1.應(yīng)用場景
本方案針對室內(nèi)外集裝箱上卸貨作業(yè)場景，為無人叉車實(shí)現(xiàn)托盤與貨物自動(dòng)精確對位叉卸貨，同時(shí)根據(jù) 3D Slam 建圖匹配定位導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)貨物在各港口高度自動(dòng)化搬運(yùn)。港口可為室內(nèi)或室外堆棧場景。
2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作流程
本方案針對室內(nèi)外集裝箱上卸貨作業(yè)場景，為無人叉車實(shí)現(xiàn)托盤與貨物自動(dòng)精確對位叉卸貨，同時(shí)根據(jù) 3D Slam 建圖匹配定位導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)貨物在各港口高度自動(dòng)化搬運(yùn)。港口可為室內(nèi)或室外堆棧場景。
2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)
無人叉車系統(tǒng)功能主要包括定位導(dǎo)航、安全防護(hù)及自動(dòng)叉卸貨，根據(jù)功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：
圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)圖
（1）鐳神多線激光雷達(dá)：提供 3D 實(shí)時(shí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用于系統(tǒng)建圖、匹配定位、路徑規(guī)劃導(dǎo)航。
（2）鐳神 W 系列預(yù)警防撞激光雷達(dá)：用于實(shí)時(shí)避障，叉車運(yùn)行區(qū)域安全防護(hù)。
（3）攝像頭：用于輔助定位、識(shí)別車道邊界線、貨物棧板。
（4）編碼器：檢測叉卸貨上下行程
（5）IMU：實(shí)時(shí)檢測叉車姿態(tài)
（6）工控處理器：算法運(yùn)行處理平臺(tái)
（7）STM32 控制板：作為叉車底層線控單元，負(fù)責(zé)傳感器通訊和電機(jī)控制。
3.系統(tǒng)功能
無人叉車系統(tǒng)整體功能主要包括自主導(dǎo)航、自動(dòng)車卸貨及作業(yè)調(diào)度。
3.系統(tǒng)功能
無人叉車系統(tǒng)整體功能主要包括自主導(dǎo)航、自動(dòng)車卸貨及作業(yè)調(diào)度。
圖2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖
3.1 自主導(dǎo)航功能
叉車實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航功能主要通過激光雷達(dá) 3D SLAM 算法實(shí)現(xiàn)，主要包括 3D 場景地圖構(gòu)建、匹配定位、路徑規(guī)劃與實(shí)時(shí)避障導(dǎo)航。
（1） 3D 場景地圖構(gòu)建：利用 3D 激光雷達(dá)和 SLAM 算法完成工作場景地圖構(gòu)建。
圖3 3D SLAM建圖
（2）匹配定位：結(jié)合 IMU 數(shù)據(jù)，利用激光雷達(dá)實(shí)時(shí)掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)與場景地圖進(jìn)行匹配定位。
圖4 匹配定位原理
圖5 匹配定位場景
（3）路徑規(guī)劃與實(shí)時(shí)避障：路徑規(guī)劃導(dǎo)航是無人叉車核心功能，利用激光雷達(dá)探測的先驗(yàn)信息，利用全局規(guī)劃給出運(yùn)動(dòng)的路線，同時(shí)根據(jù)避障信息的局部規(guī)劃功能做出具體的行為規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，最后轉(zhuǎn)換為一系列連續(xù)的導(dǎo)航航跡目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。
圖6 路徑規(guī)劃與實(shí)時(shí)避障
3.2 叉卸貨功能
主要利用傳感器完成叉拖的精準(zhǔn)定位運(yùn)動(dòng)控制和貨物升降高度自動(dòng)檢測。
圖7 精準(zhǔn)對位叉卸貨
3.3 作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)
根據(jù)廠區(qū)貨物堆放和布局，合理規(guī)劃作業(yè)調(diào)度，軟件系統(tǒng)如下：
圖8 作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)
4.系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作流程
（1）初始化（包括自檢，建圖，貨堆線識(shí)別，集裝箱識(shí)別）。
（2）等待作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)命令。
（3）開始遍歷貨物，判斷搬運(yùn)是否完成，如果完成則回原點(diǎn)充電
（4）自檢電池電量，如果電量不足則回到原點(diǎn)充電，將任務(wù)移交。
