CN107091647A - 港口集装箱水平搬运无人车导航方法 - Google Patents

港口集装箱水平搬运无人车导航方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种港口集装箱水平搬运无人车导航方法，所述导航方法包括如下步骤：获取初始位置信息和目标位置信息；获取行车方向：获取第一拐弯极限点位置信息；根据所述行车方向和所述目标位置信息，获取第二拐弯极限点位置信息；选择未被占用的导航行车道；获取所述导航行车道的两个路口位置信息，将所述初始位置信息与离所述初始位置信息最近的路口位置连接行车第一行车路径，将所述目标位置信息与离所述目标位置信息最近的路口位置连接形成第二行车路径，将所述第一行车路径、导航行车道和所述第二行车路径连接形成导航路径。可简便快捷地获取最优路径，减少冲突，保证了行车效率。

Description

港口集装箱水平搬运无人车导航方法
技术领域
本发明涉及导航领域，具体而言，涉及一种港口集装箱水平搬运无人车导航方法。
背景技术
在港口环境中，搬运集装箱常规需要人为开动卡车进行来回搬运，效率较低，常常出现排队等候的情况，造成资源浪费；现有的集装箱自动搬运车，通过磁钉与惯导组合来获取实时获取位置姿态，从而到达目标位置，减少人为的干预，但是实践中，效果并不是很理想，常常出现搬运车在路径识别与规划过程中，与其他车辆路径相冲突，造成突然急停，对集装箱中货物造成损伤，同时，造成路径丢失，需要重新规划路径的问题的出现。另一方面，由于实时识别与规划路径，影响搬运车行车速率，降低了搬运效率。
发明内容
本发明为了解决现有导航方法复杂，容易出现路径冲突的问题，提供了一种港口集装箱水平搬运无人车导航方法，所述港口用集装箱无人车所工作的环境包括，装载区和卸货区，所述装载区和所述卸货区之间设置有导航区，所述导航区中包括多条相互平行的导航线，相邻导航线形成导航行车道，所述导航行车道中所述港口用集装箱无人车的行车方向与所述装载区中港口用集装箱无人车的行车方向相互垂直，所述卸货区中所述港口用集装箱无人车的行车方向与所述装载区中港口用集装箱无人车的行车方向相互平行，所述导航方法包括如下步骤：
S101：获取初始位置信息和目标位置信息；
S102：根据初始位置信息和所述目标位置信息获取行车方向：
S103：根据所述行车方向和所述初始位置信息，获取离所述初始位置信息最近的第一拐弯极限点位置信息；根据所述行车方向和所述目标位置信息，获取离所述目标位置信息最近的第二拐弯极限点位置信息；并根据所述第一拐弯极限点位置信息和所述第二拐弯极限点位置信息，选择未被占用的导航行车道；
S104：根据所述步骤S103中选择的导航行车道，获取所述导航行车道的两个路口位置信息，将所述初始位置信息与离所述初始位置信息最近的路口位置连接行车第一行车路径，将所述目标位置信息与离所述目标位置信息最近的路口位置连接形成第二行车路径，将所述第一行车路径、所述步骤S103中选择的导航行车道和所述第二行车路径连接形成导航路径。
进一步地，所述步骤S102中获取行车方向的步骤包括：通过GPS的双天线定向以及地图信息来确定车的行驶方向。。
进一步地，所述步骤S103中获取离所述初始位置信息最近的第一拐弯极限点位置信息的步骤包括，将初始位置信息沿着S102中的行车方向增加一段转弯半径距离获得所述第一拐弯极限点位置信息；所述步骤S103中获取离所述目标位置信息最近的第二拐弯极限点位置信息的步骤包括，将目标位置信息沿着S102中的行车方向的反方向减小一段转弯半径距离获取所述第二拐弯极限点位置信息。
进一步地，所述步骤103中选择未被占用的导航行车道的步骤包括：获取被测导航行车道两侧的导航线位置信息，求取所述第一拐弯极限点位置和所述第二拐弯极限点位置之间沿着所述导航线的垂直方向的距离作为第一垂直距离，求取第一拐弯极限点位置与所述导航线的垂直距离作为第二垂直距离，求取第二拐弯极限点位置与所述导航线的垂直距离作为第三垂直距离，如被测导航行车道两侧的导航线同时满足，第二垂直距离与第三垂直距离之和为第一垂直距离，则当前被测导航行车道为可用导航行车道，判断为未被占用时，即可选作作为所述未被占用的导航行车道。
进一步地，所述判断为未被占用的步骤包括：获取导航行车道的占用时间段信息，判断当前所需的占用时间段与所述导航行车道的占用时间段信息没有冲突时，即可判断为未被占用。
进一步地，所述判断为未被占用的步骤还包括：采集所述导航行车道当前的占用状态，如果占用状态为被占用，直接判断为被占用，如果占用状态为未被占用，则根据所述占用时间段信息进行判断。
进一步地，相邻的所述导航线中分别设置有红外发射装置和红外接收装置，所述采集所述导航行车道当前的占用状态的步骤包括，判断所述红外接收装置是否接收到信息，如果未接收到信号，则所述导航行车道当前被占用。
进一步地，所述步骤S104中，所述第一行车路径与所述导航行车道连接的位置为拐弯路径，所述第二行车路径与所述导航行车道连接的位置为拐弯路径。
进一步地，所述港口用集装箱无人车包括前轮与后轮，所述转弯半径距离为前轮与后轮之间的轴距。
进一步地，所述步骤S101中获取初始位置信息的步骤包括：通过RTK、INS和视觉技术组合获取所述初始位置。。
本发明相对于现有技术，导航方法可简便快捷地获取最优路径，减少冲突，保证了行车效率。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明一些实施例中的港口集装箱水平搬运无人车导航方法中的港口环境示意图；
图2为本发明一些实施例中的港口集装箱水平搬运无人车导航方法流程示意图；
图3为本发明一些实施例中的港口集装箱水平搬运无人车导航方法示意图；
图4为本发明一些实施例中的占用状态判断示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明为了克服现有技术中，搬运车路径规划复杂，且实时识别造成行车效率低的问题，搭建了一种利于行车路径规划的港口环境，这种港口环境能够任意的运用到各个港口中，同时提供了基于此种港口环境的导航方法，保证了搬运车行车路径合理性。
实施例一
本发明实施例中的港口环境如图1所示，包括装载区100和卸货区200，装载区200靠近岸桥300，岸桥旁停靠货轮400，所述卸货区200靠近堆场500，所述装载区100和所述卸货区200之间设置有导航区600，所述导航区600中包括多条相互平行的导航线610，相邻导航线610形成导航行车道620，所述导航行车道620中所述港口用集装箱无人车700的行车方向与所述装载区100中港口用集装箱无人车700的行车方向相互垂直，所述卸货区200中所述港口用集装箱无人车700的行车方向与所述装载区100中港口用集装箱无人车700的行车方向相互平行，本发明中的港口环境简单，易于实现路径规划，保证搬运效率，能够在不同的海岸环境中搭建此环境。基于此种港口环境，本发明实施例进一步阐述了一种港口集装箱水平搬运无人车导航方法，如图2所示，包括如下步骤：
S101：获取初始位置信息和目标位置信息；
S102：根据初始位置信息和所述目标位置信息获取行车方向：
S103：根据所述行车方向和所述初始位置信息，获取离所述初始位置信息最近的第一拐弯极限点位置信息；根据所述行车方向和所述目标位置信息，获取离所述目标位置信息最近的第二拐弯极限点位置信息；并根据所述第一拐弯极限点位置信息和所述第二拐弯极限点位置信息，选择未被占用的导航行车道；最近的拐弯极限点理解为在此位置拐弯后即到达目标位置或者初始位置。
S104：根据所述步骤S103中选择的导航行车道，获取所述导航行车道的两个路口位置信息，将所述初始位置信息与离所述初始位置信息最近的路口位置连接行车第一行车路径，将所述目标位置信息与离所述目标位置信息最近的路口位置连接形成第二行车路径，将所述第一行车路径、所述步骤S103中选择的导航行车道和所述第二行车路径连接形成导航路径。本发明中路口位置信息在场地规划时，通过测绘的方式标定。无人车行驶到某些特定点附近后开始执行相应操作，通过车上的GPS位置信息和标定点误差在某个范围内的时候判定到达特定点。
本发明中的车辆导航的实现是通过GPS双天线保证车行驶方向，通过GPS、惯导和视觉导航来实现车辆的定位和姿态确定。导航是通过双天线定向以及港口地图信息来指引车辆行驶。本发明的导航方法可运用到多个无人车上，每个无人车上都有一个通信***，这个通信***可以与控制中心通信并结合港口地图来获取行驶方向及路径。
本发明中通信***将GPS信息传递给控制中心，所述控制中心结合港口地图来获取行驶方向及路径，并将相应的导航控制信息发送给所述无人车，所述无人车上的通信***接收上述信息后，控制所述无人车运行。
本发明实施例中的港口用集装箱无人车700从所述导航区600运行到所述装载区100和卸货区200时，常常需要拐弯，拐弯角度可根据实际情况设定，常常为90度，这时，在优化导航路径时，需要将用于拐弯的路径考虑到总路径中，防止拐弯之后的无人车700的位置超出预期的停靠位置，造成无人车700还需切换行车方向，降低了行车效率。即将拐弯半径考虑到总路径中，之后选择中间导航区600中的导航行车道620时，还考虑了是否被占用，保证了路径通畅。
如图3所示，获取初始位置310信息和目标位置320信息，根据初始位置310信息和目标位置320信息获取行车方向(图中箭头所示)，本发明的无人车700可以前后两个方向运动，将所述目标位置320信息减去所述初始位置310信息形成行车方向向量340，将所述行车方向向量340向所述卸货区200或装载区100中所述港口用集装箱无人车700的行车方向上投影，行成所需的行车方向。根据所述行车方向和所述初始位置310，获取离所述初始位置310信息最近的第一拐弯极限点311；根据所述行车方向和所述目标位置320，获取离所述目标位置320最近的第二拐弯极限点位置322；并根据所述第一拐弯极限点位置311和所述第二拐弯极限点位置322信息，选择未被占用的导航行车道620；在第一拐弯极限点位置311和所述第二拐弯极限点位置322之间的路径都为可用路径330，通过占用状态判断进行选择行车路径。
具体地，如图3所示，从初始位置311沿着行车方向增加一段转弯半径距离获得所述第一拐弯极限点位置311信息；从目标位置320行车方向的反方向减小一段转弯半径距离获取所述第二拐弯极限点位置322。保证了拐弯之后的无人车700位于初始位置310和目标位置320之间的范围之内。
进行占用判断的步骤包括，获取被测导航行车道620两侧的导航线610位置信息，具体可通过在预存的信息中求取，求取所述第一拐弯极限点位置311和所述第二拐弯极限点位置322之间沿着所述导航线的垂直方向的距离作为第一垂直距离S1，求取第一拐弯极限点位置311与所述导航线610的垂直距离作为第二垂直距离S2，求取第二拐弯极限点位置322与所述导航线610的垂直距离作为第三垂直距离S3，如被测导航行车道620两侧的导航线610同时满足，第二垂直距离S2与第三垂直距离S3之和为第一垂直距离S1，则当前被测导航行车道620为可用导航行车道，判断为未被占用时，即可选作作为所述未被占用的导航行车道620。
具体地，可通过读取其他车辆行车路径的信息和占用行车道的时间，所述判断为未被占用的步骤包括：获取导航行车道620的占用时间段信息，判断当前所需的占用时间段与所述导航行车道的占用时间段信息没有冲突时，即可判断为未被占用，如，当前的占用时间段为10：05～10：15，如其他的占用时间段包括8：45～8：55、9：05～9：15、9：45～9：55，则没有冲突，可以使用；如果占用时间段包括10：00～10：10，则冲突，此导航行车道620不可用。
也可通过实际测试是否占用来判断室友可用，具体地，所述判断为未被占用的步骤还包括：采集所述导航行车道620当前的占用状态，如果占用状态为被占用，直接判断为被占用，如果占用状态为未被占用，则根据所述占用时间段信息进行判断。可通过磁钉检测，红外检测，超声波检测获取是否被占用，具体地，如图4所示，相邻的所述导航线610中分别设置有红外发射装置611和红外接收装置612，所述采集所述导航行车道当前的占用状态的步骤包括，判断所述红外接收装置612是否接收到信息，如果未接收到信号，则所述导航行车道620当前被占用。
为了保证行车流畅性，所述步骤S104中，所述第一行车路径与所述导航行车道连接的位置为拐弯路径，或者所述第二行车路径与所述导航行车道连接的位置为拐弯路径。本发明中的无人车700拐弯通过差速方式进行拐弯，保证抓地稳固，路径丢失少。
为了减少拐弯幅图，拐弯半径合适地选择为前后轮轴距，所述港口用集装箱无人车700包括前轮与后轮，所述转弯半径距离为前轮与后轮之间的轴距。
进一步地，所述步骤S101中获取初始位置信息的步骤包括通过GPS***获取当前位置信息作为所述初始位置信息，也可通过局部场地定位***获取位置信息。使用激光感知车周围环境(比如检测障碍物)。使用GPS/INS组合导航来获取车辆的绝对位置，使用视觉来获取车辆的相对位置，使用激光来检测障碍物。再如通过激光跟踪仪获取无人车的位置信息。
本发明实施例中的导航方法可简便快捷地获取最优路径，减少冲突，保证了行车效率。同时，能够建立全局地图，实时监控车辆行车信息，即将车辆的行车路径统一显示在同一地图画面上，利于港口的行车安全监控。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种港口集装箱水平搬运无人车导航方法，其特征在于，所述港口用集装箱无人车所工作的环境包括，装载区和卸货区，所述装载区和所述卸货区之间设置有导航区，所述导航区中包括多条相互平行的导航线，相邻导航线形成导航行车道，所述导航行车道中所述港口用集装箱无人车的行车方向与所述装载区中港口用集装箱无人车的行车方向相互垂直，所述卸货区中所述港口用集装箱无人车的行车方向与所述装载区中港口用集装箱无人车的行车方向相互平行，所述导航方法包括如下步骤：
S101：获取初始位置信息和目标位置信息；
S102：根据初始位置信息和所述目标位置信息获取行车方向：
S103：根据所述行车方向和所述初始位置信息，获取离所述初始位置信息最近的第一拐弯极限点位置信息；根据所述行车方向和所述目标位置信息，获取离所述目标位置信息最近的第二拐弯极限点位置信息；并根据所述第一拐弯极限点位置信息和所述第二拐弯极限点位置信息，选择未被占用的导航行车道；
S104：根据所述步骤S103中选择的导航行车道，获取所述导航行车道的两个路口位置信息，将所述初始位置信息与离所述初始位置信息最近的路口位置连接行车第一行车路径，将所述目标位置信息与离所述目标位置信息最近的路口位置连接形成第二行车路径，将所述第一行车路径、所述步骤S103中选择的导航行车道和所述第二行车路径连接形成导航路径。
2.根据权利要求1所述的港口集装箱水平搬运无人车导航方法，其特征在于，所述步骤S102中获取行车方向的步骤包括：通过GPS的双天线定向以及地图信息来确定车的行驶方向。
3.根据权利要求2所述的港口集装箱水平搬运无人车导航方法，其特征在于，所述步骤S103中获取离所述初始位置信息最近的第一拐弯极限点位置信息的步骤包括，将初始位置信息沿着S102中的行车方向增加一段转弯半径距离获得所述第一拐弯极限点位置信息；所述步骤S103中获取离所述目标位置信息最近的第二拐弯极限点位置信息的步骤包括，将目标位置信息沿着S102中的行车方向的反方向减小一段转弯半径距离获取所述第二拐弯极限点位置信息。
4.根据权利要求1所述的港口集装箱水平搬运无人车导航方法，其特征在于，所述步骤103中选择未被占用的导航行车道的步骤包括：获取被测导航行车道两侧的导航线位置信息，求取所述第一拐弯极限点位置和所述第二拐弯极限点位置之间沿着所述导航线的垂直方向的距离作为第一垂直距离，求取第一拐弯极限点位置与所述导航线的垂直距离作为第二垂直距离，求取第二拐弯极限点位置与所述导航线的垂直距离作为第三垂直距离，如被测导航行车道两侧的导航线同时满足，第二垂直距离与第三垂直距离之和为第一垂直距离，则当前被测导航行车道为可用导航行车道，判断为未被占用时，即可选作作为所述未被占用的导航行车道。
5.根据权利要求4所述的港口集装箱水平搬运无人车导航方法，其特征在于，所述判断为未被占用的步骤包括：获取导航行车道的占用时间段信息，判断当前所需的占用时间段与所述导航行车道的占用时间段信息没有冲突时，即可判断为未被占用。
6.根据权利要求5所述的港口集装箱水平搬运无人车导航方法，其特征在于，所述判断为未被占用的步骤还包括：采集所述导航行车道当前的占用状态，如果占用状态为被占用，直接判断为被占用，如果占用状态为未被占用，则根据所述占用时间段信息进行判断。
7.根据权利要求6所述的港口集装箱水平搬运无人车导航方法，其特征在于，相邻的所述导航线中分别设置有红外发射装置和红外接收装置，所述采集所述导航行车道当前的占用状态的步骤包括，判断所述红外接收装置是否接收到信息，如果未接收到信号，则所述导航行车道当前被占用。
8.根据权利要求1所述的港口集装箱水平搬运无人车导航方法，其特征在于，所述步骤S104中，所述第一行车路径与所述导航行车道连接的位置为拐弯路径，所述第二行车路径与所述导航行车道连接的位置为拐弯路径。
9.根据权利要求3所述的港口集装箱水平搬运无人车导航方法，其特征在于，所述港口用集装箱无人车包括前轮与后轮，所述转弯半径距离为前轮与后轮之间的轴距。
10.根据权利要求1所述的港口集装箱水平搬运无人车导航方法，其特征在于，所述步骤S101中获取初始位置信息的步骤包括：通过RTK、INS和视觉技术组合获取所述初始位置。
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