的接近感应限位开关。

本实用新型还涉及一种利用如上所述的交互系统的交互方法，包括如下交互模式：送箱模式：采集交互支架上是否有集装箱的信息，并在收到交互支架上无集装箱的信息后向VMS发送送箱指令；采集AGV带载的第一目标集装箱的送箱箱型，并校验所述送箱箱型与交互支架上待承载的集装箱的第一任务箱型，在所述送箱箱型与所述第一任务箱型一致时，TOS通过VMS向AGV的主控器发送进入支架信号；主控器接收到所述进入支架信号后控制AGV的前顶升机构和/或后顶升机构顶升并进入交互支架的目标位置；以及控制所述前顶升机构和/或后顶升机构下降到位，采集下降到位信号并将所述下降到位信号发送至TOS；取箱模式：采集AGV是否有集装箱的信息，并在收到AGV上无集装箱的信息后向AGV发送取箱指令；采集交互支架上承载的第二目标集装箱的取箱箱型，并校验所述取箱箱型与AGV上待承载的集装箱的第二任务箱型，在所述取箱箱型与所述第二任务箱型一致时，TOS通过VMS向AGV的主控器发送进入支架信号；主控器接收到所述进入支架信号后控制AGV到达交互支架的目标位置，此后控制AGV的前顶升机构和/或后顶升机构顶升至举起所述第二目标集装箱并驶出交互支架；以及控制所述前顶升机构和/或后顶升机构下降到位，采集下降到位信号并将所述下降到位信号发送至TOS。

进一步地，为了TOS能够及时监控目标集装箱的流转位置，所述送箱模式还包括如下步骤：在所述TOS接收到所述下降到位信号后,TOS将所述第一目标集装箱的位置修改至交互支架上；所述取箱模式还包括如下步骤：在所述TOS接收到所述下降到位信号后,TOS将所述第二目标集装箱的位置修改至AGV上。

与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果是：通过第一检测机构检测交互支架上是否有集装箱且反馈所承载的集装箱箱型，第二检测机构检测AGV上是否有集装箱且反馈AGV带载的集装箱箱型，AGV通过VMS接收TOS发送的送箱指令和取箱指令，根据第一检测机构和第二检测机构反馈的数据，控制AGV对交互支架送箱以及AGV从交互支架上取箱，并且在AGV进出支架的同时通过导航控制单元控制AGV的运行轨迹，保证AGV行车安全，交互支架用于短时存放集装箱，实现AGV和厂桥之间的差时作业，提高厂桥码垛效率，并减少AGV等待时间，有效利用AGV，避免资源浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简要介绍，显而易见地，下面描述的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型中交互系统实施例的硬件框图；

图2为本实用新型中交互系统实施例中交互支架的主视图；

图3为本实用新型中交互系统实施例中交互支架的右视图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了实现AGV输送的集装箱的暂存，实现AGV和厂桥之间的差时作业，提高厂桥作业效率及AGV利用率，本实施例涉及一种交互系统，包括TOS 8、VMS 9、AGV 10和交互支架（如图2和图3所示），AGV 10包括导航控制单元12，交互支架包括相对布置的用于承载集装箱的第一支架组1和第二支架组3，两支架组1和3之间形成供AGV 10通过的通道7；每个支架组包括间隔布置的四个支架，各支架高度相等；在通道7的方向上，交互支架一端的四个支架和另一端的四个支架均用于承载20尺集装箱，且八个支架用于承载40尺或45尺集装箱；交互支架上还设置有用于检测交互支架是否有集装箱以及反馈所承载的集装箱箱型的第一检测机构13；AGV 10上设置有用于检测AGV 10上是否带载集装箱以及反馈由AGV 10带载的集装箱箱型的第二检测机构14，第一检测机构13与TOS 8通信连接，第二检测机构14与AGV 10的主控器11通信连接。

具体地，在本实施例中，交互支架用于暂时存放卸船过程中AGV带载过来的集装箱或装船过程中由厂桥起吊过来的集装箱，如图2至图3所示，交互支架由八个支架组成，包括第一支架组1和第二支架组3，第一支架组1包括位于通道7一侧的第一支架1-1、第二支架1-2、第三支架1-3和第四支架1-4，且第二支架组3包括位于通道7相对侧的第五支架3-1、第六支架3-2、第七支架3-3和第八支架3-4，各支架高度相等；如图3所示，为了便于放置集装箱及放置到位，各支架的顶端设置有水平承托板5和导向板6，导向板6的下端朝向通道7倾斜且与水平承托板5的上表面之间形成钝角，使得水平承托板5和导向板6之间形成的导向槽；且为了增强支架承载强度，各支架上端相对于下端朝向述通道7成角度倾斜，这样，增强承托板5的承托强度。港口目前主要流通的集装箱的尺寸为20尺、40尺和45尺三种尺寸，如图2所示，在本实施例中，八个支架中支架1-1、1-2、3-1和3-2被设计成承载20尺集装箱，支架1-3、1-4、3-3和3-4被设计成承载20尺集装箱，八个支架均用于承载40尺或45尺集装箱。为了描述方便，图2中的箭头方向假设从海侧指向陆侧，由于八个支架需要承载40尺或45尺的集装箱时，所以位于海侧的支架1-1和3-1以及位于陆侧的支架1-4和3-4在宽度上不同于中间的支架1-2、1-3、3-2和3-2，即d1>d2。

现有技术中，AGV 10的导航控制单元12能够保证AGV 10行走安全，在进出支架后，本实施例仍然可以使用导航控制单元12实现对AGV 10的行车保护。在本实施例中，第一检测机构13包括四个第一光电开关，包括该四个第一光电开关可以分别对应布置在通道7一侧的支架1-1、1-2、1-3和1-4上，或者对应布置在通道7另一侧的支架3-1、3-2、3-3和3-4上，或者一个布置在支架1-1上、一个布置在支架3-2上、一个布置在1-3上且另一个布置在支架3-4上，或者一个布置在支架3-1上、一个布置在支架1-2上、一个布置在支架3-3上且另一个布置在支架1-4上，用于检测支架上是否放置有集装箱以及集装箱的箱型，例如以布置在支架1-1上、一个布置在支架3-2上、一个布置在1-3上且另一个布置在支架3-4上的第一光电开关为例说明，当TOS 8接收到支架1-1和支架3-2上的第一光电开关的反馈信号时，表示在海侧上承载有20尺集装箱，当接收到支架1-3和支架3-4上的第一光电开关的反馈信号时，表示陆侧上承载有20尺集装箱，当接收到支架3-2和支架1-3上的第一光电开关的反馈信号时，表示承载有40尺集装箱，当全部接收到支架1-1、3-2、1-3和3-4上的光电开关的反馈信号时，表示支架上承载有45尺集装箱，当未接收到任一第一光电开关的反馈信号时，表示支架为空，当接收到一个或三个第一光电开关的反馈信号时，表示当前集装箱放置不正，TOS 8发送指令使得AGV 10调整集装箱的放置。为了验证AGV 10是否带载有集装箱，以便是否安排AGV 10取箱，在本实施例中，在AGV 10前顶升导向板的对角的一对上分别设置有一个第二光电开关，且在AGV 10后顶升导向板的对角的一对上分别设置有一个第二光电开关，具体布置关系与交互支架上设置的第一光电开关的布置位置相同，用于检测AGV 10上当前带载的集装箱的情况，当接收到一个或三个第二光电开关的反馈信号时，表示当前集装箱在AGV 10上放置不正，则TOS 8不让该AGV 10进支架，避免对前或后顶升机构造成损坏，或者在顶升时避免集装箱跌落造成安全事故，此时厂桥将直接从AGV 10将集装箱吊走。

在AGV 10载有集装箱且支架上也承载有集装箱时，为了避免支架上光电开关由于故障导致表示支架上没有集装箱而使AGV 10送箱，造成AGV 10上集装箱与支架上集装箱相碰撞，或者在交互支架上的第一支架组1和第二支架组3上均承载有20尺集装箱时，而AGV 10接收到只取第二支架组3上的集装箱的命令时，此时在AGV 10的前顶升机构或后顶升机构顶升取箱完成后出交互支架时，避免与集装箱产生碰撞，在本实施例中，在AGV 10的前顶升机构的前端安装有一个第一前端超声波传感器15且后端安装有一个第一后端超声波传感器15’，且后顶升机构的前端安装有一个第二前端超声波传感器16且后端安装有一个第二后端超声波传感器16’，其探测距离均不小于100cm，在各超声波传感器15、15’、16和16’反馈的距离小于等于一定距离（例如80cm）时，AGV 10的主控器11认为识别到了障碍物，从而控制AGV 10紧急停车，实现对AGV 10前顶升机构或后顶升机构的保护，且防止集装箱跌落造成安全事故。

现有技术中的导航控制单元保证AGV 10在运行过程中的行车安全，但是为了更进一步可靠保护AGV 10在支架中的行车安全，在本实施例中，在AGV 10车头前端（例如正中心位置处）设置有一个位于车体纵向中心线上前端激光传感器17，且在车尾后端（例如正中心位置处）设置有一个位于车体纵向中心线上后端激光传感器18，该激光传感器17和18为Sick LMS 511，其均发射辐射角为180度的二维扇形平面激光束，其安装高度控制其中心点距离地面约90cm，用于探测AGV 10车体前进方向和后退方向是否存在障碍物。具体地，可以设定激光安全保护距离例如为10m，采集例如10m内的距离激光传感器17或18的每条光束所测得的距离数据，在距离相同或相近的点形成的宽度在车身宽度范围（例如3m）内超过30mm时，表示AGV 10前进方向或后退方向上存在障碍物，主控器11可触发AGV 10紧急停车。此外，如图2和图3所示，在通道7一侧的第二支架组3的下方内侧安装有反光板4（或者反光板4也可以安装在通道7另一侧的第一支架组1下方内侧），导向板4与前端激光传感器17和后端激光传感器18配合使用，因此反光板4的从海侧到陆侧的横向中心线距离地面的距离也约为90cm。正常时，AGV 10距离第一支架组1和第二支架组3的距离均为15cm，AGV 10直线行驶，当车身偏移时，为了避免撞到两侧支架，需控制AGV 10在安全范围内行驶，具体地，在本实施例中，在AGV 10行驶时，激光传感器17或18实时发射的激光数据在例如在105度至180度之间碰到反光板4时反射并再次由激光传感器17或18接收到，这些数据由主控器11采集后进行处理，具体处理如下：为了过滤掉反射回来的异常点，首先对这些数据进行直线拟合，在距离该直线的距离大于一定阈值时过滤掉该数据，且保证过滤掉的数据量在总数据量的例如10%以内，在过滤掉的数据量在总数据量的例如10%以上时，指示激光传感器17或18故障，在过滤掉的异常点后的所有点中，例如如果存在距离反光板4的距离小于例如9cm且大于6cm的5个点时，AGV 10开始报警，表示当前AGV 10车身偏移需要纠正，与此同时，主控器11控制AGV 10的驱动行走机构和液压转向机构远离设置有反光板4的第二支架组3纠偏移动直至停止报警（即在过滤掉的异常点后的所有点中，距离反光板4的距离小于例如9cm且大于6cm的数据点少于例如5个），纠偏结束，且在存在距离反光板4的距离小于6cm的5个点时，表示AGV 10靠近障碍物，此时主控器11控制AGV 10紧急停车，保证AGV 10行车安全。并且，使用磁钉-天线形成的天线绝对位姿单元对AGV 10在支架中的位姿校正，在通道7内两米设置一个磁钉，每个磁钉均记录其在支架坐标系中的绝对坐标，对应地，在AGV 10车身底盘的前部和后部对称地装有一对检测天线，天线在覆盖磁钉时可以读出磁钉在支架中的绝对位置，实现AGV 10的绝对位置校正，避免误差累积。类似地，在AGV 10靠近第一支架组1时的纠偏调整如上类似，在此不做赘述。

如图2和图3所示，在通道7一侧的支架组1或3的下方内侧安装有与反光板4相对的滑触线结构2，滑触线结构2与AGV 10的自动充电功能以及滑触线结构2的具体结构等参见公开号为CN105967105A、名称为“AGV自动充电装置”的专利申请，在此不做赘述。

为了进一步在硬件上保证AGV 10在通道7中的行车安全，避免在传感器检测元件故障时，造成对AGV 10的碰撞，在本实施例中，在AGV 10车头前端和车尾后端均设置有摇臂型防撞保险杠，其高度控制在距离地面80cm左右，摇臂结构可通过AGV 10的馈缩机构向车内馈缩，馈缩距离不小于例如40cm，为了保证在保险杠受到碰撞时及时停车，在馈缩机构上安装接近感应限位开关19，在保险杠受到外力推动时，馈缩机构动作，该接近感应限位开关19检测到该动作并反馈信号至主控器11，主控器11控制AGV 10紧急停车，实现AGV 10在前进方向和后退方向上的保护。

在AGV 10进入通道7之前，如果支架上有集装箱，需要校验该集装箱与AGV 10（假设AGV 10没有带载集装箱）待承载的集装箱之间是否箱型匹配，如果匹配，则AGV 10进入通道7至特定位置后顶升取箱；如果支架上无集装箱，需要校验该集装箱与AGV 10（假设AGV 10带载有集装箱）带载的集装箱之间是否箱型匹配，如果匹配，则AGV 10前顶升机构和/或后顶升机构顶升后进入通道7至特定位置后送箱至支架上，在进出支架过程中，通过如上所述的保护措施对AGV 10进行安全防护。

在本实施例中，设计的交互支架中每个支架的底部进行深埋处理，是的每个支架可承受至少25吨重力，因此可以为集装箱提供一个稳固的支承面。交互支架具有如下优点：（1）AGV等待势必需要更多的AGV为厂桥运输集装箱，交互支架减少了投入生产所需要的AGV数量，有效利用AGV资源，降低AGV与厂桥交互时的等待时间，从而降低AGV等待能耗，降低设备运营成本；（2）降低AGV对交互区域的占有时间，提高AGV交互区域的空间利用率；（3）消除厂桥和AGV之间直接进行集装箱交互对设备产生的机械冲击，使AGV和厂桥交互集装箱时更平稳，降低交互风险及设备故障率，保证集装箱在转运过程中安全可靠。

本实用新型还涉及一种利用如上所述的交互系统的交互方法，包括如下交互模式：送箱模式和取箱模式。

具体地，送箱模式：TOS 8通过采集第一光电开关的反馈信息核实交互支架上是否有集装箱的信息，假设未接收到支架1-1上和3-2上第一光电开关的反馈信息，表示海侧没有放置20尺集装箱，此时TOS 8向VMS 9发送送箱指令，VMS 9调度AGV 10并通过采集该AGV 10上的对应第二光电开关的反馈信号得知当前AGV 10带载有第一目标集装箱且第一目标集装箱的箱型为20尺集装箱，AGV 10通过VMS 9接收送箱指令，顶升前顶升机构进入支架至目标位置后控制前顶升机构下降到位，此时第一目标集装箱被放置在支架1-1、1-2、3-1和3-2上，此时通过前顶升机构下降到位信号得知该第一目标集装箱从AGV 10上已转移到支架上，且同时接收到支架1-1上和3-2上第一光电开关的反馈信息，表示第一目标集装箱已放正。取箱模式：TOS 8通过采集第二光电开关的反馈信息核实AGV 10上是否有集装箱的信息，假设未接收到前顶升导向板上的对角上第二光电开关的反馈信息，表示前顶升平台上没有放置20尺集装箱，此时TOS 8向VMS 9发送取箱指令，VMS 9调度AGV 10并通过采集例如支架1-1、3-2、1-3和3-4上的对应第一光电开关的反馈信号，当接收到支架1-1和3-2上第一光电开关的反馈信号或者接收到1-3和3-4上第一光电开关的反馈信号时，表示支架1-1及3-2和/或支架1-3及3-4上放置有20尺第二目标集装箱，校验之后，VSM 9调度AGV 10进入支架至目标位置后控制前顶升机构顶升至举起第二目标集装箱并驶出交互支架，并且/或者进入支架至目标位置后控制后顶升机构顶升至举起第二目标尺集装箱并驶出交互支架，此时第二目标集装箱被放置前顶升机构和/或后顶升机构上，此时通过前顶升机构和/或后顶升机构下降到位信号得知该第二目标集装箱从支架1-1及3-2和/或支架1-3及3-4上已转移到AGV 10的前顶升机构和/或后顶升机构上，且同时接收到支架1-1上及3-2和/或支架1-3及3-4上的第一光电开关的反馈信息以及对应的AGV 10上的第二光电开关的反馈信息，表示第二目标集装箱已放正。

本实施例的交互系统，通过AGV 10的导航控制单元保证AGV 10的行车安全，且通过反光板4和前端激光传感器17或后端激光传感器18的配合，对AGV 10的行进路线进行纠偏，并且通过天线-磁钉的绝对位姿测量法对AGV 10进行绝对位置校正，保证AGV 10行车安全，且通过第一光电开关检测交互支架上是否有集装箱且反馈所承载的集装箱箱型，通过第二光电开关检测AGV 10上是否有集装箱且反馈AGV 10带载的集装箱箱型，AGV 10通过VMS 9接收TOS 8发送的送箱指令和取箱指令，TOS 8根据第一光电开关和第二光电开关反馈的数据，控制AGV 10对交互支架送箱以及AGV 10从交互支架上取箱，设计的交互支架用于短时存放集装箱，实现厂桥和AGV 10差时作业，提高厂桥码垛效率，减少AGV 10等待时间，有效利用AGV，避免资源浪费。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。