一种立体车库自动避让的控制方法与流程
本发明属于立体车库控制技术领域，特别是涉及立体车库中同层有多台穿梭车运动的控制系统，具体的说是一种立体车库存取车过程中，防止同层相邻的穿梭车在公共移动区域内发生碰撞的控制方法。
背景技术：
机械式立体车库运营过程中，智能的、快速的、安全的控制流程在存取车过程中占有重大意义。在存取车过程中，如果出现同层相邻的穿梭车发生碰撞事件，尤其是带车运行过程中发生碰撞事件，不仅由于处理事故打乱同层的存取车节奏，耽误其他车主的时间，而且必然会造成客户车辆的损坏而产生经济赔偿损失，同时还影响到整个车库品牌的运行信誉和车主的信任度。
随着大型机械式立体车库的兴建，存取车过程需要的时间成为检验车库的重要指标。同层车位超过一定数量后，一台穿梭车已经无法满足运营节奏，同层多台穿梭车成为必然的选择。为了缩短存取车过程需要的时间，两台穿梭车对于在相邻区域内的车位，都可以进行存取车流程。这样就会发生两台穿梭车同时进入到公共移动区域内，在重叠位置发生碰撞的可能，如何进行合理的避让，并且通过公共移动区域合理、高效的利用进而提高存取车的节奏，是智能型立体车库控制技术中有待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种立体车库存取车过程中同层相邻穿梭车在存取公共移动区域内车位时，防止两辆相邻穿梭车发生碰撞而自动避让的控制方法。该方法适用于具有类似情况的立体车库自动化控制系统，能很好的解决同层存在多辆穿梭车运行过程中，在相邻的公共移动区域内发生碰撞的现象，从而解决了由于碰撞事故造成的影响存取时间和一系列经济赔偿等问题。
本发明有三点：
一是穿梭车移动坐标系，运行状态的定义：定义相邻两辆穿梭车的状态为任务穿梭车、干扰穿梭车；定义穿梭车的坐标原点及移动坐标系；根据相邻两辆穿梭车相近、相离的运行轨迹，定义穿梭车运动方向为正向移动、反向移动；定义任务穿梭车坐标值与干扰穿梭车坐标值的转换。
二是根据任务信息判断任务穿梭车的干扰状态：在存取车过程中，根据相邻的两辆穿梭车任务信息中的目标位置和实际位置，得出两辆穿梭车的运行轨迹，定义任务穿梭车运行状态为有干扰状态、无干扰状态，这样可以根据实际存取任务判断出当前的两辆穿梭车需遵循的运动策略。
三是干扰穿梭车的安全位置和任务穿梭车的等待位置的计算与设定：根据穿梭车的目标位置和需遵循的运动状态，设定相邻两辆穿梭车不发生碰撞时应移动到的位置，即干扰穿梭车对任务穿梭车进行避让需移动到的干扰穿梭车的安全位置，任务穿梭车等待干扰穿梭车移动完成前的任务穿梭车的等待位置。
四是判断相邻两辆穿梭车实际应遵循的运动策略：任务穿梭车无干扰状态时，相邻两辆穿梭车进行正常的存取车任务；任务穿梭车有干扰状态时，干扰穿梭车先进行合理的避让操作，然后任务穿梭车再进行存取车任务，从而避免相邻两辆穿梭车在公共移动区域内发生碰撞。
一种穿梭车存取车过程中在公共移动区域内出现重叠位置时，两辆穿梭车自动避让的控制方法，其具体的控制方法为：
步骤一、穿梭车移动坐标系、运行状态的定义：首先将相邻两辆穿梭车分为任务穿梭车和干扰穿梭车。
(1)任务穿梭车坐标系：以任务穿梭车处于极限位置时的检测元件位置为坐标原点，任务穿梭车相近干扰穿梭车移动的方向定义为任务穿梭车正方向，任务穿梭车相离干扰穿梭车移动的方向定义为任务穿梭车反方向。任务穿梭车相近干扰穿梭车，任务穿梭车正向移动横向坐标值增加；任务穿梭车相离干扰穿梭车，任务穿梭车反向移动横向坐标值减少。
(2)干扰穿梭车坐标系：以干扰穿梭车处于极限位置时的检测元件位置为坐标原点，干扰穿梭车相近任务穿梭车方向移动定义为干扰穿梭车正方向，干扰穿梭车相离任务穿梭车方向移动定义为干扰穿梭车反方向。干扰穿梭车相近任务穿梭车，干扰穿梭车正向移动横向坐标值增加；干扰穿梭车相离任务穿梭车，干扰穿梭车反向移动横向坐标值减少。
(3)两辆穿梭车坐标系的坐标值转换：
任务穿梭车坐标系中干扰穿梭车的坐标值＝(通道全程长度-干扰穿梭车坐标系中干扰穿梭车的坐标值)；
干扰穿梭车坐标系中任务穿梭车的坐标值＝(通道全程长度-任务穿梭车坐标系中任务穿梭车的坐标值)；
通道全程长度＝(任务穿梭车坐标原点到干扰穿梭车坐标原点的实际距离)；
在两辆穿梭车互相进行位置比较时，需将两车的位置坐标值都转换为任务穿梭车坐标系下的坐标值；在穿梭车各自进行位置比较时，应在各自的坐标系下比较坐标值；在计算避让运动策略中两车需移动到的位置时，应先在任务穿梭车坐标系下进行坐标值的计算，然后再转换为两车各自坐标系下的坐标值，进行应移动的位置设定。
步骤二、穿梭车干扰状态的判定：存取车任务信息中包括任务id号和穿梭车的移动目标位置，再根据穿梭车所在的实际位置，判断两辆穿梭车在公共移动区域内的干扰状态：
(1)比较两台穿梭车任务id号判定优先级，每个任务因存取位置不同用时不等，运行一段时间后，必然会导致同层穿梭车的任务id号顺序与实际存取顺序不一致，因此以时间优先为原则，即车主先到，任务先发布的，定义优先级别高；
(2)任务穿梭车的目标位置小于任务穿梭车的实际位置，定义为任务穿梭车无干扰状态1；
(3)任务穿梭车的目标位置大于任务穿梭车的实际位置，干扰穿梭车无任务待机状态下，任务穿梭车的目标位置小于干扰穿梭车的实际位置与防撞极限安全值之差，定义为任务穿梭车无干扰状态2；
(4)任务穿梭车的目标位置大于任务穿梭车的实际位置，干扰穿梭车无任务待机状态下，任务穿梭车的目标位置大于干扰穿梭车的实际位置与防撞极限安全值之差，定义为任务穿梭车有干扰状态1；
(5)任务穿梭车的目标位置大于任务穿梭车的实际位置，干扰穿梭车有任务在运动状态下，任务穿梭车的目标位置小于干扰穿梭车的目标位置与防撞极限安全值之差，定义为任务穿梭车无干扰状态3；
(6)任务穿梭车的目标位置大于任务穿梭车的实际位置，干扰穿梭车有任务在运动状态下，任务穿梭车的目标位置大于干扰穿梭车的目标位置与防撞极限安全值之差，任务穿梭车任务优先级高于干扰穿梭车任务，定义为任务穿梭车有干扰状态2；
(7)任务穿梭车的目标位置大于任务穿梭车的实际位置，干扰穿梭车有任务在运动状态下，任务穿梭车的目标位置大于干扰穿梭车的目标位置与防撞极限安全值之差，任务穿梭车任务优先级低于干扰穿梭车任务，干扰穿梭车的运动轨迹为相近，定义为任务穿梭车有干扰状态3；
(8)任务穿梭车的目标位置大于任务穿梭车的实际位置，干扰穿梭车有任务在运动状态下，任务穿梭车的目标位置大于干扰穿梭车的目标位置与防撞极限安全值之差，任务穿梭车任务优先级低于干扰穿梭车任务，干扰穿梭车的运动轨迹为相离，定义为任务穿梭车有干扰状态4；
步骤三：发生有干扰状态时，两辆穿梭车避让运动策略选择：
(1)任务穿梭车有干扰状态1：干扰穿梭车应避让到干扰穿梭车的安全位置，干扰穿梭车移动后，任务穿梭车移动到任务穿梭车的目标位置；若干扰穿梭车未移动，任务穿梭车移动到任务穿梭车的等待1位置。
(2)任务穿梭车有干扰状态2：干扰穿梭车应避让到干扰穿梭车的安全位置，干扰穿梭车移动后，任务穿梭车移动到任务穿梭车的目标位置；若干扰穿梭车未移动，任务穿梭车移动到任务穿梭车的等待1位置。
(3)任务穿梭车有干扰状态3：干扰穿梭车应移动到干扰穿梭车任务的目标位置，先完成干扰穿梭车任务；任务穿梭车移动到任务穿梭车的等待2位置。干扰穿梭车完成任务后移动到干扰穿梭车的安全位置，任务穿梭车移动到任务穿梭车的目标位置；干扰穿梭车若未移动，任务穿梭车继续在任务穿梭车的等待2位置。
(4)任务穿梭车有干扰状态4：干扰穿梭车应移动到干扰穿梭车任务的目标位置，先完成干扰穿梭车任务；任务穿梭车移动到任务穿梭车的等待1位置。干扰穿梭车完成任务后移动到干扰穿梭车的安全位置，任务穿梭车移动到任务穿梭车的目标位置；干扰穿梭车若未移动，任务穿梭车继续在任务穿梭车的等待1位置。
(5)两辆穿梭车同时移动期间，两穿梭车的距离会始终保持大于防撞极限安全距离。当两车距离由于特殊原因小于防撞极限安全距离时，两车紧急停车，等待操作人员确认续行或者手动恢复安全状态位置。
其中，干扰穿梭车的安全位置和任务穿梭车的等待位置的计算和设定：
(1)干扰穿梭车为了避让任务穿梭车的运动轨迹，需移动到防止碰撞的安全范围内，即干扰穿梭车的安全位置：ss＝set1+s′，其中ss为干扰穿梭车的安全位置，set1为任务穿梭车的目标位置，s′为防撞极限安全值。再转换到干扰穿梭车坐标系下，把安全位置设定为移动的坐标值，即(l-ss)，l为通道全程长度。
(2)干扰穿梭车处于停止状态时，任务穿梭车为了等待干扰穿梭车的运动轨迹，需移动到防止碰撞的安全范围内，即任务穿梭车的等待1位置：sw1＝act2-s′，其中sw1为任务穿梭车的等待1位置，act2为干扰穿梭车的实际位置(在任务穿梭车坐标下的坐标值)，s′为防撞极限安全距离。
(3)干扰穿梭车处于运动状态时，任务穿梭车为了等待干扰穿梭车的运动轨迹，需移动到防止碰撞的安全范围内，即任务穿梭车的等待2位置：sw2＝set2-s′，其中sw2为任务穿梭车的等待2位置，set2为干扰穿梭车的目标位置(在任务穿梭车坐标下的坐标值)，s′为防撞极限安全距离。
(4)s′为防撞极限安全距离：穿梭车在紧急制动情况下，由最高速度停止的距离，即
本发明的主要特征在于：在存取车过程中定义相邻两辆穿梭车的若干状态，根据相邻的两辆穿梭车接到任务信息中的目标位置和实际位置，判断任务穿梭车是否进入干扰状态，得出任务穿梭车和干扰穿梭车的运行轨迹，从而避免相邻两辆穿梭车在存取车过程中发生碰撞，具体控制如自动存取车时控制流程图。
本发明的有益效果在于：将相邻两辆穿梭车运动过程定义为若干状态，根据实际任务信息，判断相邻两辆穿梭车是否存在干扰状态，在公共移动区域进行合理避让，使两辆穿梭车相距始终大于安全行驶距离，从而避免两辆穿梭车在存取车过程中发生碰撞。
附图说明
图1为穿梭车运动区域的划分简图
图2为穿梭车运动方向判定简图
图3为穿梭车位置定义简图
图4为穿梭车运动轨迹判定简图
图5为本发明的穿梭车自动存取车时控制流程图
图6为实例穿梭车的坐标信息图
具体实施方式
下面以某医院立体车库自动存取车过程进行分析，说明同层多辆穿梭车在存取车任务时，通过判断相邻两辆穿梭车任务信息，在公共移动区域内进行自动避让控制的效果。
在存取车过程中，穿梭车在独立区域内不存在干扰状态，可以正常完成存取车任务，当任务信息的目标位置出现在相邻两辆穿梭车的公共移动区域内时，就会产生穿梭车干扰状态，出现两车碰撞情况，在没有合理的避让策略控制下，只能停止两车正在执行的任务，手动处理干扰状态，然后重新发布后续任务，严重影响运行节奏。
在存取车过程中定义相邻两辆穿梭车的若干状态，根据相邻的两辆穿梭车接到任务信息中的目标位置和实际位置，判断任务穿梭车是否进入干扰状态，得出任务穿梭车和干扰穿梭车的运行轨迹，进行合理的避让，解决了相邻两辆穿梭车在公共移动区域内发生碰撞的问题，从而保证了自动存取车的顺利进行。
具体控制为：
实施例一：
初始状态：1号穿梭车在1排8号库位，2号穿梭车在1排11号库位；
发布穿梭车存车任务：
1号穿梭车从2号升降机库口入库到1排10号库位，
2号穿梭车无任务。
(1)穿梭车运行状态的定义：定义1号穿梭车为任务穿梭车(即车1)，2号穿梭车为干扰穿梭车(即车2)。
以任务穿梭车(车1)的极限位置检测元件位置坐标原点(1号库位侧)，车1相近车2方向移动定义为车1正方向(即从1号库位向24号库位移动)，车1相离车2方向移动定义为车1负方向(即从24号库位向1号库位移动)。车1正向移动时横向坐标值增加，车1反向移动时横向坐标值减少。
以干扰穿梭车(车2)的极限位置检测元件位置坐标原点(24号库位侧)，车2相近车1方向移动定义为车2正方向(即从24号库位向1号库位移动)，车2相离车1方向移动定义为车2负方向(即从1号库位向24号库位移动)。车2正向移动时横向坐标值增加，车2反向移动时横向坐标值减少。
通道全程＝车1坐标系原点到车2坐标系原点的实际距离＝51.0m
两辆穿梭车的最高速度均为高速2.0m/s，即v1＝v2＝2.0m/s；最大加速度a为1.0m/s2，根据公式
(2)比较车1与车2任务id号判定优先级，车1有任务，车2无任务，即定义车1的任务优先级别高。
车1的实际1位置在1排8号库位，即车1坐标系下坐标值为17.052m；车2的实际1位置在1排11号库位，即车1坐标系下坐标值为23.191m。
车1的任务目标1位置为2号升降机库口，即车1坐标系下坐标值13.296m；车1的任务目标2位置为1排10号库位，即车1坐标系下坐标值21.146m。
车1的存车任务过程为：车1空车从车1的实际1位置移动到车1的目标1位置，进行取车流程；车1再从车1的实际2位置(原目标1位置)移动到车1的目标2位置，进行存车流程，整个存车任务完毕。
分析：车1的目标1位置小于车1的实际1位置，即13.296m＜17.052m，车1相离车2，定义为车1取车流程为无干扰状态1；
车1的目标2位置大于车1的实际2位置，即21.146m＞13.296m，车1相近车2；车2无任务空闲状态，车1的目标2位置大于车2的实际位置与防撞极限安全值之差，即21.146m＞(23.191-4.0)m，定义为车1有干扰状态1；
(3)安全位置和等待位置的计算和设定：
车1在存车任务的取车流程中，无干扰状态，正常执行任务动作；车1在存车任务的存车流程中，有干扰状态1，需计算车2的安全位置、车1的等待1位置。
所述车2为了避让车1的运动轨迹，需移动到防止碰撞的安全范围内，即干扰穿梭车的安全位置：ss＝set1+s′＝21.146+4＝25.146m，其中ss为车2的安全位置，set1为车1的目标2位置，s′为防撞极限安全值；再转换为车2坐标系下坐标值，把安全位置设定为移动的坐标值，即(l-ss)＝51.0-25.146＝25.854m，l为通道全程长度。
车2处于停止状态时，车1为了等待车2的运动轨迹，需移动到防止碰撞的安全范围内，即任务穿梭车的等待1位置：sw1＝act2-s′＝23.191-4.0＝19.191m，其中sw1为车1的等待位置1，act2为车2的实际1位置，s′为防撞极限安全距离。
(4)车1在存车任务中的存车流程中，相邻穿梭车发生有干扰状态，即车1有干扰状态1，则两车运动步序为：
车2避让车1到车2的安全位置25.854m，车2移动后，车1移动到车1的目标2位置21.146m，进行存车流程，完成整个车1的存车任务；如果车2未移动，车1移动到车1的等待1位置19.191m，等待车2移动。
实施例二：
初始状态：车1在4号库位，车2在15号库位；
发布穿梭车取车任务id号101：车2从11号库位出库4号升降机库口；
发布穿梭车存车任务id号102：车1从2号升降机库口入库到14号库位。
(1)穿梭车运行状态的定义：定义1号穿梭车为任务穿梭车(即车1)，2号穿梭车为干扰穿梭车(即车2)。
以任务穿梭车(车1)的极限位置检测元件位置坐标原点(1号库位侧)，车1相近车2方向移动定义为车1正方向(即从1号库位向24号库位移动)，车1相离车2方向移动定义为车1负方向(即从24号库位向1号库位移动)。车1正向移动时横向坐标值增加，车1反向移动时横向坐标值减少。
以干扰穿梭车(车2)的极限位置检测元件位置坐标原点(24号库位侧)，车2相近车1方向移动定义为车2正方向(即从24号库位向1号库位移动)，车2相离车1方向移动定义为车2负方向(即从1号库位向24号库位移动)。车2正向移动时横向坐标值增加，车2反向移动时横向坐标值减少。
通道全程＝车1坐标系原点到车2坐标系原点的实际距离＝51.0m。
两辆穿梭车的最高速度均为高速2.0m/s，即v1＝v2＝2.0m/s；最大加速度a为1.0m/s2，根据公式
(2)比较车1与车2任务id号判定优先级，车1任务id号大于车2任务id号，说明车2的任务为先发任务，即车2的任务优先级高。
车1的实际1位置在1排4号库位，即车1坐标系下坐标值为8.171m；车2的实际1位置在1排15号库位，即车1坐标系下坐标值为31.416m。
车1的存车任务目标1位置为2号升降机库口，即车1坐标系下坐标值13.296m；车1的任务目标2位置为1排14号库位，即车1坐标系下坐标值29.343m。
车2的取车任务目标1位置为11号库位，即车1坐标系下坐标值23.191m；车2的任务目标2位置为1排4号升降机库口，即车1坐标系下坐标值38.933m。
车1的存车任务过程为：车1空车从车1的实际1位置移动到车1的目标1位置，进行取车流程；车1再从车1的实际2位置(即目标1位置)移动到车1的目标2位置，进行存车流程，整个存车任务完毕。
车2的取车任务过程为：车2空车从车2的实际1位置移动到车2的目标1位置，进行取车流程；车2再从车2的实际2位置(即目标1位置)移动到车2的目标2位置，进行存车流程，整个取车任务完毕。
实例发生情况为车1已经完成存车任务的取车流程，下一步要执行存车任务的存车流程；车2正在执行取车任务取车流程，此时两车在公共移动区域内出现位置重叠，需进行合理的避让动作。
分析：车1目标2位置大于车1的实际2位置，即29.343m＞13.296m，车1相近车2；
车2正在执行取车任务取车流程，即车2空车从车2的实际1位置移动到车2的目标1位置，在车2坐标系下，车2的目标1位置大于车2的实际1位置，27.809m＞19.584m车2相近车1；
车1的目标2位置大于车2的目标1位置与防撞极限安全值之差，即29.343m＞(23.191-4.0)m车1任务优先级低于车2任务，车2的运动轨迹为相近，定位为车1有干扰状态3；
(3)安全位置和等待位置的计算和设定：
车1在存车任务的存车流程中，有干扰状态3，需计算车1的等待2位置、车2的安全位置、车1的等待1位置；
所述车2处于运动状态时，车1为了等待车2的运动轨迹，需移动到防止碰撞的安全范围内，即任务穿梭车的等待2位置：sw2＝set2-s′＝23.191-4＝19.191m，其中sw2为车1的等待2位置，set2为车2的目标1位置，s′为防撞极限安全距离。
车2完成任务后为了避让车1的运动轨迹，需移动到防止碰撞的安全范围内，即干扰穿梭车的安全位置：ss＝set1+s′＝29.343+4.0＝33.343m，其中ss为车2的安全位置，set1为车1的目标2位置，s′为防撞极限安全值。再转换到车2坐标系下，把安全位置设定为给移动的坐标值，即(l-ss)＝51.0-33.343＝17.657m，l为通道全程长度。
(4)车1在存车任务中的存车流程中，相邻穿梭车发生有干扰状态，即车1有干扰状态3，但车2任务优先级高于车1，则两车运动步序为：
车1先移动到车1的等待2位置19.191m，等待车2完成优先级高的取车任务的取车流程动作。然后车2避让车1到车2的安全位置17.657m，执行车2取车任务的存车流程，此时车1无干扰状态，可移动到车1的目标2位置29.343m，进行存车任务的存车流程，完成整个车1的存车任务；如果车2未移动，车1继续在车1的等待2位置19.191m，等待车2移动。
以上所举为同层两辆穿梭车实例，所述方法也可以推广到同层多辆穿梭车的实例中，只需把存取车任务的每步动作流程分解为相邻两辆穿梭车的动作步骤，分清每步动作中的任务穿梭车和干扰穿梭车，以及在这一步动作中相邻两车的目标位置和实际位置即可。
通过现场应用实践，在同层有两辆或多辆穿梭车同时投入运行时，肯定会出现相邻两辆穿梭车在公共移动区域内发生碰撞的情况，当采用新的自动避让控制方法后，将不会出现两车在公共移动区域内产生重叠位置而导致碰撞的情况。
结论：本发明定义立体停车楼的穿梭车在执行存取车任务的运行状态，进行相邻两辆穿梭车在公共移动区域内的干扰状态判定，计算出干扰穿梭车的安全位置和任务穿梭车的等待位置，选择两辆穿梭车最合理的自动避让运动策略。这样保证了相邻两辆穿梭车在公共移动区域内出现重叠位置时，避免相互发生碰撞，从而保证了整个立体车库存取车过程的顺利、高效。
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