集装箱自动引导车定位导航系统

集装箱自动引导车定位导航系统 摘 要 : 结合 A GV20集装箱自动引导车的研制 , 对定位导航系统设计 、应用中的核心技术问以及处理方 式进行了分析和探讨 , 重点对开发 A GV20集装箱自动引导车的定位导航系统的双闭环矢量控制驱动及定位通信 的关键技术予以阐述 。 关键词 : 自动引导车 ; GPS; 惯性导航 ; 激光定位 A b stra c t: The p ap e r de sc ribe s how the GPS is de signed, how the key techno logie s a re app lied and how som e d ifficu lt p rob lem s a re so lved in the deve lopm en t of the con ta ine r A GV201 It focu se s on the doub le c lo sed loop vec to r con tro l d rive and po sition ing comm un ica tion techno logie s fo r the con ta ine r A GV201 Keyword s: A GV; GPS; ine rtia l naviga tion; la se r loca liza tion 211 自动引导车结构形式特点 1 前言 A GV 20集装箱水平自动引导车主要由自主 近年来 , 随着 我国 对 外贸 易的 扩大 , 集 装 箱 策系统 、动力及传动系统 、转向系统 、悬挂系运输业迅猛发展 。 2008 年 , 我国集装箱吞吐总量 制动系统 、车架结构等构成 , 见图 2。在总体设已达 1126亿标准箱 。在集装箱运输业发展过程中 , 中 , 对整车外形参数进 行了 优 化设 计 , 确 保其港口建设和起重运输设备的技术水平也发生巨大 变化 , 其中水平自动运输设备具有重要的地位 。 满足装载 20 ft ISO 标准集装箱的条件下 , 载荷 布合理 。在外 观 设计 上 , 力 求美 观 、大 方 , 线交通部水运科学研究院以 建立 码 头自 动化 运 简洁 、流畅 。行试验的科研平台 , 对码头 自 动化 、智能 化运 输 物流装备与控制系统关键技术进行试验 研 究 , 为 港口建设提供新型 、先进的装卸运行 的试 验 数据 , 为工程设计提供设计 依 据 , 以 推动 码头 水 平自动化运输系统应用与发展为目标 , 自 行研 制 了集装箱水平自动运输试验系统 , 该系统 主要 包 括 A GV20集装箱水平自动引导车 、定位导航系统 、 图 2 A GV20集装箱水平自动引导车无线通讯系统 、运行路线控制等 。 A GV 20集装箱水平自动引导车采用电动驱 2 系统设计 , 由柴油发电机组 提供 电 源 , 变 频电 动机 动驱动桥实现车轮运 转 。前 、后桥 均 为转 向和集装箱水平自动运输试验系统结构见图 1。 动桥 , 4 轮 转 向 , 转 弯 半 径 更 小 , 转 向 更 灵 前 、后桥分别 驱 动 , 控 制 更 方 便 。制 动 系 统 由 压驱动 , 采用嵌盘式制动器型式 , 4 轮制动 , 制 效果好 , 运行安全 、可靠 。 A GV 20集装箱水平自动引导车集机械 、电 液压 、光电 、计算机 、信息 、通讯于一体 , 组 套人机协调的复杂系统 , 其主要技术 性能 参数 项 目参数项目参数 接收到的基准站数据进行实时差分定位数据解额定载荷 / kg 轴距 /m 2 400 418 - 1 并将解算后的定位信息输出给 A GV 20 的自主轮距 /m )( 满载运行速度 / km ?h 20 11991 系统 。 惯性导航装置依据陀 螺仪 检测 的 方位 - 1 驱动桥速比 )( 空载运行速度 / km ?h 10 19161 角 最小转弯半径 /m 机组 / kW ,100 818 由于 GPS定位系统遮挡时的车辆位置测算及 () 外形尺寸 长 宽× 高× / 171 ×219 8导航 。 GPS与 惯性 导航 装 置组 合定 位 有 ()m ×m ×m ×1188 决了实时性的定位要求 。 激光精确定位系统 提 供车 辆在 行 进路 线 A GV 20集装箱水平自动引导车的自主决策系键点处的准确定位和校核 。集装箱自 动导 引 统是定位导航系统的车辆控制中心 , 负责 A GV20 驶到行进路线的关键点处 , 如集装箱 堆场 的 自动 引 导 车 的 信 号 采 集 、数 据 分 析 、信 息 判 断 、 机附近时 , 由于起重机和堆场存放的 集装 箱 决策支持 、控制输出 , 接收车辆管理与导航信息 , 挡 , GPS定 位导 航 系统 的信 号 受到 影响 , 同对车辆需进行的具体工作内容进行计算并发出指 于集装 箱 自 动 导 引 车 的 停 放 位 置 需 要 精 确 定令 , 对工作情况进行分析 。其 内置 传 感器 信号 采 GPS定位系统和惯性导航装置的共同作用而 集模块 、逻辑分析判断模块 、信息 数 据决 策支 持 度又不能满足要求时 , 激光精确定位 装置 对 模块 、双闭环矢量控制模块 , 其中 双 闭环 矢量 控 箱自动导引车进行定位 , 从而实现运 动中 的 制模块处 理车 辆 的电 气传 动 与运 动控 制 。A GV20 导航 。 GPS卫星定位复合式导航系统见图 4。 集装箱水平自动引导车电气传动与控制单线图如 车辆导航终端根据车 辆当 前位 置 和路 径 进行图 3 所示 。 分析处理 , 向车辆控制终端发送 行驶 控 车辆控制终端根据指令控制车辆行驶 。令 , 图 3 电气传动与运动控制单线图 212 定位导航系统 目前 , 国内外 应 用于 集装 箱自 动 引导 车的 定 位导航系统定位导航技术主要有电磁感应埋线技 图 4 GPS卫星定位复合式导航系统框图 术 、激光检测 技 术 、超 声 检 测 技 术 、光 反 射 检 测 21212 A GV 20 定位导航防碰撞系统技术 、惯性导航技术 、图像识 别技 术 和坐 标识 别 A GV 20防碰撞保护系统由超声波非接触 技术等 。 撞系统和行程接触式防碰撞系统组成 。 21211 A GV 20 定位导航系统( ) 1 超声波非接触防碰撞系统 为安全起 A GV 20集装箱水平自动引导车定位导航系统 见 , 障 碍 物 接 近 检 测 装 置 设 置 主要由 GPS定位系统 、惯性导航系统 、激光精确 级接近状态 。一般障碍物接近检测 装 置有 2定位装置组成 。 上的安全保护设置 , 在不接触的情况 下检 测 GPS定位系统 提 供车 辆的 自 主导 航所 需 的 实 测物 , 车辆根据传感系统反馈信号的 强弱 来 时高精度 位置 数 据 , 系 统工 作时 , 基准 站 的 GPS 检测物的距离 , 在一定距离范围内 , 使 A GV 天线架设在位置坐标已知的点位上 , 接收 所在 点 行驶 , 在更近的距离范围内 , 使 A GV 停车 , 位 GPS信号 , 基准站 GPS接收机结合已知本地精 解除障碍物后 , A GV 自动恢复正常行驶状态 。 ( 器等强制停车安全装置 。行程接触式防碰 装置 一O PC OL E监控 系 统 采 用 基 于 开 放 协 议 ) 般安装在障碍物接触式缓冲器的表面 , 车 辆在 接 P roce ss Con tro l的 I/O 驱动器组态软件对控制 触的初期 , 表面发生变形 , 行 程接 触 式缓 冲器 发 统的实时运行状况进行采集 , 应用人 机界 面的 式显示到监控中心的监控终端 , 实时 将运 行状出信号 , 车辆紧急断电停车 ; 障碍 物 接触 式缓 冲 器设置在 A GV 车身运行方向的前后方 , 缓冲器的 投放到中心控制室的显示板 , 以便于 监控 整个 材质具有弹性和柔软性 , 在发生碰撞事故 后可 有 行过程 。 效吸收车体的碰撞能量 , 不会对与之碰撞 的人 和 3 结束语 能自 动物及其自身造成很大伤 害 ,,故 障解 除后 恢复功能 。 随着我国经 济 的 快 速 发 展 , 集 装 箱 运 输 迅 213 无线通讯系统增长 , 集装箱水平自动运输试验系统 的建 设尤 IEEE802111 无线局域网技 无线通讯系统采用迫切和重要 , A GV 可以保障系统在不需要人工 术 , 包括中央处理系统 、定位系统基站 、交换机 、, 将货 物或航的情况下沿预定的路线自动行驶 天线 、定位系统移动站和系 统 软件 。无线 传输 系 料自动从起始点运送 到目 的 地 , 柔 性好 , 行驶 径可以根据仓储货位要求 、生产工艺 流程 等的统建立的无线数传链路实现定位系统基准站与定 位系统移动站之间信息的双向传递 。 变而灵活改变 。 在中央控制室与车辆之间采用无线通讯方式 ,A GV 20集装箱水平自动运输试验系统现已 实现必要的控制信息传 输 , 保 证系 统正 常 、有 效 过技术设计 , 正在进行 部件 采 购及 安装 调试 ,运行 。无线网络覆盖整个车 辆 行驶 的路 径 , 并 且 系统的成功开发 , 将为集装箱物流增添新的选 对物流自动化的发展有重大意义 。 保证其行驶稳定可靠 。 214 运行路线控制 参 考 文 献利用 G IS 分 析 、提 取 智 能 车 辆 行 驶 的 路 线 。 交通部水运司 1港口起重运输机械设计手册 1北京 1 根据车辆控制系统提供 的转 弯 、加 减速 、停车 特 民交通出版社 , 2001 性试验数据确定转弯 、停车 位 置 , 根 据定 位导 航 储江伟 , 郭克友 , 王荣本 , 等 1自动导向车导向技 2 ( ) 析与评价 1起重运输机械 , 2002 11: 1—5 樊跃位置信息车辆控制系统进入转弯 、停 车控 制 进 , 方宁 , 董晶晶 , 等 1 港口集装箱 A GV 自 运系程序 。 ( ) 统规划 1起重运输机械 , 2007 1 : 38 —41 王荣3 监控系统和仿真试验系统 主要 用 于实 现与 自 本 1新型视觉导航 A GV 的优势与应用前景 1 技术 ( ) 与应用 , 2005 7 : 90 —91 交通部水运科学研究动导航相关的辅助功能 。在监控中心设置 运行 路 4 院 1集装箱水平自动运输试验 建设项目实施方案 , 线控制与监控系统 , 用于集装箱水平自动 运输 系 2008 统的控制与显示 , 完成水平自动运输系统 工作 的 5 调度与状态监控 。监控中心根据作业需求 安排 车 辆的起点和终点 , 确定行进 路 线 。行 进路 线通 过 北 京 海 淀 区 西 土 城 路 8 号 水 运 院 设 计 所作者地址 :无线网络传送到车辆导航终端 , 经处理后 发送 给 204室 车辆控制终 端 , 控 制 车 辆 传 动 、转 向 、制 动 等 机 100088 邮编 :构按照制定的路线行驶 。监控中心可根据 实际 道 2009 - 05 - 26 收稿日期 :路情况对行驶路径进行调整 , 车辆接到调 整命 令