杨欢
（承德钒钛新材料有限公司 工程公司）
摘 要：随着冶金行业智能工厂的发展，仓库天车无人驾驶系统得到普遍关注。天车作业路径在无人驾驶系统中更加突出：仓库中障碍物类型不一，库区业务涉及广且包含人工打包区。作业路径的合理性直接决定着天车无人驾驶系统的性能，不合理的路径选择，作业效率低下、用户体验不佳且会有严重的安全隐患。通过分析库区人工打包的实际情况，并结合当前无人天车智能作业路径的选择过程，对如何实现存在人工打包的库区天车最优作业路径选择进行了详细的论述，全面提升仓储库区的运作效率。
关键词：无人天车；作业路径；人工打包；仓储管理
0 引言
目前将人工打包区按照障碍物处理，当天车与打包区作业相关时，按矩形相交方法得出的规划路径，避过打包区，不能自动完成打包作业，需要天车工人工介入。随着仓库天车作业类型增多，天车与作业类型不能一一对应，且天车间互有协作，这就增大了无人天车使用过程中的困难，同时也增加了人工成本，与当前无人库区的设计初衷相悖。通过采用应景式障碍物规避方法，实现无人天车与人工打包有效结合，保证了库区业务顺利执行，从而大大的提高了天车作业效率。
1 人工打包区无人天车作业路径选择需求分析
冷轧中间库在酸洗、镀锌两跨分别设置4区12个鞍座的打包区，天车酸洗下线后分为直接入库、打包入库两种作业模式。当天车执行入打包作业时，因为是人工打包，投用的人工打包区人机交互装置，会与无人天车系统交互，当天车携带钢卷到打包区附近2m位置时会触发人机交互装置给天车发送暂停指令，无人天车收到暂停指令后会自动暂停。因为入打包过程天车无法动态规划路径，导致天车在收到暂停指令后无法自动解除暂停，需要人工介入，这样极大限制了天车作业效率和产线提产增效。因此迫切需要一种实现基于人工打包区的无人天车最优作业路径选择方法，从而实现人工打包区与无人天车系统有效结合，提高无人化作业水平和天车作业效率。
2 人工打包区无人天车作业路径选择实现目标
根据人工打包业务需求，优化打包区安全人机交互功能，增加与无人天车交互接口，打通数据传送流，在打包区的有限空间内，实现打包人员与天车交替作业，设计天车自动作业路径选择策略，并与应景式障碍物规避方法相结合，实现即使存在人工打包区，系统仍能给出天车最优作业路径选择方案。在保证作业人员安全的前提下，较大提高天车的作业效率。
3 人工打包区无人天车作业路径选择实现过程
实现过程分为三个主要部分：第一部分是数据信息设置，是实现基础，重要参数的来源，现场情况的梳理以及对应策略的建立；第二部分是方法的应景式障碍物规避计算，是实现核心，通过综合参数设置、比较，天车工单类型和工单状态转变计算出当前应对的策略并给出作业路径；第三部分是方法执行，依据路径规划策略，对作业路径进行格式化并下发。
第一部分包括：工单信息管理、天车状态信息管理、数据库配置。工单信息管理设置天车要执行作业的信息，包括天车号、工单号、工单类型、工单状态、作业源地址x坐标值、作业源地址y坐标值、作业目的地址x坐标值、作业目的地址y坐标值、当前作业状态等工单的重要信息。天车状态信息管理设置天车当前的信息，包括天车号、当前位x坐标值、当前位y坐标值、天车作业方向、天车负载信息。数据库配置设置重要参数，包括天车初始化信息、库区配置信息、障碍物属性、过道位置信息、打包区设定信息。
第二部分包括：应景式障碍物规避方法。依据数据信息设置的天车工单信息、天车状态信息以及数据库配置，并结合基于几何点在矩形内条件数学模型计算出天车作业特征串。有3组特征值：即天车当前位是否在人工打包区、天车作业源地址是否包含人工打包区、天车作业目的地址是否包含人工打包区。每一组特征值对应一个分支，在分支前加上天车作业类型（作业工单，移动工单），组成4位特征码，共有16个分支，分支定义为“0000”、“0001”、“0010”、“0011”、“0100”、“0101”、“0110”、“0111”、“1000”、“1001”、“1010”、“1011”、“1100”、“1101”、“1110”、“1111”。
分支特征串解释：根据工单信息管理、天车状态信息管理中的天车作业源地址（定义为“S”）、天车作业目的地址（定义为“D”）和天车的当前位（定义为“C”），从数据库配置中获取天车初始化信息、库区配置信息、障碍物属性、打包区设定信息（定义为“P”）。需要分别验证S、D、C是否位于P内，从而得到作业特征串，在P内特征值为1，不在P内特征值为0。在从工单信息管理获取天车的作业信息，结合作业特征值分情况生成作业路径。
第三部分包括：天车执行作业路径。天车执行作业路径向天车无人驾驶系统发出作业路径信息。
实现步骤：
步骤0、数据库配置，主要是库区内障碍物属性（障碍物类型、障碍物四个顶点坐标）、打包区设定。
步骤1、输入所有天车的作业信息以及天车状态信息，包括天车当前位置、作业源地址坐标、作业目的地址坐标、天车作业方向。
步骤2、通过步骤0、步骤1并结合基于几何点在矩形内条件数学模型计算出天车作业特征串。计算方法如下：
1）用一对点（minx ,miny）（maxx ,maxy）来表示矩形，表达如下：
Rect1{(minx1 ,miny1)(maxx1 ,maxy1)}
点P（x1,y1）是否在矩形内，判断方法如下：
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; }
}
步骤3、根据天车作业特征串分支进行处理，运用应景式障碍物规避的方法，梳理出三种情况。
Case1：天车作业工单、移动工单均不包含打包区：
只需考虑障碍物，根据天车工单信息中天车当前位置（起点）与天车作业源地址坐标（终点），筛选出所有需要避让的障碍物信息集合；
步骤1）中天车运动信息与天车作业运动范围障碍物信息集合作为基于线段与矩形相交模型天车作业路径计算的输入，首先根据天车作业方向对障碍物进行排序，然后依次判断障碍物矩形与天车运动起始点连线是否相交，如果相交则以天车当前位置（起点）与距作业源地址最近障碍物端点作为终点连线，判断与其余障碍物是否相交，如果不相交直接以该障碍物端点作为此次作业的唯一避让点；如果相交则在障碍物集合中剔除该障碍物，同时利用辗转算法继续判断其余障碍物，重复步骤1）与2），直到天车运动起点和终点之间没有任何障碍物，最终形成天车运动路径集合。
Case2：天车移动工单包含打包区：
根据天车移动作业特征码，依次得出S、D、C与P的特征关系，并在特征值为1的点前加上与该点（指S、D、C当中的一点）x坐标相同，y坐标差2m的障碍点。根据天车当前位置（起点）与天车作业目的地址坐标（终点），确定天车运动方位，并根据天车运动方位范围筛选需要避让的障碍物信息集合；
步骤1）中天车运动信息与天车作业运动范围障碍物信息集合作为基于线段与矩形相交模型天车空载作业路径计算的输入，首先根据天车作业方向对障碍物进行排序，然后依次判断障碍物矩形与天车运动起始点连线是否相交，如果相交则以天车当前位置（起点）与距作业源地址最近障碍物端点作为终点连线，判断与其余障碍物是否相交，如果不相交直接以该障碍物端点作为此次作业的唯一避让点；如果相交则在障碍物集合中剔除该障碍物，同时利用辗转算法继续判断其余障碍物，重复步骤1）与2），直到天车运动起点和终点之间没有任何障碍物，最终形成天车空载运动路径集合。
Case3：天车作业工单包含打包区：
根据天车工单作业特征码，依次得出S、D、C与P的特征关系，并在特征值为1的点前加上与该点（指S、D、C当中的一点）x坐标相同，y坐标差2m的障碍点。首先根据天车当前位置（起点）与天车作业源地址坐标（终点），确定天车取卷运动方位，并根据天车取卷运动方位范围筛选起吊过程需要避让的障碍物信息集合。
步骤1）中天车取卷运动信息与天车取卷作业运动范围障碍物信息集合作为基于线段与矩形相交模型天车取卷作业路径计算的输入，首先根据天车取卷作业方向对障碍物进行排序，然后依次判断障碍物矩形与天车运动起始点连线是否相交，如果相交则以天车当前位置为起点，与距作业源地址最近障碍物端点作为终点连线，判断与其余障碍物是否相交，如果不相交直接以该障碍物端点作为取卷作业的唯一避让点；如果相交则在障碍物集合中剔除该障碍物，同时利用辗转算法继续判断其余障碍物，重复步骤1）与2），直到天车取卷作业起点和终点之间没有任何障碍物，最终形成天车取卷运动路径集合。
天车取卷作业路径计算完成后，再以天车作业信息管理中天车作业源地坐标为起点，目的地址坐标为终点，确定天车放卷运动方位，并根据天车放卷运动方位范围筛选起吊过程需要避让的障碍物信息集合；
步骤3）中天车放卷运动信息与天车放卷作业运动范围障碍物信息集合作为基于线段与矩形相交模型天车放卷作业路径计算的输入，首先根据天车放卷作业方向对障碍物进行排序，然后依次判断障碍物矩形与天车运动起始点连线是否相交，如果相交则以天车作业源地址为起点，与距作业目的地址最近障碍物端点作为终点连线，判断与其余障碍物是否相交，如果不相交直接以该障碍物端点作为放卷作业的唯一避让点；如果相交则在障碍物集合中剔除该障碍物，同时利用辗转算法继续判断其余障碍物，重复步骤3）与4），直到天车取卷作业起点和终点之间没有任何障碍物，最终形成天车放卷运动路径集合。
步骤2）与步骤4）路径集合即是天车作业工单路径。
4 结束语
人工打包区无人天车最优作业路径选择方法应用，为冷轧中间库实现天车作业智能化，人工打包高效化提供了方法基础，为解决人工打包与无人作业不可同时兼得的难题提供理论基础。让无人天车更好的为库区服务，减轻人工成本，持续为产线提产增效提供更大可能。