[发明专利]一种无人驾驶叉式移动机器人的控制系统

权利要求书

1.一种无人驾驶叉式移动机器人的控制系统，其特征在于，包括：上位控制系统及至少一台无人驾驶叉式移动机器人；所述上位控制系统根据任务指令生成任务信息以及规划路线；

定位单元获取每一台机器人及托盘物料的具体位置，并将具体位置显示于上位控制系统的三维车间地形图中；

根据三维车间地形图中地面信息及每一台机器人和每一托盘物料的具体位置信息通过图像处理单元生成二维地图，并对二维地图进行网格划分；

监控单元获取每一台机器人的剩余电量数据；并通过无线通信单元将剩余电量数据传输至上位控制系统；

上位控制系统判断机器人剩余电量信息是否低于预设安全阈值，若是，则派遣充电任务指令；若否，则派遣搬运托盘物料任务；

上位控制系统根据与任务信息对应的待搬运托盘物料位置信息和每一具备派遣搬运托盘物料的机器人位置信息通过调度单元进行蚁群算法规划路线，机器人依照规划路线执行移动；

通过激光雷达和视频数据融合技术判断机器人货叉与托盘物料的实际位置，并根据实际位置进行车身调节后对托盘物料进行搬运，且监控单元实时监控机器人的剩余电量信息；

所述上位控制系统根据与任务信息对应的待搬运托盘物料位置信息和每一具备派遣搬运托盘物料的机器人位置信息通过调度单元进行蚁群算法规划路线，机器人依照规划路线执行移动的步骤中，包括在二维网格化地图中确定每一机器人的位置点及托盘物料的位置点后进行确定路径、在确定路径后进行计算路径长度并确定路径长度最小值、根据不同路径长度对信息素更新；

所述确定路径的步骤中，包括通过循环计算m次，对m台机器人分别进行路径的确定；对其中一台机器人，需要选择n-1次，且每次进行选择时，不能将已经经过的点作为路径的下一点；确定下一点时，需要计算出每个待选点的选择概率，确定好各待选点的概率之后，采用轮盘赌法进行选择；待选点的选择概率可通过下式确定：

，其中：M为信息素矩阵，α为信息素影响因子，β为启发函数影响因子，D为距离矩阵，i为起始点，j为目标点；

在所述信息素更新步骤中，由路径长度不同导致的信息素改变量为：

，其中：∆M表示信息素改变量矩阵，初始置为0，S为常数，L(i)代表本次迭代过程中，第i个机器人走过的路径长度。

2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶叉式移动机器人的控制系统，其特征在于，所述上位控制系统判断机器人剩余电量信息是否低于预设安全阈值，若是，则派遣充电任务指令的步骤中，包括判断预设安全阈值是否处于安全警戒阈值，若是，则机器人立即关机进入休眠状态等待人工介入后控制该机器人进入安全区域并重新充电；若否，则机器人自行根据充电任务指令移动至充电区域。

3.根据权利要求1所述的一种无人驾驶叉式移动机器人的控制系统，其特征在于，所述派遣搬运托盘物料任务的步骤中，包括判断机器人剩余电量信息是否低于任务警戒阈值；若是，则不给机器人派遣预计搬运时间较长的正常任务；若否，则正常派遣所有任务。

4.根据权利要求1所述的一种无人驾驶叉式移动机器人的控制系统，其特征在于，所述轮盘赌法中，先设备选点的个数为x，用一个x维向量X表示其被选择的概率，对X进行归一化处理，即X(i) = X(i) / sum(X(i))，再分别计算出向量前i项的和，作为新的X(i)，Matlab里可以用X= cumsum(X) 实现，最后生成一个0到1之间的随机数r，找到向量X中第一个大于r的元素，将其所代表的备选点作为下一个点。

5.根据权利要求1所述的一种无人驾驶叉式移动机器人的控制系统，其特征在于，所述通过激光雷达和视频数据融合技术判断机器人货叉与托盘物料的实际位置，并根据实际位置进行车身调节后对托盘物料进行搬运，且监控单元实时监控机器人的剩余电量信息的步骤中，包括机器人自带的激光雷达或摄像头对外部环境扫描形成的原始数据，采用图像处理、模式识别后期处理识别托盘与货叉适配的叉孔位置，机器人根据叉孔位置调节机身后对托盘物料进行搬运。

6.根据权利要求5所述的一种无人驾驶叉式移动机器人的控制系统，其特征在于，机器人对托盘物料插孔位置的智能识别流程为：

通过本地网络，驱动激光雷达的网络端口并读取该端口数据；利用带点云输出的激光雷达，静态扫描或上下动态扫描货架托盘的侧面形成点云三维图或者平面图；

分析点云三维图或者平面图做特征识别，评断出货叉叉孔位置并找出托盘的中心点和中心线，如果无法分析出叉孔位置则报错，提示特征识别失败；如果扫描成功，则形成托盘的侧视图；

以叉车上的激光雷达为基准建立起坐标系，形成叉车与托盘的度量基准，以此建立起叉车系统的俯视图；在坐标系中度量前面托盘中心点位置坐标XY，依据托盘中心线和坐标系的关系，托盘中心线与叉车的中线所形成的角度A；其中角度A和XY坐标都是有正负号的有符号数；

依据接口协议输出X、Y、A三个参数到本地或后台的计算单元，由这三个参数调整叉车的位置和姿态，确保叉车在正确的位置后开始取件作业。