专利名称：一种集装箱自动搬运车的定位导航系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水平自动运输设备的定位导航系统，尤其涉及一种集装箱自动搬运 车的定位导航系统。
背景技术：
近年来，随着我国对外贸易的扩大，集装箱运输业迅猛发展。2008年，我国集装箱吞吐 总量已达1.26亿标准箱。在集装箱运输业发展过程中，港口建设和起重运输设备的技术水平 也发生了巨大的变化，其中水平自动运输设备具有重要的地位。
1993年，荷兰鹿特丹ECT港口公司开始实施集装箱水平自动运输系统以来，德国、英国、 意大利、美国、日本、新加坡等国家也相继开始研制、使用及推广集装箱水平自动运输系统。 其中，采用无人驾驶的集装箱自动搬运车承担港区前沿到堆场的集装箱水平运输工作是集装 箱水平自动运输系统的核心。
目前，国外应用于集装箱自动搬运车的定位导航系统众多，主要的定位导航技术有电磁 感应埋线技术、激光检测技术、超声检测技术、光反射检测技术、惯性导航技术、图像识别 技术和坐标识别技术。其中，电磁感应埋线技术成熟，使用广泛，但其路径设置和变更复杂， 变更费用高；激光检测技术的导向与定位精度较高，且提供了任意路径规划的可能性，但成 本高，传感器、发射装置、反射装置安装繁复，位置计算复杂；超声检测技术不需要设置反 射镜面，降低了导向成本，但场地环境的反射情况复杂时，应用较困难；光反射检测技术信 号稳定，准确性高，但需在运行路径上铺设具有稳定反光率的色带，对场地要求高，铺设成 本大；惯性导航技术实时性好，实施过程中需要已知参考点来定位，程序复杂，辅助设备多； 图像识别技术不需要设置物理路径，但运行实时性差，建立运行路径环境信息库困难；坐标 识别技术路径设置和变更简单方便，使用费用低，但微型电子坐标传感器受电磁场的干扰大， 远距离运行时的定位精度低。
发明内容
本实用新型就是在上述背景技术下提出的一种集GPS定位、惯性导航、激光精确定位的 集装箱自动搬运车定位导航系统，它是集装箱水平自动运输系统的一部分，采用无人驾驶技 术自动在集装箱码头运行，完成从港区前沿到堆场的集装箱自动搬运。
本实用新型的技术方案是-
集装箱自动搬运车定位导航系统主要由车辆自主决策控制系统、无线传输系统、GPS定位系统、惯性导航系统、激光精确定位系统、防碰撞保护系统组成。
所述的车辆自主决策控制系统是集装箱自动搬运车定位导航系统的控制中心，装设在车 架内的控制箱中，负责集装箱自动搬运车的信号采集、数据分析、信息判断、决策支持、控
制输出；车辆自主决策控制系统内置传感器信号采集模块、逻辑分析判断模块、信息数据决 策支持模块、双闭环矢量控制模块。
所述的无线传输系统由专业调频网络数传电台构成，装设在车架前端一侧，其无线数传 链路在定位系统基准站与定位系统移动站之间传递信息。
所述的GPS定位系统、惯性导航系统、激光精确定位系统组成的车辆集中定位系统是集 装箱自动搬运车定位导航系统的核心；GPS定位系统提供车辆的自主导航所需的实时高精度 位置数据，该系统由定位系统基准站、定位系统移动站、GPS卫星组成；惯性导航系统实现 GPS定位系统遮挡时的车辆位置测算及辅助导航，该系统由惯性陀螺传感装置、控制显示装 置、状态选择装置组成；激光精确定位系统提供车辆在行进路线中关键点处的准确定位和校 核，该系统由激光测距模块、振镜驱动模块、同步控制模块、转角测量模块组成。
所述的防碰撞保护系统由超声波无接触防碰撞系统和行程接触式防碰撞系统组成，该系 统装设在车架前后两端；超声波无接触防碰撞系统由无线超声波非接触式传感部件构成，该 系统中的超声波传感器可在不接触的情况下检测到被测物，车辆自主决策控制系统根据传感 系统反馈信号的强弱来判断检测物的距离，有步骤的实施减速、停车；行程接触式防碰撞系 统在集装箱自动搬运车接触到碰撞物后行程接触式传感器发出信号，实施紧急停车，同时防 碰撞保护系统中的缓冲装置可吸收车体的碰撞能量。
本实用新型的有益效果是-
本实用新型采用的车辆自主决策控制系统内置传感器信号采集模块、逻辑分析判断模块、 信息数据决策支持模块、双闭环矢量控制模块，系统结构清晰、层次明确；采用的GPS定位 系统、惯性导航系统、激光精确定位系统组成的车辆集中定位系统可满足车辆全天候、全过 程的定位要求，精确度高、实时性好、便于实现；采用的超声波无接触防碰撞系统、行程接 触式防碰撞系统构成的防碰撞系统实现车辆三级防碰撞保护、安全性高；本实用新型具有结 构清晰、自动化程度高、智能化突出、安全性高的特点。
图1是集装箱自动搬运车外形及系统布置示意图。 图2是集装箱自动搬运车定位导航系统框图。 图3是集装箱自动搬运车定位系统框图。图1中，l.车架；2.集装箱；3.车辆自主决策控制系统；4.无线传输系统；5.GPS定位系统; 6.惯性导航系统；7.激光精确定位系统；8.防碰撞保护系统；
图2中，9.车辆集中定位系统；IO.传感器信号采集模块；ll.逻辑分析判断模块；12.信息 数据决策支持模块；13.双闭环矢量控制模块；14.超声波无接触防碰撞系统；15.行程接触式 防碰撞系统16.驱动器A; 17.驱动器B; 18.编码器A; 19.编码器B; 20.旋转电机A; 21.旋 转电机B; 22.车轮组A; 23.车轮组B; 24.便携式编程器；
图3中，25.定位系统基准站；26.定位系统移动站；27.调频网络数传电台A; 28.调频网 络数传电台B; 29.GPS接收机A; 30.GPS接收机B; 31.GPS天线A; 32.GPS天线B; 33. 辅助定位系统；34.GPS卫星。
具体实施方式
以下结合附图及附图所示的实施例对本实用新型作详细说明，但本实用新型的内容不局 限于附图所示。
本实用新型的一种集装箱自动搬运车的定位导航系统，主要由车辆自主决策控制系统 (3)、无线传输系统(4)、 GPS定位系统(5)、惯性导航系统(6)、激光精确定位系统(7)、 防碰撞保护系统(8)组成。
在图1中，集装箱(2)存放在集装箱自动搬运车的车架(1)平面上；车辆自主决策控 制系统(3)、 GPS定位系统(5)、惯性导航系统(6)安装在车架(1)内的控制箱中；无线 传输系统(4)、激光精确定位系统(7)装设在车架(1)前端一侧；防碰撞保护系统(8)安 装在车架(1)前后两端，该系统由超声波无接触防碰撞系统(14)和行程接触式防碰撞系统 (15)构成，实现车辆三级防碰撞保护。
在图2中，车辆自主决策控制系统(3)是集装箱自动搬运车定位导航系统的控制中心， 装设在车架(1)内的控制箱中，负责集装箱自动搬运车的信号采集、数据分析、信息判断、 决策支持、控制输出；车辆自主决策控制系统(3)内置传感器信号采集模块(10)、逻辑分 析判断模块(11)、信息数据决策支持模块(12)、双闭环矢量控制模块(13)。
GPS定位系统(5)、惯性导航系统(6)、激光精确定位系统(7)组成的车辆集中定位系 统(9)是集装箱自动搬运车定位导航系统的核心；GPS定位系统(5)提供车辆的自主导航 所需的实时高精度位置数据；惯性导航系统(6)实现GPS定位系统(5)遮挡时的车辆位置 测算及辅助导航；激光精确定位系统(7)提供车辆在行进路线中关键点处的准确定位和校核。
防碰撞保护系统(8)由超声波无接触防碰撞系统(14)和行程接触式防碰撞系统(15) 构成，超声波无接触防碰撞系统(14)由无线超声波非接触式传感部件组成，该系统中的超声波传感器可在不接触的情况下检测到被测物，车辆自主决策控制系统(3)根据传感系统反 馈信号的强弱来判断检测物的距离，有步骤的实施减速、停车；行程接触式防碰撞系统(15) 在接触到碰撞物后行程接触式传感器发出信号，实施紧急停车，同时防碰撞保护系统(8)中 的缓冲装置可吸收车体的碰撞能量。
内置在车辆自主决策控制系统(3)的双闭环矢量控制模块(13)通过驱动器A (16) / 驱动器B (17)的输出端与旋转电机A(20)/旋转电机B (21)的输入端相连，驱动器A(16) /驱动器B (17)根据双闭环矢量控制模块(13)的指令，发出相应的电压、频率信号控制旋 转电机A (20) /旋转电机B (21)的转速及转矩；编码器A (18) /编码器B (19)安装在旋 转电机A (20) /旋转电机B (21)的旋转输出轴上，其检测的反馈信号直接输入到车辆自主 决策控制系统(3)中，实时测算车轮组A (22) /车轮组B (23)的行走速度；便携式编程 器(24)可以实时监测车辆行驶状态，必要时可以通过其修改、设定车辆自主决策控制系统 (3)的相关参数。
在图3中，GPS定位系统(5)由定位系统基准站(25)、定位系统移动站(26)、 GPS 卫星(33)组成；定位系统基准站(25)内包含调频网络数传电台A (27)、 GPS接收机A
(29) 、 GPS天线A (31);定位系统移动站(26)内包含调频网络数传电台B (28)、 GPS接 收机B (30)、 GPS天线B (32)、辅助定位系统(33);本实施例中的辅助定位系统(33)由 惯性导航系统(6)和激光精确定位系统(7)组合完成；GPS天线A (31)、 GPS天线B (32) 接收来自GPS卫星(34)发出的定位指令，分别传输至GPS接收机A (29)、 GPS接收机B
(30) 的输入端，GPS接收机A (29)、 GPS接收机B (30)处理编码信息后发送到调频网络 数传电台A (27)、调频网络数传电台B (28)的接收端，调频网络数传电台A (27)与调频 网络数传电台B (28)建立定位系统基准站(25)与定位系统移动站(26)的无线数传链路， 实现信息的双向传递。
权利要求1、一种集装箱自动搬运车的定位导航系统，其特征是由车辆自主决策控制系统、无线传输系统、GPS定位系统、惯性导航系统、激光精确定位系统、防碰撞保护系统组成；所述的车辆自主决策控制系统装设在车架内的控制箱中，车辆自主决策控制系统内置传感器信号采集模块、逻辑分析判断模块、信息数据决策支持模块、双闭环矢量控制模块；所述的无线传输系统由专业调频网络数传电台构成，装设在车架前端一侧，其无线数传链路在定位系统基准站与定位系统移动站之间传递信息。
2、 根据权利要求1所述的一种集装箱自动搬运车的定位导航系统，其特征是所述的 GPS定位系统、惯性导航系统、激光精确定位系统组成车辆集中定位系统；所述的惯性导航 系统由惯性陀螺传感装置、控制显示装置、状态选择装置组成；所述的激光精确定位系统由 激光测距模块、振镜驱动模块、同步控制模块、转角测量模块组成。
3、 根据权利要求l所述的集装箱自动搬运车定位导航系统，其特征是所述的防碰撞保 护系统由超声波无接触防碰撞系统和行程接触式防碰撞系统组成，装设在车架前后两端；超 声波无接触防碰撞系统由无线超声波非接触式传感部件构成。
4、 根据权利要求l所述的一种集装箱自动搬运车的定位导航系统，其特征是所述的内 置在车辆自主决策控制系统的双闭环矢量控制模块通过驱动器A/驱动器B的输出端与旋转电 机A/旋转电机B的输入端相连；编码器A/编码器B安装在旋转电机A/旋转电机B的旋转输 出轴上，其检测的反馈信号直接输入到车辆自主决策控制系统中。
5、 根据权利要求1所述的一种集装箱自动搬运车的定位导航系统，其特征是所述的 GPS定位系统由定位系统基准站、定位系统移动站、GPS卫星组成；定位系统基准站内包含 调频网络数传电台A、 GPS接收机A、 GPS天线A;定位系统移动站内包含调频网络数传电 台B、 GPS接收机B、 GPS天线B、辅助定位系统
专利摘要本实用新型涉及一种集装箱自动搬运车定位导航系统，由车辆自主决策控制系统、无线传输系统、GPS定位系统、惯性导航系统、激光精确定位系统、防碰撞保护系统组成。车辆自主决策控制系统内置传感器信号采集模块、逻辑分析判断模块、信息数据决策支持模块、双闭环矢量控制模块；无线传输系统由专业调频网络数传电台构成，其无线数传链路在定位系统基准站与定位系统移动站之间传递信息；GPS定位系统、惯性导航系统、激光精确定位系统组成的车辆集中定位系统可满足车辆全天候、全过程的定位要求；防碰撞保护系统实现车辆三级防碰撞保护。本实用新型采用的定位导航系统具有结构清晰、自动化程度高、智能化突出、安全性高的特点。
文档编号G01S17/06GK201397390SQ20092015755
公开日2010年2月3日 申请日期2009年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者刘晋川, 姚立柱, 李海波, 瑞 杨, 饶京川 申请人:交通部水运科学研究所;交通运输系统机电工程设计所