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(yōu)路徑解析系統(tǒng)的研究及應(yīng)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(xiàn)無人天車自動運行，并擁有最優(yōu)行走路徑，以期運行高效流暢，提高無人天車工作效率，優(yōu)化天車使用，綜合信息化技術(shù)、數(shù)學(xué)建模和無人天車控制技術(shù)開發(fā)并應(yīng)用無人天車行走最優(yōu)路徑解析系統(tǒng)。該系統(tǒng)服務(wù)于無人天車設(shè)備控制層。系統(tǒng)依托微軟的.NET框架，基于O racle數(shù)據(jù)庫，采用C#語言開發(fā)，實現(xiàn)了無人天車自動規(guī)劃行走路徑，自動避讓障礙物行走。系統(tǒng)分為以太網(wǎng)通訊、設(shè)備狀態(tài)檢測、天車三維空間坐標(biāo)定點、障礙物信息采集、行走路徑規(guī)劃和天車設(shè)備動作命令發(fā)布六個功能模塊，提供與PLC系統(tǒng)以太網(wǎng)通訊、避讓物坐標(biāo)信息分析、天車行走路徑最優(yōu)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(yōu)化障礙物避讓

1　引言

目前國內(nèi)無人天車市場剛剛興起，以自動控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)天車工操作天車日漸成為未來發(fā)展方向。無人天車多項關(guān)鍵技術(shù)均掌握在國外公司手中，其中包括天車行走路徑規(guī)劃和障礙物自動避讓技術(shù)。天車行走路徑的規(guī)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(jù)。

2　總體思路

結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)積累和經(jīng)驗總結(jié)，將自動檢測技術(shù)、信息化技術(shù)相結(jié)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(shè)備狀態(tài)檢測、天車三維空間坐標(biāo)定點、障礙物信息采集、行走路徑規(guī)劃和天車設(shè)備動作命令發(fā)布等核心技術(shù)的研究與突破，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無人天車行走最優(yōu)路徑解析系統(tǒng)，提升無人天車路徑規(guī)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(fēng)險。有力提升企業(yè)在應(yīng)用無人天車過程中的核心競爭力。

3　系統(tǒng)構(gòu)成及實現(xiàn)

為了實現(xiàn)無人天車自動運行，并擁有最優(yōu)行走路徑，運行高效流暢，提高無人天車工作效率。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，按照安全第一、保證效率的方針，系統(tǒng)與一級PLC實時通訊，結(jié)合一級PLC系統(tǒng)對現(xiàn)場信息采集的優(yōu)勢，對系統(tǒng)進(jìn)行模塊化編程，將整個系統(tǒng)分為若干個功能塊。由主程序開始依次調(diào)用，以以太網(wǎng)通訊、設(shè)備狀態(tài)檢測、天車三維空間坐標(biāo)定點、障礙物信息采集、行走路徑規(guī)劃和天車設(shè)備動作命令發(fā)布這一流程劃分系統(tǒng)模塊，系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

系統(tǒng)采用Oracle數(shù)據(jù)庫來存儲與管理數(shù)據(jù)。Oracle數(shù)據(jù)庫可以很好地實現(xiàn)本系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的頻繁訪問，大流量的數(shù)據(jù)訪問和及時的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)庫設(shè)計之前，對每一個行走動作均要給定唯一確定的ID。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包含五個數(shù)據(jù)表：設(shè)備狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)表、天車三維空間坐標(biāo)定點數(shù)據(jù)表、障礙物信息數(shù)據(jù)表、行走路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)表和天車設(shè)備動作命令發(fā)布數(shù)據(jù)表。這五個表并不是獨立存在的，而是相互關(guān)聯(lián)的。天車三維空間坐標(biāo)定點數(shù)據(jù)表依賴于設(shè)備狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)表而存在，行走路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)表則隨障礙物信息數(shù)據(jù)表而變化，天車設(shè)備動作命令發(fā)布數(shù)據(jù)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(tǒng)各個功能數(shù)據(jù)統(tǒng)一顯示在操作界面中，為中控人員提供數(shù)據(jù)依據(jù)，并實時監(jiān)控天車工作狀態(tài)，如圖2所示。

3.2設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

無人天車自動行走監(jiān)測主要依托大車編碼電纜、小車激光測

圖2　系統(tǒng)流程圖

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

3.3天車三維空間坐標(biāo)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(qū)某一邊角為原點建立無人天車坐標(biāo)體系，通過以太網(wǎng)通訊從PLC系統(tǒng)獲取天車三維空間坐標(biāo)定點，經(jīng)實際位置和坐標(biāo)位置的地址轉(zhuǎn)換，計算出當(dāng)前天車位置坐標(biāo)和目標(biāo)位置坐標(biāo)，并計算出差值，為天車動作提供動作依據(jù)和目標(biāo)。

3.4障礙物數(shù)據(jù)信息

障礙物坐標(biāo)中標(biāo)示出天車將要行進(jìn)的路途中，需要避讓的障礙物坐標(biāo)，依據(jù)庫區(qū)現(xiàn)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(jù)天車工作狀態(tài)分為取卷、放卷。

3.5行走路徑規(guī)劃

依據(jù)障礙物坐標(biāo)，根據(jù)避讓規(guī)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(jīng)過，相切的點即為經(jīng)由路徑轉(zhuǎn)折點，由此生成的天車行走路徑即為天車行走路徑。

4　結(jié)語

系統(tǒng)的應(yīng)用使無人天車行走路徑規(guī)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(xié)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(yè)專家，長期從事PLC設(shè)計編程和電氣系統(tǒng)研發(fā)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(tǒng)研發(fā)工作。