楊歡
（承德釩鈦新材料有限公司 工程公司）
摘 要：隨著冶金行業(yè)智能工廠的發(fā)展，倉庫天車無人駕駛系統(tǒng)得到普遍關(guān)注。天車作業(yè)路徑在無人駕駛系統(tǒng)中更加突出：倉庫中障礙物類型不一，庫區(qū)業(yè)務(wù)涉及廣且包含人工打包區(qū)。作業(yè)路徑的合理性直接決定著天車無人駕駛系統(tǒng)的性能，不合理的路徑選擇，作業(yè)效率低下、用戶體驗(yàn)不佳且會有嚴(yán)重的安全隱患。通過分析庫區(qū)人工打包的實(shí)際情況，并結(jié)合當(dāng)前無人天車智能作業(yè)路徑的選擇過程，對如何實(shí)現(xiàn)存在人工打包的庫區(qū)天車最優(yōu)作業(yè)路徑選擇進(jìn)行了詳細(xì)的論述，全面提升倉儲庫區(qū)的運(yùn)作效率。
關(guān)鍵詞：無人天車；作業(yè)路徑；人工打包；倉儲管理
0 引言
目前將人工打包區(qū)按照障礙物處理，當(dāng)天車與打包區(qū)作業(yè)相關(guān)時，按矩形相交方法得出的規(guī)劃路徑，避過打包區(qū)，不能自動完成打包作業(yè)，需要天車工人工介入。隨著倉庫天車作業(yè)類型增多，天車與作業(yè)類型不能一一對應(yīng)，且天車間互有協(xié)作，這就增大了無人天車使用過程中的困難，同時也增加了人工成本，與當(dāng)前無人庫區(qū)的設(shè)計(jì)初衷相悖。通過采用應(yīng)景式障礙物規(guī)避方法，實(shí)現(xiàn)無人天車與人工打包有效結(jié)合，保證了庫區(qū)業(yè)務(wù)順利執(zhí)行，從而大大的提高了天車作業(yè)效率。
1 人工打包區(qū)無人天車作業(yè)路徑選擇需求分析
冷軋中間庫在酸洗、鍍鋅兩跨分別設(shè)置4區(qū)12個鞍座的打包區(qū)，天車酸洗下線后分為直接入庫、打包入庫兩種作業(yè)模式。當(dāng)天車執(zhí)行入打包作業(yè)時，因?yàn)槭侨斯ご虬?，投用的人工打包區(qū)人機(jī)交互裝置，會與無人天車系統(tǒng)交互，當(dāng)天車攜帶鋼卷到打包區(qū)附近2m位置時會觸發(fā)人機(jī)交互裝置給天車發(fā)送暫停指令，無人天車收到暫停指令后會自動暫停。因?yàn)槿氪虬^程天車無法動態(tài)規(guī)劃路徑，導(dǎo)致天車在收到暫停指令后無法自動解除暫停，需要人工介入，這樣極大限制了天車作業(yè)效率和產(chǎn)線提產(chǎn)增效。因此迫切需要一種實(shí)現(xiàn)基于人工打包區(qū)的無人天車最優(yōu)作業(yè)路徑選擇方法，從而實(shí)現(xiàn)人工打包區(qū)與無人天車系統(tǒng)有效結(jié)合，提高無人化作業(yè)水平和天車作業(yè)效率。
2 人工打包區(qū)無人天車作業(yè)路徑選擇實(shí)現(xiàn)目標(biāo)
根據(jù)人工打包業(yè)務(wù)需求，優(yōu)化打包區(qū)安全人機(jī)交互功能，增加與無人天車交互接口，打通數(shù)據(jù)傳送流，在打包區(qū)的有限空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)打包人員與天車交替作業(yè)，設(shè)計(jì)天車自動作業(yè)路徑選擇策略，并與應(yīng)景式障礙物規(guī)避方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)即使存在人工打包區(qū)，系統(tǒng)仍能給出天車最優(yōu)作業(yè)路徑選擇方案。在保證作業(yè)人員安全的前提下，較大提高天車的作業(yè)效率。
3 人工打包區(qū)無人天車作業(yè)路徑選擇實(shí)現(xiàn)過程
實(shí)現(xiàn)過程分為三個主要部分：第一部分是數(shù)據(jù)信息設(shè)置，是實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，重要參數(shù)的來源，現(xiàn)場情況的梳理以及對應(yīng)策略的建立；第二部分是方法的應(yīng)景式障礙物規(guī)避計(jì)算，是實(shí)現(xiàn)核心，通過綜合參數(shù)設(shè)置、比較，天車工單類型和工單狀態(tài)轉(zhuǎn)變計(jì)算出當(dāng)前應(yīng)對的策略并給出作業(yè)路徑；第三部分是方法執(zhí)行，依據(jù)路徑規(guī)劃策略，對作業(yè)路徑進(jìn)行格式化并下發(fā)。
第一部分包括：工單信息管理、天車狀態(tài)信息管理、數(shù)據(jù)庫配置。工單信息管理設(shè)置天車要執(zhí)行作業(yè)的信息，包括天車號、工單號、工單類型、工單狀態(tài)、作業(yè)源地址x坐標(biāo)值、作業(yè)源地址y坐標(biāo)值、作業(yè)目的地址x坐標(biāo)值、作業(yè)目的地址y坐標(biāo)值、當(dāng)前作業(yè)狀態(tài)等工單的重要信息。天車狀態(tài)信息管理設(shè)置天車當(dāng)前的信息，包括天車號、當(dāng)前位x坐標(biāo)值、當(dāng)前位y坐標(biāo)值、天車作業(yè)方向、天車負(fù)載信息。數(shù)據(jù)庫配置設(shè)置重要參數(shù)，包括天車初始化信息、庫區(qū)配置信息、障礙物屬性、過道位置信息、打包區(qū)設(shè)定信息。
第二部分包括：應(yīng)景式障礙物規(guī)避方法。依據(jù)數(shù)據(jù)信息設(shè)置的天車工單信息、天車狀態(tài)信息以及數(shù)據(jù)庫配置，并結(jié)合基于幾何點(diǎn)在矩形內(nèi)條件數(shù)學(xué)模型計(jì)算出天車作業(yè)特征串。有3組特征值：即天車當(dāng)前位是否在人工打包區(qū)、天車作業(yè)源地址是否包含人工打包區(qū)、天車作業(yè)目的地址是否包含人工打包區(qū)。每一組特征值對應(yīng)一個分支，在分支前加上天車作業(yè)類型（作業(yè)工單，移動工單），組成4位特征碼，共有16個分支，分支定義為“0000”、“0001”、“0010”、“0011”、“0100”、“0101”、“0110”、“0111”、“1000”、“1001”、“1010”、“1011”、“1100”、“1101”、“1110”、“1111”。
分支特征串解釋：根據(jù)工單信息管理、天車狀態(tài)信息管理中的天車作業(yè)源地址（定義為“S”）、天車作業(yè)目的地址（定義為“D”）和天車的當(dāng)前位（定義為“C”），從數(shù)據(jù)庫配置中獲取天車初始化信息、庫區(qū)配置信息、障礙物屬性、打包區(qū)設(shè)定信息（定義為“P”）。需要分別驗(yàn)證S、D、C是否位于P內(nèi)，從而得到作業(yè)特征串，在P內(nèi)特征值為1，不在P內(nèi)特征值為0。在從工單信息管理獲取天車的作業(yè)信息，結(jié)合作業(yè)特征值分情況生成作業(yè)路徑。
第三部分包括：天車執(zhí)行作業(yè)路徑。天車執(zhí)行作業(yè)路徑向天車無人駕駛系統(tǒng)發(fā)出作業(yè)路徑信息。
實(shí)現(xiàn)步驟：
步驟0、數(shù)據(jù)庫配置，主要是庫區(qū)內(nèi)障礙物屬性（障礙物類型、障礙物四個頂點(diǎn)坐標(biāo)）、打包區(qū)設(shè)定。
步驟1、輸入所有天車的作業(yè)信息以及天車狀態(tài)信息，包括天車當(dāng)前位置、作業(yè)源地址坐標(biāo)、作業(yè)目的地址坐標(biāo)、天車作業(yè)方向。
步驟2、通過步驟0、步驟1并結(jié)合基于幾何點(diǎn)在矩形內(nèi)條件數(shù)學(xué)模型計(jì)算出天車作業(yè)特征串。計(jì)算方法如下：
1）用一對點(diǎn)（minx ,miny）（maxx ,maxy）來表示矩形，表達(dá)如下：
Rect1{(minx1 ,miny1)(maxx1 ,maxy1)}
點(diǎn)P（x1,y1）是否在矩形內(nèi)，判斷方法如下：
bool CrossRectangle(Rect r ,Point p){
if((p.x-r.x1>0)&&(p.x-r.x2<0)&&(p.y-r.y1>0)&&(p.y-r.y2<0)){
return true; }
else{
return false; }
}
步驟3、根據(jù)天車作業(yè)特征串分支進(jìn)行處理，運(yùn)用應(yīng)景式障礙物規(guī)避的方法，梳理出三種情況。
Case1：天車作業(yè)工單、移動工單均不包含打包區(qū)：
只需考慮障礙物，根據(jù)天車工單信息中天車當(dāng)前位置（起點(diǎn)）與天車作業(yè)源地址坐標(biāo)（終點(diǎn)），篩選出所有需要避讓的障礙物信息集合；
步驟1）中天車運(yùn)動信息與天車作業(yè)運(yùn)動范圍障礙物信息集合作為基于線段與矩形相交模型天車作業(yè)路徑計(jì)算的輸入，首先根據(jù)天車作業(yè)方向?qū)φ系K物進(jìn)行排序，然后依次判斷障礙物矩形與天車運(yùn)動起始點(diǎn)連線是否相交，如果相交則以天車當(dāng)前位置（起點(diǎn)）與距作業(yè)源地址最近障礙物端點(diǎn)作為終點(diǎn)連線，判斷與其余障礙物是否相交，如果不相交直接以該障礙物端點(diǎn)作為此次作業(yè)的唯一避讓點(diǎn)；如果相交則在障礙物集合中剔除該障礙物，同時利用輾轉(zhuǎn)算法繼續(xù)判斷其余障礙物，重復(fù)步驟1）與2），直到天車運(yùn)動起點(diǎn)和終點(diǎn)之間沒有任何障礙物，最終形成天車運(yùn)動路徑集合。
Case2：天車移動工單包含打包區(qū)：
根據(jù)天車移動作業(yè)特征碼，依次得出S、D、C與P的特征關(guān)系，并在特征值為1的點(diǎn)前加上與該點(diǎn)（指S、D、C當(dāng)中的一點(diǎn)）x坐標(biāo)相同，y坐標(biāo)差2m的障礙點(diǎn)。根據(jù)天車當(dāng)前位置（起點(diǎn)）與天車作業(yè)目的地址坐標(biāo)（終點(diǎn)），確定天車運(yùn)動方位，并根據(jù)天車運(yùn)動方位范圍篩選需要避讓的障礙物信息集合；
步驟1）中天車運(yùn)動信息與天車作業(yè)運(yùn)動范圍障礙物信息集合作為基于線段與矩形相交模型天車空載作業(yè)路徑計(jì)算的輸入，首先根據(jù)天車作業(yè)方向?qū)φ系K物進(jìn)行排序，然后依次判斷障礙物矩形與天車運(yùn)動起始點(diǎn)連線是否相交，如果相交則以天車當(dāng)前位置（起點(diǎn)）與距作業(yè)源地址最近障礙物端點(diǎn)作為終點(diǎn)連線，判斷與其余障礙物是否相交，如果不相交直接以該障礙物端點(diǎn)作為此次作業(yè)的唯一避讓點(diǎn)；如果相交則在障礙物集合中剔除該障礙物，同時利用輾轉(zhuǎn)算法繼續(xù)判斷其余障礙物，重復(fù)步驟1）與2），直到天車運(yùn)動起點(diǎn)和終點(diǎn)之間沒有任何障礙物，最終形成天車空載運(yùn)動路徑集合。
Case3：天車作業(yè)工單包含打包區(qū)：
根據(jù)天車工單作業(yè)特征碼，依次得出S、D、C與P的特征關(guān)系，并在特征值為1的點(diǎn)前加上與該點(diǎn)（指S、D、C當(dāng)中的一點(diǎn)）x坐標(biāo)相同，y坐標(biāo)差2m的障礙點(diǎn)。首先根據(jù)天車當(dāng)前位置（起點(diǎn)）與天車作業(yè)源地址坐標(biāo)（終點(diǎn)），確定天車取卷運(yùn)動方位，并根據(jù)天車取卷運(yùn)動方位范圍篩選起吊過程需要避讓的障礙物信息集合。
步驟1）中天車取卷運(yùn)動信息與天車取卷作業(yè)運(yùn)動范圍障礙物信息集合作為基于線段與矩形相交模型天車取卷作業(yè)路徑計(jì)算的輸入，首先根據(jù)天車取卷作業(yè)方向?qū)φ系K物進(jìn)行排序，然后依次判斷障礙物矩形與天車運(yùn)動起始點(diǎn)連線是否相交，如果相交則以天車當(dāng)前位置為起點(diǎn)，與距作業(yè)源地址最近障礙物端點(diǎn)作為終點(diǎn)連線，判斷與其余障礙物是否相交，如果不相交直接以該障礙物端點(diǎn)作為取卷作業(yè)的唯一避讓點(diǎn)；如果相交則在障礙物集合中剔除該障礙物，同時利用輾轉(zhuǎn)算法繼續(xù)判斷其余障礙物，重復(fù)步驟1）與2），直到天車取卷作業(yè)起點(diǎn)和終點(diǎn)之間沒有任何障礙物，最終形成天車取卷運(yùn)動路徑集合。
天車取卷作業(yè)路徑計(jì)算完成后，再以天車作業(yè)信息管理中天車作業(yè)源地坐標(biāo)為起點(diǎn)，目的地址坐標(biāo)為終點(diǎn)，確定天車放卷運(yùn)動方位，并根據(jù)天車放卷運(yùn)動方位范圍篩選起吊過程需要避讓的障礙物信息集合；
步驟3）中天車放卷運(yùn)動信息與天車放卷作業(yè)運(yùn)動范圍障礙物信息集合作為基于線段與矩形相交模型天車放卷作業(yè)路徑計(jì)算的輸入，首先根據(jù)天車放卷作業(yè)方向?qū)φ系K物進(jìn)行排序，然后依次判斷障礙物矩形與天車運(yùn)動起始點(diǎn)連線是否相交，如果相交則以天車作業(yè)源地址為起點(diǎn)，與距作業(yè)目的地址最近障礙物端點(diǎn)作為終點(diǎn)連線，判斷與其余障礙物是否相交，如果不相交直接以該障礙物端點(diǎn)作為放卷作業(yè)的唯一避讓點(diǎn)；如果相交則在障礙物集合中剔除該障礙物，同時利用輾轉(zhuǎn)算法繼續(xù)判斷其余障礙物，重復(fù)步驟3）與4），直到天車取卷作業(yè)起點(diǎn)和終點(diǎn)之間沒有任何障礙物，最終形成天車放卷運(yùn)動路徑集合。
步驟2）與步驟4）路徑集合即是天車作業(yè)工單路徑。
4 結(jié)束語
人工打包區(qū)無人天車最優(yōu)作業(yè)路徑選擇方法應(yīng)用，為冷軋中間庫實(shí)現(xiàn)天車作業(yè)智能化，人工打包高效化提供了方法基礎(chǔ)，為解決人工打包與無人作業(yè)不可同時兼得的難題提供理論基礎(chǔ)。讓無人天車更好的為庫區(qū)服務(wù)，減輕人工成本，持續(xù)為產(chǎn)線提產(chǎn)增效提供更大可能。