CN112926712B - 一种四向穿梭车连续定位***与方法 - Google Patents

一种四向穿梭车连续定位***与方法 Download PDF

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Abstract

一种四向穿梭车连续定位***，包括有货架通道；编码条安装在货架通道的底部；二维码贴在编码条上的指定位置；二维码朝上，面对四向穿梭车的底部；工业相机设在四向穿梭车下方；工业相机与控制器相连；定位的步骤为，1)，将编码条安装在货架通道的底部，二维码贴在编码条上，二维码朝上面对四向穿梭车的底部，四向穿梭车的底部设有工业相机；2)，工业相机获取编码条上的二维码图像信息，传给车载控制器；3)，车载控制器获取二维码在世界坐标系下的坐标值、二维码中心在相机坐标系下的坐标值；4)，通过车载控制器的计算，得到四向穿梭车在世界坐标系下的坐标值，并输出定位结果；具有没有累计误差、无需自行校准操作、定位准确的特点。

Description

一种四向穿梭车连续定位***与方法
技术领域
本发明属于四向穿梭车技术领域，具体涉及一种四向穿梭车连续定位***与方法。
背景技术
在飞速发展的物流仓储行业内，为了提高仓储效率，节省成本，无人化仓储是行业发展的必然趋势。在货架式立体仓储***中，智能四向穿梭车是一个在水平面内集四向(前、后、左、右)行驶、原地换向、自动装卸、智能监控等功能于一体的智能搬运设备。在交叉轨道上，它可沿纵向轨道方向行驶，也可沿横向轨道方向行驶，它能够到达仓库中的任意一个货位，不受场地限制，适应各种工作环境，终端自由调度，实现全自动无人值守。
四向穿梭车的行驶动作的主要要求有：1)四向穿梭车在做直线运动时，能够在直线轨道上平稳启动和停止。2)四向穿梭车在到达指定位置(各十字交叉轨道口和各货位)时，能够精准定位，确保四向穿梭车不超出或者未到达指定位置，通常定位误差小于5mm。因此，四向穿梭车的定位精度要求非常高，高效精确的定位方式成为目前基于四向穿梭车的仓储***亟待解决的问题。
目前，仓储穿梭车的定位方法主要有：1)使用轮速编码器进行位置计算，由于穿梭车本体及载货重量变化较大，编码器在计算位置时存在误差，而且误差会随着行驶时间不断累积，导致定位误差过大；2)增加绝对位置指示装置对编码器定位进行自动校准操作，消除累计误差，防止因为累计误差导致的定位不准确，比如在穿梭车底部设置接近开关，并利用货架间轨道上的横梁进行编码器定位校准，但绝对位置之间的编码器定位误差仍然存在；3)基于测距仪的定位方式存在容易受到其它穿梭车的遮挡问题，因此得不到连续的稳定的定位结果；4)基于侧面二维编码的穿梭车定位方法根据地理编码原理，对货架的每个位置制作成一一对应的二维码，通过安装在穿梭车侧面的光学读码器对货架导轨上的二维码带进行扫描，准确定位穿梭车在运行过程中的位置状态。因为这种方法把预先准备好的二维码带贴在货架导轨的侧壁上，光学读码器也安装在穿梭车的侧面，所以在十字交叉轨道口等地方会出现断码现象，导致定位结果不连续或无法定位。定位误差过大、不连续或无法定位将会导致四向穿梭车无法平稳准确地到达指定的十字交叉路口或指定的货位，继而无法完成换向行驶和装卸货作业，甚至会发生碰撞事故，导致设备损坏，造成严重的经济损失。因此，为了避免货物放置不稳或放置位置不恰当的情况发生，保证仓储的运输安全，同时大大提高仓储的作业效率，开发一种连续的精确的四向穿梭车定位***具有重要的现实意义。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种四向穿梭车连续定位***与方法，具有没有累计误差、无需自行校准操作、定位准确的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种四向穿梭车连续定位***，包括有货架通道、编码条、工业相机、控制器和四向穿梭车；编码条安装在货架通道的底部；二维码贴在编码条上的指定位置；二维码朝上，面对四向穿梭车的底部；安装在四向穿梭车下方的工业相机对贴有二维码的编码条进行扫描；工业相机与控制器相连。
所述的四向穿梭车，其作业平面区域被分割成网状的同样大小的单元格，四向穿梭车纵向通行的相同列单元格组成纵向通道，四向穿梭车横向通行的相同行单元格组成横向通道。
所述的单元格包括单元格货位和单元格通道，每个单元格601的纵向被平均分成M等份，其横向被平均分成N等份，故单元格601被平均分成M×N份矩形区602；M和N的取值满足车载工业相机可获取清晰的二维码的扫描图像，且在车载工业相机的视野中至少有一个完整的矩形区，M,N∈[20,50]。
所述的横向通道和纵向通道交叉的单元格处，横向二维码编码条和纵向二维码编码条相交于该单元格的第i行第j列矩形区，在该区域内的二维码为横向通道和纵向通道共用的二维码。
利用一种四向穿梭车连续定位***定位的方法，包括以下步骤：
步骤1，将编码条2安装在货架通道1的底部，二维码贴在编码条2上的指定位置，二维码朝上面对四向穿梭车3的底部，四向穿梭车3的底部设有工业相机4；
步骤2，安装在四向穿梭车上的工业相机获取编码条上的二维码图像信息，并传给车载控制器；
步骤3，车载控制器通过识别二维码，获取二维码在世界坐标系下的坐标值、以及二维码中心在相机坐标系下的坐标值；
步骤4，通过车载控制器的计算，得到四向穿梭车在世界坐标系下的坐标值，并输出定位结果。
所述的四向穿梭车，其作业平面区域被分割成网状的同样大小的单元格。
所述的单元格包括单元格货位和单元格通道，每个单元格601的纵向被平均分成M等份，其横向被平均分成N等份，故单元格601被平均分成M×N份矩形区602，通常M,N∈[20,50]；二维码201贴于单元格601的第i(M≥i≥1)行和第j(N≥j≥1)列矩形区602内；若单元格601位于横向货架通道101上，单元格601第i行的所有N个矩形区602均须粘贴二维码201；若单元格601位于纵向货架通道102上，单元格601第j列的所有M个矩形区602均须粘贴二维码201；当四向穿梭车3准确停在单元格601上时，单元格601的第i行第j列矩形区602的中心位置与四向穿梭车3上的车载工业相机4的镜头中心在同一铅垂线上，确保车载工业相机4的扫描图像的横向与四向穿梭车3的横向行驶方向保持平行，扫描图像的纵向与四向穿梭车3的纵向行驶方向保持平行。
所述的编码条2，覆盖横向货架通道101或纵向货架通道102上的所有矩形区602，用于固定和粘贴二维码201，编码条2上的所有矩形区602均须粘贴一个二维码201。
所述的车载工业相机4，其视野中至少有一个完整的矩形区602。
所述的车作业平面，定义了三个坐标***，坐标系OwXwYw为世界坐标系，OwXw轴与四向穿梭车3的横向行驶方向平行，OwYw轴与四向穿梭车3的纵向行驶方向平行。坐标系OvXvYv为车体坐标系，其中点Ov为四向穿梭车的车体几何中心点，OvXv轴与OwXw轴方向一致，OvYv轴与OwYw轴方向一致；坐标系OcXcYc为相机坐标系，其中点Oc为车载工业相机4的镜头中心，OcXc轴与OwXw轴方向一致，OcYc轴与OwYw轴方向一致。
所述的车载控制器的计算，具体做法是：
首先，把所有二维码201在世界坐标系OwXwYw中的坐标值存储在二维码列表中；其次，获取车载工业相机4的镜头中心在车体坐标系OvXvYv中的坐标值/>然后，根据处理和识别车载工业相机4的扫描图像，获取当前二维码201的中心在相机坐标系OcXcYc中的坐标值/>并通过查询二维码列表获取；当前二维码在世界坐标系OwXwYw中的坐标值/>最后，运用公式/>获得四向穿梭车3在世界坐标系OwXwYw中的坐标值/>
本发明的有益效果是：
与利用编码器进行定位的方式相比较，该定位***没有累计误差，无需进行自动校准操作，不会出现因为累计误差导致的定位不准确的现象。
在该定位***中，贴有二维码的编码条在横向货架通道和纵向货架通道上都是连续的(无断码现象)，即本发明在车载工业相机4的视野中至少有一个完整的矩形区602，编码条2上的所有矩形区602均须粘贴一个二维码201，所以本发明公开的定位方法能够获得四向穿梭车的连续定位结果，因此在四向穿梭车行驶到的任意位置，都能够获得其准确的绝对位置信息，因此该定位***的定位结果是连续的。
该定位***结合了图像识别的优点，综合运用了在图像中的信息，从二维码标识的图像信息中提炼出相机在空间中稳定、可靠的位置信息，因此该定位***响应速度快，定位精度高。
通过控制器中的程序可以高精度地、连续地获取四向穿梭车在运行过程中的位置信息。
附图说明
图1本发明的***原理框图。
图2***硬件布置示意图。
图3为本发明的四向穿梭车作业平面中的二维码布置示意图。
图4为本发明车载工业相机安装位置示意图。
图5为本发明各坐标***示意图。
图6为四向穿梭车的定位算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1-4，一种四向穿梭车连续定位***，包括有货架通道、编码条、工业相机、控制器和四向穿梭车；编码条安装在货架通道的底部；二维码贴在编码条上的指定位置；二维码朝上，面对四向穿梭车的底部；安装在四向穿梭车下方的工业相机对贴有二维码的编码条进行扫描；工业相机与控制器相连。
所述的四向穿梭车，其作业平面区域被分割成网状的同样大小的单元格，四向穿梭车纵向通行的相同列单元格组成纵向通道，四向穿梭车横向通行的相同行单元格组成横向通道。
所述的单元格包括单元格货位和单元格通道，每个单元格601的纵向被平均分成M等份，其横向被平均分成N等份，故单元格601被平均分成M×N份矩形区602；M和N的取值满足车载工业相机可获取清晰的二维码的扫描图像，且在车载工业相机的视野中至少有一个完整的矩形区，M,N∈[20,50]。
所述的横向通道和纵向通道的相交单元格处，横向二维码编码条和纵向二维码编码条相交于该单元格的第i行第j列矩形区，在该区域内的二维码为横向通道和纵向通道共用的二维码。
利用一种四向穿梭车连续定位***定位的方法，包括以下步骤：
步骤1，将编码条2安装在货架通道1的底部，二维码贴在编码条2上的指定位置，二维码朝上面对四向穿梭车3的底部，四向穿梭车3的底部设有工业相机4；
步骤2，
安装在四向穿梭车上的工业相机获取编码条上的二维码图像信息，并传给车载控制器；
步骤2，车载控制器通过识别二维码，获取二维码在世界坐标系下的坐标值、以及二维码中心在相机坐标系下的坐标值；
步骤3，通过车载控制器的计算，得到四向穿梭车在世界坐标系下的坐标值，并输出定位结果。
所述的四向穿梭车，其作业平面区域被分割成网状的同样大小的单元格。
所述的单元格包括单元格货位和单元格通道，每个单元格601的纵向被平均分成M等份，其横向被平均分成N等份，故单元格601被平均分成M×N份矩形区602；二维码201贴于单元格601的第i(M≥i≥1)行和第j(N≥j≥1)列矩形区602内；若单元格601位于横向货架通道101上，单元格601第i行的所有N个矩形区602均须粘贴二维码201；若单元格601位于纵向货架通道102上，单元格601第j列的所有M个矩形区602均须粘贴二维码201；当四向穿梭车3准确停在单元格601上时，单元格601的第i行第j列矩形区602的中心位置与四向穿梭车3上的车载工业相机4的镜头中心在同一铅垂线上，确保车载工业相机4的扫描图像的横向与四向穿梭车3的横向行驶方向保持平行，扫描图像的纵向与四向穿梭车3的纵向行驶方向保持平行。
所述的编码条2，覆盖横向货架通道101或纵向货架通道102上的所有矩形区602，用于固定和粘贴二维码201，编码条2上的所有矩形区602均须粘贴一个二维码201。
所述的车载工业相机4，其视野中至少有一个完整的矩形区602。
所述的车作业平面，定义了三个坐标***，坐标系OwXwYw为世界坐标系，OwXw轴与四向穿梭车3的横向行驶方向平行，OwYw轴与四向穿梭车3的纵向行驶方向平行。坐标系OvXvYv为车体坐标系，其中点Ov为四向穿梭车的车体几何中心点，OvXv轴与OwXw轴方向一致，OvYv轴与OwYw轴方向一致；坐标系OcXcYc为相机坐标系，其中点Oc为车载工业相机4的镜头中心，OcXc轴与OwXw轴方向一致，OcYc轴与OwYw轴方向一致。
所述的车载控制器的计算，具体做法是：
首先，把所有二维码201在世界坐标系OwXwYw中的坐标值存储在二维码列表中；其次，获取车载工业相机4的镜头中心在车体坐标系OvXvYv中的坐标值/>然后，根据处理和识别车载工业相机4的扫描图像，获取当前二维码201的中心在相机坐标系OcXcYc中的坐标值/>并通过查询二维码列表获取；当前二维码在世界坐标系OwXwYw中的坐标值/>最后，运用公式/>获得四向穿梭车3在世界坐标系OwXwYw中的坐标值/>
本发明的定位***的原理图如图1所示，安装在四向穿梭车上的工业相机获取编码条上的二维码图像信息，并传给车载控制器，车载控制器通过识别二维码获取二维码在世界坐标系下的坐标值，以及二维码中心在相机坐标系下的坐标值，进而通过计算得到四向穿梭车在世界坐标系下的坐标值，并输出定位结果。
该定位***的硬件布置示意图如图2所示，具体包括货架通道1、编码条2、四向穿梭车3、工业相机4和车载控制器5。其中，编码条2安装在货架通道1的底部，二维码贴在编码条2上的指定位置，二维码朝上面对四向穿梭车3的底部，安装在四向穿梭车3下方的工业相机4对贴有二维码的编码条2进行扫描，通过车载控制器5中的程序可以高精度地、连续地获取四向穿梭车3在运行过程中的位置信息。四向穿梭车作业平面中的二维码布置如图3所示。其中，四向穿梭车作业平面区域6被分割成网格状的同样大小的单元格601(包括单元格货位和单元格通道)，每个单元格601的纵向被平均分成M等份，其横向被平均分成N等份，故单元格601被平均分成M×N份矩形区602。设定二维码201贴于单元格601的第i(M≥i≥1)行和第j(N≥j≥1)列矩形区602内，若单元格601位于横向货架通道101上，单元格601第i行的所有N个矩形区602均须粘贴二维码201；若单元格601位于纵向货架通道102上，单元格601第j列的所有M个矩形区602均须粘贴二维码201。编码条2覆盖横向货架通道101或纵向货架通道102上的所有矩形区602，用于固定和粘贴二维码201，编码条2上的所有矩形区602均须粘贴一个二维码201。不失一般性，为了说明问题，在图3的实例中的M＝4，N＝4，i＝3，j＝3。M和N的取值应满足车载工业相机4能够获取清晰的二维码201的扫描图像，且在车载工业相机4的视野中至少有一个完整的矩形区602，通常M,N∈[20,50]。编码条安装在货架通道的底部，二维码贴在编码条上的指定位置(矩形区)，二维码朝上面对四向穿梭车的底部，安装在四向穿梭车下方的工业相机面对编码条，对贴有二维码的编码条进行实时扫描。
车载工业相机4在四向穿梭车上的安装位置如图4所示。工业相机4安装于在四向穿梭车3底部，面对编码条2。当四向穿梭车3准确停在单元格601上时，单元格601的第i行第j列矩形区602的中心位置与四向穿梭车3上的车载工业相机4的镜头中心在同一铅垂线上，确保车载工业相机4的扫描图像的横向与四向穿梭车3的横向行驶方向保持平行，扫描图像的纵向与四向穿梭车3的纵向行驶方向保持平行。
本发明的***在四向穿梭车作业平面中定义了三个坐标***，如附图5所示。坐标系OwXwYw为世界坐标系，OwXw轴与四向穿梭车3的横向行驶方向平行，OwYw轴与四向穿梭车3的纵向行驶方向平行。坐标系OvXvYv为车体坐标系，其中点Ov为四向穿梭车的车体几何中心点，OvXv轴与OwXw轴方向一致，OvYv轴与OwYw轴方向一致。坐标系OcXcYc为相机坐标系，其中点Oc为车载工业相机4的镜头中心，OcXc轴与OwXw轴方向一致，OcYc轴与OwYw轴方向一致。
一种四向穿梭车连续定位方法的算法流程图如图6所示。首先，把所有二维码201在世界坐标系OwXwYw中的坐标值存储在二维码列表中；其次，获取车载工业相机4的镜头中心在车体坐标系OvXvYv中的坐标值/>然后，根据处理和识别车载工业相机4的扫描图像，获取当前二维码201的中心在相机坐标系OcXcYc中的坐标值/>并通过查询二维码列表获取当前二维码在世界坐标系OwXwYw中的坐标值/>最后，运用公式获得四向穿梭车3在世界坐标系OwXwYw中的坐标值/>因为，在车载工业相机4的视野中至少有一个完整的矩形区602，编码条2上的所有矩形区602均须粘贴一个二维码201，所以本专利公开的定位方法能够获得四向穿梭车的连续定位结果。

Claims (6)

1.一种四向穿梭车连续定位***，包括有货架通道、编码条、工业相机、控制器和四向穿梭车；其特征在于，编码条安装在货架通道的底部；二维码贴在编码条上的指定位置；二维码朝上，面对四向穿梭车的底部；安装在四向穿梭车下方的工业相机对贴有二维码的编码条进行扫描；工业相机与控制器相连；
所述的四向穿梭车，其作业平面区域被分割成网状的同样大小的单元格，四向穿梭车纵向通行的相同列单元格组成纵向通道，四向穿梭车横向通行的相同行单元格组成横向通道；
所述的单元格包括单元格货位和单元格通道，每个单元格(601)的纵向被平均分成M等份，其横向被平均分成N等份，故单元格(601)被平均分成M×N份矩形区(602)；M和N的取值满足车载工业相机可获取清晰的二维码的扫描图像，且在车载工业相机的视野中至少有一个完整的矩形区，M,N∈[20,50]；
所述的横向通道和纵向通道的相交单元格处，横向二维码编码条和纵向二维码编码条相交于该单元格的第i行第j列矩形区，在该区域内的二维码为横向通道和纵向通道共用的二维码。
2.利用一种四向穿梭车连续定位***定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将编码条(2)安装在货架通道(1)的底部，二维码贴在编码条(2)上的指定位置，二维码朝上面对四向穿梭车(3)的底部，四向穿梭车(3)的底部设有工业相机(4)；
步骤2，安装在四向穿梭车上的工业相机获取编码条上的二维码图像信息，并传给车载控制器；
步骤3，车载控制器通过识别二维码，获取二维码在世界坐标系下的坐标值、以及二维码中心在相机坐标系下的坐标值；
步骤4，通过车载控制器的计算，得到四向穿梭车在世界坐标系下的坐标值，并输出定位结果；
所述的四向穿梭车，其作业平面区域被分割成网状的同样大小的单元格，单元格包括单元格货位和单元格通道，每个单元格(601)的纵向被平均分成M等份，其横向被平均分成N等份，故单元格(601)被平均分成M×N份矩形区(602)，通常M,N∈[20,50]；二维码(201)贴于单元格(601)的第i(M≥i≥1)行和第j(N≥j≥1)列矩形区(602)内；若单元格(601)位于横向货架通道(101)上，单元格(601)第i行的所有N个矩形区(602)均须粘贴二维码(201)；若单元格(601)位于纵向货架通道102上，单元格(601)第j列的所有M个矩形区(602)均须粘贴二维码(201)；当四向穿梭车(3)准确停在单元格(601)上时，单元格(601)的第i行第j列矩形区(602)的中心位置与四向穿梭车(3)上的车载工业相机(4)的镜头中心在同一铅垂线上，确保车载工业相机(4)的扫描图像的横向与四向穿梭车(3)的横向行驶方向保持平行，扫描图像的纵向与四向穿梭车(3)的纵向行驶方向保持平行。
3.根据权利要求2所述的利用一种四向穿梭车连续定位***定位的方法，其特征在于，所述的编码条(2)，覆盖横向货架通道(101)上所有单元格的第i行的N个矩形区(602)，或纵向货架通道(102)上所有单元格的第j列的M个矩形区(602)，用于固定和粘贴二维码(201)，编码条(2)上的所有矩形区(602)均须粘贴一个二维码(201)。
4.根据权利要求2所述的利用一种四向穿梭车连续定位***定位的方法，其特征在于，所述的车载工业相机(4)，其视野中至少有一个完整的矩形区(602)。
5.根据权利要求2所述的利用一种四向穿梭车连续定位***定位的方法，其特征在于，所述的作业平面，定义了三个坐标***，坐标系OwXwYw为世界坐标系，OwXw轴与四向穿梭车(3)的横向行驶方向平行，OwYw轴与四向穿梭车(3)的纵向行驶方向平行，坐标系OvXvYv为车体坐标系，其中点Ov为四向穿梭车的车体几何中心点，OvXv轴与OwXw轴方向一致，OvYv轴与OwYw轴方向一致；坐标系OcXcYc为相机坐标系，其中点Oc为车载工业相机(4)的镜头中心，OcXc轴与OwXw轴方向一致，OcYc轴与OwYw轴方向一致。
6.根据权利要求2所述的利用一种四向穿梭车连续定位***定位的方法，其特征在于，所述的车载控制器的计算，具体做法是：
首先，把所有二维码(201)在世界坐标系OwXwYw中的坐标值存储在二维码列表中；其次，获取车载工业相机(4)的镜头中心在车体坐标系OvXvYv中的坐标值/>然后，根据处理和识别车载工业相机(4)的扫描图像，获取当前二维码(201)的中心在相机坐标系OcXcYc中的坐标值/>并通过查询二维码列表获取；当前二维码在世界坐标系OwXwYw中的坐标值/>最后，运用公式/>获得四向穿梭车(3)在世界坐标系OwXwYw中的坐标值/>
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