一種用于運載車行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于磁釘陣列（MPA，MagneticPinArray）的AGV行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)；在集裝箱碼頭及堆場埋設MPA，建立碼頭堆場位置坐標系及其與MPA相對應的位置矩陣，通過安裝在AGV車身（車前及車后）下方的電磁感應線圈，在AGV行駛過程中獲取到線圈感應范圍內(nèi)的地埋磁釘（MP）的磁脈沖信號，從而獲得AGV行駛的當前位置、速度、方向等狀態(tài)信息；根據(jù)AGV的當前位置，以及來自中央控制系統(tǒng)的AGV行駛指令（目標位置），通過AGV驅動控制器實現(xiàn)AGV的無人行駛控制；本發(fā)明實現(xiàn)簡單，性能可靠、實用，不受環(huán)境影響，不僅可用于智能化集裝箱碼頭的AGV無人自動導航，也可以應用于大型自動化物流倉庫的載貨車無人自動導航。
【專利說明】一種用于運載車行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種檢測系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種專用于磁釘陣列的集裝箱自動導 航運載車行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)與方法。
【背景技術】
[0002] 新一代大型智能化集裝箱碼頭可實現(xiàn)無人值守的全自動化集裝箱裝卸運輸，可極 大提高集裝箱港口的裝卸運輸效率，在集裝箱裝卸運輸過程中，碼頭前沿與后方堆場之間 的集裝箱平面運輸任務主要由無人自動導航運載車（AGV，Automated Guided Vehicle)完 成；
[0003] AGV拖運集裝箱過程中，AGV的行駛路徑將根據(jù)碼頭堆場的道路、障礙物等狀況進 行預先設定，并在行駛過程中可以通過檢測AGV的運動狀態(tài)修改AGV的行駛路徑；在這之 中，AGV的行駛位置檢測極為重要，只有在快速、準確檢測AGV行駛位置前提下，才能自動生 成安全、可靠的AGV行駛路徑規(guī)劃；
[0004] AGV的行駛位置檢測可以由全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS，Global Positioning System)實現(xiàn)，但是當天氣條件惡劣、或AGV被障礙物遮擋時，GPS信號變得不穩(wěn)定，這將影 響到AGV的定位可靠性以及影響到AGV的行駛安全；
[0005] AGV的行駛位置檢測也可以單獨由全站儀（ETS，Electronic Total Station)實 現(xiàn)，在碼頭堆場設立基準參考點，每輛AGV上安裝一套ETS，通過ETS來精確檢測AGV的行駛 位置。但是，由ETS建立的AGV行駛位置檢測系統(tǒng)價格昂貴，且AGV所處環(huán)境惡劣，行駛顛 簸、刮風下雨等都對ETS的性能和壽命帶來不利影響；
[0006] AGV的行駛位置檢測也可以通過獨立檢測AGV前后車輪的轉速和轉向角，在確定 AVG初始位置基礎上，經(jīng)過循環(huán)迭加計算，進而推算（估算）出AGV的當前位置狀態(tài)；但是， 這種方法主要依賴于模型計算，所產(chǎn)生的累積誤差可能會對AGV的行駛安全帶來影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術的不足，提供一種新型的基于磁釘陣列（MPA，Magnetic Pin Array)的AGV行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，性能可靠、實用，不受環(huán)境影響，不 僅可用于智能化集裝箱碼頭的AGV無人自動導航，也可以應用于大型自動化物流倉庫的載 貨車無人自動導航；同時，本發(fā)明還提供利用該系統(tǒng)進行行駛狀態(tài)檢測方法，該方法操作簡 單，性能穩(wěn)定，能有效地提聞檢測精度；
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是：
[0009] 一種用于運載車行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括堆場地埋式磁釘陣列、位 置信息傳感單元、位置信息處理單元、AGV驅動控制器及中央控制系統(tǒng)；
[0010] 所述堆場地埋式磁釘陣列用于產(chǎn)生磁信號，對行駛在碼頭堆場上的AGV進行位置 定位；
[0011] 所述位置信息傳感單元與位置信息處理單元電連接，接收系統(tǒng)中的磁信號，以確 定AGV車在堆場坐標系中的當前行駛位置；并將該位置信號的磁信號轉換成電脈沖信號， 輸送給位置信息處理單元；
[0012] 所述位置信息處理單元接收電脈沖信號，并將該信號進行處理后，通過無線輸送 給中央控制系統(tǒng)及AGV驅動控制器；
[0013] 進一步改進，所述堆場地埋式磁釘陣列中的磁釘為充磁磁釘；
[0014] 進一步改進，所述位置信息傳感單元包括兩套感應線圈，分別為AGV車前感應線 圈、AGV車后感應線圈；所述感應線圈與位置信息處理單元電連接，接收AGV車下方的磁釘 發(fā)出的磁信號，確定AGV車在堆場坐標系中的當前行駛位置，并將接收到的磁信號轉換成 電脈沖信號，輸送給位置信息處理單元；
[0015] 進一步改進，所述AGV車前感應線圈與AGV車后感應線圈的距離為12mm;
[0016] 進一步改進，所述感應線圈包括主繞組、左繞組及右繞組；
[0017] 進一步改進，所述感應線圈設置在AGV車的下方；
[0018] 進一步改進，位置信息處理單元包括信號輸入單元、行駛位置檢測單元、行駛偏差 檢測單元及行駛狀態(tài)綜合單元；所述信號輸入單元的輸入端與位置信息傳感單元中的感應 線圈中的主繞組、左繞組及右繞組相連，兩套感應線圈共形成六路信號連接，信號輸入單元 的輸出端分別與行駛位置檢測單元、行駛偏差檢測單元及行駛狀態(tài)綜合單元相連接，接收 位置信息傳感單元輸出的六路正負跳變電脈沖信號，經(jīng)濾波和整形后將信號分別輸出給行 駛位置檢測單元、行駛偏差檢測單元及行駛狀態(tài)綜合單元；所述行駛位置檢測單元、行駛偏 差檢測單元還分別與AGV驅動控制器相連接，所述行駛位置檢測單元、行駛偏差檢測單元 分別接收信號輸入單元送來的時間順序的正負跳變脈沖信號，根據(jù)正負跳變脈沖信號的間 隔時間，以及根據(jù)主繞組、左側繞組或右側繞組是否檢測到MP信號來判定AGV的行駛位置 (直線行駛或轉彎行駛）及AGV的行駛偏差（左偏或右偏），然后將判定結果以八位編碼方 式送給AGV驅動控制器；所述行駛狀態(tài)綜合單元與中央控制系統(tǒng)相連接，接收到信號輸入 單元送來的時間序列正負跳變脈沖信號，根據(jù)正負跳變脈沖信號的間隔時間，以及根據(jù)主 繞組、左側繞組或右側繞組是否檢測到MP信號來綜合判定AGV的當行駛狀態(tài)（行駛方向、 行駛偏差、行駛速度），然后將AGV的行駛狀態(tài)信息通過無線傳輸網(wǎng)絡發(fā)送給碼頭中央控制 系統(tǒng)，用于對AGV的遠程監(jiān)測；
[0019] 本發(fā)明還涉及利用上述系統(tǒng)進行運載車行駛狀態(tài)檢測的方法，具體步驟如下：
[0020] 步驟一、在集裝箱堆場中每個一定的距離埋設一個充磁磁釘MP，形成磁釘陣列 MPA ；
[0021] 步驟二、將AGV車置于堆場地埋式磁釘陣列中；AGV車接收中央控制系統(tǒng)的控制指 令，進行行駛運動；
[0022] 步驟三、AGV車位置信息傳感：AGV車移動時，AGV車下方的感應線圈隨AGV車一起 運動，通過對下方磁釘?shù)膾呙瑁东@相應的磁信號，以確定AGV車自身在堆場中的當前行駛 位置；感應線圈將捕獲的磁信號轉換成電脈沖信號，并輸送給位置信息處理單元，做進一步 信號處理；
[0023] 步驟四、傳感信號的輸入：位置信息處理單元中的信號輸入單元從位置信息傳感 單元中得到六路正負跳變電脈沖信號，經(jīng)濾波和整形后將信號分別輸出給行駛位置檢測單 元、行駛偏差檢測單元及行駛狀態(tài)綜合單元，做進一步的信號處理；
[0024] 步驟五、位置信息處理：行駛位置檢測單元、行駛偏差檢測單元分別接收信號輸入 單元送來的時間順序的正負跳變脈沖信號，根據(jù)正負跳變脈沖信號的間隔時間，以及根據(jù) 主繞組、左側繞組或右側繞組是否檢測到MP信號來判定AGV的行駛位置（直線行駛或轉彎 行駛）及AGV的行駛偏差（左偏或右偏），然后將判定結果以八位編碼方式送給AGV驅動控 制器；所述行駛狀態(tài)綜合單元接收信號輸入單元送來的時間序列正負跳變脈沖信號，根據(jù) 正負跳變脈沖信號的間隔時間，以及根據(jù)主繞組、左側繞組或右側繞組是否檢測到MP信號 來綜合判定AGV的當行駛狀態(tài)（行駛方向、行駛偏差、行駛速度），然后將AGV的行駛狀態(tài)信 息通過無線傳輸網(wǎng)絡發(fā)送給碼頭中央控制系統(tǒng)，用于對AGV的遠程監(jiān)測；
[0025] 進一步改進，在步驟一中，磁釘陣列MPA設置的方法，具體包括以下步驟：
[0026] A、將碼頭堆場以某點為原點建立一個平面坐標系XY ;
[0027] B、在堆場坐標系統(tǒng)XY內(nèi)每間隔一定的距離埋設一個充磁磁釘MP，該距離為4m;使 充磁磁釘MP組成的平面陣列對應的無人自動導航運載車AGV在堆場的行駛位置矩陣為W， 在坐標系XY中W = (WN.M) τχκ，因此W形成的陣列為：
【權利要求】
1. 一種用于運載車行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括堆場地埋式磁釘陣列、位置 信息傳感單元、位置信息處理單元、AGV驅動控制器及中央控制系統(tǒng)； 所述堆場地埋式磁釘陣列用于產(chǎn)生磁信號，對行駛在碼頭堆場上的AGV進行位置定 位； 所述位置信息傳感單元與位置信息處理單元電連接，接收系統(tǒng)中的磁信號，以確定AGV 車在堆場坐標系中的當前行駛位置；并將該位置信號的磁信號轉換成電脈沖信號，輸送給 位置信息處理單元； 所述位置信息處理單元接收電脈沖信號，并將該信號進行處理后，通過無線輸送給中 央控制系統(tǒng)及AGV驅動控制器。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于運載車行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述堆場 地埋式磁釘陣列中的磁釘為充磁磁釘。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于運載車行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述位置 信息傳感單元包括兩套感應線圈，分別為AGV車前感應線圈、AGV車后感應線圈；所述感應 線圈與位置信息處理單元電連接，接收AGV車下方的磁釘發(fā)出的磁信號，確定AGV車在堆場 坐標系中的當前行駛位置，并將接收到的磁信號轉換成電脈沖信號，輸送給位置信息處理 單元。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種用于運載車行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述AGV 車前感應線圈與AGV車后感應線圈的距離為12mm。
5. 根據(jù)權利要求3所述的一種用于運載車行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述感應 線圈包括主繞組、左繞組及右繞組。
6. 根據(jù)權利要求3所述的一種用于運載車行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述感應 線圈設置在AGV車的下方。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于運載車行駛狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于：位置信息 處理單元包括信號輸入單元、行駛位置檢測單元、行駛偏差檢測單元及行駛狀態(tài)綜合單元； 所述信號輸入單元的輸入端與位置信息傳感單元中的感應線圈中的主繞組、左繞組及右繞 組相連，兩套感應線圈共形成六路信號連接，信號輸入單元的輸出端分別與行駛位置檢測 單元、行駛偏差檢測單元及行駛狀態(tài)綜合單元相連接，接收位置信息傳感單元輸出的六路 正負跳變電脈沖信號，經(jīng)濾波和整形后將信號分別輸出給行駛位置檢測單元、行駛偏差檢 測單元及行駛狀態(tài)綜合單元；所述行駛位置檢測單元、行駛偏差檢測單元還分別與AGV驅 動控制器相連接，所述行駛位置檢測單元、行駛偏差檢測單元分別接收信號輸入單元送來 的時間順序的正負跳變脈沖信號，根據(jù)正負跳變脈沖信號的間隔時間，以及根據(jù)主繞組、左 側繞組或右側繞組是否檢測到MP信號來判定AGV的行駛位置（直線行駛或轉彎行駛）及 AGV的行駛偏差（左偏或右偏），然后將判定結果以八位編碼方式送給AGV驅動控制器；所 述行駛狀態(tài)綜合單元與中央控制系統(tǒng)相連接，接收到信號輸入單元送來的時間序列正負跳 變脈沖信號，根據(jù)正負跳變脈沖信號的間隔時間，以及根據(jù)主繞組、左側繞組或右側繞組是 否檢測到MP信號來綜合判定AGV的當行駛狀態(tài)（行駛方向、行駛偏差、行駛速度），然后將 AGV的行駛狀態(tài)信息通過無線傳輸網(wǎng)絡發(fā)送給碼頭中央控制系統(tǒng)，用于對AGV的遠程監(jiān)測。
8. 利用如權利要求1所述的檢測系統(tǒng)進行檢測的方法，其特征在于：具體步驟如下： 步驟一、在集裝箱堆場中每個一定的距離埋設一個充磁磁釘MP，形成磁釘陣列MPA ; 步驟二、將AGV車置于堆場地埋式磁釘陣列中；AGV車接收中央控制系統(tǒng)的控制指令， 進行行駛運動； 步驟三、AGV車位置信息傳感:AGV車移動時，AGV車下方的感應線圈隨AGV車一起運 動，通過對下方磁釘?shù)膾呙瑁东@相應的磁信號，以確定AGV車自身在堆場中的當前行駛位 置；感應線圈將捕獲的磁信號轉換成電脈沖信號，并輸送給位置信息處理單元，做進一步信 號處理； 步驟四、傳感信號的輸入：位置信息處理單元中的信號輸入單元從位置信息傳感單元 中得到六路正負跳變電脈沖信號，經(jīng)濾波和整形后將信號分別輸出給行駛位置檢測單元、 行駛偏差檢測單元及行駛狀態(tài)綜合單元，做進一步的信號處理； 步驟五、位置信息處理：行駛位置檢測單元、行駛偏差檢測單元分別接收信號輸入單元 送來的時間順序的正負跳變脈沖信號，根據(jù)正負跳變脈沖信號的間隔時間，以及根據(jù)主繞 組、左側繞組或右側繞組是否檢測到MP信號來判定AGV的行駛位置（直線行駛或轉彎行 駛）及AGV的行駛偏差（左偏或右偏），然后將判定結果以八位編碼方式送給AGV驅動控制 器；所述行駛狀態(tài)綜合單元接收信號輸入單元送來的時間序列正負跳變脈沖信號，根據(jù)正 負跳變脈沖信號的間隔時間，以及根據(jù)主繞組、左側繞組或右側繞組是否檢測到MP信號來 綜合判定AGV的當行駛狀態(tài)（行駛方向、行駛偏差、行駛速度），然后將AGV的行駛狀態(tài)信息 通過無線傳輸網(wǎng)絡發(fā)送給碼頭中央控制系統(tǒng)，用于對AGV的遠程監(jiān)測。
9.根據(jù)權利要求8所述檢測方法，其特征在于：在步驟一中，磁釘陣列MPA設置的方 法，具體包括以下步驟： A、 將碼頭堆場以某點為原點建立一個平面坐標系XY ; B、 在堆場坐標系統(tǒng)XY內(nèi)每間隔一定的距離埋設一個充磁磁釘MP，該距離為4m ;使充磁 磁釘MP組成的平面陣列對應的無人自動導航運載車AGV在堆場的行駛位置矩陣為W，在坐 標系XY中W = (WN，M)1XK，因此W形成的陣列為：
上述的位置矩陣W存儲在AGV的控制系統(tǒng)中，AGV通過車前和車后下方的MPA感應線 圈，獲得在其感應范圍內(nèi)的MP磁信號，以此確定AGV自身在堆場坐標系XY中的當前行駛位 置。
【文檔編號】G05B23/02GK104102217SQ201410333764
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權日:2014年7月14日
【發(fā)明者】褚建新, 薛海雷, 黃細霞, 牛王強, 翟琳 申請人:上海海事大學