一种用于运载车行驶状态检测系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于磁钉阵列（MPA，MagneticPinArray）的AGV行驶状态检测系统；在集装箱码头及堆场埋设MPA，建立码头堆场位置坐标系及其与MPA相对应的位置矩阵，通过安装在AGV车身（车前及车后）下方的电磁感应线圈，在AGV行驶过程中获取到线圈感应范围内的地埋磁钉（MP）的磁脉冲信号，从而获得AGV行驶的当前位置、速度、方向等状态信息；根据AGV的当前位置，以及来自中央控制系统的AGV行驶指令（目标位置），通过AGV驱动控制器实现AGV的无人行驶控制；本发明实现简单，性能可靠、实用，不受环境影响，不仅可用于智能化集装箱码头的AGV无人自动导航，也可以应用于大型自动化物流仓库的载货车无人自动导航。
【专利说明】一种用于运载车行驶状态检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种检测系统及方法，尤其涉及一种专用于磁钉阵列的集装箱自动导 航运载车行驶状态检测系统与方法。
【背景技术】
[0002] 新一代大型智能化集装箱码头可实现无人值守的全自动化集装箱装卸运输，可极 大提高集装箱港口的装卸运输效率，在集装箱装卸运输过程中，码头前沿与后方堆场之间 的集装箱平面运输任务主要由无人自动导航运载车（AGV，Automated Guided Vehicle)完 成；
[0003] AGV拖运集装箱过程中，AGV的行驶路径将根据码头堆场的道路、障碍物等状况进 行预先设定，并在行驶过程中可以通过检测AGV的运动状态修改AGV的行驶路径；在这之 中，AGV的行驶位置检测极为重要，只有在快速、准确检测AGV行驶位置前提下，才能自动生 成安全、可靠的AGV行驶路径规划；
[0004] AGV的行驶位置检测可以由全球卫星定位系统（GPS，Global Positioning System)实现，但是当天气条件恶劣、或AGV被障碍物遮挡时，GPS信号变得不稳定，这将影 响到AGV的定位可靠性以及影响到AGV的行驶安全；
[0005] AGV的行驶位置检测也可以单独由全站仪（ETS，Electronic Total Station)实 现，在码头堆场设立基准参考点，每辆AGV上安装一套ETS，通过ETS来精确检测AGV的行驶 位置。但是，由ETS建立的AGV行驶位置检测系统价格昂贵，且AGV所处环境恶劣，行驶颠 簸、刮风下雨等都对ETS的性能和寿命带来不利影响；
[0006] AGV的行驶位置检测也可以通过独立检测AGV前后车轮的转速和转向角，在确定 AVG初始位置基础上，经过循环迭加计算，进而推算（估算）出AGV的当前位置状态；但是， 这种方法主要依赖于模型计算，所产生的累积误差可能会对AGV的行驶安全带来影响。
【发明内容】
[0007] 本发明为了弥补现有技术的不足，提供一种新型的基于磁钉阵列（MPA，Magnetic Pin Array)的AGV行驶状态检测系统，该系统实现简单，性能可靠、实用，不受环境影响，不 仅可用于智能化集装箱码头的AGV无人自动导航，也可以应用于大型自动化物流仓库的载 货车无人自动导航；同时，本发明还提供利用该系统进行行驶状态检测方法，该方法操作简 单，性能稳定，能有效地提闻检测精度；
[0008] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
[0009] 一种用于运载车行驶状态检测系统，其特征在于：包括堆场地埋式磁钉阵列、位 置信息传感单元、位置信息处理单元、AGV驱动控制器及中央控制系统；
[0010] 所述堆场地埋式磁钉阵列用于产生磁信号，对行驶在码头堆场上的AGV进行位置 定位；
[0011] 所述位置信息传感单元与位置信息处理单元电连接，接收系统中的磁信号，以确 定AGV车在堆场坐标系中的当前行驶位置；并将该位置信号的磁信号转换成电脉冲信号， 输送给位置信息处理单元；
[0012] 所述位置信息处理单元接收电脉冲信号，并将该信号进行处理后，通过无线输送 给中央控制系统及AGV驱动控制器；
[0013] 进一步改进，所述堆场地埋式磁钉阵列中的磁钉为充磁磁钉；
[0014] 进一步改进，所述位置信息传感单元包括两套感应线圈，分别为AGV车前感应线 圈、AGV车后感应线圈；所述感应线圈与位置信息处理单元电连接，接收AGV车下方的磁钉 发出的磁信号，确定AGV车在堆场坐标系中的当前行驶位置，并将接收到的磁信号转换成 电脉冲信号，输送给位置信息处理单元；
[0015] 进一步改进，所述AGV车前感应线圈与AGV车后感应线圈的距离为12mm;
[0016] 进一步改进，所述感应线圈包括主绕组、左绕组及右绕组；
[0017] 进一步改进，所述感应线圈设置在AGV车的下方；
[0018] 进一步改进，位置信息处理单元包括信号输入单元、行驶位置检测单元、行驶偏差 检测单元及行驶状态综合单元；所述信号输入单元的输入端与位置信息传感单元中的感应 线圈中的主绕组、左绕组及右绕组相连，两套感应线圈共形成六路信号连接，信号输入单元 的输出端分别与行驶位置检测单元、行驶偏差检测单元及行驶状态综合单元相连接，接收 位置信息传感单元输出的六路正负跳变电脉冲信号，经滤波和整形后将信号分别输出给行 驶位置检测单元、行驶偏差检测单元及行驶状态综合单元；所述行驶位置检测单元、行驶偏 差检测单元还分别与AGV驱动控制器相连接，所述行驶位置检测单元、行驶偏差检测单元 分别接收信号输入单元送来的时间顺序的正负跳变脉冲信号，根据正负跳变脉冲信号的间 隔时间，以及根据主绕组、左侧绕组或右侧绕组是否检测到MP信号来判定AGV的行驶位置 (直线行驶或转弯行驶）及AGV的行驶偏差（左偏或右偏），然后将判定结果以八位编码方 式送给AGV驱动控制器；所述行驶状态综合单元与中央控制系统相连接，接收到信号输入 单元送来的时间序列正负跳变脉冲信号，根据正负跳变脉冲信号的间隔时间，以及根据主 绕组、左侧绕组或右侧绕组是否检测到MP信号来综合判定AGV的当行驶状态（行驶方向、 行驶偏差、行驶速度），然后将AGV的行驶状态信息通过无线传输网络发送给码头中央控制 系统，用于对AGV的远程监测；
[0019] 本发明还涉及利用上述系统进行运载车行驶状态检测的方法，具体步骤如下：
[0020] 步骤一、在集装箱堆场中每个一定的距离埋设一个充磁磁钉MP，形成磁钉阵列 MPA ；
[0021] 步骤二、将AGV车置于堆场地埋式磁钉阵列中；AGV车接收中央控制系统的控制指 令，进行行驶运动；
[0022] 步骤三、AGV车位置信息传感：AGV车移动时，AGV车下方的感应线圈随AGV车一起 运动，通过对下方磁钉的扫描，捕获相应的磁信号，以确定AGV车自身在堆场中的当前行驶 位置；感应线圈将捕获的磁信号转换成电脉冲信号，并输送给位置信息处理单元，做进一步 信号处理；
[0023] 步骤四、传感信号的输入：位置信息处理单元中的信号输入单元从位置信息传感 单元中得到六路正负跳变电脉冲信号，经滤波和整形后将信号分别输出给行驶位置检测单 元、行驶偏差检测单元及行驶状态综合单元，做进一步的信号处理；
[0024] 步骤五、位置信息处理：行驶位置检测单元、行驶偏差检测单元分别接收信号输入 单元送来的时间顺序的正负跳变脉冲信号，根据正负跳变脉冲信号的间隔时间，以及根据 主绕组、左侧绕组或右侧绕组是否检测到MP信号来判定AGV的行驶位置（直线行驶或转弯 行驶）及AGV的行驶偏差（左偏或右偏），然后将判定结果以八位编码方式送给AGV驱动控 制器；所述行驶状态综合单元接收信号输入单元送来的时间序列正负跳变脉冲信号，根据 正负跳变脉冲信号的间隔时间，以及根据主绕组、左侧绕组或右侧绕组是否检测到MP信号 来综合判定AGV的当行驶状态（行驶方向、行驶偏差、行驶速度），然后将AGV的行驶状态信 息通过无线传输网络发送给码头中央控制系统，用于对AGV的远程监测；
[0025] 进一步改进，在步骤一中，磁钉阵列MPA设置的方法，具体包括以下步骤：
[0026] A、将码头堆场以某点为原点建立一个平面坐标系XY ;
[0027] B、在堆场坐标系统XY内每间隔一定的距离埋设一个充磁磁钉MP，该距离为4m;使 充磁磁钉MP组成的平面阵列对应的无人自动导航运载车AGV在堆场的行驶位置矩阵为W， 在坐标系XY中W = (WN.M) τχκ，因此W形成的阵列为：
【权利要求】
1. 一种用于运载车行驶状态检测系统，其特征在于：包括堆场地埋式磁钉阵列、位置 信息传感单元、位置信息处理单元、AGV驱动控制器及中央控制系统； 所述堆场地埋式磁钉阵列用于产生磁信号，对行驶在码头堆场上的AGV进行位置定 位； 所述位置信息传感单元与位置信息处理单元电连接，接收系统中的磁信号，以确定AGV 车在堆场坐标系中的当前行驶位置；并将该位置信号的磁信号转换成电脉冲信号，输送给 位置信息处理单元； 所述位置信息处理单元接收电脉冲信号，并将该信号进行处理后，通过无线输送给中 央控制系统及AGV驱动控制器。
2. 根据权利要求1所述的一种用于运载车行驶状态检测系统，其特征在于：所述堆场 地埋式磁钉阵列中的磁钉为充磁磁钉。
3. 根据权利要求1所述的一种用于运载车行驶状态检测系统，其特征在于：所述位置 信息传感单元包括两套感应线圈，分别为AGV车前感应线圈、AGV车后感应线圈；所述感应 线圈与位置信息处理单元电连接，接收AGV车下方的磁钉发出的磁信号，确定AGV车在堆场 坐标系中的当前行驶位置，并将接收到的磁信号转换成电脉冲信号，输送给位置信息处理 单元。
4. 根据权利要求3所述的一种用于运载车行驶状态检测系统，其特征在于：所述AGV 车前感应线圈与AGV车后感应线圈的距离为12mm。
5. 根据权利要求3所述的一种用于运载车行驶状态检测系统，其特征在于：所述感应 线圈包括主绕组、左绕组及右绕组。
6. 根据权利要求3所述的一种用于运载车行驶状态检测系统，其特征在于：所述感应 线圈设置在AGV车的下方。
7. 根据权利要求1所述的一种用于运载车行驶状态检测系统，其特征在于：位置信息 处理单元包括信号输入单元、行驶位置检测单元、行驶偏差检测单元及行驶状态综合单元； 所述信号输入单元的输入端与位置信息传感单元中的感应线圈中的主绕组、左绕组及右绕 组相连，两套感应线圈共形成六路信号连接，信号输入单元的输出端分别与行驶位置检测 单元、行驶偏差检测单元及行驶状态综合单元相连接，接收位置信息传感单元输出的六路 正负跳变电脉冲信号，经滤波和整形后将信号分别输出给行驶位置检测单元、行驶偏差检 测单元及行驶状态综合单元；所述行驶位置检测单元、行驶偏差检测单元还分别与AGV驱 动控制器相连接，所述行驶位置检测单元、行驶偏差检测单元分别接收信号输入单元送来 的时间顺序的正负跳变脉冲信号，根据正负跳变脉冲信号的间隔时间，以及根据主绕组、左 侧绕组或右侧绕组是否检测到MP信号来判定AGV的行驶位置（直线行驶或转弯行驶）及 AGV的行驶偏差（左偏或右偏），然后将判定结果以八位编码方式送给AGV驱动控制器；所 述行驶状态综合单元与中央控制系统相连接，接收到信号输入单元送来的时间序列正负跳 变脉冲信号，根据正负跳变脉冲信号的间隔时间，以及根据主绕组、左侧绕组或右侧绕组是 否检测到MP信号来综合判定AGV的当行驶状态（行驶方向、行驶偏差、行驶速度），然后将 AGV的行驶状态信息通过无线传输网络发送给码头中央控制系统，用于对AGV的远程监测。
8. 利用如权利要求1所述的检测系统进行检测的方法，其特征在于：具体步骤如下： 步骤一、在集装箱堆场中每个一定的距离埋设一个充磁磁钉MP，形成磁钉阵列MPA ; 步骤二、将AGV车置于堆场地埋式磁钉阵列中；AGV车接收中央控制系统的控制指令， 进行行驶运动； 步骤三、AGV车位置信息传感:AGV车移动时，AGV车下方的感应线圈随AGV车一起运 动，通过对下方磁钉的扫描，捕获相应的磁信号，以确定AGV车自身在堆场中的当前行驶位 置；感应线圈将捕获的磁信号转换成电脉冲信号，并输送给位置信息处理单元，做进一步信 号处理； 步骤四、传感信号的输入：位置信息处理单元中的信号输入单元从位置信息传感单元 中得到六路正负跳变电脉冲信号，经滤波和整形后将信号分别输出给行驶位置检测单元、 行驶偏差检测单元及行驶状态综合单元，做进一步的信号处理； 步骤五、位置信息处理：行驶位置检测单元、行驶偏差检测单元分别接收信号输入单元 送来的时间顺序的正负跳变脉冲信号，根据正负跳变脉冲信号的间隔时间，以及根据主绕 组、左侧绕组或右侧绕组是否检测到MP信号来判定AGV的行驶位置（直线行驶或转弯行 驶）及AGV的行驶偏差（左偏或右偏），然后将判定结果以八位编码方式送给AGV驱动控制 器；所述行驶状态综合单元接收信号输入单元送来的时间序列正负跳变脉冲信号，根据正 负跳变脉冲信号的间隔时间，以及根据主绕组、左侧绕组或右侧绕组是否检测到MP信号来 综合判定AGV的当行驶状态（行驶方向、行驶偏差、行驶速度），然后将AGV的行驶状态信息 通过无线传输网络发送给码头中央控制系统，用于对AGV的远程监测。
9.根据权利要求8所述检测方法，其特征在于：在步骤一中，磁钉阵列MPA设置的方 法，具体包括以下步骤： A、 将码头堆场以某点为原点建立一个平面坐标系XY ; B、 在堆场坐标系统XY内每间隔一定的距离埋设一个充磁磁钉MP，该距离为4m ;使充磁 磁钉MP组成的平面阵列对应的无人自动导航运载车AGV在堆场的行驶位置矩阵为W，在坐 标系XY中W = (WN，M)1XK，因此W形成的阵列为：
上述的位置矩阵W存储在AGV的控制系统中，AGV通过车前和车后下方的MPA感应线 圈，获得在其感应范围内的MP磁信号，以此确定AGV自身在堆场坐标系XY中的当前行驶位 置。
【文档编号】G05B23/02GK104102217SQ201410333764
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】褚建新, 薛海雷, 黄细霞, 牛王强, 翟琳 申请人:上海海事大学