楊歡
（承德釩鈦新材料有限公司 工程公司）
摘 要：隨著冶金行業智能工廠的發展，倉庫天車無人駕駛系統得到普遍關注。天車作業路徑在無人駕駛系統中更加突出：倉庫中障礙物類型不一，庫區業務涉及廣且包含人工打包區。作業路徑的合理性直接決定著天車無人駕駛系統的性能，不合理的路徑選擇，作業效率低下、用戶體驗不佳且會有嚴重的安全隱患。通過分析庫區人工打包的實際情況，并結合當前無人天車智能作業路徑的選擇過程，對如何實現存在人工打包的庫區天車最優作業路徑選擇進行了詳細的論述，全面提升倉儲庫區的運作效率。
關鍵詞：無人天車；作業路徑；人工打包；倉儲管理
0 引言
目前將人工打包區按照障礙物處理，當天車與打包區作業相關時，按矩形相交方法得出的規劃路徑，避過打包區，不能自動完成打包作業，需要天車工人工介入。隨著倉庫天車作業類型增多，天車與作業類型不能一一對應，且天車間互有協作，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，與當前無人庫區的設計初衷相悖。通過采用應景式障礙物規避方法，實現無人天車與人工打包有效結合，保證了庫區業務順利執行，從而大大的提高了天車作業效率。
1 人工打包區無人天車作業路徑選擇需求分析
冷軋中間庫在酸洗、鍍鋅兩跨分別設置4區12個鞍座的打包區，天車酸洗下線后分為直接入庫、打包入庫兩種作業模式。當天車執行入打包作業時，因為是人工打包，投用的人工打包區人機交互裝置，會與無人天車系統交互，當天車攜帶鋼卷到打包區附近2m位置時會觸發人機交互裝置給天車發送暫停指令，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規劃路徑，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效率和產線提產增效。因此迫切需要一種實現基于人工打包區的無人天車最優作業路徑選擇方法，從而實現人工打包區與無人天車系統有效結合，提高無人化作業水平和天車作業效率。
2 人工打包區無人天車作業路徑選擇實現目標
根據人工打包業務需求，優化打包區安全人機交互功能，增加與無人天車交互接口，打通數據傳送流，在打包區的有限空間內，實現打包人員與天車交替作業，設計天車自動作業路徑選擇策略，并與應景式障礙物規避方法相結合，實現即使存在人工打包區，系統仍能給出天車最優作業路徑選擇方案。在保證作業人員安全的前提下，較大提高天車的作業效率。
3 人工打包區無人天車作業路徑選擇實現過程
實現過程分為三個主要部分：第一部分是數據信息設置，是實現基礎，重要參數的來源，現場情況的梳理以及對應策略的建立；第二部分是方法的應景式障礙物規避計算，是實現核心，通過綜合參數設置、比較，天車工單類型和工單狀態轉變計算出當前應對的策略并給出作業路徑；第三部分是方法執行，依據路徑規劃策略，對作業路徑進行格式化并下發。
第一部分包括：工單信息管理、天車狀態信息管理、數據庫配置。工單信息管理設置天車要執行作業的信息，包括天車號、工單號、工單類型、工單狀態、作業源地址x坐標值、作業源地址y坐標值、作業目的地址x坐標值、作業目的地址y坐標值、當前作業狀態等工單的重要信息。天車狀態信息管理設置天車當前的信息，包括天車號、當前位x坐標值、當前位y坐標值、天車作業方向、天車負載信息。數據庫配置設置重要參數，包括天車初始化信息、庫區配置信息、障礙物屬性、過道位置信息、打包區設定信息。
第二部分包括：應景式障礙物規避方法。依據數據信息設置的天車工單信息、天車狀態信息以及數據庫配置，并結合基于幾何點在矩形內條件數學模型計算出天車作業特征串。有3組特征值：即天車當前位是否在人工打包區、天車作業源地址是否包含人工打包區、天車作業目的地址是否包含人工打包區。每一組特征值對應一個分支，在分支前加上天車作業類型（作業工單，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：根據工單信息管理、天車狀態信息管理中的天車作業源地址（定義為“S”）、天車作業目的地址（定義為“D”）和天車的當前位（定義為“C”），從數據庫配置中獲取天車初始化信息、庫區配置信息、障礙物屬性、打包區設定信息（定義為“P”）。需要分別驗證S、D、C是否位于P內，從而得到作業特征串，在P內特征值為1，不在P內特征值為0。在從工單信息管理獲取天車的作業信息，結合作業特征值分情況生成作業路徑。
第三部分包括：天車執行作業路徑。天車執行作業路徑向天車無人駕駛系統發出作業路徑信息。
實現步驟：
步驟0、數據庫配置，主要是庫區內障礙物屬性（障礙物類型、障礙物四個頂點坐標）、打包區設定。
步驟1、輸入所有天車的作業信息以及天車狀態信息，包括天車當前位置、作業源地址坐標、作業目的地址坐標、天車作業方向。
步驟2、通過步驟0、步驟1并結合基于幾何點在矩形內條件數學模型計算出天車作業特征串。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，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、根據天車作業特征串分支進行處理，運用應景式障礙物規避的方法，梳理出三種情況。
Case1：天車作業工單、移動工單均不包含打包區：
只需考慮障礙物，根據天車工單信息中天車當前位置（起點）與天車作業源地址坐標（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路徑計算的輸入，首先根據天車作業方向對障礙物進行排序，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，同時利用輾轉算法繼續判斷其余障礙物，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：
根據天車移動作業特征碼，依次得出S、D、C與P的特征關系，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。根據天車當前位置（起點）與天車作業目的地址坐標（終點），確定天車運動方位，并根據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路徑計算的輸入，首先根據天車作業方向對障礙物進行排序，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，同時利用輾轉算法繼續判斷其余障礙物，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：天車作業工單包含打包區：
根據天車工單作業特征碼，依次得出S、D、C與P的特征關系，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。首先根據天車當前位置（起點）與天車作業源地址坐標（終點），確定天車取卷運動方位，并根據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路徑計算的輸入，首先根據天車取卷作業方向對障礙物進行排序，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，同時利用輾轉算法繼續判斷其余障礙物，重復步驟1）與2），直到天車取卷作業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。
天車取卷作業路徑計算完成后，再以天車作業信息管理中天車作業源地坐標為起點，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路徑計算的輸入，首先根據天車放卷作業方向對障礙物進行排序，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源地址為起點，與距作業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，同時利用輾轉算法繼續判斷其余障礙物，重復步驟3）與4），直到天車取卷作業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工單路徑。
4 結束語
人工打包區無人天車最優作業路徑選擇方法應用，為冷軋中間庫實現天車作業智能化，人工打包高效化提供了方法基礎，為解決人工打包與無人作業不可同時兼得的難題提供理論基礎。讓無人天車更好的為庫區服務，減輕人工成本，持續為產線提產增效提供更大可能。