一种基于UWB定位的出入库作业3D车载导航方法技术

本发明专利技术公开一种基于UWB定位的出入库作业3D车载导航方法，包括构建初始数据，将作业设备位置信息通过WebAPI数据协议与WMS系统交互，WMS系统将分配与之距离最近的出入库任务；再根据以实际场景绘制出的3D场景信息，根据库存信息在对应的库存点生成货物；基于UWB定位服务获取到作业设备的具体位置以及通过任务信息获取到的货物目标点，通过A*算法为基础的寻路算法规划出两点的最优同行路径；最后根据上一个时间段作业设备所处的位置与当前作业设备位置进行滞后转向计算。实现了自动化物流系统中人、车、物料的追踪、调配与协同，提高作业精度和效率。业精度和效率。业精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB定位的出入库作业3D车载导航方法


[0001]本专利技术涉及使用UWB定位的自动化物流
，尤其涉及一种基于UWB定位的出入库作业3D车载导航方法。

技术介绍

[0002]在物料种类繁多，出入库流程比较复杂的情况下，物流系统的实时数据、设备状态无法在线监控，单据任务的进展和完成情况无法实时掌握，且缺少人、车、物料的精准定位，操作出错的几率大大增加，拣选货物的效率也比较低。缺少了室内定位模块，操作人员只能依靠记忆或系统区域示意图进行查找相应的任务目标点，作业指引这一块也是缺失的。整体上物流系统易用性低，作业执行管控能力不够深入。针对这一问题，室内定位技术的应用逐渐增多。传统的室内定位技术现存有蓝牙定位技术、红外线定位技术、射频识别（RFID）技术、WIFI室内定位技术以及ZigBee室内定位技术等，但是这几种定位技术的定位精度都比较差，限制了无线定位技术在室内环境中的应用。
[0003]UWB超宽带室内定位技术是一种全新的、与传统通信定位技术有极大差异的新技术，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接受具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据。它利用事先在室内空间布设合理数量的基站，为人员、车辆配置标签的方式，实现对人员、车辆的实时高精度定位，其最高精度高达15~30cm。相对于其他定位技术，使用UWB信号进行室内定位可以获得更高的定位精度和稳定性。
[0004]由于UWB定位技术的稳定性以及高效性，基于UWB定位技术的室内作业技术层出不穷，但是在智能物流上应用还很少，现有的智能物料车在进行取货送货时，不能很好的对作业设备的位置进行定位，工作效率不高，且不能对空闲物料车进行合理的调配，因此，我们提出一种基于UWB定位的出入库作业3D车载导航方法，按照一定的算法规则进行出入库导航指引作业。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种基于UWB定位的出入库作业3D车载导航方法，通过UWB实时定位设备位置数据因素，出入库订单任务数据因素，物料属性，设备使用情况等因素，按照一定的算法规则进行出入库导航指引作业。以达到丰富提高数字孪生软件功能，提高物流系统易用性具有重要意义。
[0006]本专利技术的技术方案如下：本专利技术公开了一种基于UWB定位的出入库作业3D车载导航方法，包括以下步骤：构建初始数据：将作业设备位置信息通过WebAPI数据协议与WMS系统交互，WMS系统将分配与之距离最近的出入库任务；构建场景：车机终端获取到任务目标位置信息后，由控制中心关联目标位置与作业设备位置，根据以实际场景绘制出的3D场景信息；构建库存物料信息：从WMS获取库存信息进行场景补充，根据库存信息在对应的库
存点生成货物；实时定位作业设备位置：基于UWB定位服务，将现场划分为网格，相距一定距离进行部署定位基站；规划最优同行路径：通过UWB定位获取到作业设备的具体位置以及通过任务信息获取到的取货点，通过A*算法为基础的寻路算法规划出两点的最优同行路径；矫正作业设备转向：根据上一个时间段作业设备所处的位置与当前作业设备位置进行滞后转向计算。
[0007]进一步地，所述构建场景为等比例模型构建场景，根据实际场景的CAD图纸等比例绘制出3D模型，模型场景保证与实际场景比例一致，单位皆为米，保证在UWB定位获取到的位置数据所呈现在3D场景中的位置与实际位置一致。
[0008]进一步地，所述3D模型构建完成之后，通过WMS系统根据库存数据、信息在库存点补充生成物料对应位置以及对应物料信息的3D模型，用户在接收到任务信息后会在任务面板处查看到物料信息，与实际进行比较，判断其为作业货物。
[0009]进一步地，所述定位基站呈网格状排列，于车间空旷的情况下，每30米内需要部署一个定位基站点；在车间非空旷情况下，则需要根据车间场景具体情况增加定位基站数量，保证定位基站不被建筑物和生产设备遮挡，任意一位置的作业设备标签可被定位基站网格覆盖，并实时解算出具体位置传输到UWB自身后台系统，在通过后台系统的Stock协议将标签位置数据发送到前端。
[0010]进一步地，所述A*算法为基础的寻路算法基本公式为，其中是作业设备从初始状态经由状态到货物目标点的最小代价估计；是作业设备在状态空间中从初始状态到状态的最小代价；是作业设备从状态到货物目标点的路径的最小估计代价，A*算法在运算过程中，每次从优先队列中选取值最小的节点作为下一个待遍历的节点，将作业设备与取货点进行计算，可算出两点之间的最优路线。
[0011]进一步地，所述滞后转向计算步骤如下：S1.1、计算两向量的角度：由向量公式：其中和分别为作业设备上一个时间段的坐标和当前所处位置的坐标，，则，，即
得到得到即为所需的角度值；S1.2、计算两向量的叉乘得到法线向量：S1.3、点乘得到相似角度：S1.4、根据得到的点乘值对之前的角度值进行判断转换获取到正确的运行方向角度：度：获取到作业设备的滞后角度angle，根据这一滞后角度对运行方向进行矫正优化。
[0012]进一步地，所述每个作业设备车机终端与一同作业的其他作业设备的车机终端相连通，作业设备工作人员可在车机终端查看到一同作业的其他作业设备，能提前规避撞车意外，同时根据车机终端上显示的最优同行路径将作业设备指引到达取货点，作业设备将进行动画补偿，模拟作业设备动作，将货物叉取至作业设备上，至此作业设备执行完任务的取货部分，在取货任务完成后车机终端会继续导航至放货点。
[0013]进一步地，每个作业设备完成取货和放货后，再次回到空闲状态，车机终端按照固定频率动态地从WMS系统获取任务信息，WMS系统根据作业设备与UWB定位获取的实时位置计算与之距离最近的货物任务地址。
[0014]进一步地，所述WMS系统将与作业设备实时位置最近的货物任务地址作为任务源地址下发给作业设备的车机终端，再通过A*算法为基础的寻路算法规划出两点的最优同行路径，车机终端指引作业设备前往任务地址，分步执行任务，任务完成后再次处于空闲状态。
[0015]与现有的技术相比本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用UWB实时定位和WMS系统，通过A*算法为基础的寻路算法对出入库进行最优同行路径规划，同时也可根据实时规划出的路径进行指引工作。能很好地了解到货物的具体存放区域，可减少前期的培训以及了解时间。在WMS的任务分配下，可更合理、更高效地执行作业，提高了作业效率。
[0016]2、本专利技术通过UWB实时定位设备位置数据因素，出入库订单任务数据因素，物料属性，设备使用情况等因素，按照一定的算法规则进行出入库导航指引作业。以达到丰富提高数字孪生软件功能，提高物流系统易用性具。
[0017]3、本专利技术从构建场景数据以及库存物料数据，通过基于UWB定位获取作业设备实时位置，并从WMS获取最近距离任务信息进行规划取货点与作业设备位置的最优同行路径，同时在导引的时候进行矫正作业设备转向角度问题等方面，物流设备、人员、物资三个维度
上实现定位、路径规划以及作业本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB定位的出入库作业3D车载导航方法，其特征在于，包括以下步骤：构建初始数据：将作业设备（4）位置信息通过WebAPI数据协议与WMS系统交互，WMS系统将分配与之距离最近的出入库任务；构建场景：车机终端获取到任务目标位置信息后，由控制中心关联目标位置与作业设备（4）位置，根据以实际场景绘制出的3D场景信息；构建库存物料信息：从WMS获取库存信息进行场景补充，根据库存信息在对应的库存点生成货物（2）；实时定位作业设备位置：基于UWB定位服务，将现场划分为网格，相距一定距离进行部署定位基站（1）；规划最优同行路径：通过UWB定位获取到作业设备（4）的具体位置以及通过任务信息获取到的取货点（5），通过寻路算法规划出两点的最优同行路径（3）；矫正作业设备转向：根据上一个时间段作业设备（4）所处的位置与当前作业设备位置进行滞后转向计算。2.根据权利要求1所述的一种基于UWB定位的出入库作业3D车载导航方法，其特征在于，所述构建场景为等比例模型构建场景，根据实际场景的CAD图纸等比例绘制出3D模型，模型场景保证与实际场景比例一致，单位皆为米，保证在UWB定位获取到的位置数据所呈现在3D场景中的位置与实际位置一致。3.根据权利要求2所述的一种基于UWB定位的出入库作业3D车载导航方法，其特征在于，所述3D模型构建完成之后，通过WMS系统根据库存数据、信息在库存点补充生成物料对应位置以及对应物料信息的3D模型，用户在接收到任务信息后会在任务面板处查看到物料信息，与实际进行比较，判断其为作业货物。4.根据权利要求1所述的一种基于UWB定位的出入库作业3D车载导航方法，其特征在于，所述定位基站（1）呈网格状排列，于车间空旷的情况下，每30米内需要部署一个定位基站（1）；在车间非空旷情况下，则需要根据车间场景具体情况增加定位基站（1）数量，保证定位基站（1）不被建筑物和生产设备遮挡，任意一位置的作业设备（4）标签可被定位基站（1）网格覆盖，并实时解算出具体位置传输到UWB自身后台系统，在通过后台系统的Stock协议将标签位置数据发送到前端。5.根据权利要求1所述的一种基于UWB定位的出入库作业3D车载导航方法，其特征在于，所述寻路算法为A*算法为基础的寻路算法，基本公式为，其中是作业设备（4）从初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪祥埕，宋伟杰，时国栋，陈超，黄明磊，何凌峰，
申请(专利权)人：昆船智能技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：