[發明專利]基于模板的自動化集裝箱碼頭自動引導車輛路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201611029192.4
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN106767808B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 張崢煒;劉洪源;邊志成
• 申請（專利權）人: 上海振華重工電氣有限公司;上海振華重工（集團）股份有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 上海集信知識產權代理有限公司 31254
• 代理人: 周成

本發明公開了基于模板的自動化集裝箱碼頭自動引導車輛路徑規劃方法，包括：設定密集磁釘區域，并在所述磁釘區域內規劃密集磁釘陣列；根據自動引導車輛的特征參數，按照磁釘區域內磁釘的相互距離預設自動引導車輛的直行、斜行、直角轉彎和U型轉彎模板；設定起點和終點的位置；利用兩點最短路徑算法，以直行、斜行、直角轉彎、U型轉彎模板和密集磁釘陣列為參數規劃路徑。本發明在調用兩點最短路徑算法規劃路徑過程中，將模板作為額外的約束，能夠確保規劃得到的路徑總是能夠與AGV的行駛軌跡充分重合。由于并未改變算法的搜索機制，因此基于模板的路徑規劃方法的時間復雜度與兩點最短路徑算法的時間復雜度相當，不會引起路徑規劃時間的明顯上升。

技術領域

本發明涉及集裝箱碼頭自動化，更具體地說，涉及一種基于模板的自動化集裝箱碼頭自動引導車輛路徑規劃方法。

背景技術

集裝箱碼頭是集裝箱海陸中轉的場所，自動化則是當代集裝箱碼頭的主要發展方向。由于普遍采用自動化裝卸設備和信息化管理與控制方法，自動化集裝箱碼頭能夠實現全年365天，全天24小時連續運營，且其需要的人工數量明顯少于常規集裝箱碼頭。在如今碼頭吞吐量穩定趨升、人工成本迅速增長、碼頭競爭日益激烈的大環境下，自動化集裝箱碼頭的建設已經成為各國提高港口競爭力的主要手段。

自動引導車輛，即AGV(Automated Guided Vehicle，下同)，是自動化集裝箱碼頭的主流水平運輸設備，在碼頭的水平運輸區域內行駛，承擔集裝箱的水平運輸任務。自動化碼頭的水平運輸區域在岸邊與堆場之間；AGV可能將集裝箱從岸邊運到堆場、從堆場運到岸邊，或者從堆場的一個箱區運到另一個箱區。AGV屬于一類二軸四輪機器人，其結構如圖1a-1c所示。AGV的車身長度L在15m左右，寬度W在3m左右，因此一臺AGV可以裝載1個40尺/45尺集裝箱，或者同時裝載兩個20英尺集裝箱。AGV的高度H在2.5m左右，前后兩個輪軸的中心距D一般在9m左右，左輪和右輪轉向軸的中心距B則一般在2m左右。AGV的所有四個車輪都是轉向驅動輪，具有相同的最大轉向角，直接由動力系統驅動。

磁釘是AGV的輔助定位裝置。在自動化集裝箱碼頭的水平運輸區域內，AGV的定位與導航通常采用慣性導航和磁釘修正相結合的方式進行。AGV車體內安裝有慣性測量裝置，包括加速度計和陀螺儀，能夠實時計算車輛的位置、速度和方向角等數據。碼頭水平運輸區域地面內埋設有無線射頻識別(RFID，Radio Frequency Identification)標簽(簡稱磁釘，下同)，AGV車體上則裝有感應天線，因此AGV能夠實時檢測車身下方的磁釘位置，并以此對慣性導航的結果進行修正。

密集是對磁釘間距和車身長寬尺寸之間相對關系的一種描述。碼頭水平運輸區域的磁釘一般按照矩陣形式排列；為了保證定位精度，一般要求相鄰磁釘的橫向或者縱向間隔不超過5米。參考AGV的車身長寬尺寸，當位于碼頭水平運輸區域范圍內時，在以AGV車身中點為圓心、車身長度為直徑的圓內，包含的磁釘數量一定不止一個(至少為三個，三個以上也很常見)；通常以這一數量特性作為判斷磁釘區域是否密集的參考性指標。

AGV的路徑規劃是自動化集裝箱碼頭的基礎決策之一。每當AGV獲得水平運輸任務時，需要在水平運輸區域內規劃AGV的路徑，使其可以沿著路徑移動到達任務終點。AGV的路徑一般用一組連續的磁釘編號進行描述，因此在磁釘之間的連通性已知的前提下，總是可以用某種基于連通性的兩點最短路徑算法(例如：深度優先搜索算法、Dijkstra算法等)規劃出最短路徑。在密集磁釘區域內，AGV的轉彎半徑遠大于磁釘間距；因此單純采用兩點最短路徑算法時，無法確保規劃路徑與AGV的行駛軌跡充分重合，路徑的合理性難以保證。尤其在路徑的轉彎部分，AGV的車身可能嚴重偏出規劃路徑，這將對碼頭的水平運輸安全和效率造成嚴重影響。

發明內容

針對現有技術中，單純基于兩點最短路徑算法的路徑規劃方法，不能保證AGV的行駛軌跡與規劃路徑充分重合的問題，本發明提供一種基于模板的自動化集裝箱碼頭自動引導車輛路徑規劃方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：