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、用戶體驗不佳且會有嚴重的安全隱患。通過分析庫區(qū)人工打包的實際情況，并結(jié)合當前無人天車智能作業(yè)路徑的選擇過程，對如何實現(xiàn)存在人工打包的庫區(qū)天車最優(yōu)作業(yè)路徑選擇進行了詳細的論述，全面提升倉儲庫區(qū)的運作效率。
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，與當前無人庫區(qū)的設(shè)計初衷相悖。通過采用應(yīng)景式障礙物規(guī)避方法，實現(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。當天車執(zhí)行入打包作業(yè)時，因為是人工打包，投用的人工打包區(qū)人機交互裝置，會與無人天車系統(tǒng)交互，當天車攜帶鋼卷到打包區(qū)附近2m位置時會觸發(fā)人機交互裝置給天車發(fā)送暫停指令，無人天車收到暫停指令后會自動暫停。因為入打包過程天車無法動態(tài)規(guī)劃路徑，導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)路徑選擇實現(xiàn)目標
根據(jù)人工打包業(yè)務(wù)需求，優(yōu)化打包區(qū)安全人機交互功能，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)，實現(xiàn)打包人員與天車交替作業(yè)，設(shè)計天車自動作業(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)路徑選擇實現(xiàn)過程
實現(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)避計算，是實現(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)變計算出當前應(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坐標值、作業(yè)源地址y坐標值、作業(yè)目的地址x坐標值、作業(yè)目的地址y坐標值、當前作業(yè)狀態(tài)等工單的重要信息。天車狀態(tài)信息管理設(shè)置天車當前的信息，包括天車號、當前位x坐標值、當前位y坐標值、天車作業(yè)方向、天車負載信息。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)合基于幾何點在矩形內(nèi)條件數(shù)學模型計算出天車作業(yè)特征串。有3組特征值：即天車當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、障礙物四個頂點坐標）、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，包括天車當前位置、作業(yè)源地址坐標、作業(yè)目的地址坐標、天車作業(yè)方向。
步驟2、通過步驟0、步驟1并結(jié)合基于幾何點在矩形內(nèi)條件數(shù)學模型計算出天車作業(yè)特征串。計算方法如下：
1）用一對點（minx ,miny）（maxx ,maxy）來表示矩形，表達如下：
Rect1{(minx1 ,miny1)(maxx1 ,maxy1)}
點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)特征串分支進行處理，運用應(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前位置（起點）與天車作業(yè)源地址坐標（終點），篩選出所有需要避讓的障礙物信息集合；
步驟1）中天車運動信息與天車作業(yè)運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)路徑計算的輸入，首先根據(jù)天車作業(yè)方向?qū)φ系K物進行排序，然后依次判斷障礙物矩形與天車運動起始點連線是否相交，如果相交則以天車當前位置（起點）與距作業(yè)源地址最近障礙物端點作為終點連線，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作為此次作業(yè)的唯一避讓點；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，重復步驟1）與2），直到天車運動起點和終點之間沒有任何障礙物，最終形成天車運動路徑集合。
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的點前加上與該點（指S、D、C當中的一點）x坐標相同，y坐標差2m的障礙點。根據(jù)天車當前位置（起點）與天車作業(yè)目的地址坐標（終點），確定天車運動方位，并根據(jù)天車運動方位范圍篩選需要避讓的障礙物信息集合；
步驟1）中天車運動信息與天車作業(yè)運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)路徑計算的輸入，首先根據(jù)天車作業(yè)方向?qū)φ系K物進行排序，然后依次判斷障礙物矩形與天車運動起始點連線是否相交，如果相交則以天車當前位置（起點）與距作業(yè)源地址最近障礙物端點作為終點連線，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作為此次作業(yè)的唯一避讓點；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，重復步驟1）與2），直到天車運動起點和終點之間沒有任何障礙物，最終形成天車空載運動路徑集合。
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的點前加上與該點（指S、D、C當中的一點）x坐標相同，y坐標差2m的障礙點。首先根據(jù)天車當前位置（起點）與天車作業(yè)源地址坐標（終點），確定天車取卷運動方位，并根據(jù)天車取卷運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）中天車取卷運動信息與天車取卷作業(yè)運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)路徑計算的輸入，首先根據(jù)天車取卷作業(yè)方向?qū)φ系K物進行排序，然后依次判斷障礙物矩形與天車運動起始點連線是否相交，如果相交則以天車當前位置為起點，與距作業(yè)源地址最近障礙物端點作為終點連線，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作為取卷作業(yè)的唯一避讓點；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，重復步驟1）與2），直到天車取卷作業(yè)起點和終點之間沒有任何障礙物，最終形成天車取卷運動路徑集合。
天車取卷作業(yè)路徑計算完成后，再以天車作業(yè)信息管理中天車作業(yè)源地坐標為起點，目的地址坐標為終點，確定天車放卷運動方位，并根據(jù)天車放卷運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）中天車放卷運動信息與天車放卷作業(yè)運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)路徑計算的輸入，首先根據(jù)天車放卷作業(yè)方向?qū)φ系K物進行排序，然后依次判斷障礙物矩形與天車運動起始點連線是否相交，如果相交則以天車作業(yè)源地址為起點，與距作業(yè)目的地址最近障礙物端點作為終點連線，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作為放卷作業(yè)的唯一避讓點；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，重復步驟3）與4），直到天車取卷作業(yè)起點和終點之間沒有任何障礙物，最終形成天車放卷運動路徑集合。
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。