無人天車行走最優路徑解析系統的研究及應用

周志棟　單靜波

（唐鋼微爾自動化有限公司，河北唐山　063000）

無人天車行走最優路徑解析系統的研究及應用

周志棟單靜波

（唐鋼微爾自動化有限公司，河北唐山063000）

為實現無人天車自動運行，并擁有最優行走路徑，以期運行高效流暢，提高無人天車工作效率，優化天車使用，綜合信息化技術、數學建模和無人天車控制技術開發并應用無人天車行走最優路徑解析系統。該系統服務于無人天車設備控制層。系統依托微軟的.NET框架，基于O racle數據庫，采用C#語言開發，實現了無人天車自動規劃行走路徑，自動避讓障礙物行走。系統分為以太網通訊、設備狀態檢測、天車三維空間坐標定點、障礙物信息采集、行走路徑規劃和天車設備動作命令發布六個功能模塊，提供與PLC系統以太網通訊、避讓物坐標信息分析、天車行走路徑最優化、天車的大車和小車行走曲線繪制等功能。

無人天車行走路徑優化障礙物避讓

1　引言

目前國內無人天車市場剛剛興起，以自動控制代替傳統天車工操作天車日漸成為未來發展方向。無人天車多項關鍵技術均掌握在國外公司手中，其中包括天車行走路徑規劃和障礙物自動避讓技術。天車行走路徑的規劃直接影響無人天車的工作效率和行車安全，是無人天車單體動作的重要依據。

2　總體思路

結合現有技術積累和經驗總結，將自動檢測技術、信息化技術相結合，通過對天車無人化自動行走的深入研究、以及對無線通訊、設備狀態檢測、天車三維空間坐標定點、障礙物信息采集、行走路徑規劃和天車設備動作命令發布等核心技術的研究與突破，形成具有自主知識產權的無人天車行走最優路徑解析系統，提升無人天車路徑規劃能力，杜絕錯誤路徑選擇，提高無人天車工作效率，降低自動行車安全風險。有力提升企業在應用無人天車過程中的核心競爭力。

3　系統構成及實現

為了實現無人天車自動運行，并擁有最優行走路徑，運行高效流暢，提高無人天車工作效率。根據現場實際情況，按照安全第一、保證效率的方針，系統與一級PLC實時通訊，結合一級PLC系統對現場信息采集的優勢，對系統進行模塊化編程，將整個系統分為若干個功能塊。由主程序開始依次調用，以以太網通訊、設備狀態檢測、天車三維空間坐標定點、障礙物信息采集、行走路徑規劃和天車設備動作命令發布這一流程劃分系統模塊，系統流程圖如圖1所示。

系統采用Oracle數據庫來存儲與管理數據。Oracle數據庫可以很好地實現本系統對數據庫的頻繁訪問，大流量的數據訪問和及時的數據交換。數據庫設計之前，對每一個行走動作均要給定唯一確定的ID。系統數據庫包含五個數據表：設備狀態檢測數據表、天車三維空間坐標定點數據表、障礙物信息數據表、行走路徑規劃數據表和天車設備動作命令發布數據表。這五個表并不是獨立存在的，而是相互關聯的。天車三維空間坐標定點數據表依賴于設備狀態檢測數據表而存在，行走路徑規劃數據表則隨障礙物信息數據表而變化，天車設備動作命令發布數據表則完全基于其它四個表而存。

3.1圖形化界面顯示

將系統各個功能數據統一顯示在操作界面中，為中控人員提供數據依據，并實時監控天車工作狀態，如圖2所示。

3.2設備狀態監測

無人天車自動行走監測主要依托大車編碼電纜、小車激光測

圖2　系統流程圖

············距、主鉤高度編碼器和天車防撞傳感器，這四種設備的準確可靠是天車自動行走的重要安全保障和數據來源。本系統以50ms的頻率實時掃描這四種設備的工作狀態，并反饋到系統操作界面中。

3.3天車三維空間坐標定點

以大車方向為X軸、小車方向為Y軸、主鉤方向為Z軸、以庫區某一邊角為原點建立無人天車坐標體系，通過以太網通訊從PLC系統獲取天車三維空間坐標定點，經實際位置和坐標位置的地址轉換，計算出當前天車位置坐標和目標位置坐標，并計算出差值，為天車動作提供動作依據和目標。

3.4障礙物數據信息

障礙物坐標中標示出天車將要行進的路途中，需要避讓的障礙物坐標，依據庫區現場情況，劃分障礙物類型，包括綠色行走通道、不可移動障礙物、可移動障礙物、臨時障礙物；依據天車工作狀態分為取卷、放卷。

3.5行走路徑規劃

依據障礙物坐標，根據避讓規則，以天車行走路徑中所遇到的障礙物最近邊角位置為原點做直徑為1米的圓，天車沿圓的切線經過，相切的點即為經由路徑轉折點，由此生成的天車行走路徑即為天車行走路徑。

4　結語

系統的應用使無人天車行走路徑規劃更加合理，有效避讓行走過程中的障礙物，并允許多部天車同時協同工作，有效提升了無人天車工作效率和安全性。

周志棟（1965—），男，河北唐山人，碩士研究生，高級工程師，唐鋼專業專家，長期從事PLC設計編程和電氣系統研發集成工作；單靜波（1982—），男，河北唐山人，在職研究生（在讀），工程師，長期從事高級語言編程和工廠二級系統研發工作。