无人天车行走最优路径解析系统的研究及应用

【摘 要】为实现无人天车自动运行，并拥有最优行走路径，以期运行高效流畅，提高无人天车工作效率，优化天车使用，综合信息化技术、数学建模和无人天车控制技术开发并应用无人天车行走最优路径解析系统。该系统服务于无人天车设备控制层。系统依托微软的.NET框架，基于Oracle数据库，采用C#语言开发，实现了无人天车自动规划行走路径，自动避让障碍物行走。系统分为以太网通讯、设备状态检测、天车三维空间坐标定点、障碍物信息采集、行走路径规划和天车设备动作命令六个功能模块，提供与PLC系统以太网通讯、避让物坐标信息分析、天车行走路径最优化、天车的大车和小车行走曲线绘制等功能。

【关键词】无人天车 行走路径优化 障碍物避让

1 引言

目前国内无人天车市场刚刚兴起，以自动控制代替传统天车工操作天车日渐成为未来发展方向。无人天车多项关键技术均掌握在国外公司手中，其中包括天车行走路径规划和障碍物自动避让技术。天车行走路径的规划直接影响无人天车的工作效率和行车安全，是无人天车单体动作的重要依据。

2 总体思路

结合现有技术积累和经验总结，将自动检测技术、信息化技术相结合，通过对天车无人化自动行走的深入研究、以及对无线通讯、设备状态检测、天车三维空间坐标定点、障碍物信息采集、行走路径规划和天车设备动作命令等核心技术的研究与突破，形成具有自主知识产权的无人天车行走最优路径解析系统，提升无人天车路径规划能力，杜绝错误路径选择，提高无人天车工作效率，降低自动行车安全风险。有力提升企业在应用无人天车过程中的核心竞争力。

3 系统构成及实现

为了实现无人天车自动运行，并拥有最优行走路径，运行高效流畅，提高无人天车工作效率。根据现场实际情况，按照安全第一、保证效率的方针，系统与一级PLC实时通讯，结合一级PLC系统对现场信息采集的优势，对系统进行模块化编程，将整个系统分为若干个功能块。由主程序开始依次调用，以以太网通讯、设备状态检测、天车三维空间坐标定点、障碍物信息采集、行走路径规划和天车设备动作命令这一流程划分系统模块，系统流程图如图1所示。

系统采用Oracle数据库来存储与管理数据。Oracle数据库可以很好地实现本系统对数据库的频繁访问，大流量的数据访问和及时的数据交换。数据库设计之前，对每一个行走动作均要给定唯一确定的ID。系统数据库包含五个数据表：设备状态检测数据表、天车三维空间坐标定点数据表、障碍物信息数据表、行走路径规划数据表和天车设备动作命令数据表。这五个表并不是独立存在的，而是相互关联的。天车三维空间坐标定点数据表依赖于设备状态检测数据表而存在，行走路径规划数据表则随障碍物信息数据表而变化，天车设备动作命令数据表则完全基于其它四个表而存。

3.1图形化界面显示

将系统各个功能数据统一显示在操作界面中，为中控人员提供数据依据，并实时监控天车工作状态，如图2所示。

3.2设备状态监测

无人天车自动行走监测主要依托大车编码电缆、小车激光测距、主钩高度编码器和天车防撞传感器，这四种设备的准确可靠是天车自动行走的重要安全保障和数据来源。本系统以50ms的频率实时扫描这四种设备的工作状态，并反馈到系统操作界面中。

3.3天车三维空间坐标定点

以大车方向为X轴、小车方向为Y轴、主钩方向为Z轴、以库区某一边角为原点建立无人天车坐标体系，通过以太网通讯从PLC系统获取天车三维空间坐标定点，经实际位置和坐标位置的地址转换，计算出当前天车位置坐标和目标位置坐标，并计算出差值，为天车动作提供动作依据和目标。

3.4障碍物数据信息

障碍物坐标中标示出天车将要行进的路途中，需要避让的障碍物坐标，依据库区现场情况，划分障碍物类型，包括绿色行走通道、不可移动障碍物、可移动障碍物、临时障碍物；依据天车工作状态分为取卷、放卷。

3.5行走路径规划

依据障碍物坐标，根据避让规则，以天车行走路径中所遇到的障碍物最近边角位置为原点做直径为1米的圆，天车沿圆的切线经过，相切的点即为经由路径转折点，由此生成的天车行走路径即为天车行走路径。

4 结语

系统的应用使无人天车行走路径规划更加合理，有效避让行走过程中的障碍物，并允许多部天车同时协同工作，有效提升了无人天车工作效率和安全性。

作者简介：周志栋（1965―），男，河北唐山人，硕士研究生，高级工程师，唐钢专业专家，长期从事PLC设计编程和电气系统研发集成工作；单静波（1982― ），男，河北唐山人，在职研究生（在读），工程师，长期从事高级语言编程和工厂二级系统研发工作。