一种用于运载车行驶状态及路径的生成系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于射频设别（RFID，RadioFrequencyIdentification）的AGV行驶状态检测与路径生成系统；在集装箱码头及堆场埋设无源RFID标签阵列，建立码头堆场位置坐标系，通过安装在AGV车身（车前及车后）下方的RFID读写天线，在AGV行驶过程中读取到天线感应范围内的堆场地埋RFID标签，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），生成AGV的实时行驶路径，从而通过AGV的驱动控制器实现AGV的路径行驶控制；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及路径的生成系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种生成系统及方法，尤其涉及一种专用于射频设别的自动导航运载 车行驶状态检测与路径生成系统与方法。
【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] 在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，提供一种新型的带有射频设别的自动导航运载 车行驶状态检测与路径生成系统，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与路径生成的方法，该方 法操作简单，性能稳定，能最大程度的实现自动导航的控制；
[0008] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
[0009] -种用于运载车行驶状态及路径的生成系统，其特征在于：包括设置在集装箱堆 场中的地埋式RFID标签阵列、行驶状态检测模块、行驶路径生成模块、中央控制系统及与 AGV相连的AGV驱动控制器；
[0010] 所述地埋式RFID标签阵列用于产生电磁感应信号，对行驶在码头堆场上的AGV进 行位置定位； toon] 所述行驶状态检测模块与中央控制系统、行驶路径生成模块电连接，接收电磁感 应信号并将该信号进行处理后产生位置信号输送给行驶路径生成模块，同时将AGV行驶位 置状态反馈给中央控制系统；
[0012] 所述彳丁驶路径生成|旲块与中央控制系统、AGV驱动控制器连接，接收中央控制系统 发出的AGV行驶指令，并将该指令与接收到的位置信号融合处理后产生行驶路线指令后输 送给AGV驱动控制器；
[0013] 所述AGV驱动控制器用于驱动控制AGV车的行驶运动；
[0014] 进一步改进，所述行驶状态检测模块包括AGV车前下方RFID读写天线、AGV车后 下方RFID读写天线及AGV行驶绝对位置检测单元；所述AGV行驶绝对位置检测单元分别与 AGV车前下方RFID读写天线、AGV车后下方RFID读写天线电连接；所述AGV车前下方RFID 读写天线、AGV车后下方RFID读写天线均用于在每个扫描周期内读取到其天线感应范围内 的堆场RFID标签的当前坐标信息，并将该坐标信息输送给AGV行驶绝对位置检测单元；所 述AGV行驶绝对位置检测单元分别与行驶路径生成模块、中央控制系统相连接，将接收到 坐标信心，经过行驶位置与行驶速度的计算、行驶方向的判定后，形成当前AGV车的行驶状 态信号，并将该状态信号输送给行驶路径生成模块、中央控制系统；
[0015] 进一步改进，所述AGV车前下方RFID读写天线与AGV车后下方RFID读写天线的 距离为12m ;
[0016] 进一步改进，所述行驶路径生成模块包括AGV行驶路径MAP图、堆场RFID标签阵 列映像MAP图；所述AGV行驶路径MAP图与堆场RFID标签阵列映像MAP图；所述AGV行驶 路径MAP图用于生成AGV的实时行驶路径；所述堆场RFID标签阵列映像MAP图为堆场地埋 式RFID标签阵列的一个逻辑映像图，用于为AGV行驶路径生成提供位置参考；
[0017] 进一步改进，所述地埋式RFID标签阵列中设有控制点和减速点；所述控制点用于 AGV的转向控制；所述减速点用于AGV到达目标位置前的减速控制；
[0018] 进一步改进，所述地埋式RFID标签阵列为无源RFID标签；
[0019] 本发明还涉及利用上述该系统进行行驶状态检测及行驶路径生成的方法，具体的 步骤如下：
[0020] 第一步，将AGV车至于地埋式RFID标签阵列中；AGV车接收中央控制系统的控制 指令，进行行驶运动；
[0021] 第二步，AGV行驶状态检测模块通过其内部的AGV车前下方RFID读写天线与AGV 车后下方RFID读写天线对地埋式RFID标签阵列中AGV车当前状态进行检测，同时利用该 模块中的AGV行驶绝对位置检测单元对AGV车的行驶位置、行驶速度进行计算，并进行行驶 方向的判定；产生AGV车行驶状态信号，同时将该行驶状态信号输送到行驶路径生成模块、 中央控制系统；
[0022] 第三步，行驶路径生成模块接收AGV行驶状态检测模块输出的行驶状态信号，同 时将该信号与从中央控制系统中取得的行驶指令进行融合处理后得到AGV车的当前行驶 位置，生成AGV行驶路径的MAP图；AGV行驶路径MAP图生成的AGV实时行驶路径，送给AGV 驱动控制器，从而实现AGV的路径行驶控制；
[0023] 第四步，AGV车到达目标位置后，就结束一次行驶路径的生成，由堆场RFID标签阵 列映像MAP图对AGV行驶路径MAP图清零并初始化，在接到中央控制系统新的AGV行驶指 令（AGV新的目标位置）后，进行下一次的AGV实时行驶路径规划；
[0024] 进一步改进，在步骤二中，形成AGV车行驶状态信号的过程，具体步骤如下：
[0025] A、位置信息传感：通过AGV车前下方RFID读写天线、AGV车后下方RFID读写天线 在每个扫描周期读取到其天线感应范围内的堆场RFID标签的当前坐标信息，对于车前天 线，当前（最新）坐标位置数据为X fN和Yffl ;对于车后天线，当前（最新）坐标位置数据为 XbN和YbN ;获取到的AGV坐标位置数据（XfN和YfN ;XbN和YbN)，被送到AGV行驶绝对位置检测 环节；
[0026] B、当前位置检测：通过AGV行驶绝对位置检测单元获取到的AGV坐标位置数据 (Xffi和YfN ;XbN和YbN)进行进一步计算和处理，得到AGV的当前行驶位置、速度、方向等的状 态息；
[0027] C、AGV行驶绝对位置检测单元将计算结果输出给AGV行驶路径生成模块，并同时 通过无线网络发送给码头中央控制系统，从而可以在码头中央控制室远程监测AGV的行驶 状态；
[0028] 进一步改进，在步骤二中，AGV车当前行驶位置的计算：AGV的当前行驶位置（XN， YN)是由AGV车前下方RFID读写天线、AGV车后下方RFID读写天线检测到的RFID标签位 置的平均值计算获得；其计算公式为 ：
[0029] XN = (XfN+XbN) /2 公式（1)
[0030] YN = (YfN+YbN)/2 公式（2)
[0031] 进一步改进，在步骤二中，AGV车当前行驶速度的计算：AGV的当前行驶速度（VN) 是由当前（N)位置计算值与前一次（N-1)位置的计算值计算获得，其计算公式为：
[0032]
【权利要求】
1. 一种用于运载车行驶状态及路径的生成系统，其特征在于：包括设置在集装箱堆场 中的地埋式RFID标签阵列、行驶状态检测模块、行驶路径生成模块、中央控制系统及与AGV 相连的AGV驱动控制器； 所述地埋式RFID标签阵列用于产生电磁感应信号，对行驶在码头堆场上的AGV进行位 置定位； 所述行驶状态检测模块与中央控制系统、行驶路径生成模块电连接，接收电磁感应信 号并将该信号进行处理后产生位置信号输送给行驶路径生成模块，同时将AGV行驶位置状 态反馈给中央控制系统； 所述行驶路径生成模块与中央控制系统、AGV驱动控制器连接，接收中央控制系统发出 的AGV行驶指令，并将该指令与接收到的位置信号融合处理后产生行驶路线指令后输送给 AGV驱动控制器； 所述AGV驱动控制器用于驱动控制AGV车的行驶运动。
2. 根据权利要求1所述的一种用于运载车行驶状态及路径的生成系统，其特征在于： 所述行驶状态检测模块包括AGV车前下方RFID读写天线、AGV车后下方RFID读写天线及 AGV行驶绝对位置检测单元；所述AGV行驶绝对位置检测单元分别与AGV车前下方RFID读 写天线、AGV车后下方RFID读写天线电连接；所述AGV车前下方RFID读写天线、AGV车后 下方RFID读写天线均用于在每个扫描周期内读取到其天线感应范围内的堆场RFID标签的 当前坐标信息，并将该坐标信息输送给AGV行驶绝对位置检测单元；所述AGV行驶绝对位置 检测单元分别与行驶路径生成模块、中央控制系统相连接，将接收到坐标信心，经过行驶位 置与行驶速度的计算、行驶方向的判定后，形成当前AGV车的行驶状态信号，并将该状态信 号输送给行驶路径生成模块、中央控制系统。
3. 根据权利要求2所述的一种用于运载车行驶状态及路径的生成系统，其特征在于： 所述AGV车前下方RFID读写天线与AGV车后下方RFID读写天线的距离为12m。
4. 根据权利要求1所述的一种用于运载车行驶状态及路径的生成系统，其特征在于： 所述行驶路径生成模块包括AGV行驶路径MAP图、堆场RFID标签阵列映像MAP图；所述AGV 行驶路径MAP图与堆场RFID标签阵列映像MAP图；所述AGV行驶路径MAP图用于生成AGV 的实时行驶路径；所述堆场RFID标签阵列映像MAP图为堆场地埋式RFID标签阵列的一个 逻辑映像图，用于为AGV行驶路径生成提供位置参考。
5. 根据权利要求1所述的一种用于运载车行驶状态及路径的生成系统，其特征在于： 所述地埋式RFID标签阵列中设有控制点和减速点；所述控制点用于AGV的转向控制；所述 减速点用于AGV到达目标位置前的减速控制。
6. 根据权利要求1所述的一种用于运载车行驶状态及路径的生成系统，其特征在于： 所述地埋式RFID标签阵列为无源RFID标签。
7. 利用如权利要求1所述的系统进行行驶状态检测及行驶路径生成的方法，具体的步 骤如下： 第一步，将AGV车至于地埋式RFID标签阵列中；AGV车接收中央控制系统的控制指令， 进行行驶运动； 第二步，AGV行驶状态检测模块通过其内部的AGV车前下方RFID读写天线与AGV车后 下方RFID读写天线对地埋式RFID标签阵列中AGV车当前状态进行检测，同时利用该模块 中的AGV行驶绝对位置检测单元对AGV车的行驶位置、行驶速度进行计算，并进行行驶方向 的判定；产生AGV车行驶状态信号，同时将该行驶状态信号输送到行驶路径生成模块、中央 控制系统； 第三步，行驶路径生成模块接收AGV行驶状态检测模块输出的行驶状态信号，同时将 该信号与从中央控制系统中取得的行驶指令进行融合处理后得到AGV车的当前行驶位置， 生成AGV行驶路径的MAP图；AGV行驶路径MAP图生成的AGV实时行驶路径，送给AGV驱动 控制器，从而实现AGV的路径行驶控制； 第四步，AGV车到达目标位置后，就结束一次行驶路径的生成，由堆场RFID标签阵列映 像MAP图对AGV行驶路径MAP图清零并初始化，在接到中央控制系统新的AGV行驶指令（AGV 新的目标位置）后，进行下一次的AGV实时行驶路径规划。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在步骤二中，形成AGV车行驶状态信号的 过程，具体步骤如下： A、 位置信息传感：通过AGV车前下方RFID读写天线、AGV车后下方RFID读写天线在每 个扫描周期读取到其天线感应范围内的堆场RFID标签的当前坐标信息，对于车前天线，当 前（最新）坐标位置数据为Xf^PY?;对于车后天线，当前（最新）坐标位置数据为XbN和 YbN ;获取到的AGV坐标位置数据（Xffi和YfN ;XbN和YbN)，被送到AGV行驶绝对位置检测环节； B、 当前位置检测：通过AGV行驶绝对位置检测单元获取到的AGV坐标位置数据（Xffi和 ;^和YbN)进行进一步计算和处理，得到AGV的当前行驶位置、速度、方向等的状态信 息； C、 AGV行驶绝对位置检测单元将计算结果输出给AGV行驶路径生成模块，并同时通过 无线网络发送给码头中央控制系统，从而可以在码头中央控制室远程监测AGV的行驶状 态。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在步骤二中，AGV车当前行驶位置的计算： AGV的当前行驶位置（XN，YN)是由AGV车前下方RFID读写天线、AGV车后下方RFID读写天 线检测到的RFID标签位置的平均值计算获得；其计算公式为： XN= (Xffl+XbN)/2 公式（1) YN = (YfN+Yj/2 公式（2)
10. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在步骤二中，AGV车当前行驶速度的计 算：AGV的当前行驶速度（VN)是由当前（N)位置计算值与前一次（N-1)位置的计算值计算 获得，其计算公式为：
式中T为位置检测环节循环计算周期，即N时与N-1时之间的时间差值。
11. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于：，在步骤二中，AGV车当前行行驶方向的 判定：AGV的当前行驶方向（ΨΝ)是由当前（N)位置计算值与前一次（N-1)位置的计算值计 算获得，其计算公式为： 当以X轴为基准方向时，AGV的当前行驶方向为：
当以Y轴为基准方向时，AGV的当前行驶方向为：
AGV行驶状态检测模块将AGV的当前行驶位置（XN，YN)、当前行驶速度（VN)和当前行驶 方向（ΨΝ)等状态信息送给本系统的路径生成模块；同时，通过无线网络发送至集装箱码头 的中央控制系统，用于对AGV的远程监控。
12. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在步骤三中，行驶路径生成的过程，具体 步骤如下： 1) 、获得AGV车的行驶指令：行驶路径生成模块通过无线网络与中央控制系统连接，并 从中央控制系统中获取AGV车的行驶指令； 2) 、获得AGV车的当前位置信号：驶路径生成模块从AGV行驶绝对位置检测单元中获得 AGV车的当前形式位置； 3) 、以所述的堆场RFID标签阵列映像MAP图为参考，在地埋式RFID标签阵列中设置控 制点和减速点；控制AGV车的行驶状态的改变； 4) 、AGV行驶路径MAP图生成的AGV实时行驶路径，送给AGV驱动控制器，从而实现AGV 的路径行驶控制。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于：在步骤3)中，AGV车行驶状态改变的过 程，具体步骤如下： ① 根据堆场静态障碍区情况，设置4个控制点，分别为第一控制点、第二控制点、第三 控制点及第四控制点实施AGV的二次改道行使； ② 第一控制点与第二控制点用于躲避障碍区1，根据障碍区1的端点RFID坐标（XZ1， YZ1)，选择控制点1 (XZ1_2, YN)和控制点2 (XZ1，Yzl+2)，AGV将在控制点1和控制点2之间进行 转弯，实施第一次改道； ③ 第三控制点及第四控制点用于躲避障碍区2,根据障碍区2的端点RFID坐标（XZ2， YZ2)，选择控制点3 (XZ2, YZ2_2)和控制点4 (XZ2+2, YT)，AGV将在控制点3和控制点4之间进行 转弯，实施第二次改道； ④ 减速点用于AGV到达目标位置前的减速，根据目标位置（Χτ，Υτ)，选择减速点（Χτ_ 2， Υτ)。
【文档编号】G06K17/00GK104089623SQ201410333231
【公开日】2014年10月8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, 雷晋生, 牛王强, 黄细霞, 高迪驹 申请人:上海海事大学