專利名稱：一種集裝箱自動搬運車的定位導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水平自動運輸設(shè)備的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，尤其涉及一種集裝箱自動搬運 車的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國對外貿(mào)易的擴大，集裝箱運輸業(yè)迅猛發(fā)展。2008年，我國集裝箱吞吐 總量已達1.26億標準箱。在集裝箱運輸業(yè)發(fā)展過程中，港口建設(shè)和起重運輸設(shè)備的技術(shù)水平 也發(fā)生了巨大的變化，其中水平自動運輸設(shè)備具有重要的地位。
1993年，荷蘭鹿特丹ECT港口公司開始實施集裝箱水平自動運輸系統(tǒng)以來，德國、英國、 意大利、美國、日本、新加坡等國家也相繼開始研制、使用及推廣集裝箱水平自動運輸系統(tǒng)。 其中，采用無人駕駛的集裝箱自動搬運車承擔港區(qū)前沿到堆場的集裝箱水平運輸工作是集裝 箱水平自動運輸系統(tǒng)的核心。
目前，國外應(yīng)用于集裝箱自動搬運車的定位導(dǎo)航系統(tǒng)眾多，主要的定位導(dǎo)航技術(shù)有電磁 感應(yīng)埋線技術(shù)、激光檢測技術(shù)、超聲檢測技術(shù)、光反射檢測技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)、圖像識別 技術(shù)和坐標識別技術(shù)。其中，電磁感應(yīng)埋線技術(shù)成熟，使用廣泛，但其路徑設(shè)置和變更復(fù)雜， 變更費用高；激光檢測技術(shù)的導(dǎo)向與定位精度較高，且提供了任意路徑規(guī)劃的可能性，但成 本高，傳感器、發(fā)射裝置、反射裝置安裝繁復(fù)，位置計算復(fù)雜；超聲檢測技術(shù)不需要設(shè)置反 射鏡面，降低了導(dǎo)向成本，但場地環(huán)境的反射情況復(fù)雜時，應(yīng)用較困難；光反射檢測技術(shù)信 號穩(wěn)定，準確性高，但需在運行路徑上鋪設(shè)具有穩(wěn)定反光率的色帶，對場地要求高，鋪設(shè)成 本大；慣性導(dǎo)航技術(shù)實時性好，實施過程中需要已知參考點來定位，程序復(fù)雜，輔助設(shè)備多； 圖像識別技術(shù)不需要設(shè)置物理路徑，但運行實時性差，建立運行路徑環(huán)境信息庫困難；坐標 識別技術(shù)路徑設(shè)置和變更簡單方便，使用費用低，但微型電子坐標傳感器受電磁場的干擾大， 遠距離運行時的定位精度低。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型就是在上述背景技術(shù)下提出的一種集GPS定位、慣性導(dǎo)航、激光精確定位的 集裝箱自動搬運車定位導(dǎo)航系統(tǒng)，它是集裝箱水平自動運輸系統(tǒng)的一部分，采用無人駕駛技 術(shù)自動在集裝箱碼頭運行，完成從港區(qū)前沿到堆場的集裝箱自動搬運。
本實用新型的技術(shù)方案是-
集裝箱自動搬運車定位導(dǎo)航系統(tǒng)主要由車輛自主決策控制系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光精確定位系統(tǒng)、防碰撞保護系統(tǒng)組成。
所述的車輛自主決策控制系統(tǒng)是集裝箱自動搬運車定位導(dǎo)航系統(tǒng)的控制中心，裝設(shè)在車 架內(nèi)的控制箱中，負責集裝箱自動搬運車的信號采集、數(shù)據(jù)分析、信息判斷、決策支持、控
制輸出；車輛自主決策控制系統(tǒng)內(nèi)置傳感器信號采集模塊、邏輯分析判斷模塊、信息數(shù)據(jù)決 策支持模塊、雙閉環(huán)矢量控制模塊。
所述的無線傳輸系統(tǒng)由專業(yè)調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳電臺構(gòu)成，裝設(shè)在車架前端一側(cè)，其無線數(shù)傳 鏈路在定位系統(tǒng)基準站與定位系統(tǒng)移動站之間傳遞信息。
所述的GPS定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光精確定位系統(tǒng)組成的車輛集中定位系統(tǒng)是集 裝箱自動搬運車定位導(dǎo)航系統(tǒng)的核心；GPS定位系統(tǒng)提供車輛的自主導(dǎo)航所需的實時高精度 位置數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)由定位系統(tǒng)基準站、定位系統(tǒng)移動站、GPS衛(wèi)星組成；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn) GPS定位系統(tǒng)遮擋時的車輛位置測算及輔助導(dǎo)航，該系統(tǒng)由慣性陀螺傳感裝置、控制顯示裝 置、狀態(tài)選擇裝置組成；激光精確定位系統(tǒng)提供車輛在行進路線中關(guān)鍵點處的準確定位和校 核，該系統(tǒng)由激光測距模塊、振鏡驅(qū)動模塊、同步控制模塊、轉(zhuǎn)角測量模塊組成。
所述的防碰撞保護系統(tǒng)由超聲波無接觸防碰撞系統(tǒng)和行程接觸式防碰撞系統(tǒng)組成，該系 統(tǒng)裝設(shè)在車架前后兩端；超聲波無接觸防碰撞系統(tǒng)由無線超聲波非接觸式傳感部件構(gòu)成，該 系統(tǒng)中的超聲波傳感器可在不接觸的情況下檢測到被測物，車輛自主決策控制系統(tǒng)根據(jù)傳感 系統(tǒng)反饋信號的強弱來判斷檢測物的距離，有步驟的實施減速、停車；行程接觸式防碰撞系 統(tǒng)在集裝箱自動搬運車接觸到碰撞物后行程接觸式傳感器發(fā)出信號，實施緊急停車，同時防 碰撞保護系統(tǒng)中的緩沖裝置可吸收車體的碰撞能量。
本實用新型的有益效果是-
本實用新型采用的車輛自主決策控制系統(tǒng)內(nèi)置傳感器信號采集模塊、邏輯分析判斷模塊、 信息數(shù)據(jù)決策支持模塊、雙閉環(huán)矢量控制模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、層次明確；采用的GPS定位 系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光精確定位系統(tǒng)組成的車輛集中定位系統(tǒng)可滿足車輛全天候、全過 程的定位要求，精確度高、實時性好、便于實現(xiàn)；采用的超聲波無接觸防碰撞系統(tǒng)、行程接 觸式防碰撞系統(tǒng)構(gòu)成的防碰撞系統(tǒng)實現(xiàn)車輛三級防碰撞保護、安全性高；本實用新型具有結(jié) 構(gòu)清晰、自動化程度高、智能化突出、安全性高的特點。


圖1是集裝箱自動搬運車外形及系統(tǒng)布置示意圖。 圖2是集裝箱自動搬運車定位導(dǎo)航系統(tǒng)框圖。 圖3是集裝箱自動搬運車定位系統(tǒng)框圖。圖1中，l.車架；2.集裝箱；3.車輛自主決策控制系統(tǒng)；4.無線傳輸系統(tǒng)；5.GPS定位系統(tǒng); 6.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；7.激光精確定位系統(tǒng)；8.防碰撞保護系統(tǒng)；
圖2中，9.車輛集中定位系統(tǒng)；IO.傳感器信號采集模塊；ll.邏輯分析判斷模塊；12.信息 數(shù)據(jù)決策支持模塊；13.雙閉環(huán)矢量控制模塊；14.超聲波無接觸防碰撞系統(tǒng)；15.行程接觸式 防碰撞系統(tǒng)16.驅(qū)動器A; 17.驅(qū)動器B; 18.編碼器A; 19.編碼器B; 20.旋轉(zhuǎn)電機A; 21.旋 轉(zhuǎn)電機B; 22.車輪組A; 23.車輪組B; 24.便攜式編程器；
圖3中，25.定位系統(tǒng)基準站；26.定位系統(tǒng)移動站；27.調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳電臺A; 28.調(diào)頻網(wǎng) 絡(luò)數(shù)傳電臺B; 29.GPS接收機A; 30.GPS接收機B; 31.GPS天線A; 32.GPS天線B; 33. 輔助定位系統(tǒng)；34.GPS衛(wèi)星。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及附圖所示的實施例對本實用新型作詳細說明，但本實用新型的內(nèi)容不局 限于附圖所示。
本實用新型的一種集裝箱自動搬運車的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，主要由車輛自主決策控制系統(tǒng) (3)、無線傳輸系統(tǒng)(4)、 GPS定位系統(tǒng)(5)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(6)、激光精確定位系統(tǒng)(7)、 防碰撞保護系統(tǒng)(8)組成。
在圖1中，集裝箱(2)存放在集裝箱自動搬運車的車架(1)平面上；車輛自主決策控 制系統(tǒng)(3)、 GPS定位系統(tǒng)(5)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(6)安裝在車架(1)內(nèi)的控制箱中；無線 傳輸系統(tǒng)(4)、激光精確定位系統(tǒng)(7)裝設(shè)在車架(1)前端一側(cè)；防碰撞保護系統(tǒng)(8)安 裝在車架(1)前后兩端，該系統(tǒng)由超聲波無接觸防碰撞系統(tǒng)(14)和行程接觸式防碰撞系統(tǒng) (15)構(gòu)成，實現(xiàn)車輛三級防碰撞保護。
在圖2中，車輛自主決策控制系統(tǒng)(3)是集裝箱自動搬運車定位導(dǎo)航系統(tǒng)的控制中心， 裝設(shè)在車架(1)內(nèi)的控制箱中，負責集裝箱自動搬運車的信號采集、數(shù)據(jù)分析、信息判斷、 決策支持、控制輸出；車輛自主決策控制系統(tǒng)(3)內(nèi)置傳感器信號采集模塊(10)、邏輯分 析判斷模塊(11)、信息數(shù)據(jù)決策支持模塊(12)、雙閉環(huán)矢量控制模塊(13)。
GPS定位系統(tǒng)(5)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(6)、激光精確定位系統(tǒng)(7)組成的車輛集中定位系 統(tǒng)(9)是集裝箱自動搬運車定位導(dǎo)航系統(tǒng)的核心；GPS定位系統(tǒng)(5)提供車輛的自主導(dǎo)航 所需的實時高精度位置數(shù)據(jù)；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(6)實現(xiàn)GPS定位系統(tǒng)(5)遮擋時的車輛位置 測算及輔助導(dǎo)航；激光精確定位系統(tǒng)(7)提供車輛在行進路線中關(guān)鍵點處的準確定位和校核。
防碰撞保護系統(tǒng)(8)由超聲波無接觸防碰撞系統(tǒng)(14)和行程接觸式防碰撞系統(tǒng)(15) 構(gòu)成，超聲波無接觸防碰撞系統(tǒng)(14)由無線超聲波非接觸式傳感部件組成，該系統(tǒng)中的超聲波傳感器可在不接觸的情況下檢測到被測物，車輛自主決策控制系統(tǒng)(3)根據(jù)傳感系統(tǒng)反 饋信號的強弱來判斷檢測物的距離，有步驟的實施減速、停車；行程接觸式防碰撞系統(tǒng)(15) 在接觸到碰撞物后行程接觸式傳感器發(fā)出信號，實施緊急停車，同時防碰撞保護系統(tǒng)(8)中 的緩沖裝置可吸收車體的碰撞能量。
內(nèi)置在車輛自主決策控制系統(tǒng)(3)的雙閉環(huán)矢量控制模塊(13)通過驅(qū)動器A (16) / 驅(qū)動器B (17)的輸出端與旋轉(zhuǎn)電機A(20)/旋轉(zhuǎn)電機B (21)的輸入端相連，驅(qū)動器A(16) /驅(qū)動器B (17)根據(jù)雙閉環(huán)矢量控制模塊(13)的指令，發(fā)出相應(yīng)的電壓、頻率信號控制旋 轉(zhuǎn)電機A (20) /旋轉(zhuǎn)電機B (21)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩；編碼器A (18) /編碼器B (19)安裝在旋 轉(zhuǎn)電機A (20) /旋轉(zhuǎn)電機B (21)的旋轉(zhuǎn)輸出軸上，其檢測的反饋信號直接輸入到車輛自主 決策控制系統(tǒng)(3)中，實時測算車輪組A (22) /車輪組B (23)的行走速度；便攜式編程 器(24)可以實時監(jiān)測車輛行駛狀態(tài)，必要時可以通過其修改、設(shè)定車輛自主決策控制系統(tǒng) (3)的相關(guān)參數(shù)。
在圖3中，GPS定位系統(tǒng)(5)由定位系統(tǒng)基準站(25)、定位系統(tǒng)移動站(26)、 GPS 衛(wèi)星(33)組成；定位系統(tǒng)基準站(25)內(nèi)包含調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳電臺A (27)、 GPS接收機A
(29) 、 GPS天線A (31);定位系統(tǒng)移動站(26)內(nèi)包含調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳電臺B (28)、 GPS接 收機B (30)、 GPS天線B (32)、輔助定位系統(tǒng)(33);本實施例中的輔助定位系統(tǒng)(33)由 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(6)和激光精確定位系統(tǒng)(7)組合完成；GPS天線A (31)、 GPS天線B (32) 接收來自GPS衛(wèi)星(34)發(fā)出的定位指令，分別傳輸至GPS接收機A (29)、 GPS接收機B
(30) 的輸入端，GPS接收機A (29)、 GPS接收機B (30)處理編碼信息后發(fā)送到調(diào)頻網(wǎng)絡(luò) 數(shù)傳電臺A (27)、調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳電臺B (28)的接收端，調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳電臺A (27)與調(diào)頻 網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳電臺B (28)建立定位系統(tǒng)基準站(25)與定位系統(tǒng)移動站(26)的無線數(shù)傳鏈路， 實現(xiàn)信息的雙向傳遞。
權(quán)利要求1、一種集裝箱自動搬運車的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是由車輛自主決策控制系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光精確定位系統(tǒng)、防碰撞保護系統(tǒng)組成；所述的車輛自主決策控制系統(tǒng)裝設(shè)在車架內(nèi)的控制箱中，車輛自主決策控制系統(tǒng)內(nèi)置傳感器信號采集模塊、邏輯分析判斷模塊、信息數(shù)據(jù)決策支持模塊、雙閉環(huán)矢量控制模塊；所述的無線傳輸系統(tǒng)由專業(yè)調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳電臺構(gòu)成，裝設(shè)在車架前端一側(cè)，其無線數(shù)傳鏈路在定位系統(tǒng)基準站與定位系統(tǒng)移動站之間傳遞信息。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集裝箱自動搬運車的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是所述的 GPS定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光精確定位系統(tǒng)組成車輛集中定位系統(tǒng)；所述的慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)由慣性陀螺傳感裝置、控制顯示裝置、狀態(tài)選擇裝置組成；所述的激光精確定位系統(tǒng)由 激光測距模塊、振鏡驅(qū)動模塊、同步控制模塊、轉(zhuǎn)角測量模塊組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的集裝箱自動搬運車定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是所述的防碰撞保 護系統(tǒng)由超聲波無接觸防碰撞系統(tǒng)和行程接觸式防碰撞系統(tǒng)組成，裝設(shè)在車架前后兩端；超 聲波無接觸防碰撞系統(tǒng)由無線超聲波非接觸式傳感部件構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種集裝箱自動搬運車的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是所述的內(nèi) 置在車輛自主決策控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)矢量控制模塊通過驅(qū)動器A/驅(qū)動器B的輸出端與旋轉(zhuǎn)電 機A/旋轉(zhuǎn)電機B的輸入端相連；編碼器A/編碼器B安裝在旋轉(zhuǎn)電機A/旋轉(zhuǎn)電機B的旋轉(zhuǎn)輸 出軸上，其檢測的反饋信號直接輸入到車輛自主決策控制系統(tǒng)中。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集裝箱自動搬運車的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是所述的 GPS定位系統(tǒng)由定位系統(tǒng)基準站、定位系統(tǒng)移動站、GPS衛(wèi)星組成；定位系統(tǒng)基準站內(nèi)包含 調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳電臺A、 GPS接收機A、 GPS天線A;定位系統(tǒng)移動站內(nèi)包含調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳電 臺B、 GPS接收機B、 GPS天線B、輔助定位系統(tǒng)
專利摘要本實用新型涉及一種集裝箱自動搬運車定位導(dǎo)航系統(tǒng)，由車輛自主決策控制系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光精確定位系統(tǒng)、防碰撞保護系統(tǒng)組成。車輛自主決策控制系統(tǒng)內(nèi)置傳感器信號采集模塊、邏輯分析判斷模塊、信息數(shù)據(jù)決策支持模塊、雙閉環(huán)矢量控制模塊；無線傳輸系統(tǒng)由專業(yè)調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳電臺構(gòu)成，其無線數(shù)傳鏈路在定位系統(tǒng)基準站與定位系統(tǒng)移動站之間傳遞信息；GPS定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光精確定位系統(tǒng)組成的車輛集中定位系統(tǒng)可滿足車輛全天候、全過程的定位要求；防碰撞保護系統(tǒng)實現(xiàn)車輛三級防碰撞保護。本實用新型采用的定位導(dǎo)航系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)清晰、自動化程度高、智能化突出、安全性高的特點。
文檔編號G01S17/06GK201397390SQ20092015755
公開日2010年2月3日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者劉晉川, 姚立柱, 李海波, 瑞 楊, 饒京川 申請人:交通部水運科學(xué)研究所;交通運輸系統(tǒng)機電工程設(shè)計所