專利名稱：一種提高堆垛機無線定位精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高堆垛機無線定位精度的方法，尤其涉及一種利用堆垛機直線運動特點，在傳統(tǒng)四邊定位算法基礎(chǔ)上改進的四邊投影定位方法，以提高定位精度，并降低定位算法的復(fù)雜度，該方法可廣泛應(yīng)用于物流倉儲中心、現(xiàn)代配送中心等領(lǐng)域，屬于倉儲設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全自動倉儲系統(tǒng)是指不用人工直接處理，將物料以單元化形式存儲在貨架內(nèi)，并能自動存/取物料的系統(tǒng)。全自動倉儲技術(shù)是現(xiàn)代物流技術(shù)的核心。堆垛機是全自動倉儲系統(tǒng)的核心搬運設(shè)備，在巷道內(nèi)來回穿梭，完成入庫、出庫、移庫、調(diào)庫等作業(yè)，堆垛機的運行速度和效率決定了整個倉儲系統(tǒng)的吞吐量和周轉(zhuǎn)率。目前高速堆垛機都采用變頻電機牽弓丨，通過優(yōu)化變頻電機速度曲線提高運行效率。然而，堆垛機提速難點在于認址定位的精度。目前，認址技術(shù)主要有三種編 碼器認址、激光測距認址、BPS (Barcode Positioning System)條碼定位認址。編碼器認址是將堆垛機的距離通過編碼器轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)值，缺點在于機械誤差導(dǎo)致計數(shù)錯誤；激光測距認址將激光頭裝在堆垛機上，反射板裝在地面上，通過測量激光反射時間差，計算距離值，精度可達士3mm，缺點是光路不能有障礙物，對使用環(huán)境要求較高；BPS條碼定位系統(tǒng)在行進路線上安置條碼帶，通過掃描條碼并轉(zhuǎn)換為距離信息實現(xiàn)精確定位，缺點是條碼污染影響掃描結(jié)果，高速運動時響應(yīng)速度跟不上。目前市場上，編碼器認址一般用于120m/min以下低速堆垛機，激光測距認址和BPS條碼定位認址用于240m/min以上高速堆垛機?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)技術(shù)的室內(nèi)定位具有價格低、安裝調(diào)試方便、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，主要包括基于測距算法(Range-based)和無需測距算法(Range-free)，在堆垛機應(yīng)用中，由于硬件結(jié)構(gòu)較簡單，因此多采用基于測距算法。目前該類算法主要有基于測量無線信號強度衰減指數(shù)的RSSI (Received Signal Strength Index)算法，基于無線信號傳播時間差的TOA(Time of Arrival)算法、以及 TDOA (Time Difference of Arrival)算法，基于無線信號方向的 AOA (Angle of Arrival) 算法等。而為了實現(xiàn)精確定位，一般采用三邊測量術(shù)、三角測量術(shù)，以及多邊測量術(shù)等方法。近年來，針對WSN芯片的RSSI特征，出現(xiàn)了一些優(yōu)化變種，主要有對RSSI進行高斯濾波預(yù)處理的算法，選擇RSSI值最大的前幾個信標節(jié)點進行的加權(quán)質(zhì)心定位法等。ZigBee技術(shù)是目前較流行和廉價的WSN技術(shù)之一，德州儀器TI公司推出的 ZigBee芯片CC2430本身就已經(jīng)集成有測量RSSI和測距的模塊，使用方便，功耗低，發(fā)射功率僅為lmW，響應(yīng)速度快，信道接入時延僅為15ms。缺點在于測距距離較短，在不加功率放大的情況下測距距離只能達到64米，測量精度較低，往往只能達到3 5米的精度。傳統(tǒng)的基于RSSI的四邊定位算法，首先需要計算RSSI值，RSSI是通過無線信號在傳播中的衰減來估計兩個節(jié)點之間的距離，目前主要有三種無線信號傳播模型=FreeSpace模型，Two-Ray Ground Reflection模型，以及Shadowing模型。而在實際測量中，選用以下的數(shù)學(xué)模型RSSI = -(10nlgd+A)式中，射頻參數(shù)A定義為用dBm表示的距離發(fā)射器Im接收到的平均能量絕對值， 也就是距發(fā)射節(jié)點Im處的接收信號強度，η為信號傳輸常數(shù)，與信號傳輸環(huán)境有關(guān)，d為距發(fā)射節(jié)點的距離。由于堆垛機在一次停機之后，其坐標位置基本上是確定的，因此對于具有固定坐標部署的信標節(jié)點的初始距離是已知的，通過測量RSSI的差值，可以得到距離的比值RSSI - RSSI0 = 1 On Igi ^L
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式中，RSSI為當(dāng)前測量值，d為當(dāng)前距離，RSSI0為初始測量值，d0為初始距離。由于RSSI測距誤差較大，本發(fā)明利用堆垛機運動特點，在傳統(tǒng)四邊定位算法基礎(chǔ)上改進四邊投影定位方法，以提高定位精度，并降低定位算法的復(fù)雜度，從而優(yōu)化變頻電機速度曲線的方法。具有成本低、效率高、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是提供一種提高堆垛機無線定位精度的方法，具體的說，就是在傳統(tǒng)四邊定位算法的基礎(chǔ)上，改進為四邊投影定位算法，這種改進是建立在堆垛機直線運動特征的基礎(chǔ)之上的，不僅提高了定位精度，而且降低了定位運算復(fù)雜度。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所應(yīng)用的全自動倉儲系統(tǒng)中信標節(jié)點為規(guī)則網(wǎng)格狀分布，且坐標已知，而堆垛機只能沿直線運行，也即只需確定一個橫坐標即可。因此，本發(fā)明提出所謂四邊投影定位的技術(shù)方案如下(1)在巷道對稱的兩邊選擇兩對信標節(jié)點；(2)計算各自和堆垛機移動節(jié)點的RSSI距離；(3)根據(jù)勾股定理，已知信標節(jié)點至堆垛機運動直線之間的垂直距離h，可以計算各自交點的橫坐標；(4)如果RSSI距離小于信標節(jié)點至堆垛機運動直線之間的垂直距離h，則直接剔出該信標節(jié)點，所得結(jié)果并不會受到嚴重影響；(5)求交點橫坐標的算術(shù)平均值，即為堆垛機移動節(jié)點的橫坐標估計值；(6)而堆垛機移動節(jié)點的縱坐標可以認為是一個常數(shù)。綜上所述，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案的有益技術(shù)效果是計算復(fù)雜度低，只需要利用勾股定理計算橫坐標即可，而傳統(tǒng)的四邊定位需要解多元方程組，且定位精度大大提高， 對稱的信標節(jié)點抵消了 RSSI測距的系統(tǒng)誤差。具有良好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益。


圖1是本發(fā)明一種提高堆垛機無線定位精度的方法的倉儲系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署圖；圖2是本發(fā)明一種提高堆垛機無線定位精度的方法的四邊測距定位法示意圖；圖3是本發(fā)明一種提高堆垛機無線定位精度的方法的四邊投影定位算法原理圖。
具體實施例方式參考附圖，下面對本發(fā)明進行詳細描述。如圖1所示，本發(fā)明一個實施例的全自動倉儲系統(tǒng)主要包括立體貨架(100)、巷道1 (101)、巷道2(102)、巷道3(103)、堆垛機移動無線節(jié)點 1 (104)、堆垛機移動無線節(jié)點2(105)、堆垛機移動無線節(jié)點3(106)、信標節(jié)點A(107)、信標節(jié)點B(108)、信標節(jié)點C(109)、信標節(jié)點D(IlO)組成。從圖中可以看到，每一個巷道(101、102、103)都有一臺堆垛機，可以對左右兩面的立體貨架(100)執(zhí)行存/取操作，堆垛機在巷道內(nèi)作水平移動，對于大多數(shù)倉儲系統(tǒng)，巷道的長度遠遠大于立體貨架(100)的高度，因此堆垛機水平方向的調(diào)速優(yōu)化起著決定作用。在巷道的上方每隔一定間隔部署信標節(jié)點(107、108、109、110)，信標節(jié)點(107、 108、109、110)的初始坐標都是已知值，對信標節(jié)點(107、108、109、110)進行編號，最終形成網(wǎng)格狀的信標節(jié)點(107、108、109、110)陣列。在每個堆垛機的上方部署堆垛機移動無線節(jié)點(104、105、106)，該節(jié)點的位置可以代表堆垛機的坐標。由于巷道的上方為自由空間， 因此相對來說，無線信號的衰減情況較好。如圖2所示，在傳統(tǒng)四邊測距定位法中，已知四個信標節(jié)點A(205)、信標節(jié)點 B(206)、信標節(jié)點C(207)、信標節(jié)點D(208)，和移動無線節(jié)點P(200)的距離分別為dA、dB、 dc、dD，則有
權(quán)利要求
1. 一種提高堆垛機無線定位精度的方法，所應(yīng)用的全自動倉儲系統(tǒng)中信標節(jié)點為規(guī)則網(wǎng)格狀分布，且坐標已知，而堆垛機只能沿直線運行，也即只需確定一個橫坐標即可的應(yīng)用場景，其特征為根據(jù)堆垛機直線運動特征，采用四邊投影定位算法，不僅提高了定位精度，而且降低了定位運算復(fù)雜度，具體技術(shù)方案包括以下步驟(1)在巷道對稱的兩邊選擇兩對信標節(jié)點；(2)計算各自和堆垛機移動節(jié)點的RSSI距離；(3)根據(jù)勾股定理，已知信標節(jié)點至堆垛機運動直線之間的垂直距離h，可以計算各自交點的橫坐標；(4)如果RSSI距離小于信標節(jié)點至堆垛機運動直線之間的垂直距離h，則直接剔出該信標節(jié)點，所得結(jié)果并不會受到嚴重影響；(5)求交點橫坐標的算術(shù)平均值，即為堆垛機移動節(jié)點的橫坐標估計值；(6)而堆垛機移動節(jié)點的縱坐標可以認為是一個常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高堆垛機無線定位精度的方法，利用堆垛機直線運動特點，在傳統(tǒng)四邊定位算法基礎(chǔ)上改進四邊投影定位方法，以提高定位精度，并降低定位算法的復(fù)雜度，該方法可廣泛應(yīng)用于物流倉儲中心、現(xiàn)代配送中心等領(lǐng)域，具有良好的經(jīng)濟效益和應(yīng)用前景。
文檔編號G01S5/14GK102435979SQ201110269598
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者傅培華, 朱安定 申請人:浙江工商大學(xué)